以高濕混合城市垃圾為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法

專利名稱：以高濕混合城市垃圾為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法
技術領域：
本發明涉及城市垃圾處理技術領域，具體來說是從高濕混合城市垃圾中一次性地分離并制備出生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法。
背景技術：
傳統的垃圾處理方式中，衛生填埋法因占地面積大，處理費用高，浪費大量土地資源，而適用價值逐漸降低。堆肥法因有機物的利用不完全，肥料成份復雜，減量化較小等因素，將逐步被淘汰。垃圾的焚燒因其具有的許多獨特優點將已成為城市生活垃圾無害化處理的主流。主要表現在1、垃圾經焚燒處理后，垃圾中的病原體徹底消滅，燃燒過程中產生的有害氣體和煙塵經處理后達到排放要求，無害化程度高。2、垃圾經焚燒后可減重80％，減容90％以上，減量效果好，節約大量土地。尾氣、熱能可充分回收和利用。
但受垃圾成分限制、焚燒裝置及熱電系統熱能輸出與回收率低、運行費用大、發電成本高、同時尾汽與爐渣排放環保指標差、治理成本高等因素的影響，此技術的推廣應用較為困難。
諸多國際通用的垃圾處理方法在國內的眾多工程實踐中未取得良好的效果的原因為受消費習慣和環保意識的影響，國外大多數國家的垃圾投放及收集方法均為分類接收，在進入處理設施以前的垃圾，已被良好分類，同時受生活習慣的影響垃圾中的廚余及泔腳類物質的量較少水分及易腐爛物質較低，袋裝規范，已為綜合回收利用創造了良好條件。
而中國垃圾的收集方法均為混合接收，垃圾中的廚余及泔腳類物質的量較高，水分及易腐爛物質較高，袋裝不規范，原始垃圾幾乎為“袋中袋”形式投放，且袋內物質成分復雜無法分類，所以在環保工程領域內我們通稱其為“高濕混合垃圾”，它具備以下特性①混合接收成分復雜，袋裝物含量高，一般方法無法正常有效分類；②水分大平均水分50％，極限水分高達70％；熱值低廚余、渣土類含量較高，平均約占50％，分離與脫水難度較大，處理能耗較高；③易腐敗物質含量較高，處理不當容易造成嚴重的二次污染，同時垃圾的回收利用產品的安全性及商品性較差，其典型成分見下表中國垃圾的典型成分統計列表(表一，單位重量％)

以上成份列表以2005年，上海、南京、南寧、重慶四地典型成份含量取綜合值之結果。
綜上所述因常規的三種垃圾處理方法在中國實施均存在較大缺陷，所以在近幾年的研究和工程運用實踐中，國內出現了一些以垃圾為原料的制備衍生燃料，活性炭及陶粒的工藝和方法，意在更加地充分利用垃圾資源，更加完整地處理垃圾。比如中國專利200510021985.7公布了一種城市垃圾焚燒爐顆粒燃料的制備方法該工藝以中國高濕混合垃圾為原料，通過機械化分揀破碎去除硬性物質后，所剩余部分全部經粉碎脫水處理后擠壓成棒狀燃料。該燃料主要用于所有垃圾發電廠的原料預處理工序，由于是將高濕混合垃圾轉化為規格顆粒燃料，有效地提高了熱值，改變了垃圾燃燒方式，提高了垃圾熱電輸出能力40-50％，實現了垃圾處理的零填埋。
技術缺陷該技術主要用于所有垃圾發電廠的原料預處理工序，但由于垃圾發電項目投資大，處理能力大，所需垃圾量特別大，因此對于中小城市不適合使用，其適用范圍有限；加之所生產的燃料由于成分復雜，其保存和燃燒條件苛刻，不適用于普通工業鍋爐。
中國專利02128993.X公布了一種利用城市垃圾生產高熱值低污染的固體燃料的制備方法該工藝以中國高濕混合垃圾為原料，通過多種方法分選后提取其中的膜、袋、片狀廢塑料，經加熱聚縮成不規則條、塊形狀后粉碎成小顆粒，再與垃圾中分選出的竹木制品、化纖織物及果殼類物質的粉碎物進行混合和軋制，制成扁球狀燃料。該燃料熱值較高，潔凈度好，適用于普通工業鍋爐，產品適用范圍較寬。
技術缺陷垃圾處理技術不完整，回收不徹底，約占總量70％的高濕易腐敗物質未得到有效利用，剩余物質按常規方法處理，成本高且易產生二次污染。
中國專利99101469.3公布了一種城市垃圾陶粒及其生產方法以高濕混合垃圾為原料，經過分揀，去除塑料、玻璃及其他堅固物質，通過烘干、風選粉碎，根據垃圾的具體成分加入5-15％的粘土，攪拌均勻，制粒成球，然后烘干，焙燒膨化成陶粒。
