本發(fā)明屬于生物質(zhì)燃料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種沼渣生物質(zhì)燃料及其制備方法。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)燃料：是指將生物質(zhì)材料燃燒作為燃料，一般主要是農(nóng)林廢棄物（如秸稈、鋸末、甘蔗渣、稻糠等）。主要區(qū)別于化石燃料。在目前的國(guó)家政策和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)中，直接燃燒生物質(zhì)屬于高污染燃料，只在農(nóng)村的大灶中使用，不允許在城市中使用。生物質(zhì)燃料的應(yīng)用，實(shí)際主要是生物質(zhì)成型燃料（Biomass Moulding Fuel，簡(jiǎn)稱"BMF"），是將農(nóng)林廢物作為原材料，經(jīng)過粉碎、混合、擠壓、烘干等工藝，制成各種成型（如塊狀、顆粒狀等）的，可直接燃燒的一種新型清潔燃料。
沼氣池是現(xiàn)代農(nóng)村常見的處理糞便、秸稈等廢棄物的處理池，其產(chǎn)生的沼氣可用于燃燒發(fā)電、熱水供應(yīng)、灶臺(tái)供氣等領(lǐng)域，其產(chǎn)生的剩余物主要為沼渣和沼液?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)于沼渣最主要的運(yùn)用途徑是將沼渣曝氣發(fā)酵后制備有機(jī)肥，對(duì)于沼渣燃料的研究較少。專利申請(qǐng)?zhí)枮?01210316387.2的中國(guó)專利，公開了一種沼渣與秸稈混合物制備顆粒燃料的方法，但是其方法僅將沼渣與秸稈粉混合干燥后壓制成粒，所得產(chǎn)物存在：1.生物質(zhì)燃料均存在的燃燒過快、不耐燒；2.燃料具有濃郁的異味；3.熱值較低的問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有沼渣生物質(zhì)燃料存在的：燃燒過快、不耐燒、異味重、熱值較低的問題，提供了一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
進(jìn)一步的，步驟S1所述原料包括動(dòng)物糞便50-80%、秸稈5-30%、水葫蘆5-30%。
進(jìn)一步的，步驟S2所述發(fā)酵制備沼氣的方法包括：將步驟S1所得混合后的原料置入沼氣池中進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
進(jìn)一步的，步驟S3所述獲取沼渣的方法為：首先將步驟S2制備沼氣完畢的殘留物取出；然后固液分離得到液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物，其中固相產(chǎn)物即為所述沼渣。
進(jìn)一步的，所述固液分離的方法包括：首先使用50-150目的濾網(wǎng)對(duì)所述殘留物進(jìn)行過濾，得到第一液相產(chǎn)物和第一固相產(chǎn)物；然后將第一固相產(chǎn)物干燥至含水率為20-30%得到所述沼渣。
進(jìn)一步的，所述第一固相產(chǎn)物的干燥方法包括：在低于150℃、負(fù)壓環(huán)境中攪拌第一固相產(chǎn)物至第一固相產(chǎn)物的含水率為20-30%；所述負(fù)壓環(huán)境為-0.04MPa至-0.07MPa的負(fù)壓環(huán)境。
進(jìn)一步的，所述第一液相產(chǎn)物首先經(jīng)過霧化干燥后得到第二固相產(chǎn)物；然后將所述第二固相產(chǎn)物與干燥后的第一固相產(chǎn)物混合，得到所述沼渣。
進(jìn)一步的，步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=2-5:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。
進(jìn)一步的，所述沼渣首先在碳化爐中進(jìn)行碳化，然后與粘土進(jìn)行混合。
進(jìn)一步的，其特征在于，所述粘土為液限50%-70%的粘土；所述粘土與沼渣混合前首先溶于1-2倍質(zhì)量的水中，形成泥水混合物，然后使用所得泥水混合物與沼渣進(jìn)行混合。
本發(fā)明還提供了一種沼渣生物質(zhì)燃料，該沼渣生物質(zhì)燃料采用上述沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法制備得到。
