一种利用官桂药渣生产生物质炭的方法 |
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| 申请号 | CN201710791786.7 | 申请日 | 2017-09-05 | 公开(公告)号 | CN107502397A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 广西南宁成远科技有限公司; | 发明人 | 李广兰; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种利用官桂药渣生产 生物 质 炭的方法，属于生物质 能源 技术领域，所述的利用官桂药渣生产生物质炭是经过官桂药渣 沼渣 烘干和 粉碎 、 气化 、炭化、 压制成型 等步骤制成的。本发明的方法最大限度地利用了官桂药渣，实现了官桂药渣 发酵 残渣 热解 联产 生物炭 的资源化目的，这不仅可以大大降低生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用，具有良好的经济效益和环境效益，为类似木质 纤维 素类废物的资源化利用提供了科学依据，具有广阔的市场前景。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用官桂药渣生产生物质炭的方法，其特征在于，包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种利用官桂药渣生产生物质炭的方法【技术领域】 [0002] 现有的生物质炭包括由传统土窑生产的粗制炭，如竹炭、木炭等以及由可燃物组成的引火物以及与煤结合制成棒炭。传统的粗致炭技术含量低、土窑结构欠合理，次品率高且原料的转化率相对较低。传统的生物质炭以树木为原料烧制而成，为了满足生产需要大量的砍伐树木，对森林树木造成不可逆转的毁坏。在目前森林覆盖率越来越低、温室效应日益严重的情况下，生产传统生物质炭也越来越威胁着人类的生存环境。 [0003] 另一种是由可燃物与煤结合的生物质炭，其配方及工艺中均是采用KNO3和Ba(NO3)2作为氧化剂，它们固体粉末状态被加入煤和炭素中，经过对这些物质的混合、成型烘干而制成生物质炭成品。在使用过程中，作为氧化剂的KNO3和Ba(NO3)2在燃烧过程中受热分解会释放出较高浓度的NO2，此外原料煤中也含有大量的硫化物以及重金属离子，烧烤时受热会随着废气粘到烧烤食品上，对人体健康危害极大。 [0004] 目前生物质炭的缺点都大大限制了生物质炭的生产和使用。因此，对工艺简单、环保无毒且能提供大量热量的生物质炭及其生产方法的研究很有必要。目前的研究中，大都集中于生物质炭的结构、添加剂以及煤预处理等方面，没有针对生物质炭的替换原料进行研究。 [0005] 中药药渣主要来源于中成药生产、原料药生产、中药材加工与炮制以及含中药的轻化工产品生产等，以中成药生产带来的药渣量最大，约占药渣总量的70％。中药渣是一种典型的工业生物质，具有形态复杂、含水率较高等特点。据报道，目前全国中药渣的年产生量达3000万吨以上。目前，国内共有中药企业达2000家以上，我国每年仅植物类药渣的排放量就高达90万余吨。药渣一般为湿物料，极易腐烂，味道臭异。对于中药渣的处理传统方法为焚烧、填埋和固定区域堆放等，这些处理方法造成了资源浪费并会对自然环境带来风险。其中官桂药渣是中药渣的一种，如何有效处理官桂药渣成为了研究的方向。 [0006] 官桂药渣中主要成分是纤维素、木质素和半纤维素，其中纤维素经过合适的预处理后可将其作为可燃气发酵的底物，此举可使得固体废弃物更大程度的资源化并且节约发酵成本。可燃气发酵后产生的发酵残渣含有未利用的纤维素和未降解的木质素。木质素含碳量高达52％以上，是生产碳素材料的合适原料，可以联产生物质炭。用发酵残渣联产生物质炭，可以增加生物质炭联产的新来源，为生物质废弃物的资源化利用提供理论支持。 [0007] 目前针对官桂药渣进行可燃气发酵，发酵残渣进行联产生物质炭资源化利用的途径尚未见报道，本发明将发酵残渣进一步制成高附加值产品，具有良好的经济效益和环境效益。【发明内容】 [0009] 为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案： [0010] 一种利用官桂药渣生产生物质炭的方法，包括以下步骤： [0015] 优选地，步骤1中所述干官桂药渣粉碎物、添加剂d、添加剂e的质量比为250-280:2-3:0.6-1。 [0017] 优选地，步骤1中所述添加剂e为异辛酸锌。 [0018] 优选地，步骤2中所述升温至750-800℃。 [0019] 优选地，步骤2中所述热解时间为6-10min。 [0020] 优选地，步骤3中所述控制温度为500-520℃。 [0021] 优选地，步骤4中所述搅拌转速为150-200r/min，混合时间为12-16min。 [0022] 优选地，步骤4中所述搅拌转速为200r/min，混合时间为12min。 [0023] 优选地，步骤4中所述混合物Ⅲ、变性淀粉、石灰水的质量比为45-48:3-5:4-6。 [0024] 本发明具有以下有益效果： [0025] (1)本发明的联产方法条件可控，官桂药渣制备生物质炭的转化率高，无废渣产生； [0026] (2)本发明联产过程中不添加引火物等添加剂，制得的生物质炭无烟无毒无味； [0027] (3)由实例3与对比例5-7的固定炭含量、热值数据可知添加剂d、添加剂e的添加起到了协同作用，均提高了固定炭含量、热值，这可能是添加剂d起到催化热解作用，添加剂e起到促进作用，两种成分之间起到了协同作用； [0028] (4)本发明的方法最大限度地利用了官桂药渣，实现了官桂药渣发酵残渣热解联产生物炭的资源化目的，这不仅可以大大降低生产成本，同时可以减少环境污染，节约资源，促进资源循环利用，具有良好的经济效益和环境效益，为类似木质纤维素类废物的资源化利用提供了科学依据，具有广阔的市场前景。