一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆及其制备方法与流程

本发明涉及废弃物资源化利用
技术领域：
，尤其是涉及一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆及其制备方法。
背景技术：
：近年来，随着经济的快速发展，我国各类废弃物产生量总体呈现不断增加的趋势。但是对废弃物的处理仍然存在很多问题，一方面处理能力不足，废弃物的产生量和处理量之间存在巨大缺口；另一方面处理方式仍以焚烧、清洁填埋等方式为主，无法真正实现无害化。将废弃物与煤或兰炭制备成水煤浆后用水煤浆气化炉进行协同处置，可以将废弃物中的碳、氢元素变成co和h2等有用气体，同时将废弃物中有害物质分解或固化到玻璃态熔渣之中，实现废弃物处置彻底清洁化和资源利用最大化，是一种环保、节能、变废为宝的全新废弃物处置方式。例如，在中国专利文献上公开的“一种气化煤掺混石化废弃物的水煤浆及其制浆工艺”，其公告号cn106433822b，其组分包括煤、石化废弃物、添加剂和水，其中所述石化废弃物占水煤浆总质量的0～6％但不为零，所述添加剂添加量为干煤总质量的0～1.5‰但不为零。但现有的废弃物制浆技术中，废弃物加入煤/炭浆后会影响浆体的分散性和流动性，还可能降低煤/炭浆的浓度。分散性降低会导致水煤浆稳定性下降，影响水煤浆性能；流动性降低会使得浆体输送能耗增加；而浆体浓度低将会导致气化过程中氧气消耗量增加，这些问题会降低水煤浆气化协同处置废弃物的项目效益，并增大项目运行不稳定的风险。技术实现要素：本发明是为了克服现有的废弃物制水煤浆技术中，废弃物加入水煤浆后会影响浆体的分散性和流动性，还可能降低煤/炭浆的浓度，影响水煤浆性能的问题，提供一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆及其制备方法，使用多源废弃物和煤/炭复配制备水煤浆，利用不同废弃物之间的配伍作用，提高废弃物加入水煤浆后的分散性，降低分散剂用量，同时可以保证浆体的流动性和浆体浓度，提高项目运行的稳定性，通过以废治废实现废弃物的资源化利用和无害化处理。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：40～70％煤或兰炭，0～35％固态含碳氢废弃物，0～45％液态含碳氢废弃物，0～1％酸碱调节剂，余量为水。本发明根据固态和液态含碳氢废弃物的理化性质和所含有的污染物成分，将煤或兰炭与固态和液态含碳氢废弃物以一定的比例复配，充分利用固态和液态含碳氢废弃物中的有效组分，使废弃物之间形成配伍、耦合作用，在保证制得的气化水煤浆的浆体浓度的同时，提高了气化水煤浆的分散性和流动性，实现废废搭配，避免了废弃物的加入对水煤浆性能的影响，制得的气化水煤浆稳定性好、固含量高、流动性佳，有利于后续利用。最终固态和液态含碳氢废弃物可以随制得的气化水煤浆进入气化炉处理，将废弃物中的碳、氢元素变成co和h2等有用气体，同时将废弃物中有害物质分解或固化到玻璃态熔渣之中，实现废弃物的清洁化处置和资源化利用，是一种环保、节能、变废为宝的全新废弃物处置方式。作为优选，以质量分数计，原料包括：40～70％煤或兰炭，5～30％固态含碳氢废弃物，8～38％液态含碳氢废弃物，0～1％酸碱调节剂，余量为水。作为优选，固态含碳氢废弃物选自有机树脂类废弃物、废弃活性炭吸附剂、废弃生物质及其处理残渣、油泥或干馏油泥、污泥或干化污泥、hw11精(蒸)馏残渣、废弃橡胶中的一种或多种；所述液态含碳氢废弃物选自造纸废液、硝化棉蒸煮废液、含酚废液、含醚废液、cod废水、印染废水、hw11精(蒸)馏残液、废有机溶剂与含有机溶剂废物、废矿物油与含矿物油废物、油水混合物、烃水混合物、废乳化液、废煤焦油中的一种或多种。本发明中选用的cod废水、废有机溶剂、废矿物油、油水混合物、烃水混合物、废乳化液、废煤焦油等液态含碳氢废弃物中含有多种可作为表面活性剂的有机物组分，添加在水煤浆中可作为分散剂使用，因此将上述液态含碳氢废弃物加入水煤浆中后，可以制得分散性较好的气化水煤浆，同时使用一定比例的固态含碳氢废弃物与其复配，可以提高水煤浆的浆体浓度，从而提高水煤浆气化后的有效气含量，制得使用性能良好的气化水煤浆。