技術缺陷垃圾處理技術不完整，回收不徹底，大量含水超過50％的物質存在，原料烘干成本較高，陶粒產品中有機質較高，焙燒膨化后陶粒的強度較小，影響適用范圍，加之原料成分復雜，焙燒過程尾氣排放指標較差，污染環境。
中國專利02109384.9公布了一種利用垃圾廢渣生產陶粒的生產工藝及其設備以混合垃圾為原料之一，占總配料量的50-80％(視垃圾中有機質含量而定)，垃圾通過篩選、粉碎，后與占總配料量的20-50％的粉煤灰(或頁巖)進行互配攪拌均勻成粒后，焙燒膨化成陶粒。
技術缺陷垃圾作為陶粒生產原料之一，消耗量小，由于垃圾平均含水率高于50％，生產過程成本較高，加之原料成分復雜焙燒過程尾氣排放指標較差，污染環境。
中國專利02112598.8公布了一種城市垃圾生產活性炭的方法及炭化爐其基本工藝為先將城市生活垃圾經粗破碎后再經風選、篩選、去除垃圾中的不可燃性物質，然后將有機物質部分經切碎、破碎或粉碎，再烘干脫水至15-20％，此原料經擠壓成塊料后進入特殊結構炭化爐炭化活化，制成活性炭(粗制品)。
技術缺陷垃圾垃圾處理技術不完整，回收不徹底，垃圾中的不可燃性物質未得到充分回收利用，大量含水超過50％的物質直接烘干，原料烘干成本較高，垃圾分選工藝不完善，由于成品中一定量的無機成分存在，使活性炭產品品位低，市場適用范圍受限。
中國專利93114051.X公布了一種垃圾分類分離生產活性炭的方法垃圾經破碎機破碎、震動篩選后進行干燥處理，再進行風選、電磁選、電熱網捕捉等方法對已干燥垃圾進行分選，經上述過程得到的活性碳制作原料，經粉碎后與鹽酸和氯化鋅溶液均勻混合，進入炭活化工序處理得半成品，半成品通過洗滌渣土，漂氯處理，烘干粉碎后得符合國家標準的活性碳產品。
技術缺陷垃圾垃圾處理技術不完整，回收不徹底，垃圾中的不可燃性物質未得到有效回收利用，大量含水超過50％的物質直接烘干，原料烘干成本較高，垃圾分選工藝不完善，分選過程工藝復雜，設備復雜，運行成本高。
由于現有垃圾資源化工藝技術均存在各種技術缺陷，直接影響了其技術的推廣應用和經營效益，主要表現在1.技術集成性差，對垃圾只進行選擇性回收，生產產品種類單一，受此限制，現有技術在工程運用中均表現出，規模較小，回收成本高，垃圾分選后剩余物的處理處置費用較高，生產過程產生二次污染，資源化和再利用水平低，環保項目不環保。
2.垃圾分類分選技術落后，造成此工序設備及勞動力投入較大，分選效率低下，可利用物質回收率低，純度低，增加產品生產成本，制成成品品質低下，資源回收利用率低，很難體現回收效益。
3.對分選出的原材料的加工處理均采用先烘干后粉碎的工藝，生產過程能設備投入大，能耗較高，影響了技術的推廣應用。
4.生產加工過程未考慮垃圾中各種病原性微生物對操作人員的潛在危險，衛生及安全條件差。
基于上述分析，針對中國高濕混合垃圾的特性，采用綜合治理技術對垃圾中不同的物質進行分類回收利用，生產出不同的工業產品，將垃圾處理徹底的無害化、資源化已經成為垃圾處理技術的重點研究和發展方向。

發明內容
本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點而提供一種綜合處理高濕混合城市垃圾的方法，即以之為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法，充分利用垃圾資源、降低環境污染和能耗、徹底實現垃圾處理無害化。
經過長期的研究發現，對于中國的高濕混合城市垃圾，其處理的難點在于如何分類，如何分好類，只有在分類的前提下，才可能實現垃圾的充分有效利用，為此，本發明提出了如下分類的技術方案
本發明根據中國高濕混合城市生活垃圾的特點首先進行有效的分類，然后根據已分類物質的特性采用不同的工藝方法，使之完全的資源化，最終輸出產品為三種1、適合于任何燃燒過程中空氣過剩系數大于1.5的工業鍋爐的生物質燃料；2、適合于多種行業使用的達到國家相關標準的活性炭；3、作為新型建材和適合于多種行業使用的多孔生物陶粒。本發明的具體技術方案如下以高濕混合城市垃圾為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性碳的方法，它包括垃圾的分選和破碎、滾筒篩選，其特征在于還包括如下步驟(1)生物質燃料的制備(1-1)半濕粉碎和烘干將經過滾筒篩選的篩上物進行二次半濕粉碎后至塊度≤50mm的塊狀物，然后再對塊狀物進行烘干至含水量≤25％以下即得生物質燃料原料；(1-2)造粒向上述粒徑≤50mm的塊狀物中添加相當于垃圾塊料重量3-8％的助劑，混合均勻后再進行擠壓造粒，形成垃圾顆粒料；(1-3)烘干將上述垃圾顆粒料在100-200℃之間烘干，至含水量≤20％，即得生物質燃料；(2)將經過滾筒篩選的篩下物在發酵槽內進行生物發酵脫水，每天按0.8-3立方米空氣/每立方米物料通入空氣，在55-75℃溫度下深度曝氣翻推，發酵處理15-20天，直至篩下物含水量≤35％為止；