本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)之一：
1. 本發(fā)明充分利用了畜牧業(yè)、種植業(yè)、水污染處理所得副產(chǎn)物，避免了環(huán)境污染的同時(shí)，間接降低了相應(yīng)行業(yè)的成本。
2. 本發(fā)明利用一定的處理工藝，得到的沼渣生物質(zhì)燃料在保持較好可燃性的同時(shí)，還能明顯降低燃料的異味感。
3. 本發(fā)明所得沼渣生物質(zhì)燃料的續(xù)燃性較好，相比現(xiàn)有沼渣生物質(zhì)燃料續(xù)燃時(shí)間增加了50%以上。
4. 本發(fā)明所得沼渣生物質(zhì)燃料的熱值較高，且燃燒過程中異味感相比牛糞或現(xiàn)有沼渣生物質(zhì)燃料明顯降低。
5. 本發(fā)明沼渣生物質(zhì)燃料在常壓下即可完成塑形和成型，相比現(xiàn)有生物質(zhì)燃料的制備工藝，安全性較高、產(chǎn)品可塑性強(qiáng)。
具體實(shí)施方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例1
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S1所述原料包括動(dòng)物糞便70%、秸稈20%、水葫蘆10%。
申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，動(dòng)物糞便、秸稈、水葫蘆的組合不僅充分利用了畜牧、種植、水污染處理過程中的副產(chǎn)物，而且所得沼渣的熱值相比動(dòng)物糞便和秸稈的混合物高10%以上。
步驟S2所述發(fā)酵制備沼氣的方法包括：將步驟S1所得混合后的原料置入沼氣池中進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
步驟S3所述獲取沼渣的方法為：首先將步驟S2制備沼氣完畢的殘留物取出；然后固液分離得到液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物，其中固相產(chǎn)物即為所述沼渣。
所述固液分離的方法包括：首先使用100目的濾網(wǎng)對(duì)所述殘留物進(jìn)行過濾，得到第一液相產(chǎn)物和第一固相產(chǎn)物；然后將第一固相產(chǎn)物干燥至含水率為30%得到所述沼渣。
所述第一固相產(chǎn)物的干燥方法包括：在120℃、負(fù)壓環(huán)境中攪拌第一固相產(chǎn)物至第一固相產(chǎn)物的含水率為30%；所述負(fù)壓環(huán)境為-0.05MPa的負(fù)壓環(huán)境。
申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，沼渣本身并不具有異味，導(dǎo)致沼渣異味的原因在于未經(jīng)處理的沼渣中富含發(fā)酵后的揮發(fā)性小分子氣體。因此在一定溫度和真空度的環(huán)境下可以使沼渣快速干燥的同時(shí)，促進(jìn)沼渣內(nèi)的揮發(fā)性小分子氣體迅速揮發(fā)，降低最終產(chǎn)品的異味感。但是，申請(qǐng)人研究發(fā)現(xiàn)，如干燥溫度超過150℃，小分子揮發(fā)的速率很難繼續(xù)加快，繼續(xù)增加溫度將導(dǎo)致成本急劇上升。此外，負(fù)壓環(huán)境不易低于-0.04MPa，也不易高于-0.07MPa。其原因在于，低于-0.04MPa，在沼渣到達(dá)預(yù)設(shè)含水率時(shí)，內(nèi)含的揮發(fā)性氣體排出量不足，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的一位干上升。高于-0.07MPa，則會(huì)導(dǎo)致沼渣內(nèi)含的易燃性小分子脫離吸附狀態(tài)，并大量揮發(fā)，導(dǎo)致產(chǎn)品的可燃性降低，增加產(chǎn)品的點(diǎn)燃難度。
步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=4:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。