作为优选，固态含碳氢废弃物选自废弃脲醛树脂、废弃除甲醛活性炭和甲醛废水处理污泥中的一种或多种；所述液态含碳氢废弃物选自亚硫酸盐法纸浆废液、硝化棉蒸煮废液和硫化染料废水中的一种或多种。但仅依赖液态含碳氢废弃物中自身含有的表面活性剂成分作为水煤浆中的分散剂，分散性还是不足，分散效果也不稳定，不利于水煤浆的品质稳定性。因此作为优选，本发明选用亚硫酸盐法纸浆废液、硝化棉蒸煮废液和硫化染料废水中的一种或多种作为液态含碳氢废弃物，与选自废弃脲醛树脂、废弃除甲醛活性炭和甲醛废水处理污泥中的一种或多种的固态含碳氢废弃物进行复配。亚硫酸盐法纸浆废液、硝化棉蒸煮废液中含有丰富的木质素及木质素磺酸盐，木质素磺酸盐是一种表面活性剂，具有一定分散性能，可以作为水煤浆中的分散剂使用，但是其活性不高，对水煤浆分散性的改善效果不足，作为水煤浆分散剂时需要对其进行改性。而亚硫酸盐法纸浆废液、硝化棉蒸煮废液、硫化染料废水中同时也含有大量亚硫酸盐、硫酸盐及硫代硫酸盐，因此具有较多的磺酸基团；废弃脲醛树脂、废弃除甲醛活性炭和甲醛废水处理污泥中都含有较多甲醛(甲醛是脲醛树脂的制备原料之一，因此脲醛树脂中含有大量游离甲醛)；而磺酸基团和甲醛可以和木质素磺酸钠反应对木质素磺酸盐进行磺甲基化改性，在木质素结构中引入更多的磺酸基团，以提高其亲水性和表面活性，从而使其具有良好的分散稳定性。因此本发明将含有木质素磺酸盐和磺酸基团的液态含碳氢废弃物与含有甲醛的固态含碳氢废弃物复配，可以利用其各自含有的有效成分进行反应，对亚硫酸盐法纸浆废液和硝化棉蒸煮废液中的木质素及木质素磺酸盐进行磺甲基化改性，生成改性木质素磺酸盐分散剂，从而有效提高水煤浆的分散效果。作为优选，煤选自气煤、肥煤、气肥煤、焦煤、1/3焦煤和无烟煤中的一种或多种。作为优选，酸碱调节剂选自硫酸、盐酸、硝酸、氢氧化钠、氢氧化钾、生石灰、熟石灰、废酸及废碱中的一种或多种，所述气化水煤浆的ph为7～13。将气化水煤浆的ph控制在该范围内，可以降低气化水煤浆的表面黏度，提高水煤浆的流动性。本发明还公开了一种上述气化水煤浆的制备方法，包括如下步骤：(1)将固态含碳氢废弃物及煤或兰炭破碎后与水和酸碱调节剂一起加入粉碎装置内粉碎，得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料与液态含碳氢废弃物加入调理罐内混和调理后得到所述气化水煤浆。作为优选，步骤(2)中的混和调理在强度为0.2～0.5t的外加磁场下进行，调理温度70～95℃，调理时间4～6h。由于本发明中是利用固态和液态废弃物中的成分进行反应生成分散剂，反应会受废弃物中其他杂质的干扰，反应不易进行，因此本发明在外加磁场作用下对水煤浆进行调理，可以促进固态和液态含碳氢废弃物中的有效成分进行反应。本发明中固态和液态含碳氢废弃物中木质素磺酸盐和磺化试剂及甲醛间的磺甲基化反应属于亲电芳香取代反应，木质素结构中的离域π键相当于电流环，当它任意取向时，在磁场作用下，将受到转矩的作用使之转向并与磁力线方向垂直，在洛伦兹力的作用下，电子运动状态发生沿磁力线方向的旋进，会造成前线轨道伸展状态的改变，促进了亲电反应的发生，从而促进了磺甲基化改性的木质素磺酸盐分散剂的生成，有利于提高水煤浆的分散性。并且外加磁场还可以使水中分子间的氢键断裂，在提高分散性的同时也提高了水煤浆的流动性。在70～95℃下进行调理反应，可以保证木质素磺酸盐磺甲基化反应的顺利进行，同时高温也有利于促进固态含碳氢废弃物中的甲醛释放。