(3)二次篩選將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，得到二次篩上物和二次篩下物；(3-1)制備活性炭(3-1-1)汽流風選對篩分出的二次篩上物進行汽流風選，得到輕質部分即為含碳純度達90％以上、含水量為35％的活性炭原料；(3-1-2)半濕粉碎用半濕粉碎機將水份含量在30-35％的活性炭原料半濕粉碎至6-40目；(3-1-3)活化劑的添加及攪拌利用筒式攪拌槽將粉碎后的活性炭原料與活化劑混合，按活性炭100克∶活化劑300-400ml拌勻混和成下一步需加工的原料；其中活化劑的制備方法為鋅渣或鋅灰混和后，加入鹽酸置換至PH為3-4時，取波美度36-45°的液體制成氯化鋅活化劑；(3-1-4)炭活化用立式回轉碳活化爐將上述原料炭活化，去除其中的氯化鋅和大部分氯化氫，當尾汽中氯化鋅波美度位0度時，炭活化過程結束，得活化后的活化炭；(3-1-5)酸洗脫泥利用筒式攪拌器將出炭活化爐物料按活化炭重量的10-18％加入鹽酸，以95℃以上熱水(熱水加熱源于上工序水冷卻過程對氯化鋅廢氣冷卻處理)進行酸煮6-10小時，再將活化炭轉入塵沙攪拌器內，使碳、沙分離，沙泥沉入桶底排出；(3-1-6)漂氯利用筒式攪拌器將酸洗脫泥的活化炭在不斷補充水的情況下攪動漂氯至溶液PH值為6-7，去除活化炭中的氯化氫；
(3-1-7)離心脫水利用三足式離心機將經漂氯合格之碳入進行離心脫水，將其水分降至60％以下；(3-1-8)活性炭烘干利用旋風式汽流干燥機將離心脫水后的物料通過密封螺旋送入干燥塔內，以鼓風機鼓入潔凈熱風對物料加熱干燥，在旋風分離器和布袋捕集器捕集120目之上成品活性炭，未被收集的為120目以下的粗炭；(3-1-9)粗碳的研磨破碎利用瓷球球磨機將120目以下的粗碳在球磨機中，瓷球球磨2-6小時達120-140目，得成品活性炭。
(3-2)將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，篩分出的二次篩下物無機物含量≥80％，即為生物陶粒原料；(3-2-1)原料的研磨粉碎利用雷蒙磨將生物陶粒原料加工至粒度160-240目；(3-2-2)攪拌均質處理利用連續性雙軸攪拌機將160-240目生物陶粒原料攪拌均質，同時可以根據情況適時添加一些功能性物質；(3-2-3)擠壓成型造粒；利用滾筒式擠壓造粒機對已攪拌均質的原料進行矯形滾圓，得到直徑為3-30mm顆粒原料；(3-2-4)燒結處理利用滾筒式干燥燒結一體機對已擠壓成型顆粒進行烘干燒結，烘干溫度為850-1150℃，烘干后進入燒結過程的物料水分3-8％，燒結溫度為850-1150℃；(3-2-5)冷卻處理單元利用滾筒式冷卻機，將溫度850-1150℃的生物陶粒，在微負壓條件下冷卻10-15分鐘，即得生物陶粒產品。
其中，在(1-2)造粒步驟中所添加的助劑是氧化鈣、碳酸鈣或熟石灰其中的任意一種，形成的垃圾顆粒料的粒徑為20-30mm、長度為40～100mm，含水量≤36％；其中，在(1-3)烘干步驟中所采用的溫度為150℃；其中，為了更好地利用資源，經過(3-1-1)汽流風選后的重質部分為生物陶粒原料，與(3-2)中的生物陶粒原料合并使用。
需要說明的是，垃圾的分選和破碎、滾筒篩選是常規的對垃圾進行先期分類的公知技術。
垃圾的分選和破碎一般是采用機械式分選和破碎，基本的要求是保證破袋率≥95％，出料塊度≤100mm，自動分揀出磚頭、瓦礫、金屬、電池等硬性物料及皮具、衣服等大件物品。
滾筒篩選是對經過分選和破碎后剩余的含水量達50％破碎垃圾在特制的滾筒篩中進行篩選的過程，它將垃圾分類成篩上物和篩下物兩部分，其中篩上物的典型構成為通過上述處理后的篩上物的典型成分列表(表二，單位重量％)

