專利名稱：一種城鄉(xiāng)生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化可再生能源的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于可再生能源制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城鄉(xiāng)生活垃圾及農(nóng)作物秸稈綠色轉(zhuǎn)化可再生能源的方法。
背景技術(shù)：
能源是工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著世界人口的增加和工業(yè)化程度的提高，能源的消耗也在逐年增加。由于石油資源的存量逐漸減少，以生物質(zhì)為原料制備生物燃料的研發(fā)越來越受到人們的關(guān)注。生物油、生物乙醇和沼氣等都是以生物質(zhì)為原料生產(chǎn)出來的可代替石油的可再生燃料，因此發(fā)展生物油、生物乙醇和沼氣等可再生燃料具有十分重要的戰(zhàn)略意義。目前，在不少國(guó)家，可再生燃料已經(jīng)被用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的交通能源(汽油、柴油)等。通過在汽車燃料中混合一定比例的可再生燃料，不僅可以降低溫室氣體的排放，同時(shí)也能降低二氧化硫等污染物的排放。迄今為止，可再生燃料——燃料乙醇已成為交通能源領(lǐng)域發(fā)展規(guī)模最大、技術(shù)路線最為成熟的替代能源之一。據(jù)了解，2000年到2009年間，全球燃料乙醇年均增長(zhǎng)率達(dá)到了 14.3% ；而在燃料乙醇工業(yè)發(fā)展最成熟的巴西，乙醇燃料幾乎已完全取代傳統(tǒng)化石燃料。然而，隨著全球糧食價(jià)格飆升以及供應(yīng)相對(duì)緊張，使得以玉米等糧食作物為原料生產(chǎn)的第一代生物乙醇，面臨著與糧食安全、土地資源限制等方面的巨大矛盾和沖突。在這種情況下，業(yè)界開始研究開發(fā)以纖維素為主要成分的農(nóng)林廢棄物為原料的新型生物燃料， 希望以此替代第一代燃料乙醇。這種被稱為“第二代生物燃料”的工藝，不僅可以緩解對(duì)糧食的壓力，還可以通過提高替代燃料汽車中的乙醇濃度，從而更大程度地減少溫室氣體的排放。生活垃圾包括農(nóng)作物廢棄的秸稈是目前世界上唯一不斷增長(zhǎng)的潛在原料，也是一種放錯(cuò)地方的能源資源。生活垃圾中含有豐富的纖維素、淀粉及糖類，這些物質(zhì)通過適當(dāng)?shù)奶幚矸椒ň涂梢缘玫缴镉?，生物乙醇和沼氣等清潔能源。?jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市生活垃圾中， 有機(jī)垃圾平均占60% -70%，塑料占9% -10%，玻璃占3% _5%，其它占15% -25%%。其中有機(jī)垃圾包括廚余物、廢紙、廢織物、草木秸稈、果皮等。隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大和人口的激增，城市生活垃圾產(chǎn)生量也在大幅度增力口。我國(guó)城市人均垃圾產(chǎn)生量達(dá)到440kg/a，是人均糧食占有量的1. 16倍，而且每年正以 8%-10%的速度增長(zhǎng)，根據(jù)國(guó)家環(huán)?？偩诸A(yù)測(cè)，2010年中國(guó)將產(chǎn)生城市生活垃圾1. 52億噸，2015年和2020年將達(dá)到2. 1億噸，中國(guó)已成為世界上垃圾包揪最重的國(guó)家之一。因此如何有效實(shí)現(xiàn)變廢為寶，實(shí)現(xiàn)能源二次開發(fā)，成為廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)。在我國(guó)生活垃圾資源化利用的總體水平不高，回收利用技術(shù)相對(duì)落后，規(guī)?；闹鲗?dǎo)力量介入也不多。中國(guó)專利ZL03150530. 9和ZL2006101163^. 5分別公開了一種生活垃圾處理工藝，其過程大致為將生活垃圾破碎、分選等后，有機(jī)物送入水解罐中高溫高壓水解。分別得到水解液和固體殘?jiān)?，隨后固體殘?jiān)a(chǎn)有機(jī)肥。以上兩個(gè)專利使得生活垃圾資源化利用成為可能，但是利用的形式較單一(僅僅用于堆肥)，資源利用率低。申請(qǐng)?zhí)枮?00710066167. 8專利公開了一種高壓流體轉(zhuǎn)化技術(shù)制備生物燃料的工藝，其特征是將生物質(zhì)原料輸送到泥漿化處理器中進(jìn)行預(yù)處理，得到泥漿化生物質(zhì)原料，在將泥漿化生物質(zhì)原料加壓后輸送到高壓反應(yīng)器中，連續(xù)進(jìn)行亞臨界或超臨界流體反應(yīng)，完成生物質(zhì)原料的水解和酯化反應(yīng)，獲得小分子的有機(jī)化合物——液體生物燃料，接著液體生物燃料經(jīng)分離得到生物燃料。