[发明专利]由食物垃圾生成碳化固体物及可溶液的方法及其生成装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种由食物垃圾生成碳化固体物及可溶液的方法及其生成装置（A method for production of carbonized solid and soluble liquid from food waste and a device for production of the same）。

背景技术

通常，在韩国国内所产生的食物垃圾达到2008年环境部统计基准14452吨/日，其中，占大约92.2%的13326吨/日的食物垃圾被再利用。但现状是，这些食物垃圾再利用设施中的80.8%的206处的处理设施作为堆肥或饲料等单纯低附加价值产品而被再利用。

食物垃圾存在如下问题：食物垃圾作为含水率高的有机性废弃物，在有机物的细胞壁的内部存在大量结合水形态的水分，因而利用机械脱水，很难维持70%以下的含水率，并且容易腐烂，因这种特性而会引发浸出水、恶臭及害虫产生等二次环境污染。目前，现有的大部分食物垃圾处理设施与工艺无关地在预处理工序中实施机械脱水，在这过程中所产生的渗滤液鉴于处理费用及效率等而几乎依赖于海洋投弃。但是，根据伦敦公约自2013年开始全面禁止了海洋投弃，因此急需应对方案，即合理的陆地处理方案。

如上所述，食物垃圾的脱水效率非常低，因此，现有的处理设施在进行脱水之后还使用如锯末等水分调节剂或通过借助热风的干燥工序来调节含水率。但是，利用锯末的情况下，存在不仅要随着价格的持续上升而承担高成本而且因过多的使用量而无法实现减量化的严重的问题。并且，利用热风干燥的情况下，干燥时利用120℃左右的热风来进行处理，因此，需要过高的能量费用，并且因热风挥发出恶臭物质并需要供给外部空气源等原因引发了周边地区居民的严重的民怨。

1970年代石油危机（oil shock）以后，开发出了能够由煤炭或生物质（Biomass）生产能量的热分解（液化、气化）处理技术。热分解处理技术是一种在无氧或低氧状态下向有机物施加热时有机物转换为能量的技术，进行吸热反应，因此作为能源的利用率高，且因没有外部空气源的注入，而几乎没有大气污染。特别是，食物垃圾作为代表性的有机物，能够实现减量化、防止恶臭、生成能源，因此，最近正在开发用于利用上述食物垃圾的诸多技术。

分析食物垃圾的成分和元素含量的结果，大部分为水分，有机物仅占12.6%，无机物仅占6.8%，有机物中碳（C）含量为49%，至于热量，因含水率高而在直接燃烧时具有492kcal/kg的低发热量。但是，对经过热分解过程生成的碳化固体物的发热量进行分析的结果，具有3000kcal/kg～4000kcal/kg左右的发热量，这与火力发电用无烟煤类似，因此，作为清洁燃料其利用率非常高。

食物垃圾热分解处理技术按照温度范围区分为常温（60℃～100℃）、中温条件（100℃～175℃）及高温条件（175℃～225℃）。并且，根据试样的含水量可区分为在高温低压的条件下进行的干式热分解和在高温高压的条件下进行的湿式热分解。本发明的湿式热分解不对试样进行酸处理或碱处理，而是在利用密闭型加温压力水平式反应器的还原环境下进行反应，因此，与湿式氧化等技术大有区别。

高温低压的干式热分解工序是一种经过干燥等预处理过程预先除去食物垃圾的水分之后通过热分解回收能源的工序，反应温度为350℃～750℃，压力低至大气压水平。虽存在需要另行承担预处理干燥费用并解决恶臭产生问题的缺点，但能量回收时生成的冷凝水少，因此冷凝水分离费用少，且方便运行，是实际应用广泛的技术（加拿大环境部Bayer&Kutubuddin，1982等）。高温高压的湿式热分解工序是一种不通过预处理除去水分（含水率为80%以上）的情况下进行热分解的技术，在反应温度为300℃～750℃时，随着试样内的水分气化的同时反应压力可达到170气压。因此，需要根据食物垃圾试样所包含的含水量加大反应器的大小，并且水分气化而形成的蒸气压致使反应器的压力上升至所需压力以上。除此之外还存在如下缺点：由于需要水分的气化能量（在1个标准大气压下539cal/g），因而热分解本身就需要较多的能量，而且热分解之后生成大量冷凝水致使冷凝水分离装置变大至所需大小以上，很难运行（Metcalf&Eddy，1978）。