通過上述處理后的篩下物的典型成分列表(表三，單位重量％)

可以明顯看出，篩上物具有如下特征主要為紙、塑料及其他高發熱值的不易降解的物質，約占總量的21.45％，綜合水分40％左右，除粘附渣土外基本不含廚余垃圾及易發酵腐敗物質，上述物質具有以下特點①.不能進行堆肥處理，在發酵過程無法降解，帶入成品堆肥后造成土壤二次污染；②.直接回收價值量小，難于徹底分類，綜合水分40％保存及使用衛生條件差，直接回收不能完全利用，回收率低；③.熱值含量高，絕干物質的平均發熱值高于4500Kcal/kg；④.具備生產潔凈生物質燃料生產的良好原料條件，主要表現在高濕混合城市生活垃圾焚燒過程中的二噁英類物質生成的前趨物為含氯物質，根據中國人的消費習慣其主要來源于廚余垃圾中殘存的食鹽，通過篩選后可以實現含氯物質的最大減量化。
這些特征表明，篩上物具備了作為生物質燃料的特性，但是其粒度較大、含水量也較高，還必須經過本發明提供的方法處理后才能達到生物質燃料的要求；
二次半濕粉碎是指在物料水分高于30％的情況下，對物料不需作烘干處理直接進行粉碎加工，目的是將上述篩上物在含水量較高(40％)的情況下粉碎成塊度≤50mm的塊狀物，利于后續的烘干和加工；再對上述塊度≤50mm的塊狀物進行烘干，可以采用多種烘干方式，一般是采用專用的高效煙汽式攪拌干燥機，在250-300℃下烘干至含水量≤25％以下，然后再向上述粒徑≤50mm的塊狀物中添加垃圾塊料重量3-8％的助劑，這些助劑可以是氧化鈣、碳酸鈣或熟石灰其中的任意一種，混合均勻后再進行擠壓造粒，形成垃圾顆粒料，最后將上述垃圾顆粒料在100℃的溫度下烘干，至含水量≤20％為止，即得生物質燃料。
根據篩下物的典型成分可以看出，篩下物具有如下特性根據篩下物的典型成分可以看出，篩下物具有如下特性篩下物約占總量的77.5％，為四類物質構成①廚余、果皮、菜根、等易腐敗的物質；②渣土(含已破碎硬性物質)；③紙屑、花生瓜子殼、中藥渣、茶葉渣、樹葉枯枝等纖維類物質的混合物；④殘余的塑料及破布類物質。
成分分析結果為①廚余、果皮、菜根、等易腐敗的物質占篩下物質量分率的50％，平均水分70％；②渣土(含已破碎硬性物質)占篩下物質量分率的23.5％，平均水分30％；③紙屑、花生瓜子殼、中藥渣、茶葉渣、樹葉枯枝等纖維類物質占篩下物質量分率的25％，平均水分55％；④殘余的塑料及破布類物質占篩下物質量分率1.5％，平均水分15％。
以上物質具有如下特征組分①因含大量不飽和脂肪酸及蛋白類物質，水分較大極易發酵，在好氧條件下發酵溫度高，高溫持續時間長具有較強的水分蒸發能力，發酵完成產物為腐殖酸類物質和部分長纖維，是生產多孔膨脹陶粒的良好起泡劑；組分②渣土(含已破碎硬性物質)中含有50％左右的煤渣其余為塵土與陶瓷、石質物質的混合物，其組分完全具備生產孔膨脹陶粒的骨架材料條件；組分③由于大量纖維質成分(占決干物質質量分率的90％)的存在，具有生產木質活性炭的良好條件，④殘余的塑料及破布類物質占篩下物質量分率1.5％，因含量低通過后工序處理分散到兩類產品的生產原料中對后續加工不會造成較大影響。其中，四類物質綜合水分50-60％。在此情況下常規方法很難進行分離、分選。原因為①水分高物料之間相互粘連，在篩分設備中容易粘連抱團，加之廚余、果皮、菜根、等易腐敗的物質未被分解時顆粒度與紙屑、花生瓜子殼、中藥渣、茶葉渣、樹葉枯枝等纖維類物質顆粒度相當無法分離，如采用篩分方法容易堵塞篩孔，效率低下，分離率不足60％。②在高含水情況下四種物質堆比重差距較小，流動性差，不能采用風選進行分離。其次，該篩下物中還含有大量病原性微生物，十分容易影響操作者的健康。
因此，采用常規的分離方法是無法將這兩類原料進行有效分離的，必須找到一種行之有效的辦法將其中的水分含量降低和殺滅病原性微生物，為此，本發明提供了如下方法-對篩下物進行生物發酵脫水經好氧高溫發酵，可以脫除大量水分，在深度曝汽翻堆的條件下，通過15-20天的發酵處理后其原料的含水率降至35％以下；廚余、果皮、菜根完全腐熟，所有病原性微生物全部喪失活性，原料的加工及安全性能較好。同時由于原始垃圾有效的分揀破碎和嚴格的篩分處理，其殘余的塑料及破布類物質的含量低于2％，滿足后工序原料要求。