作为优选，步骤(2)中所述的调理罐包括罐体，所述罐体外侧设有夹套，所述夹套外设有磁场发生装置，所述调理罐内设有与位于调理罐顶部的驱动装置连接的搅拌装置，所述搅拌装置包括从调理罐顶部伸入底部的第一搅拌轴、设置在第一搅拌轴底部的搅拌桨以及套设在第一搅拌轴远离搅拌桨一端外的第二搅拌轴，所述第一搅拌轴外位于第二搅拌轴和搅拌桨之间的部分套设有第一多孔转盘，所述第二搅拌轴外套设有第二多孔转盘；所述驱动装置包括与驱动电机连接的主动伞齿轮以及与分别与主动伞齿轮传动连接的同轴反向旋转的第一从动伞齿轮和第二从动伞齿轮，所述第一和第二从动伞齿轮分别与第一和第二搅拌轴传动连接，所述罐体在第一多孔转盘的下方设有固体进料口，在第二多孔转盘的上方设有液体进料口。因为本发明中的混合调理需在70～95℃下进行，以保证固态和液态废弃物中的有效成分可以反应生成改性木质素磺酸盐分散剂，因此本发明在调理罐外设置夹套，在调理罐内设置搅拌装置，可以向夹套内通入加热介质对调理罐进行加热，结合搅拌装置的搅拌作用，使固态和液态废弃物中的有效成分可以充分反应。但高温下固态废弃物中释放出的甲醛容易从粉碎浆料中逃逸进入调理罐上方，无法参与反应，影响分散剂的生成。因此本发明通过主动伞齿轮驱动同轴反向旋转的第一和第二从动伞齿轮，从而带动分别与第一和第二从动伞齿轮传动的第一和第二搅拌轴同轴反向旋转，最终使分别套设在第一和第二搅拌轴上的第一多孔转盘和第二多孔转盘实现同轴反向旋转，液态含碳氢废弃物从两层多孔转盘上方的进料口加入，流经两层多孔转盘与调理罐底部的粉碎浆料混合，在向下流动的过程中与逃逸的甲醛接触，对甲醛进行吸收，提高参与反应的甲醛数量，从而提高分散性的生成量。旋转的多孔转盘可以使液态含碳氢废弃物在调理罐内分布均匀，对调理罐内各处的甲醛都能进行吸收，两层转盘反向旋转，进一步提高液态含碳氢废弃物在调理罐内的分散均匀性的同时还可以增长液态含碳氢废弃物的运动路线，从而增大液态含碳氢废弃物与甲醛的接触时间，提高甲醛的吸收量。作为优选，步骤(1)中的粉碎装置为球磨机或棒磨机，粉碎时间40～90min。因此，本发明具有如下有益效果：(1)将煤或兰炭与固态和液态含碳氢废弃物以一定的比例复配，充分利用固态和液态含碳氢废弃物中的有效组分，使废弃物之间形成配伍、耦合作用，在保证制得的气化水煤浆的浆体浓度的同时，提高了气化水煤浆的分散性和流动性，实现废废搭配，避免了废弃物的加入对水煤浆性能的影响；(2)将含有木质素磺酸盐和磺酸基团的液态含碳氢废弃物与含有甲醛的固态含碳氢废弃物复配，可以利用其各自含有的有效成分进行反应，对亚硫酸盐法纸浆废液和硝化棉蒸煮废液中的木质素及木质素磺酸盐进行磺甲基化改性，生成改性木质素磺酸盐分散剂，从而有效提高水煤浆的分散效果；(3)在外加磁场作用下对水煤浆进行调理，可以促进亲电反应的发生，促进磺甲基化改性木质素磺酸盐分散剂的生成，克服了废弃物中其他杂质对反应产生的干扰；(4)在调理罐内设置同轴反向旋转的两层多孔转盘，提高液态含碳氢废弃物在调理罐内的分散均匀性的同时增长了液态含碳氢废弃物的运动路线，提高了甲醛的吸收量，从而提高分散性的生成量。附图说明图1是本发明中调理罐的结构示意图。图2是第一和第二搅拌轴与第一和第二从动伞齿轮的连接结构示意图。图中：1罐体、2夹套、3磁场发生装置、301磁极、302励磁线圈、4第一搅拌轴、5第二搅拌轴、6搅拌桨、7第一多孔转盘、8第二多孔转盘、9驱动电机、10主动伞齿轮、11第一从动伞齿轮、12第二从动伞齿轮、13固体进料口、14液体进料口、15出料口。具体实施方式下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。如图1所示，本发明中使用的调理罐包括不导磁不锈钢材料制成的罐体1，罐体外侧设有夹套2，夹套外设有磁场发生装置3，磁场发生装置包括磁极301和设置在磁极上的励磁线圈302，调理罐内设有与位于调理罐顶部的驱动装置连接的搅拌装置，搅拌装置包括从调理罐顶部伸入底部的第一搅拌轴4、设置在第一搅拌轴底部的搅拌桨6以及套设在第一搅拌轴远离搅拌桨一端外的第二搅拌轴5，第一搅拌轴外位于第二搅拌轴和搅拌桨之间的部分套设有第一多孔转盘7，第二搅拌轴外套设有第二多孔转盘8；驱动装置包括与驱动电机9连接的主动伞齿轮10以及与分别与主动伞齿轮传动连接的同轴反向旋转的第一从动伞齿轮11和第二从动伞齿轮12，如图2所示，第一和第二从动伞齿轮分别与第一和第二搅拌轴传动连接，罐体在第一多孔转盘的下方设有固体进料口13，在第二多孔转盘的上方设有液体进料口14，罐体底部设有出料口15。