【具体实施方式】 [0029] 为便于更好地理解本发明，通过以下实施例加以说明，这些实施例属于本发明的保护范围，但不限制本发明的保护范围。 [0030] 在实施例中，所述官桂药渣联产可燃气和生物质炭的方法，包括以下步骤： [0031] S1：将官桂药渣采用温度为500-700℃的热空气烘干成含水率为10％-17％，制得干官桂药渣； [0032] S2：将步骤S1制得的干官桂药渣粉碎，过300-400目筛子，制得干官桂药渣粉碎物； [0033] S3：向步骤S2制得的干官桂药渣粉碎物中加入浓度为6％-25％的氢氧化钠溶液，在转速为200-300r/min下，搅拌3-6min，使官桂药渣完全浸泡在氢氧化钠溶液中，并在温度为40-50℃下浸泡15-18h，制得预处理后官桂药渣； [0034] S4：将步骤S3制得的预处理后官桂药渣与污泥按重量比为6-10:3-4混合均匀，所述污泥的VS浓度为10％-12％(w/w)，产可燃气潜力为320-350mL/(d·L)，然后将官桂药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入添加剂a、添加剂b、添加剂c，所述添加剂a、添加剂b、添加剂c的总重量为污泥的2％-4％，所述添加剂a由五氧化二钒和铂按重量比为1-2:3-5组成，所述添加剂b为三乙酰丙酮铝，所述添加剂c为十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为10.2-11.3，控制温度为35-40℃，在转速为150-200r/min下进行可燃气发酵30-34天，用集气袋收集产生的可燃气，发酵罐中剩余的为沼渣； [0035] S5：将步骤S4制得的沼渣采用步骤S1所述的热空气烘干成含水率为10％-15％，制得干沼渣； [0036] S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过200-400目筛子，制得干沼渣粉碎物； [0037] S7：将步骤S6制得的干沼渣粉碎物与添加剂d、添加剂e在搅拌转速为100-140r/min下混合10-13min，制得混合物Ⅰ，所述干官桂药渣粉碎物、添加剂d、添加剂e的质量比为250-280:2-3:0.6-1，所述的添加剂d以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土15-35份、氧化镍4-6份、氧化钛1-2份、氧化锌2-5份，所述添加剂e为异辛酸锌； [0038] S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以20-50℃/min的速度升温至750-800℃，热解6-10min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ； [0039] S9：在微波反应釜中，温度为500-520℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.5-1h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ； [0040] S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入变性淀粉、石灰水，在搅拌转速为150-200r/min下混合12-16min，所述混合物Ⅲ、变性淀粉、石灰水的质量比为45-48:3-5:4-6，经在压力为18-20Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率≤3％，制得生物质炭。 [0041] 下面通过更具体实施例对本发明进行说明。 [0042] 实施例1 [0043] 一种官桂药渣联产可燃气和生物质炭的方法，包括以下步骤： [0044] S1：将官桂药渣采用温度为600℃的热空气烘干成含水率为15％，制得干官桂药渣； [0045] S2：将步骤S1制得的干官桂药渣粉碎，过300目筛子，制得干官桂药渣粉碎物； [0046] S3：向步骤S2制得的干官桂药渣粉碎物中加入浓度为16％的氢氧化钠溶液，在转速为200r/min下，搅拌5min，使官桂药渣完全浸泡在氢氧化钠溶液中，并在温度为6℃下浸泡17h，制得预处理后官桂药渣； [0047] S4：将步骤S3制得的预处理后官桂药渣与污泥按重量比为8:3.5混合均匀，所述污泥的VS浓度为11％(w/w)，产可燃气潜力为340mL/(d·L)，然后将官桂药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入添加剂a、添加剂b、添加剂c，所述添加剂a、添加剂b、添加剂c的总重量为污泥的3％，所述添加剂a由五氧化二钒和铂按重量比为1.5:4组成，所述添加剂b为三乙酰丙酮铝，所述添加剂c为十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为11，控制温度为38℃，在转速为180r/min下进行可燃气发酵32天，用集气袋收集产生的可燃气，发酵罐中剩余的为沼渣； [0048] S5：将步骤S4制得的沼渣采用步骤S1所述的热空气烘干成含水率