對經過生物發酵脫水處理后的篩下物，其分離就變得簡單易行了。由于此階段原料的含水率在35％以下，所以通過6-10目的篩網即可將煤灰、渣土及已腐熟的大量泔腳類、動物類等物質分離成為二次篩下物；二次篩上物主要為纖維、已粉碎廢紙屑、花生瓜子殼、中藥渣、茶葉渣、樹葉枯枝等長纖維物質及少量粘服泥土及小塊玻璃、陶瓷等硬性物料。
其中，對篩分出的二次篩上物的特性進行分析，它包括這些特性篩上物占原始垃圾總量13-18％左右，纖維、已粉碎廢紙屑、花生瓜子殼、中藥渣、茶葉渣、樹葉枯枝等長纖維物質占15-17％；粘服泥土及小塊玻璃、陶瓷等硬性物料占1-3％。由以上成分分析可以看出其中85％以上的物質為長纖維物質，剔出粘服泥土及小塊玻璃、陶瓷等硬性物料具備生產木質活性炭的條件，所以按以下步驟進行處理，可以生產適合于多種行業使用的達到國家相關標準的活性炭對二次篩上物進行氣流風選，將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，對篩分出的二次篩上物進行氣流風選，即根據物料堆比重和粒度分布特點，氣流分選裝置中空氣平流速度在5-6米/秒，進汽壓力200mm水柱；氣流分選裝置箱體內固形物填充率低于20％的情況下，可以從漂浮物中沉降得到的輕質部分即為含碳純度達90％以上，含水35％的活性碳原料，沉積在氣流分選裝置箱體內的重質部分為小塊玻璃、陶瓷等；其中，被分離的重質物質由于含有大量的硅元素，是制備生物陶粒的上等原料；然后將活性碳原料進行依次粉碎、添加活化劑、炭活化、酸洗脫泥、漂氯、離心脫水、活性碳烘干、粗炭的研磨破碎，得到高質量的活性炭產品。
對二次篩下物進行分析，發現其有如下特性二次篩下物為煤灰，渣土及已腐熟的大量泔腳類、動物類等物質，還可加上垃圾分類系統回收硬性物質，及活性炭生產過程中風選所產生的硬性物質回收，三部分匯集后構成為無機含量占80％(陶瓷、玻璃、石質物料等物質占)；有機成分占20％；通過典型成分可以看出此類物質占原生垃圾總量的10-11％。上述物質的成分完全符合國內常規生物多孔陶粒生產用原料指標，具備生產生物多孔陶粒的條件，所以作為新型建材和適合于多種行業使用的多孔生物陶粒原料使用。
需要說明的是，將上述三種原料分別加工成生物質燃料產品、活性碳產品、多孔生物陶粒產品的方法可以采用背景技術中對應的方法，也可以是其它未在本申請中提及的公知的方法，只要能夠獲得相應的原料，將這些原料加工成相應的產品的方法是很多的，但是，本發明提供的技術方案是經過檢驗實驗后的最優選的技術方案。
本發明相比于現有技術有如下優點由于本發明采用了分選破碎、滾筒篩選等常規分離步驟，加上特殊的生物發酵脫水技術，再輔以二次篩選，即可一次性地將高濕混合城市垃圾分離成三種符合加工要求的原料，通過各自的加工方法，可以得到三種產品一是高品位的商品性和安全性極好的生物質燃料；二、是適合于多種行業使用的達到國家相關標準的活性炭產品；三、作為新型建材和適合于多種行業使用的多孔生物陶粒產品。在整個處理過程當中基本實現零填埋，處理過程基本無二次污染物產生，既體現良好的環保效益又得到極大的回收利潤，是一項重要技術突破。其次，將汽流風選后的重質部分作為生物陶粒原料，更加充分地利用了資源，使整個垃圾分離的工藝得到了完善，實現了無害化處理垃圾的目標。


圖1為本發明的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明，但本發明的保護范圍并不只限制于這些例子。
實施例1以高濕混合城市垃圾為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法，包括如下步驟一、垃圾的分選和破碎對高濕混合城市垃圾進行有效的機械化分揀和破碎，保證破袋率≥95％，出料塊度≤100mm，自動分揀出磚頭、瓦礫、金屬、電池等硬性物料及皮具、衣服等大件物品，其中皮具、衣服等大件物品經大件破碎處理后返回系統二次破碎；二、滾筒篩選是對經過分選和破碎后剩余的含水量達50％破碎垃圾在特制的滾筒篩中進行篩選的過程，它將垃圾分類成篩上物和篩下物兩部分，其中篩上物的典型構成為通過上述處理后的篩上物的典型成分列表(表四，單位重量％)

通過上述處理后的篩下物的典型成分列表(表五，單位重量％)

三、制備生物質燃料通過滾筒篩選可以實現篩上物垃圾水分降低10個百分點，平均水分含量為40％，同時由于易腐敗物質的去除保證了燃料的熱值及保存時間、適用范圍與安全性。