但實(shí)施該專利首先需要對(duì)原料進(jìn)行泥漿化預(yù)處理，增加設(shè)備成本；其次水解過程中的溫度)和壓力(35MPa)都要求比較高。另外，大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段，離實(shí)際應(yīng)用還存在很多科學(xué)問題。針對(duì)這些問題，本發(fā)明在生活垃圾的處理上只需簡(jiǎn)單的分揀出玻璃、金屬和橡膠等不可處理廢棄物及可回收利用的物質(zhì)，剩下的有機(jī)物送入裝有綠色溶劑的水解處理裝置中，快速升溫到適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο逻M(jìn)行催化水解，同時(shí)在線收集不同沸點(diǎn)下的生物油，分別得到不同品質(zhì)的產(chǎn)品，節(jié)省了后期生物油的提質(zhì)過程。反應(yīng)后的固體物進(jìn)一步采用酶解、 發(fā)酵等方法得到糖類、生物乙醇和沼氣等高價(jià)值產(chǎn)品，提升整個(gè)垃圾處理工藝的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力。生活垃圾經(jīng)過綠色溶劑的水解處理過程后，固體尾產(chǎn)物較原生活垃圾更容易進(jìn)行酶解反應(yīng)，且轉(zhuǎn)化率也有一定程度的提高，大大提高生活垃圾的利用率。此方法具有操作簡(jiǎn)單、 綠色、環(huán)保、省時(shí)等特點(diǎn)，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種城鄉(xiāng)生活垃圾包括農(nóng)作物秸稈等綠色轉(zhuǎn)化可再生能源的方法，該方法所用原料包括收集生活廢棄物(如廢舊衣物，棉布， 廢塑料，廢紙等)，農(nóng)林業(yè)廢棄物(如林業(yè)加工木屑、農(nóng)作物秸稈等)，在不需要特殊預(yù)處理的情況下，直接與綠色溶劑混合在適當(dāng)?shù)臏囟群蛪毫ο滤夥磻?yīng)，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，將剩余的固體尾產(chǎn)物利究竟復(fù)合酶在厭氧發(fā)酵和酶解發(fā)酵條件下生產(chǎn)沼氣、生物乙醇和化工中間體(如糖)。酶解后的固體殘?jiān)孔鳛樯a(chǎn)有機(jī)肥的原料。通過本發(fā)明的實(shí)施，能夠最大限度的利用生活垃圾和農(nóng)作物秸稈，實(shí)現(xiàn)生活垃圾的“無廢化”，符合綠色生產(chǎn)要求。本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種生活垃圾或農(nóng)作物秸稈綠色轉(zhuǎn)化可再生能源的方法，其步驟包括將生活垃圾或農(nóng)作物的秸稈和綠色溶劑置于高壓反應(yīng)釜中，在適當(dāng)溫度和適當(dāng)壓力條件下反應(yīng)(其工藝路線如圖1所示)。所述的綠色溶劑是甲醇，乙醇，丙酮其中之一與或水組成的綠色溶齊U，其反應(yīng)溫度為200-325°C (優(yōu)選地為225-275°C )，反應(yīng)壓力為2. 3-8. 9Mpa,反應(yīng)時(shí)間為10-60min(優(yōu)選地為20min-40min)。反應(yīng)結(jié)束后利用現(xiàn)有的固液分離設(shè)備或裝置使固液分離，回收綠色溶劑得到生物油，生物油產(chǎn)率達(dá)到70%以上。剩余的固體尾產(chǎn)物采用常溫厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣，或采用酒精復(fù)合酶糖化發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，控制發(fā)酵溫度為50°C，添加PH為5的磷酸緩沖液質(zhì)量占固體尾產(chǎn)物的6%，酒精復(fù)合酶的用量占固體尾產(chǎn)物的質(zhì)量比為0. 5-5% (優(yōu)選地為-4% )，發(fā)酵時(shí)間為12-7 得到生物乙醇。生物乙醇產(chǎn)率達(dá) 12%以上。發(fā)酵后的固體殘?jiān)^續(xù)可用于生產(chǎn)有機(jī)肥的原料。本發(fā)明中，所述的生活垃圾包括農(nóng)作物秸稈、廢舊衣物，棉布，廢塑料，廢紙和居民
日常垃圾等。所述的可再生能源包括生物油、生物乙醇和沼氣。
