生物质液化残渣制备固体成型燃料的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物质能源和固体废物再利用领域，具体涉及一种生物质液化残渣制备固体成型燃料的方法。
【背景技术】
[0002]能源是经济和社会发展的重要物质基础，随着工业的大规模发展，化石燃料可开采量不断减少，环境问题日益严重。生物质能因其数量巨大、环境友好及CO2零排放等特性，近年来成为各国的研宄重点。但由于生物质具有水分含量高、亲水性强、能量密度低、不易储存、性质不均一、产量的季节性波动以及产地分散等特点，造成收集、存储、运输成本加大，使大规模利用生物质面临低经济性和低效率等难题。因此，选择合理的预处理方式使得低品位的生物质能转化为高品质的能源，就成了人们研宄的热点。
[0003]烘焙(torrefact1n)又称碳化、低温热解，是一种常压、无氧的情况下，在200?300°C内慢速热解，脱除生物质中的水分和轻质挥发分的过程。通过烘焙处理，可以有效的降低生物质的含水量和含氧量，提高生物质能量密度，降低运输和存储成本。
[0004]生物质能转换技术主要包括直接燃烧、固化成型、气化和液化等。目前，前三种技术已达到比较成熟的商业化阶段，而生物质液化技术还处于研发阶段。生物质液化技术可分为生物化学法和热化学法。生物化学法主要是指采用水解、发酵等手段将生物质转化为燃料乙醚。热化学法主要包括快速热解液化，高压液化，超临界液化及催化液化等。生物质快速热解制取生物油是目前世界上生物质能研宄开发的前沿技术，但该技术对设备要求高，反应条件苛刻，其液体产品有高的氧含量及低的氢碳比，其产品生物油在利用过程中，需要克服生物油的热稳定差及其腐蚀性的难题。与快速热解液化技术相比，高压液化技术对设备要求相对较低，易于工业化规模生产，其液体产品质量比裂解油稍好，但也是需要进一步精制后才能作发动机燃料，并且存在费用较高的问题，这些都制约了此技术的大规模利用。在高压液化技术的基础上，超临界液化技术及加压催化液化技术相继成为研宄重点。超临界流体是指温度和压力均接近或高于其临界温度和临界压力的流体，具有高扩散性和高溶解性，将其作为溶剂可以实现植物原料的液化。但目前液化得到的生物油普遍存在高含水率、高粘度、低热值、不稳定和高腐蚀性的特点，而且液化残渣难以得到有效利用。
[0005]作为生物质液化过程中的第二大产物，液化残渣的资源化利用一直没有得到足够的重视。液化残渣的任意丢弃，不仅造成资源的浪费，也会污染环境。现有的研宄集中在将液化残渣作为一种吸附剂，用于废水中染料等有机物的去除。然而，由于液化残渣自身的比表面积低，将其直接用于染料吸附存在吸附效率不高，去除效果不佳等问题。专利《一种生物质液化残渣的活化方法及其用途》(申请号:201310296736.3)将液化残渣进行活化后用于染料的去除，取得较好的吸附效果，然而活化过程复杂，成本高。生物质液化残渣的资源化利用是限制生物质液化进一步发展的因素。
[0006]另一方面，随着我国工业、农业和畜牧业的发展，污泥、饼柏及畜禽粪便等固体废物的产生量巨大。据统计，2010年我国80%含水率污泥的产生量为2000万吨，并将持续增加；2009年我国畜禽粪便年产生总量约为31.9亿吨，是工业产生固体废物(10亿吨)的3.2倍；我国每年油料的消费量达到3000万吨，而产出的油料植物果实加工废物也是十分庞大的。这些固体废物若不能得到有效的处理，将造成巨大的污染。然而它们又是一种潜在的资源，污泥、饼柏和畜禽粪便中都含有较高含量的有机成分，主要是蛋白质和多糖。
[0007]综上，生物质液化残渣普遍不能得到有效处理，既是一种资源的浪费，也会对环境造成危害。液化残渣若不能得到有效的处理，对于生物质液化产业的发展是一个限制因素。生物质超临界液化是生物质液化的有效手段，但普遍存在液化油品质不高，液化效率低等问题。因此，急需一种提高生物质液化效率及液化油品质的基础上，液化残渣综合有效处理的方法。
