石油焦漿體燃料及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃料領域，特別是指一種可取代既有固態燃煤的石油焦漿體燃料及其制造方法。
【背景技術】
[0002]就在現代科技帶給人類前所未有的繁華文明之際，眼前人類正面臨能源短缺的危機，根據全球統計，依照目前的能源消耗率，石油儲存量只剩下不到五十年，煤礦也大約只能再撐個百來年，因此世界各國無不積極地尋找及研發新的替代能源。
[0003]石油焦(petroleum coke，petcoke)為延遲焦化裝置的原料油在高溫下裂解生產輕質油品時的副產物，具體地說，是原油經蒸餾將輕重質油分離開以后，其中的重質油再經過熱裂變的過程，轉化而成的產品。石油焦是由微小的石墨結晶而形成粒狀、柱狀或針狀的炭體物，其元素組成主要為碳(占80wt%以上)，并含有氫、氧、氮、硫等非金屬元素和一些金屬元素。值得注意的是，石油焦組份中碳氫比高達18?24，燃燒熱值可達8，000?8，500Kcal/kg ;并且其堆積比重為0.9?1.1，低位發熱量約為煤的1.5?2倍，灰分為
0.1%?1.5%，揮發分為3%?16%，整體來看其品質接近無煙煤。然而，實際使用石油焦替代無煙煤作為燃料時，高硫含量的石油焦將導致空氣污染。
[0004]另外，近年來環保意識興起，臺灣地區每年生產近400萬噸的污泥，且每年總量增加超過20%，目前大部分污泥多采掩埋方式處置，僅少部分(低于15% )進行焚燒或農業用途，對生態環境造成嚴重影響。對于日益增長污泥量而言，多數掩埋場已接近飽和狀態，臺灣的土地資源有限，迫切需要有效的解決方案。
[0005]進一步而言，隨著城市下水道的納管率提升(城市進步的象征)，相對收納的生活污水也越多，經生物凈化處理而產生的生物污泥量亦不斷提升，截至2013年年底臺灣地區城市下水道污泥的產出量約為210公噸/天(含水率80% )。所謂的生物污泥(B1logicalsludge)，主要為好氧性微生物在進行生物氧化時產生的老化微生物(或稱污泥膠羽)，因為其結構有如海綿，故不易利用機械力來進一步脫水，一般經過壓濾機脫水后的生物污泥，其含水率仍尚達80%以上。值得注意的是，生物污泥含有大量的有機質(占85wt%以上)，根據實驗發現，干燥后的生物污泥其熱值可達到3，500?4，OOOKcal/Kg，此品質接近可燃煤。
[0006]然而，生物污泥因含水率過高而無法與其他固體燃料混燒，為此，世界各國多采用以下方式對生物污泥進行終端處置:掩埋、堆肥、土壤改良、干燥后焚化、燒結。
[0007]進一步就上述的幾種處置方式而言，采掩埋方式處置生物污泥，會因為土壤里的微生物作用而產生沼氣，甚至造成地下水污染，目前多數國家已禁止將生物污泥做掩埋處理；若將生物污泥制成肥料或土壤改良材，由于污泥中含有病原菌、重金屬、致癌化學物質等有害成分，實際執行不易且具有潛在風險；采干燥后焚化的方式處置生物污泥，基于熱能平衡問題，其并不符合熱能效益；若將生物污泥燒結形成輕質骨材，則會受限于處理成本、生產技術及市場需求。
[0008]工業上還有利用厭氧微生物(如厭氧菌)來將生物污泥減量的技術，只是在進行生物消化的過程中，產生的氣體包含甲烷(CH4)及具毒性的硫化氫(H2S),而硫化氫氣體于燃燒時將進一步生成硫酸(H2SO4)，故在回收此氣體做為燃料再利用前必須先經過脫硫處理。工業上也有好氧微生物(如好氧菌)污泥消化技術，其雖具有強力的污泥破壞力，且處理時間較上述的厭氧菌消化過程為短，但由于中溫好氧菌只能在35°C?50°C的溫度下生存，高溫好氧菌只能在60°C?70°C的溫度下生存，為提供適當的存活溫度條件，通常需要額外的保溫及加溫設備；再者，在利用好氧菌進行生物消化的過程中，僅能生成水、二氧化碳及非常少量的甲烷氣體，故不具回收做為燃料再利用的經濟性。
[0009]除此之外，現有污水處理技術中還有先以強堿將污泥膠羽進行細胞破壁，并去除部分污泥的吸附水后，再將污泥與煤粉混合來做為燃料使，但因為污泥中仍含有約35%的水份，當作輔助燃料使用時會降低燃煤的熱值；再者，再利用的前處理程序較為繁復，由經濟效益面來看，實非最佳的處理方式。現有污水處理技術中另有將污泥碳化的技術，其主要是利用機械能加上熱能使污泥中的生物質裂解，并破壞污泥的凝膠結構后再以予脫水，最終做為固態的燃料使用，此技術同樣面臨經濟效益不明顯的困窘。
[0010]基于上述的種種原因，生物污泥的回收再利用價值低。
【發明內容】