申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，將沼渣和粘土進(jìn)行混合后，其續(xù)然時(shí)間會(huì)極大延長(zhǎng)。其可能的原因在于，粘土包括在沼渣外部，在燃燒過程中，外層粘土逐漸形成固化為大孔洞固體物質(zhì)，并逐步釋放內(nèi)層的沼渣燃料。該效果雖然在一定程度上降低了產(chǎn)品的瞬間燃燒放熱能力，但是極大的提高了產(chǎn)品的續(xù)然能力，且由于產(chǎn)品內(nèi)部的沼渣逐步釋放，在不外加鼓風(fēng)的情況下，其燃燒更加充分。
實(shí)施例2
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S1所述原料包括動(dòng)物糞便80%、秸稈5%、水葫蘆25%。
步驟S2所述發(fā)酵制備沼氣的方法包括：將步驟S1所得混合后的原料置入沼氣池中進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
步驟S3所述獲取沼渣的方法為：首先將步驟S2制備沼氣完畢的殘留物取出；然后固液分離得到液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物，其中固相產(chǎn)物即為所述沼渣。
所述固液分離的方法包括：首先使用150目的濾網(wǎng)對(duì)所述殘留物進(jìn)行過濾，得到第一液相產(chǎn)物和第一固相產(chǎn)物；然后將第一固相產(chǎn)物干燥至含水率為25%得到所述沼渣。
所述第一固相產(chǎn)物的干燥方法包括：在150℃、負(fù)壓環(huán)境中攪拌第一固相產(chǎn)物至第一固相產(chǎn)物的含水率為25%；所述負(fù)壓環(huán)境為-0.07MPa的負(fù)壓環(huán)境。
步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=5:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。
實(shí)施例3
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S1所述原料包括動(dòng)物糞便50%、秸稈30%、水葫蘆20%。
步驟S2所述發(fā)酵制備沼氣的方法包括：將步驟S1所得混合后的原料置入沼氣池中進(jìn)行厭氧發(fā)酵。
步驟S3所述獲取沼渣的方法為：首先將步驟S2制備沼氣完畢的殘留物取出；然后固液分離得到液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物，其中固相產(chǎn)物即為所述沼渣。
所述固液分離的方法包括：首先使用50目的濾網(wǎng)對(duì)所述殘留物進(jìn)行過濾，得到第一液相產(chǎn)物和第一固相產(chǎn)物；然后將第一固相產(chǎn)物干燥至含水率為20%得到所述沼渣。
所述第一固相產(chǎn)物的干燥方法包括：在80℃、負(fù)壓環(huán)境中攪拌第一固相產(chǎn)物至第一固相產(chǎn)物的含水率為20%；所述負(fù)壓環(huán)境為-0.04MPa的負(fù)壓環(huán)境。
步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=2-5:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。
實(shí)施例4
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S3所述獲取沼渣的方法為：首先將步驟S2制備沼氣完畢的殘留物取出；然后固液分離得到液相產(chǎn)物和固相產(chǎn)物，其中固相產(chǎn)物即為所述沼渣。
所述固液分離的方法包括：首先使用100目的濾網(wǎng)對(duì)所述殘留物進(jìn)行過濾，得到第一液相產(chǎn)物和第一固相產(chǎn)物；然后將第一固相產(chǎn)物干燥至含水率為20-30%得到所述沼渣。
所述第一固相產(chǎn)物的干燥方法包括：在150℃、負(fù)壓環(huán)境中攪拌第一固相產(chǎn)物至第一固相產(chǎn)物的含水率為30%；所述負(fù)壓環(huán)境為-0.06MPa的負(fù)壓環(huán)境。
所述第一液相產(chǎn)物首先經(jīng)過霧化干燥后得到第二固相產(chǎn)物；然后將所述第二固相產(chǎn)物與干燥后的第一固相產(chǎn)物混合，得到所述沼渣。其余步驟與實(shí)施例1相同。