但是篩上物粒度相對較大，在干燥機內易纏繞且物料脫水表面積相對較小，不利于烘干和造粒，因此將經過滾筒篩選的篩上物進行二次半濕粉碎后至塊度≤50mm的塊狀物，然后進行烘干，可以采用多種烘干方式，一般是采用專用的高效煙汽式攪拌干燥機，在250-300℃下烘干至含水量≤25％以下，即得生物質燃料原料。為充分利用資源，高效煙汽式攪拌干燥機的熱源最好采用自產燃料進行燃燒供給。
將上述生物質燃料原料制備成成品的方法是向上述粒徑≤50mm的垃圾塊料中添加垃圾塊料重量3％的氧化鈣，混合均勻后再進行擠壓造粒，形成粒徑為20mm、長度為40～100mm的垃圾顆粒料；然后再將上述垃圾顆粒料在100℃的溫度下烘干，至含水量≤20％為止，即得生物質燃料成品，該工序采用特殊結構的沸騰干燥冷卻一體機完成。
通過上述過程制備的生物質燃料，具備如下特點1.燃料的安全性商品性極好由于垃圾中的廚余等物質的去除燃料具有良好的保存和使用性能。常溫下可以保證1年左右的儲存期，不粉化和二次發酵。同時由于含氯物質的最大減量化，燃燒生成二噁英類物質的產生量極小，著火點低，燃燒充分排渣量低于15％，排渣熱灼減率低于3％，可以直接作為建材原料，尾氣指標優于普通無煙煤的燃燒尾汽排放，適合于任何燃燒過程中空氣過剩系數大于1.5的工業鍋爐；2、有效提高發熱值試驗證明，低位發熱值1100Kcal/kg的垃圾，經上述過程加工后熱值可達3000Kcal/kg；3、熱值穩定經上述加工后的生物質燃料，熱值基本一致，確保了鍋爐的運行穩定性；4、由于燃燒條件改善，輸出有效利用熱能利用率高于70％；既體現環保效益，又最大限度實現回收效益。
采用本發明所制備的生物質燃料與城市垃圾在焚燒爐中燃燒相比各項參數如下表這些參數按2002年8月光明日報出版社出版的《城市垃圾管理與處理處置技術標準規范應用實務全書》，p804-805第五節，主要技術參數和經濟參數的內容確定的


總之，通過本發明所提供的方法制備好生物質燃料后，再進行焚燒，是改變現有焚燒爐工作狀況的最佳途徑，同時減小了垃圾焚燒處理對原料、熱值及水份的要求，提高了焚燒法處理垃圾的適用范圍，減小能耗及成本，提高處理能力和熱能輸出，并極大降低尾氣所造成之二次污染，是一項重要技術突破，此外，利用該技術可將現已停產的焚燒爐重新啟動使用，極大地節約了投資。
四、篩下物生物發酵脫水將經過滾筒篩選的篩下物再發酵槽內進行生物發酵脫水，深度曝氣翻推，發酵處理15-20天，直至篩下物含水量≤35％為止；其中，通氣量的調節是根據溫度及水分變化情況進行的。物料進入發酵過程第1-3天為發酵過程升溫段，發酵槽內溫度由常溫升至75℃，為提高好氧菌種的繁殖速度，充氧量應控制在菌種繁殖所需氧氣范圍，每天需按1立方米空氣/每立方米物料通入空氣；物料進入發酵過程第3-10天為發酵過程恒溫段，此階段發酵槽內溫度保持在55-75℃，為保證好氧菌種的活性及繁殖率，加速蒸發水分，有效殺滅各種病原性微生物，每天需按3立方米空氣/每立方米物料通入空氣；在物料進入發酵過程第10-15天為發酵過程降溫段，發酵槽內溫度由55-75℃降至常溫，為保證降溫速度，加速蒸發水分，每天需按0.8立方米空氣/每立方米物料通入空氣；五、活性炭的制備將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，對篩分出的二次篩上物進行氣流風選，即根據物料堆比重和粒度分布特點，氣流分選裝置中空氣平流速度在5-6米/秒，進汽壓力200mm水柱；氣流分選裝置箱體內固形物填充率低于20％的情況下，可以從漂浮物中沉降得到的輕質部分即為含碳純度達90％以上，含水35％的活性碳原料，沉積在氣流分選裝置箱體內的重質部分為小塊玻璃、陶瓷等。
將上述活性炭原料制成成品的方法是1、粉碎用半濕粉碎機對活性碳原料水份在30-35％的情況下，半濕粉碎至6-40目；2、活化劑的添加及攪拌利用筒式攪拌槽將粉碎后的活性炭原料與活化劑混合，按活性炭100克∶活化劑300-400ml拌勻混和成下一步需加工的原料；其中活化劑的制備方法為鋅渣或鋅灰混和后，加入鹽酸置換至PH為3-4時，取波美度36-45°的液體制成氯化鋅活化劑；3、炭活化用立式回轉碳活化爐將上述原料炭活化，爐體上端有大量含氯化鋅廢氣上揚收入冷卻塔，在冷卻至300℃以下時成粘狀液體下落入氯化鋅液貯斗之內，又在冷凝塔頂端裝以冷水噴霧，把50℃以下的氯化氫