为13％，制得干沼渣； [0049] S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过300目筛子，制得干沼渣粉碎物； [0050] S7：将步骤S6制得的干沼渣粉碎物与添加剂d、添加剂e在搅拌转速为120r/min下混合12min，制得混合物Ⅰ，所述干官桂药渣粉碎物、添加剂d、添加剂e的质量比为270:1.5:0.8，所述的添加剂d以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土25份、氧化镍5份、氧化钛1.5份、氧化锌3.5份，所述添加剂e为异辛酸锌； [0051] S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以40℃/min的速度升温至780℃，热解8min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ； [0052] S9：在微波反应釜中，温度为510℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.7h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ； [0053] S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入变性淀粉、石灰水，在搅拌转速为180r/min下混合15min，所述混合物Ⅲ、变性淀粉、石灰水的质量比为47:4:5，经在压力为19Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率为3％，制得生物质炭。 [0054] 实施例2 [0055] 一种官桂药渣联产可燃气和生物质炭的方法，包括以下步骤： [0056] S1：将官桂药渣采用温度为520℃的热空气烘干成含水率为10％，制得干官桂药渣； [0057] S2：将步骤S1制得的干官桂药渣粉碎，过300目筛子，制得干官桂药渣粉碎物； [0058] S3：向步骤S2制得的干官桂药渣粉碎物中加入浓度为6％的氢氧化钠溶液，在转速为200r/min下，搅拌6min，使官桂药渣完全浸泡在氢氧化钠溶液中，并在温度为40℃下浸泡18h，制得预处理后官桂药渣； [0059] S4：将步骤S3制得的预处理后官桂药渣与污泥按重量比为6:3混合均匀，所述污泥的VS浓度为10％(w/w)，产可燃气潜力为320mL/(d·L)，然后将官桂药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入添加剂a、添加剂b、添加剂c，所述添加剂a、添加剂b、添加剂c的总重量为污泥的2％，所述添加剂a由五氧化二钒和铂按重量比为1:3组成，所述添加剂b为三乙酰丙酮铝，所述添加剂c为十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为10.2，控制温度为35℃，在转速为150r/min下进行可燃气发酵30天，用集气袋收集产生的可燃气，发酵罐中剩余的为沼渣； [0060] S5：将步骤S4制得的沼渣采用步骤S1所述的热空气烘干成含水率为10％，制得干沼渣； [0061] S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过200目筛子，制得干沼渣粉碎物； [0062] S7：将步骤S6制得的干沼渣粉碎物与添加剂d、添加剂e在搅拌转速为100r/min下混合13min，制得混合物Ⅰ，所述干官桂药渣粉碎物、添加剂d、添加剂e的质量比为250:2:0.6，所述的添加剂d以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土15份、氧化镍4份、氧化钛1份、氧化锌2份，所述添加剂e为异辛酸锌； [0063] S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以20℃/min的速度升温至750℃，热解10min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ； [0064] S9：在微波反应釜中，温度为500℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ1h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ； [0065] S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入变性淀粉、石灰水，在搅拌转速为150r/min下混合16min，所述混合物Ⅲ、变性淀粉、石灰水的质量比为48:3:4，经在压力为18Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率为2％，制得生物质炭。 [0066] 实施例3 [0067] 一种官桂药渣联产可燃气和生物质炭的方法，包括以下步骤： [0068] S1：将官桂药渣采用温度为500-700℃的热空气烘干成含水率为17％，制得干官桂药渣； [0069] S2：将步骤S1制得的干官桂药渣粉碎，过400目筛子，制得干官桂药渣粉碎物； [0070] S3：向步骤S2制得的干官桂药渣粉碎物中加入浓度为25％的氢氧化钠溶液，在转速为300r/min下，搅拌3-6min，使官桂药渣完全浸泡在氢氧化钠溶液中，并在温度为50℃下浸泡15h，制得预处理后官桂药渣； [0071] S4：将步骤S3制得的预处理后官桂药渣与污泥按重量比为10:4混合均匀，所述污泥的VS浓度为12％(w/w)，产可燃气潜力为350mL/(d·L)，然后将官桂药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入添加剂a、添加剂b、添加剂c，所述添加剂a、添加剂b、添加剂c的总重量为污泥的4％，所述添加剂a由五氧化二钒和铂按重量比为2:5组成，所述添加剂b为三乙酰丙酮铝，所述添加剂c为十二烷基苯磺酸钠，调节pH值为11.3，控制温度为40℃，在转速为200r/min下进行可燃气发酵30天，用集气袋收集产生的可燃气，发酵罐中剩余的为沼渣； [0072] S5：将步骤S4制得的沼渣采用步骤S1所述的热空气烘干成含水率为15％，制得干沼渣； [0073] S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过400目筛子，制得干沼渣粉碎物； [0074] S7：将步骤S6制得的干沼渣粉碎物与添加剂d、添加剂e在搅拌转速为140r/min下混合10min，制得混合物Ⅰ，所述干官桂药渣粉碎物、添加剂d、添加剂e的质量比为280:3:1，所述的添加剂d以重量份为单位，包括以下原料：硅藻土35份、氧化镍6份、氧化钛2份、氧化锌5份，所述添加剂e为异辛酸锌； [0075] S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以50℃/min的速度升温至800℃，热解6min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ； [0076] S9：在微波反应釜中，温度为520℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.5h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ； [0077] S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入变性淀粉、石灰水，在搅拌转速为200r/min下混合12min，所述混合物Ⅲ、变性淀粉、石灰水的质量比为48:5:6，经在压力为20Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率为3％，制得生物质炭。 [0078] 对比例1 [0079] 步骤S4中同时不加入添加剂a、添加剂b、添加剂c，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0080] 对比例2 [0081] 步骤S4中不加入添加剂a，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0082] 对比例3 [0083] 步骤S4中不加入添加剂b，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0084] 对比例4 [0085] 步骤S4中不加入添加剂c，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0086] 对比例5 [0087] 步骤S7中同时不加入添加剂d、添加剂e，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0088] 对比例6 [0089] 步骤S7中不加入添加剂d，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0090] 对比例7 [0091] 步骤S7中不加入添加剂e，其他制备工艺与实施例3的制备工艺相同。 [0092] 检测实施例1-3与对比例1-4中同发酵33天时累积甲烷产气率，结果如下表所示。 [0093] [0094] [0095] 由上表可知，实施例1-3的方法同发酵33天时累积甲烷产气率达453.01ml/g·VS以上。由实例3与对比例1-4的甲烷产气率数据可知添加剂a、添加剂b、添加剂c的添加起到了协同作用，提高了甲烷产气率，这可能是添加剂a起到催化作用，添加剂b起到促进作用，添加剂c起到活化作用，三种成分之间起到了协同作用。 [0096] 生物质炭性能测试： [0097] (1)水分含量、灰分含量、固定碳含量、热值的测定参照GB/T2001-1991《焦炭工业分析测定方法》中相关的测定方法。 [0098] (2)硫含量的测定参照GB/T2286-2008《焦炭全硫含量的测定方法》中相关的测定方法。 [0099] 实施例1-3与对比例5-7中的生物质炭性能参数如下表所示。 [0100]项目 热值(Kcal/Kg) 固定炭含量(％) 实施例1 7643.14 78.38 实施例2 7430.25 77.81 实施例3 7824.36 80.12 对比例5 5871.34 23.16 对比例6 7578.21 69.43 对比例7 7635.15 72.25 [0101] 由上表可知，实施例1-3的方法所制得的生物质炭固定炭含量高，热值大，符合生物质炭的性能要求。由实例3与对比例5-7的固定炭含量、热值数据可知添加剂d、添加剂e的添加起到了协同作用，均提高了固定炭含量、热值，这可能是添加剂d起到催化热解作用，添加剂e起到促进作用，两种成分之间起到了协同作用。 |
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