本發(fā)明的固液分離設(shè)備或裝置在產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用時(shí)可采用商購(gòu)的固液分離機(jī)，例如江蘇鑫宇拋丸設(shè)備有限公司生產(chǎn)的固液分離機(jī)(地址江蘇省大豐市大龍工業(yè)園)。按照常規(guī)方法連接。本發(fā)明的有益效果是生活垃圾的圍城現(xiàn)象日趨嚴(yán)重，如何及時(shí)有效地對(duì)生活垃圾進(jìn)行處理，達(dá)到無害化、資源化、減量化目標(biāo)，符合可持續(xù)發(fā)展的要求，已成為亟待解決的問題。采用本發(fā)明的方法處理生活垃圾，既能有效的保護(hù)環(huán)境，又能合理的利用廢棄生物質(zhì)。1.生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化生物油，生物乙醇等可再生能源和化工原料(如糖)，能有效的緩解全球資源短缺矛盾，有助于城市的可持續(xù)發(fā)展。2.生活垃圾經(jīng)本發(fā)明的方法處理后，生物油的產(chǎn)率高達(dá)70%以上，固體尾產(chǎn)物接著厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣或/和酶解發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，每噸生活垃圾可產(chǎn)生物乙醇IOOkg以上，厭氧發(fā)酵或/和酶解后的固體殘?jiān)^續(xù)用于生物堆肥，生活垃圾最終全部“無廢化”利用。3.生活垃圾經(jīng)本發(fā)明的方法處理后的固體尾產(chǎn)物生產(chǎn)沼氣，其產(chǎn)氣時(shí)間比普通方法生產(chǎn)沼氣的時(shí)間大大提前。4.處理生活垃圾的工藝簡(jiǎn)單，整個(gè)過程無“三廢”產(chǎn)生，符合綠色生產(chǎn)要求。


圖1 生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化可再生能源路線圖。圖2 溫度對(duì)生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響。圖3 固液比對(duì)生物油產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響。圖4 反應(yīng)時(shí)間對(duì)生物油產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響。圖5 農(nóng)作物秸稈生物油的紅外光譜圖。圖6 農(nóng)作物秸稈生物油的GC-MS圖。圖7 廢棄織布生物油的紅外光譜圖。圖8 廢棄織布生物油的GC-MS圖。圖9 廢棄塑料生物油的紅外光譜圖。圖10 廢棄塑料生物油的GC-MS圖。圖11 生活垃圾生物油的紅外光譜圖。圖12 生活垃圾生物油的GC-MS圖。圖13 糖含量隨時(shí)間的變化圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1利用農(nóng)作物秸稈(稻草)綠色轉(zhuǎn)化生物油(試驗(yàn)實(shí)施例)稱取IOg農(nóng)作物秸稈(稻草)放入0.5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入50-200ml的濃度為60%的乙醇，反應(yīng)溫度225-275°C，反應(yīng)壓力2. 3-8. 9MPa，反應(yīng)時(shí)間 10-40min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離(本實(shí)施例是在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行的，可采用常壓過濾的方法進(jìn)行。在產(chǎn)業(yè)化實(shí)施中可使用江蘇鑫宇拋丸設(shè)備有限公司生產(chǎn)的固液分離機(jī)，地址 江蘇省大豐市大龍工業(yè)園)，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收乙醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化，計(jì)算生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率。(1)反應(yīng)溫度對(duì)生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響取稻草10g，濃度為60%的乙醇溶液100ml，置于0. 5L的高壓反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)時(shí)間為40min。