【发明内容】
[0008]本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种可降低成型能耗、减少机械磨损、充分利用固体废物热值、提高成型强度的生物质液化残渣制备固体成型燃料的方法。
[0009]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:
[0010]一种生物质液化残渣制备固体成型燃料的方法，所述方法包括将生物质液化残渣、粘结剂和辅助燃料进行混合，将所得混合原料的含水率调节至10%?20%，然后挤压成型，得到固体成型燃料。
[0011]上述方法中，优选的，所述生物质液化残渣是在生物质超临界液化过程中产生的，所述生物质超临界液化包括以下步骤:
[0012](I)烘焙:将生物质粉碎至长度< 20mm，然后将所得粉碎生物质在缺氧条件下进行烘焙处理，得到烘焙生物质；
[0013](2)液化:将烘焙生物质粉碎至粒径为40目?80目，然后输送至高压密闭反应釜中，并向反应釜中加入液化溶剂和催化剂，将反应釜升温至200°C?350°C，加压至5MPa?15MPa，在空气或惰性气氛下进行液化反应，反应时间为20min?80min，反应完成后，得到生物质液化油和生物质液化残渣。
[0014]上述方法中，优选的，所述生物质超临界液化的步骤(I)中，烘焙温度为200°C?300°C，烘焙时间为15min?60min，所述烘焙处理是在循环流化床中进行；所述缺氧条件是指氮气氛围或氧气体积分数低于5%的工业烟气氛围。
[0015]上述方法中，优选的，所述生物质超临界液化的步骤(2)中，所述液化溶剂为乙醚、丙酮、环己烷、环氧丙烷中的一种或多种；所述烘焙生物质与液化溶剂的质量体积比为Ig:1OmL ?50mLo
[0016]上述方法中，优选的，所述生物质超临界液化的步骤(2)中，所述催化剂为碳酸钠、氢氧化钾、碳酸钾中的一种或多种；所述催化剂的质量为所述烘焙生物质质量的1%?
[0017]上述方法中，优选的，所述生物质超临界液化的步骤(I)中，所述生物质包括林业剩余物、藻类、农作物秸杆中的一种或多种。
[0018]上述方法中，优选的，所述生物质液化残渣、粘结剂和辅助燃料的干基质量比为30 ?45: 45 ?60: 10 ?25。
[0019]上述方法中，优选的，所述粘结剂为复合粘结剂，所述复合粘结剂是由污泥、畜禽粪便、饼柏和添加剂组成，以干基质量总和为100%，所述复合粘结剂中各成分的干基质量分数为??污泥50 %?99 %，畜禽粪便O?30 %，饼柏O?25 %，添加剂I %?4 % ;所述添加剂是由生石灰、硫酸锰、硫酸亚铁和活性炭组成，按质量分数计，生石灰85 %?90 %，硫酸锰1%?8%，硫酸亚铁1%?6%，活性炭1%?8%。
[0020]上述方法中，优选的，所述复合粘结剂中，所述污泥包括城市污泥和/或造纸污泥(即污水处理厂废物)；所述畜禽粪便包括猪粪、羊粪、牛粪、鸡粪和鸭粪中的一种或多种(即畜牧业废物)；所述饼柏包括蓖麻饼柏、山苍子饼柏、菜籽饼柏、大豆饼柏、花生饼柏、芝麻饼柏、光皮树饼柏、苏子饼柏、油用亚麻饼柏和大麻饼柏中的一种或多种(即油料植物果实加工废物)。
[0021]上述方法中，优选的，所述辅助燃料包括煤粉。该辅助燃料为高热值固体燃料，热值在 24MJ/kg ?30MJ/kg。
[0022]本发明中，城市污泥是指城市生活污水处理厂污水污泥经压滤后产生的含水率在60%?80%之间的生活污泥。
[0023]本发明中，在将生物质液化残渣、粘结剂和辅助燃料进行混合前，优选先将生物质液化残渣进行干燥，将粘结剂进行干燥和粉碎。
[0024]与现有技术相比，本发明的优点在于:
[0025]1.本发明将生物质液化所得液化残渣