水蒸氣冷卻成霧，隨水落入斜形百頁窗板流入廢水池內，活化碳轉入回收氯化鋅至尾汽波美度0度活化過程結束，得活化后的活化炭；4、酸洗脫泥利用筒式攪拌器將出炭活化爐物料按活化炭重量的10-18％加入鹽酸，以95℃以上熱水(熱水加熱源于上工序水冷卻過程對氯化鋅廢氣冷卻處理)進行酸煮6-10小時，再將活化炭轉入塵沙攪拌器內，使碳、沙分離，沙泥沉入桶底排出；5、漂氯利用筒式攪拌器將酸洗脫泥的活化炭在不斷補充水的情況下攪動漂氯至溶液PH值為6-7，去除活化炭中的氯化氫；利用筒式攪拌器將活化炭輕隨水在攪動下漂氯，流出之水與上述廢水合并入沉淀池，充分沉淀后取上清液計量入中和反應糟內，加石灰等沉淀劑充分反應沉淀，得上清液，按十萬分之三即每噸廢水下30-100克活性碳吸附后，再砂濾得清水能達用水標準供生產上循環使用；6、離心脫水利用三足式離心機將經漂氯合格之碳入進行離心脫水，將其水分降至60％以下，所產生的水返回沉淀池，二次循環利用；7、活性碳烘干利用旋風式汽流干燥機將離心脫水物料通過密封螺旋送入干燥塔內，以鼓風機鼓入潔凈熱風對物料加熱干燥，在旋風分離器和布袋捕集器捕集120目之上的為成品活性炭，未被收集的為120目以下的粗碳；8、粗碳的研磨破碎利用瓷球球磨機將120目以下的粗碳通過旋風分離器落入貯倉中，開閘流入20-25轉/分的球磨機中，瓷球球磨2-6小時達120-140目，得成品活性炭。
本方法制備的活性炭產品具有如下特性
因國內生產活性炭的主要原料以煤為主，所以煤質顆粒活性炭的國家標準較完善，木質活性炭的生產均為參照執行，只是規定了相關的檢測方法為便于對照現將產品主要控制指標進行比較。
回收溶劑用煤質顆粒活性炭(GB7701.2-87)主要技術指標與本工藝產品指標對比列表

六、生物陶粒原料的制備將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，篩分出的二次篩下物無機物含量≥80％，即為生物陶粒原料；為了更好地利用資源，可將在活性碳原料制備中的氣流風選后的重質部分作為生物陶粒原料。
將上述生物陶粒原料制備成生物陶粒產品，可以采用多種方法，如1、原料的研磨粉碎利用雷蒙磨將生物陶粒原料加工至粒度160-240目；2、攪拌均質處理利用連續性雙軸攪拌機將160-240目生物陶粒原料攪拌均質，同時可以根據情況適時添加一些功能性物質，如加入提高強度的硅酸鹽類；3、擠壓成型造粒利用滾筒式擠壓造粒機將已攪拌均質的原料進行矯形滾圓，以保證產品的良好燒結性能，制成直徑為3-30mm顆粒原料；4、燒結處理利用滾筒式干燥燒結一體機對已擠壓成型顆粒進行烘干燒結，此過程烘干和燒結操作形成一體化操作，筒體前端為烘干段，高溫850-1150℃煙汽由筒體中部噴入，尾汽抽吸位于筒體前端，目的是充分利用燒結過程所產生的余熱，烘干后進入燒結過程的物料水分3-8％，燒結溫度850-1150℃；5、冷卻處理單元利用滾筒式冷卻機；將溫度850-1150℃的燒結后的原料，在微負壓條件下進行冷卻處理至常溫后進行包裝，冷卻過程為保證陶粒不開裂，冷卻時間應保證10-15分鐘，即得生物陶粒產品。
該生物陶粒產品具備如下特性粉煤灰陶粒(國家標準GB 2838-81)主要性能指標與本工藝產品指標對比


權利要求
1.以高濕混合城市垃圾為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法，它包括垃圾的分選和破碎、滾筒篩選，其特征在于還包括如下步驟(1)生物質燃料的制備(1-1)半濕粉碎和烘干將經過滾筒篩選的篩上物進行二次半濕粉碎后至塊度≤50mm的塊狀物，然后再對塊狀物進行烘干至含水量≤25％以下即得生物質燃料原料；(1-2)造粒向上述粒徑≤50mm的塊狀物中添加相當于垃圾塊料重量3-8％的助劑，混合均勻后再進行擠壓造粒，形成垃圾顆粒料；(1-3)烘干將上述垃圾顆粒料在100-200℃之間烘干，至含水量≤20％，即得生物質燃料；(2)將經過滾筒篩選的篩下物在發酵槽內進行生物發酵脫水，每天按0.8-3立方米空氣/每立方米物料通入空氣，在55-75℃溫度下深度曝氣翻推，發酵處理15-20天，直至篩下物含水量≤35％為止；(3)二次篩選將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，得到二次篩上物和二次