反應(yīng)溫度對(duì)生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響如圖2所示。生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物的轉(zhuǎn)化率秸稈隨著反應(yīng)溫度的升高而升高，當(dāng)反應(yīng)溫度為275°C，反應(yīng)壓力為8. 9Mpa時(shí)，生物油的產(chǎn)率和秸稈的轉(zhuǎn)化率分別達(dá)到最大值。隨著反應(yīng)溫度的進(jìn)一步升高，生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率均下降趨勢(shì)。生物油產(chǎn)率下降可能是部分的生物油在更高的溫度下發(fā)生分解反應(yīng)，導(dǎo)致產(chǎn)率下降。而農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率下降可能是因?yàn)椋?部分固體殘?jiān)M(jìn)一步不碳化所致。所以反應(yīng)溫度為275°C是本發(fā)明適宜的反應(yīng)溫度。(2)固液比對(duì)生物油產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響取稻草10g，置于0.5L的高壓反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)溫度為275°C，反應(yīng)壓力為 8. 9Mpa,反應(yīng)時(shí)間為40min。固液比對(duì)生物油產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響如圖3所示，從圖上可知生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率隨著固液比的增大是先升高后下降， 當(dāng)固液比為1 10時(shí)，生物油的產(chǎn)率最大，秸稈的轉(zhuǎn)化率超過80%。所以固液比為1 10 作為我們?cè)囼?yàn)的首選。(3)反應(yīng)時(shí)間對(duì)生物油產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響取稻草10g，濃度為60%的乙醇溶液100ml，置于0. 5L的高壓反應(yīng)釜中，控制反應(yīng)溫度為275°C，反應(yīng)壓力為8. 9Mpa。反應(yīng)時(shí)間對(duì)生物油產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率的影響如圖4所示，隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，生物油的產(chǎn)率和秸稈的轉(zhuǎn)化率先增大后降低，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為30min.左右時(shí)，生物油的轉(zhuǎn)化率最大，秸稈的轉(zhuǎn)化率超過80%。在繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間， 生物油的產(chǎn)率反而降低。所以本發(fā)明的最優(yōu)的反應(yīng)時(shí)間應(yīng)為30min左右。(4)生物油的紅外光譜表征和GC-MS表征生物油可能的成分組成分別采用的紅外光譜(如圖5)和GC-MS(如圖6)進(jìn)行表征，從圖5可以看出，生物油的分子結(jié)構(gòu)分別含有甲基、亞甲基、羰基、雙鍵和苯環(huán)等官能團(tuán)。從圖6中可以推斷，生物油可能含有羧酸，醛，酮和醚等成分。實(shí)施例2農(nóng)作物秸稈(稻草)綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取IOOg農(nóng)作物秸稈(稻草)放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為50%甲醇溶液，在反應(yīng)溫度250°C，反應(yīng)壓力為6. 3MPa, 反應(yīng)60min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收甲醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率和秸稈的轉(zhuǎn)化率分別大于60%和70%。