[发明专利]一种汽爆秸秆与餐饮垃圾滤液协同水热碳化制备人造煤的方法

说明书

本发明公开了一种汽爆秸秆与餐饮垃圾滤液协同水热碳化制备人造煤的方法，首先，将秸秆在一定蒸汽压力下处理一段时间，得到汽爆秸秆；其次，将餐饮垃圾进行离心分离得到餐饮垃圾滤液，该滤液静置一段时间分别得到餐饮垃圾上层液与下层液；最后，将汽爆秸秆与餐饮垃圾上层或下层滤液进行水热碳化反应，最终将水热碳化产物进行固液分离，得到的固体产物即为人造煤。采用蒸汽爆破技术可初步去除易水解、难碳化的纤维素和半纤维素，提高木质素含量，增强秸秆的可碳化率；利用秸秆水解产生的还原多糖与餐饮垃圾蛋白水解产生的氨基酸之间的美拉德反应，将原料中的有机物转化到人造煤中，尽最大程度地利用原料中的有机物。

技术领域

本发明属于有机固、液体废弃物资源化利用技术领域，具体涉及一种汽爆秸秆与餐饮垃圾滤液协同水热碳化制备人造煤的方法。

背景技术

煤是地壳运动的产物。远在3亿多年前的古生代和1亿多年前的中生代以及几千万年前的新生代时期，大量植物残骸经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用后转变成煤。由植物残体变为煤的过程就是一个非常漫长的过程，在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。煤是化石类能源，是一次性能源，具有不可再生属性。制造化石煤炭有三个条件：时间、压力和热量，水热碳化技术恰好可以满足此三个条件。水热碳化以一种以生物质或其组分为原料，以水为溶剂和反应介质，在150℃-375℃和自生压力下，经水热反应得到的以碳为主体，含氧官能团丰富的黑色固体产物，该黑色固体物质称为人造煤。水热碳化技术由于其经济性和环境友好型在实现有机固体废弃物资源的高效转化应用方面引起越来越多的关注。由于亚临界水介质的参与，经过水热碳化处理得到的人造煤具有很多内在的优势，如尺寸均一，形貌规则，理化稳定性好，且表面富含大量的含氧官能团。从能量密度上而言，人造煤品质接近于烟煤，可作为固体燃料直接燃用。

目前，对农作物秸秆的利用率比较低，每年用作草食动物饲料的秸秆量仅占秸秆总量的25％左右，高达70％以上的秸秆堆积如山或直接被燃烧，这不仅造成资源的浪费，而且燃烧所产生的烟尘对大气环境造成很大程度的污染。因此，秸秆的综合利用与农业、能源和环境保护密切相关。农作物秸秆是由大量的有机物和少量的无机物及水所组成的，其有机物的主要成分是纤维素类的碳水化合物，此外，还有少量的粗蛋白和粗脂肪。因此，将其应用于人造煤生产上潜力巨大。此外，农作物秸秆来源丰富、采集容易、价格低廉，进行农作物秸秆深加工可增加农民收入，保护生态环境。同时使人造煤在经济成本上会有大幅度降低，进一步提高其与传统化石燃料的竞争力。

水蒸汽爆破被普遍认为是生物质处理处置极具发展前景的技术之一。蒸汽爆破是在一定压力(1至3.5MPa)下用热蒸汽(180至240℃)处理生物质，然后将压力迅速降至大气压的过程，致使生物质纤维的刚性结构破裂，打破生物质微观结构。压力的突然释放产生的剪切力可使生物质组分发生水解。秸秆经过蒸汽爆破可降低其难成碳成分纤维素和半纤维素含量，提高易成碳成分木质素的含量。但在秸秆水热碳化过程中，仍有纤维素和半纤维水解形成的多糖溶解于水，无法进行碳化。但如果秸秆水热碳化过程中有蛋白质以及水解产物氨基酸的存在，秸秆中的粗纤维水解得到的多糖便可与蛋白水解所得氨基酸发生美拉德反应继而成碳，显著提升有机质碳化率。

餐饮垃圾已成为一个经济、环境、社会等一系列综合性问题。餐饮垃圾具有较高的有机质和水分含量，使其很容易滋生大量病菌，将导致其迅速腐烂，变质，产生恶臭，如果不及时处理，将会带来严重的土壤和空气环境污染。餐饮垃圾中含有大量的有机物，如蛋白质、纤维、脂肪和淀粉，这些都是非常重要的能量来源。中国餐饮垃圾的干基含量约为35％，其中粗脂肪约占12％，蛋白质占20％以上。因此，研发一种高效无害的方式合理利用餐饮垃圾中的能量将带来巨大的能源效益。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种汽爆秸秆与餐饮垃圾滤液协同水热碳化制备人造煤的方法，能够有效解决秸秆直接水热碳化过程中纤维素和半纤维素水解易残留于水相且难以成碳的技术问题，同时有效处理了餐饮垃圾和秸秆。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：