[发明专利]一种城市固废同时制备高品质生物油和高性能脱汞吸附剂的方法

说明书

本发明公开了一种城市固废同时制备高品质生物油和高性能脱汞吸附剂的方法，制备方法，包括如下步骤：将生物质或生物质废弃物、含卤素塑料和钙基物质进行混合热解；将热解得到的固体产物进行水洗处理，经过滤干燥后，得到脱汞吸附剂。共热解过程中CaCl₂/CaBr₂的生成可以降低原有热解反应所需的活化能，促进更多挥发分的析出释放，并造成热解反应路径发生改变，使得生吸附剂的孔道结构更加发达，吸附剂表面的脱汞活性位点更加丰富，这有利于脱汞反应的进行，交互作用也使得生物油的品质和产率大幅提升，且生物油和热解气中均不含卤素，这有利于热解产物的商业使用。

技术领域

本发明属于城市固体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种城市固废同时制备高品质生物油和高性能脱汞吸附剂的方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

我国城市固体废弃物(MSW)产量呈逐年增长趋势，年产量从1980年的3132万吨增长至2014年的17860万吨，平均年增长率为5.5％，预计2030年城市固体废弃物产量将达到48000万吨。MSW按组分可分为有机固废和无机固废，有机固废主要包括生物质(如木竹、纸张)、塑料、橡胶等，无机固废主要包括玻璃、金属等不可燃物质。目前，MSW的处置方式有三种：填埋、生物转化和焚烧技术。填埋处置操作简单、成本较低，但是会占用大量的土地资源，也存在污染地下水、土壤和空气的风险；生物转化是一种环境友好型的废弃物处置方式，但是该技术的使用周期较长；焚烧会产生大量的温室气体和有毒物质，如二噁英。热解是一种具有广泛应用前景的有机固废资源化处置方式，热解气经净化后可转化为电能或热能使用，热解油可作为化工原料或液态燃料使用，热解焦可用在气体吸附、燃烧发电等多个领域，这种能量获取方式更为清洁。但是MSW中含有大量的含卤素塑料(PVC和溴系阻燃塑料)，这两种含卤素塑料的存在会给废弃物的热解处置带来较大困难，因为塑料热解过程中大量卤素会以HCl、HBr等形式释放到气体中，造成设备腐蚀、环境污染等问题。因此，开发城市固体废弃物减量化、无害化和资源化处置的方法具有重要意义。

燃煤电站被认为是我国最大的人为汞排放源之一，活性炭喷射(ACI)是目前控制燃煤烟气汞排放的成熟技术，但是原始活性炭存在吸附容量小、吸附速率低、喷射用量大的问题。基于此，大量学者采用含卤素(Cl/Br/I)的化学试剂对原始活性炭进行浸渍改性以期提高其脱汞性能，降低活性炭的喷射用量。Hutson等发现喷入10-20磅原始活性炭可将一百万立方英尺烟气中90％的汞脱除，而喷入5磅溴改性活性炭即可达到同样的脱除效果。Li等采用卤化铵溶液改性棉秆焦，发现改性棉秆焦的脱汞性能大幅提升，这主要是因为含卤素官能团的生成。即便如此，ACI技术的使用成本依旧较高，这主要是因为：(1)改性活性炭的成本较高(原始活性炭的生产原料为煤炭，生产过程包括炭化、高温活化两个步骤)；(2)需要购买大量化学试剂用于改性原始活性炭；(3)浸渍步骤相对繁琐耗时，导致生产成本增加。针对这一问题，申请人前期公开了一种将城市固体废弃物中的含卤素塑料与生物质混合共热解制备烟气脱汞生物焦吸附剂的方法(CN201510220594.1)，取得良好的脱汞效果。

但是经进一步研究发现，该工艺过程仍存在以下问题：(1)生物质与含卤素塑料共热解过程中依然会释放出较多的HCl、HBr等卤素气体；(2)热解产生的生物油中含有大量的卤素，因此无法直接作为燃料或化工原料使用，需要进一步进行脱卤素处理；(3)生物质与含卤素塑料共热解过程中，塑料热解残渣会造成生物焦孔道结构的堵塞，使其比表面积和孔容积降低，这不利于脱汞反应进行；(4)生物质与含卤素塑料共热解反应后，含卤素塑料中的氯/溴会以卤素离子(Cl^-/Br^-)和有机卤素(C-Cl/C-Br)的形式存在于生物焦中，脱汞失活后的部分生物焦吸附剂被送到填埋场进行堆积或填埋处置，雨水冲刷或浸泡作用容易造成卤素离子的浸出释放，造成地下水或土壤污染。

发明内容