實(shí)施例3農(nóng)作物秸稈(稻草)綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取200g農(nóng)作物秸稈(稻草)放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為50%丙酮溶液，在反應(yīng)溫度225°C，反應(yīng)壓力為3. 8MPa, 反應(yīng)60min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收丙酮，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和農(nóng)作物秸稈的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率大于 35 %，秸稈的轉(zhuǎn)化率大于70 %。實(shí)施例4廢棄織布綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取200g廢棄織布放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為80%的乙醇溶液，在反應(yīng)溫度250°C，反應(yīng)壓力為5. 4MPa，反應(yīng) 60min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收乙醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和廢棄織布的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率超過50%，廢棄織布的轉(zhuǎn)化率大于75%。生物油的紅外光譜表征和GC-MS表征生物油可能的成分組成分別采用的紅外光譜(如圖7)和GC-MS(如圖8)進(jìn)行表征，從圖7可以看出，生物油的分子結(jié)構(gòu)分別含O-H鍵，C-H鍵和C = O雙鍵等。生物油成分復(fù)雜，從圖8中可以推斷，生物油可能含有醇，酯，醛，酮和醚等成分，如正丙醇，硬酯酸乙酯，油酸乙酯等。實(shí)施例5廢棄織布綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取200g廢棄織布放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為20%甲醇溶液，在反應(yīng)溫度225°C，反應(yīng)壓力為3. 3MPa,反應(yīng)時(shí)間 60min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收甲醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和廢棄織布的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率大于40%，廢棄織布的轉(zhuǎn)化率超過70%。實(shí)施例6廢棄塑料綠色轉(zhuǎn)化生物油稱取400g廢棄塑料放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為80%的乙醇溶液，在反應(yīng)溫度225°C，反應(yīng)壓力為3. 5MPa，反應(yīng)時(shí)間20min。反應(yīng)結(jié)束后， 使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收乙醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和廢棄塑料的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率大于65%，廢棄塑料的轉(zhuǎn)化率超過 85%。生物油的紅外光譜表征和GC-MS表征生物油可能的成分組成分別采用的紅外光譜(如圖9)和GC-MS(如圖10)進(jìn)行表征，從圖9可以看出，生物油的分子結(jié)構(gòu)含明顯的O-H鍵，C = 0雙鍵和苯環(huán)等。生物油成分復(fù)雜，從圖10中可以推斷，生物油可能含有酯，醛和酮等成分，如鄰苯二甲酸二乙酯，對(duì)