[0011]面對全球能源匱乏及現有污泥減量技術存在的缺失，本發明的主要目的在于提供一種石油焦漿體燃料及其制造方法，以解決長期以來我國城市下水道污泥得不到有效處置的問題，并實現節約能源及減少環境有害物排放。
[0012]為達上述目的及功效，本發明采用以下技術方案:一種石油焦漿體燃料，其燃盡率達97%以上，所述石油焦漿體燃料按重量百分比計包含以下各組份:(A)干基重40?80%的石油焦(petroleum coke) ； (B)濕基重 20 ?60%的生物污泥(b1logical sludge);及(C) I?4%的堿性添加劑，用以使所述石油焦漿體燃料于燃燒過程中產生的硫氧化物(SOx)不超過150ppm。
[0013]在本發明的石油焦漿體燃料的一個實施方式中，所述生物污泥的來源包括民生污水的污泥、工業廢水的污泥、畜牧廢水的污泥、城市下水道污泥、或前述的組合。
[0014]在本發明的石油焦漿體燃料的另一個實施方式中，所述組份(C)包括碳酸鈉、氫氧化鈉、水玻璃、三聚磷酸鈉、或前述的組合。
[0015]在本發明的石油焦漿體燃料的另一個實施方式中，所述石油焦漿體燃料的含水率為35%?42%，且在20°C時的粘度小于1250mPa.S。
[0016]在本發明的石油焦漿體燃料的另一個實施方式中，所述石油焦漿體燃料于燃燒過程中產生的氮氧化物不超過30ppm。
[0017]在本發明的石油焦漿體燃料的另一個實施方式中，所述石油焦漿體燃料還進一步包含組份(D)廢石用油及組份(E)廢棄活性碳或活性焦，所述組份(D)的重量百分含量為5%?20%，所述組份(E)的重量百分含量為1%?20%。
[0018]本發明另采用以下技術方案:一種石油焦漿體燃料的制造方法，包括下列步驟:首先，提供石油焦碎塊及生物污泥；接著，依所需的熱值比，取適量的所述石油焦碎塊與所述生物污泥混合，然后同時研磨并充分攪拌，形成漿狀材料；最后，篩分所述漿狀材料。
[0019]在本發明的制造方法的一個實施方式中，取適量的所述石油焦碎塊與所述生物污泥混合的步驟是:使用濕式球磨機并配合1%?5%的加工助劑及0.5%?2.5%的堿性添加劑，將所述石油焦碎塊和所述生物污泥一起研磨并充分攪拌均勻。
[0020]在本發明的制造方法的另一個實施方式中，所述加工助劑包括木質磺酸鹽、萘磺酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸鹽、羧甲基纖維素、或前述的組合，所述堿性添加劑包括碳酸鈉、氫氧化鈉、水玻璃、三聚磷酸鈉、或前述的組合。
[0021]在本發明的一實施例中，所述石油焦漿體燃料的制造方法，包括下列步驟:首先，提供石油焦碎塊及生物污泥；接著，對所述石油焦碎塊進行干式研磨以形成石油焦顆粒，并對所述生物污泥進行濕式研磨以形成有機細泥，然后將所述石油焦顆粒過篩；此后，依所需的熱值比，取適量過篩后的所述石油焦顆粒與所述有機細泥混合并充分攪拌，形成漿狀材料；最后，篩分所述漿狀材料。
[0022]在本發明的制造方法的一個實施方式中，對所述生物污泥進行濕式研磨以形成所述有機細泥的步驟是:使用濕式球磨機并配合使用0.5%?2.5%的堿性添加劑，對生物污泥進行細胞破壁，以水解形成所述有機細泥。
[0023]在本發明的制造方法的另一個實施方式中，在取適量過篩后的所述石油焦顆粒與所述有機細泥混合并充分攪拌的步驟中，還進一步配合使用1%?4%的加工助劑，使過篩后的所述石油焦顆粒與所述有機細泥混合均勻。
[0024]在本發明的制造方法的另一個實施方式中，所述加工助劑包括木質磺酸鹽、萘磺酸、聚丙烯酸、聚苯乙烯磺酸鹽、羧甲基纖維素、或前述的組合，所述堿性添加劑包括碳酸鈉、氫氧化鈉、水玻璃、三聚磷酸鈉、或前述的組合。
[0025]在本發明的一實施例中，所述石油焦漿體燃料的制造方法包括下列步驟:首先，提供石油焦碎塊及生物污泥；接著，將所述石油焦碎塊及所述生物污泥分別進行濕式研磨，得到石油焦漿及有機細泥，然后將所述石油焦漿及所述有機細泥分別過篩；最后，依所需的熱值比，取適量過篩后的所述石油焦漿與過篩后的所述有機細泥混合。
[0026]在本發明的制造方法的另一個實施方式中，將所述石油焦碎塊及所述生物污泥分別進行濕式研磨的步驟是:使用濕式球磨機并配合I %?4%的加工助劑，分別對所述石油焦碎塊進行研磨及對所述生物污泥進行細胞破壁，以形成所述石油焦漿及所述有機細泥。
[0027]在本發明的制造方法的另一個實施方式中，在取適量過篩后的所述石油焦漿與過篩后的所述有機細泥混合的