篩下物；(3-1)制備活性炭(3-1-1)汽流風選對篩分出的二次篩上物進行汽流風選，得到輕質部分即為含碳純度達90％以上、含水量為35％的活性炭原料；(3-1-2)半濕粉碎用半濕粉碎機將水份含量在30-35％的活性炭原料半濕粉碎至6-40目；(3-1-3)活化劑的添加及攪拌利用筒式攪拌槽將粉碎后的活性炭原料與活化劑混合，按活性炭100克∶活化劑300-400ml拌勻混和成下一步需加工的原料；其中活化劑的制備方法為鋅渣或鋅灰混和后，加入鹽酸置換至PH為3-4時，取波美度36-45°的液體制成氯化鋅活化劑；(3-1-4)炭活化用立式回轉碳活化爐將上述原料炭活化，去除其中的氯化鋅和大部分氯化氫，當尾汽中氯化鋅波美度位0度時，炭活化過程結束，得活化后的活化炭；(3-1-5)酸洗脫泥利用筒式攪拌器將出炭活化爐物料按活化炭重量的10-18％加入鹽酸，以95℃以上熱水(熱水加熱源于上工序水冷卻過程對氯化鋅廢氣冷卻處理)進行酸煮6-10小時，再將活化炭轉入塵沙攪拌器內，使碳、沙分離，沙泥沉入桶底排出；(3-1-6)漂氯利用筒式攪拌器將酸洗脫泥的活化炭在不斷補充水的情況下攪動漂氯至溶液PH值為6-7，去除活化炭中的氯化氫；(3-1-7)離心脫水利用三足式離心機將經漂氯合格之活化炭進行離心脫水，將其水分降至60％以下；(3-1-8)活性炭烘干利用旋風式汽流干燥機將離心脫水后的物料通過密封螺旋送入干燥塔內，以鼓風機鼓入潔凈熱風對物料加熱干燥，在旋風分離器和布袋捕集器捕集120目之上成品活性炭，未被收集的為120目以下的粗炭；(3-1-9)粗碳的研磨破碎利用瓷球球磨機將120目以下的粗碳在球磨機中，瓷球球磨2-6小時達120-140目，得成品活性炭；(3-2)將經過生物發酵脫水后的篩下物通過6-10目的篩網進行二次篩選，篩分出的二次篩下物無機物含量≥80％，即為生物陶粒原料；(3-2-1)原料的研磨粉碎利用雷蒙磨將生物陶粒原料加工至粒度160-240目；(3-2-2)攪拌均質處理利用連續性雙軸攪拌機將160-240目生物陶粒原料攪拌均質；(3-2-3)擠壓成型造粒；利用滾筒式擠壓造粒機對已攪拌均質的原料進行矯形滾圓，直至顆粒直徑3-30mm；(3-2-4)燒結處理利用滾筒式干燥燒結一體機對已擠壓成型顆粒進行烘干燒結，烘干溫度為850-1150℃，烘干后進入燒結過程的物料水分3-8％，燒結溫度為850-1150℃；(3-2-5)冷卻處理單元利用滾筒式冷卻機，將溫度850-1150℃的的生物陶粒，在微負壓條件下冷卻10-15分鐘，即得生物陶粒產品。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在(1-2)造粒步驟中所添加的助劑是氧化鈣、碳酸鈣或熟石灰其中的任意一種。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在(1-2)造粒步驟中，形成的垃圾顆粒料的粒徑為20-30mm、長度為40～100mm。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在(1-2)造粒步驟中，形成的垃圾顆粒料含水量≤36％。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于在(1-3)烘干步驟中所采用的溫度為150℃。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于經過(3-1-1)汽流風選后的重質部分為生物陶粒原料，與(3-2)中的生物陶粒原料合并使用。
全文摘要
本發明公開了一種從高濕混合城市垃圾中一次性地分離并制備出生物質燃料、生物陶粒和活性炭的方法，它包括垃圾的分選和破碎、滾筒篩選、生物質燃料的制備、生物發酵脫水、生物陶粒原料和活性炭的制備等步驟，可以高濕混合城市垃圾為原料一次性制備生物質燃料、生物陶粒和活性炭，充分利用垃圾資源、降低環境污染和能耗、徹底實現垃圾處理無害化。
文檔編號C04B33/132GK1944602SQ20061002214
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月30日 優先權日2006年10月30日
發明者雷建國, 楊啟才 申請人:四川雷鳴生物環保工程有限公司