苯二甲酸二乙酯等。實(shí)施例7廢棄塑料綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取150g廢棄塑料放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入1500ml濃度為80%的甲醇溶液，在反應(yīng)溫度225°C，反應(yīng)壓力為3. 2MPa,反應(yīng)時(shí)間lOmin。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收甲醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和廢棄塑料的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率和廢棄塑料的轉(zhuǎn)化率分別超過60%和80%。實(shí)施例8利用居民生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取200g已剔除金屬，塑膠等可回收物的居民生活垃圾放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為40%的乙醇溶液，在反應(yīng)溫度 275°C，反應(yīng)壓力8. 9MPa，反應(yīng)時(shí)間20min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，固體烘干稱重，液體回收溶劑和脫水，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和生活垃圾的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率大于45%，秸稈的轉(zhuǎn)化率超過79%。生物油的紅外光譜表征和GC-MS表征
生物油可能的成分組成分別采用的紅外光譜(如圖11)和GC-MS(如圖12)進(jìn)行表征，從圖11可以看出，生物油的分子結(jié)構(gòu)含明顯的O-H鍵，C = 0雙鍵和苯環(huán)等。生物油成分復(fù)雜，從圖12中可以推斷，生物油可能含有酯，醛和酮等成分實(shí)施例9居民生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化生物油按照實(shí)施例1的步驟。稱取IOOg已剔除金屬，塑膠等可回收物的居民生活垃圾放入5L的高壓反應(yīng)釜中，同時(shí)向該反應(yīng)釜中加入2000ml濃度為20%的甲醇溶液，在反應(yīng)溫度為275°C，反應(yīng)壓力為2. 3MPa，反應(yīng)時(shí)間30min。反應(yīng)結(jié)束后，使固液分離，得到生物油和固體尾產(chǎn)物，回收甲醇，通過反應(yīng)前后反應(yīng)物和產(chǎn)物的重量變化計(jì)算生物油的產(chǎn)率和生活垃圾的轉(zhuǎn)化率。生物油的產(chǎn)率超過40%，生活垃圾的轉(zhuǎn)化率大于78%。實(shí)施例10農(nóng)作物秸稈糖化發(fā)酵制備生物乙醇稱取Ikg提取生物油后的農(nóng)作物秸稈(稻草)放入IOL的糖化罐中，同時(shí)向該罐中加入4%的纖維素酶(購(gòu)自浙江省湖州市湖州禮來生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品)和6L pH為 5. 0的檸檬酸緩沖液(配制方法稱取4. 2120g檸檬酸和8. 9140g檸檬酸鈉，加水溶解并定容到1L)，在溫度為50°C發(fā)酵。每隔24h取樣一次，采用常規(guī)的蒽酮比色法測(cè)其總糖的量。 測(cè)定結(jié)果如圖13所示。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，溶液中總糖的量呈現(xiàn)先增加后減少的變化趨勢(shì)， 但水解時(shí)間為36h時(shí)可發(fā)酵糖的含量達(dá)到最大，其值大于320g。稱取300g可發(fā)酵糖放入 2500ml的發(fā)酵罐中，同時(shí)向該罐中加入3%的酒精復(fù)合酶(湖州禮來生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品)和大約1800ml pH為5. 0的檸檬酸緩沖液(配方同上)，在37°C的溫度環(huán)境下發(fā)酵，48h 后減壓分離生物乙醇。生物乙醇的量超過130g，生物乙醇的產(chǎn)率大于43%。實(shí)施例11生活垃圾糖化發(fā)酵制備生物乙醇稱取Ikg提取生物油后的生活垃圾放入5L的糖化罐中，同時(shí)向該發(fā)酵罐中加入 5%質(zhì)量的纖維素酶(浙江省湖州市湖州禮來生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品)和6LpH為5. 0的檸檬酸緩沖液(配方同上)，在溫度為50°C發(fā)酵36h。糖化結(jié)束后可發(fā)酵糖的含量達(dá)到最大值， 其值大于^0g。稱取300g可發(fā)酵糖放入2500ml的發(fā)酵罐中，同時(shí)向該罐中加入4%的酒精復(fù)合酶(湖州禮來生物技術(shù)有限公司產(chǎn)品)和大約1800ml pH為5的檸檬酸緩沖液(配方同上)，在37°C的溫度環(huán)境下發(fā)酵，3 后減壓分離生物乙醇。得生物乙醇的127.5g，生物乙醇的產(chǎn)率超過42.5%。