使用时向夹套内通入加热蒸汽，对罐体进行加热，粉碎浆料从调理罐的固体进料口进入调理罐内，液态含碳氢废弃物从液体进料口进入调理罐内，向下经过第一和第二多孔转盘后与粉碎浆料混合反应，得到气化水煤浆。实施例1：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：61.3％的兰炭，38.6％的化工厂cod废水，0.1％的市售改性木质素磺酸盐分散剂。其制备方法为：(1)将破碎后的兰炭和市售改性木质素磺酸盐分散剂由称重皮带给料机送入球磨机，化工厂cod废水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料加入调理罐内，常温调理5h后得到气化水煤浆，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例2：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：42.8％的神木煤，21.4％的阻燃剂生产厂家精馏残液，5.3％的碱性造纸废液，8.5％的干化污泥，余量为水。其制备方法为：(1)将破碎后的神木块煤由称重皮带给料机送入球磨机，干化污泥由另一台称重皮带给料机送入球磨机，水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和阻燃剂生产厂家精馏残液加入调理罐内，常温调理5h后得到气化水煤浆，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例3：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：43.7％的神木煤，5.5％的废煤焦油，16.4％的含酚废水，10.9％的废弃活性炭，2.7％的废碱，0.5％的市售改性木质素磺酸盐分散剂，余量为水。其制备方法为：(1)将破碎后的神木块煤和市售改性木质素磺酸盐分散剂由称重皮带给料机送入球磨机，废弃活性炭由另一台称重皮带给料机送入球磨机，水经计量泵送入球磨机，废煤焦油经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和含酚废水及废碱加入调理罐内，常温调理5h后得到气化水煤浆，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例4：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：40％的兰炭，15.6％的石化厂蒸馏残液，13.0％的秸秆残渣，1.6％的石灰石，0.5％的市售改性木质素磺酸盐分散剂，余量为cod废水。其制备方法为：(1)将破碎后的兰炭和市售改性木质素磺酸盐分散剂由称重皮带给料机送入球磨机，秸秆残渣和石灰石混合后由另一台称重皮带给料机送入球磨机，cod废水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和石化厂蒸馏残液加入调理罐内，常温调理5h后得到气化水煤浆，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例5：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：46.5％的神木煤，30％的硝化棉蒸煮废液，11.6％的废弃脲醛树脂，余量为水。其制备方法为：(1)将破碎后的神木块煤由称重皮带给料机送入球磨机，废弃脲醛树脂碎末由另一台称重皮带给料机送入球磨机，水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和硝化棉蒸煮废液加入调理罐内，85℃调理5h后得到气化水煤浆，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例6：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：46.5％的神木煤，30％的硝化棉蒸煮废液，11.6％的废弃脲醛树脂，余量为水。