沼渣分離出的沼液中成分復(fù)雜，后期處理的難度很大，直接排放又極易造成水體的富營(yíng)養(yǎng)化污染。因此，申請(qǐng)人對(duì)沼渣分離出的沼液進(jìn)行了上述處理，將其中的固溶物提取出來，所得固溶物是極佳的促燃物質(zhì)，在一定程度上挽回了由于第一固相產(chǎn)物的干燥過程中可燃性小分子揮發(fā)導(dǎo)致的產(chǎn)品可燃性下降，甚至可以提高產(chǎn)品的可燃性。
實(shí)施例5
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=4:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。所述沼渣首先在碳化爐中進(jìn)行碳化，然后與粘土進(jìn)行混合。其余步驟與實(shí)施例1相同。
申請(qǐng)人經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，粘土含量不易過高或過低。粘土含量過低難以形成穩(wěn)定的釋放效果，粘土含量過高則會(huì)形成隔斷效果，使得內(nèi)部的沼渣不能有效釋放，反而降低了產(chǎn)品的可燃性和續(xù)然時(shí)間。
實(shí)施例6
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=5:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。所述沼渣首先在碳化爐中進(jìn)行碳化，然后與粘土進(jìn)行混合。其余步驟與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例7
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。
步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=2:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。所述沼渣首先在碳化爐中進(jìn)行碳化，然后與粘土進(jìn)行混合。其余步驟與實(shí)施例1相同。
實(shí)施例8
一種沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法，包括：S1.原料混合；S2.發(fā)酵制備沼氣；S3.獲取沼渣；S4.制備生物質(zhì)燃料。步驟S4所述制備生物質(zhì)燃料的方法包括：首先按照重量比，沼渣：粘土=4:1的比例配置沼渣和粘土的混合物；然后將所述混合物塑形后干燥定型，得到所述生物質(zhì)燃料。所述粘土為液限50%-70%的粘土；所述粘土與沼渣混合前首先溶于1-2倍質(zhì)量的水中，形成泥水混合物，然后使用所得泥水混合物與沼渣進(jìn)行混合。其余步驟與實(shí)施例1相同。
使用該液限范圍內(nèi)的粘土，可以在一定程度上提高產(chǎn)品的耐水性，但是不宜采用更高液限的粘土。其原因在于，隨著粘土液限的提高，其內(nèi)部的砂石含量提高，導(dǎo)致粘土固化后的空隙不均勻，降低產(chǎn)品燃燒的均勻性，容易出現(xiàn)燃燒火焰忽高忽低，甚至中斷燃燒的情況。
實(shí)施例9
一種沼渣生物質(zhì)燃料，該沼渣生物質(zhì)燃料采用實(shí)施例1-8其中一項(xiàng)所述沼渣生物質(zhì)燃料的制備方法制備得到。
本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)之一：
1.本發(fā)明充分利用了畜牧業(yè)、種植業(yè)、水污染處理所得副產(chǎn)物，避免了環(huán)境污染的同時(shí)，間接降低了相應(yīng)行業(yè)的成本。
2.本發(fā)明利用一定的處理工藝，得到的沼渣生物質(zhì)燃料在保持較好可燃性的同時(shí)，還能明顯降低燃料的異味感。
3.本發(fā)明所得沼渣生物質(zhì)燃料的熱值較高，且燃燒過程中異味感相比牛糞或現(xiàn)有沼渣生物質(zhì)燃料明顯降低。
4.本發(fā)明沼渣生物質(zhì)燃料在常壓下即可完成塑形和成型，相比現(xiàn)有生物質(zhì)燃料的制備工藝，安全性較高、產(chǎn)品可塑性強(qiáng)。
應(yīng)該注意到并理解，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所要求的精神和范圍的情況下，能夠?qū)ι鲜鲈敿?xì)描述的本發(fā)明做出各種修改和改進(jìn)。因此，要求保護(hù)的技術(shù)方案的范圍不受所給出的任何特定示范教導(dǎo)的限制。