實(shí)施例12生活垃圾厭氧發(fā)酵生產(chǎn)沼氣稱取2kg糖化發(fā)酵后的固體殘?jiān)湃隝OL的玻璃瓶中，同時(shí)加入占固體殘?jiān)馁|(zhì)量比為30%動(dòng)物性糞便和總?cè)莘e的80%的水，在室溫環(huán)境條件下厭氧發(fā)酵，采用常規(guī)的排水集氣法收集沼氣。產(chǎn)沼結(jié)束后使固液分離，得固體尾產(chǎn)物。為了比較產(chǎn)生沼氣的時(shí)間，稱取相同質(zhì)量的未處理的干生活垃圾，同時(shí)加入占固體殘?jiān)馁|(zhì)量比為30%動(dòng)物性糞便和總?cè)莘e的80%的水，在室溫環(huán)境條件下作平行厭氧發(fā)酵試驗(yàn)。經(jīng)比較，采用糖化發(fā)酵后的固體殘?jiān)鼮樵系某鰵鈺r(shí)間比用干生活垃圾為原料的出氣時(shí)間提前大約20天。
權(quán)利要求
1.一種城鄉(xiāng)生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化可再生能源的方法，包括，將生活垃圾農(nóng)作物秸稈或/和廢舊衣物或/和棉布廢塑料或/和廢紙與綠色溶劑甲醇或乙醇或丙酮或/和水置于同一個(gè)高壓反應(yīng)釜中，其中所述綠色溶劑中的水的體積占 80-20%，生活垃圾與綠色溶劑的質(zhì)量比為1 5-20，反應(yīng)溫度為200-325°C，反應(yīng)壓力為 2. 3-8. 9Mpa,反應(yīng)時(shí)間為10-60min，反應(yīng)結(jié)束后使固液分離，回收所述的綠色溶劑得生物油；將剩余的固體尾產(chǎn)物在常溫下采用厭氧發(fā)酵方法生產(chǎn)沼氣，或利用酒精復(fù)合酶通過糖化發(fā)酵方法生產(chǎn)生物乙醇，其包括還向所述的底物中添加PH為5的檸檬酸緩沖液，該檸檬酸緩沖液的質(zhì)量占固體尾產(chǎn)物的6%，所述的酒精復(fù)合酶的用量占固體尾產(chǎn)物的質(zhì)量比為 0. 5-5%，控制發(fā)酵溫度為50°C，發(fā)酵時(shí)間為12-7 得到所述的生物乙醇；其中檸檬酸緩沖液按照如下組分配制稱取4. 21g檸檬酸和8. 91g檸檬酸鈉，加水溶解并定容到1L。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的反應(yīng)壓力為5.1-6. 9Mpa，所述的生產(chǎn)生物油中的綠色溶劑的水的體積占40-60%，所述的生活垃圾與綠色溶劑的質(zhì)量比為 1 10-15，反應(yīng)溫度為250-275°C，反應(yīng)時(shí)間為20-40min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的生產(chǎn)生物油中的綠色溶劑的水的體積為60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的酒精復(fù)合酶的用量占固體尾產(chǎn)物的質(zhì)量比為1_4%，所述的生產(chǎn)生物乙醇的發(fā)酵時(shí)間為對(duì)-3他。
全文摘要
本發(fā)明屬于可再生能源制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種城鄉(xiāng)生活垃圾綠色轉(zhuǎn)化可再生能源的方法。將生活垃圾如農(nóng)作物秸稈或/和廢舊衣物或/和棉布、廢塑料或/和廢紙與綠色溶劑如甲醇或乙醇或丙酮或/和水置于同一個(gè)高壓反應(yīng)釜中，其中生活垃圾與綠色溶劑的質(zhì)量比為1∶5-20，反應(yīng)溫度為200-325℃，反應(yīng)壓力為2.3-8.9MPa，反應(yīng)時(shí)間為10-60min，反應(yīng)結(jié)束后使固液分離，回收綠色溶劑得生物油。將剩余的固體尾產(chǎn)物用0.5-5％的酒精復(fù)合酶發(fā)酵生產(chǎn)生物乙醇，此外還向反應(yīng)底物中添加檸檬酸緩沖液，控制發(fā)酵溫度為50℃，發(fā)酵時(shí)間為12-72h，得到生物乙醇。本發(fā)明制備的生物油產(chǎn)率可達(dá)70％以上，剩余的固體尾產(chǎn)物制備乙醇的產(chǎn)率達(dá)42.5％以上，能夠?qū)崿F(xiàn)到生活垃圾的資源化、減量化和無害化的目標(biāo)。
文檔編號(hào)C05F11/00GK102476128SQ20101057077
公開日2012年5月30日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月29日
發(fā)明者付濤, 周媛媛, 胡圣揚(yáng), 韓鶴友 申請(qǐng)人:華中農(nóng)業(yè)大學(xué)