其制备方法为：(1)将破碎后的神木块煤由称重皮带给料机送入球磨机，废弃脲醛树脂碎末由另一台称重皮带给料机送入球磨机，水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和硝化棉蒸煮废液加入调理罐内，在强度为0.4t的外加磁场下调理5h后得到气化水煤浆，调理温度85℃，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例7：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：40％的神木煤，15.7％的亚硫酸盐法纸浆废液，30％的废弃除甲醛活性炭，余量为水。其制备方法为：(1)将破碎后的神木块煤由称重皮带给料机送入球磨机，废弃除甲醛活性炭由另一台称重皮带给料机送入球磨机，水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和亚硫酸盐法纸浆废液加入调理罐内，在强度为0.2t的外加磁场下调理6h后得到气化水煤浆，调理温度70℃，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。实施例8：一种利用多源废弃物制备的气化水煤浆，以质量分数计，原料包括：40％的神木煤，20％的亚硫酸盐法纸浆废液，35％的甲醛废水处理污泥，余量为水。其制备方法为：(1)将破碎后的神木块煤由称重皮带给料机送入球磨机，甲醛废水处理污泥由另一台称重皮带给料机送入球磨机，水经计量泵送入球磨机，球磨粉碎60min得到粉碎浆料；(2)将粉碎浆料和亚硫酸盐法纸浆废液加入调理罐内，在强度为0.5t的外加磁场下调理4h后得到气化水煤浆，调理温度95℃，得到的气化水煤浆进入储浆罐储存。对上述实施例中制得的气化水煤浆的性能指标进行测试，结果如表1所示。其中，固含量使用快水仪测定，即称取2克左右的样品，在105℃下烘干30分钟，剩余重量即为固含量；浆体的表观黏度采用brookfieldr/s-cc+型流变仪(c40转子)测定剪切速率为100s-1下的黏度。浆体的流动性和稳定性(24小时稳定性)均采用观察法，其中流动性等级规定为：连续流动为a；间断流动为b；在外力作用下流动为c；完全不流动为d。浆体稳定性等级规定为：静置24小时后(下同)浆体保持初始状态，固液分布均匀，无析水和沉淀现象，为a；比a级稍差，有少量析水和软沉淀，为b；存在较多的析水和软沉淀，但通过搅拌能重新恢复到初始状态，为c；产生硬沉淀，通过搅拌浆体无法恢复到初始状态，为d。一般要求气化水煤浆为碱性，固含量为55～65％，黏度≤1200mpa·s，流动性等级和稳定性等级均达到b级以上。表1：水煤浆性能测试结果。编号产品外观ph固含量(％)表观黏度(mpa·s)流动性等级分散性等级实施例1黑色浆体8.559.9641ab实施例2褐色浆体9.561.0739aa实施例3黑色浆体9.061.81023ba实施例4褐色浆体9.059.8912bb实施例5褐色浆体1060.7826ab实施例6褐色浆体1060.7661aa实施例7黑色浆体10.363.3685aa实施例8黑色浆体10.264.0706aa从表1中可以看出，实施例1～4中利用cod废水、阻燃剂精馏残液、废煤焦油、石化厂蒸馏残液中原本含有的有机物成分作为表面活性剂，其分散效果不够稳定，大多需格外添加市售木质素磺酸盐分散剂，且有可能造成表观黏度大，流动性较差。实施例5～8中采用含有木质素磺酸盐及磺酸基团的液态含碳氢废弃物与含有甲醛的固态含碳氢废弃物进行配伍，在不外加分散剂的情况下就可以有良好的分散性和流动性。且实施例6在调理过程中施加了外加磁场后，与实施例5不外加磁场相比，其表观黏度和分散性都有了显著改善，证明外加磁场可以促进木质素磺酸盐的改性反应发生。当前第1页12