CN102492514B - 由猪粪制备颗粒状生物质燃料的工艺及所得产品 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用猪粪制备颗粒状生物质燃料的工艺以及所得产品。本发明工艺其包括如下步骤：(1)按比例将原料猪粪、生物质粉屑以及高炭灰进行混合；该比例使得最终产品按干重计包括60％-90％猪粪、10％-30％生物质粉屑以及1％-30％的高炭灰；(2)将步骤(1)所得的混合原料脱水；(3)将步骤(2)脱水后的原料进行造粒。。本发明通过在猪粪中添加生物质粉屑和高炭灰，既去除了粪便的异味，又降低了所制得燃料的着火点。

Description

由猪粪制备颗粒状生物质燃料的工艺及所得产品

技术领域

本发明涉及一种利用猪粪制备颗粒状生物质燃料的工艺以及所得产品；更具体地讲，本发明涉及一种利用高炭灰作除臭剂、由猪粪制备颗粒状生物质燃料的工艺以及所得产品

背景技术

我国是养猪大国，据统计，仅养猪业日排粪量为291万吨，年排粪量为10.62亿吨。目前，国内大量专业养猪场及农户养猪场排出的猪粪直接作为庄稼的肥料，不但排放大量的臭气，而且污染环境。

中国专利申请200810045547.8公开了一种猪粪的处理及利用的方法，它包括：1.调节水分：鲜猪粪与干猪粪经过搅拌、混合，含水率降到55～60％。2.养殖蚯蚓：猪粪堆放在蚯蚓床上，投入蚯蚓种繁殖蚯蚓。3.饲料：烘干蚯蚓，加入到饲料基料中配合成高蛋白饲料。4.发酵：在发酵大棚内，猪粪进行连续好氧发酵处理，周期5～7天，每2小时翻抛一次，同时注入新鲜空气，含水率降到40～45％。5.干燥：猪粪在气流干燥机内进行干燥处理，含水率降到14％以下。6.除臭处理：尾气通过水浴除尘器进行除臭处理。7.食用菌基料：将猪粪添加到稻草节、麦草节等填料中，制成栽培食用菌的基料。该专利申请的方案主要利用猪粪养殖蚯蚓、生产高蛋白饲料，或者制成食用菌基料。

中国专利申请200810045570.7公开了一种猪粪饵料化新工艺，其包括下列步骤：在新鲜猪粪中加入过磷酸钙和生石灰进行除臭，用固液分离机将猪粪进行固液分离，在固体猪粪中加入农作物秸秆粉、谷糠、吸附剂、高温嗜粪菌和酵母菌，经发酵后制成猪粪物料，在猪粪物料中加入混合维生素制剂、引诱剂、粘合剂，然后烘干、膨化，就制成鱼类颗粒饵料。该专利申请的方案主要是利用猪粪制造鱼类颗粒饵料。

中国专利申请201010580871.7公开了一种利用喂草母猪粪渣调制肉牛全价饲料的方法，该方法制备的饲料的配方为：粪渣40～45份，啤酒糟20～30份，花生膜10～15份，玉米2～5份，糖渣2～3份，酱油渣2～5份，面饼5～10份，预混料2～3份。该专利申请的方案主要是利用猪粪制造牛饲料。

中国专利申请201010102945.6公开了一种用猪粪加工制成的配合猪饲料，它是由新鲜猪粪加入碳酸氢钠、钙沸石加工制作而成的。该专利申请的方案主要是利用猪粪制造猪饲料。

中国专利申请200810232647.1公开了一种以猪粪为主要基料的生物固氮肥，特别是一种以可为固氮菌提供丰富钾、钠、镁、硫等食物、水分和空气的猪粪为主并辅以腐熟猪粪的辅料物质配料制作而成的以猪粪为主要基料的生物固氮肥。该专利申请的方案主要是利用猪粪制造肥料。

中国专利申请200810069727.X公开了一种处理猪粪生产有机肥的方法，将马粪接种于猪粪中，通过两次高温发酵，纯化、扩增其中的高温纤维菌，制备出发酵菌剂，然后在太阳能隔离温室中接种堆肥，生产出有机肥。该专利申请的方案也是利用猪粪制造肥料。

综合上述技术方案可知，现有技术对于猪粪的利用主要是制造用于植物生长的基料、肥料，或者动物食用的饲料，而未涉及人类使用的燃料。因此，提供一种利用猪粪制造燃料的方法成为了业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种利用猪粪制备生物质燃料的工艺。

为了实现上述目的，本发明提供了一种利用高炭灰制备猪粪燃料的工艺，其包括如下步骤：

(1)按比例将原料猪粪、生物质粉屑以及高炭灰进行混合；该比例使得最终产品按干重计包括60％-90％猪粪、10％-30％生物质粉屑以及1％-30％的高炭灰；

(2)将步骤(1)所得的混合原料脱水；

(3)利用步骤(2)脱水后的原料造粒。

本发明中所使用的猪粪可为大规模养殖的养猪场的粪便，也可为个体养殖户的粪便。其可为新鲜粪便，也可为干粪或沼气池处理后的粪便。一般地，按重量计，猪粪中含水40％-60％，生物质粉屑中含水40％-55％，而由粉煤灰提取的高炭灰中含水30％-50％。在混配原料时，可利用这些原料中的所含水分，但最终产品中这些水分基本上被脱除。

本发明中的生物质粉屑可为锯末、竹屑、木屑、农作物秸秆粉碎后得到的粉末等等。生物质粉屑也具有去除粪便异味的作用，同时其挥发分还可以使制得燃料的着火点降低。

步骤(2)中，将混合搅拌后的原料脱水或烘干，其具体可用真空皮带脱水机、压力式脱水机或烘干机完成。

步骤(3)所造的燃料颗粒可为圆柱形、六棱柱或其它形状，燃料颗粒的尺寸为5-12毫米，优选为8-10毫米。本说明书中所指的燃料颗粒的尺寸为圆柱形的圆形横截面的直径，或六棱柱的六边形横截面的外接圆的直径，或其它形状颗粒的最大边长。

本发明中，高炭灰是含炭量较高的灰分，其具有一定的吸附作用，其可为颗粒状或粉状，优选为粉状。

本发明中，高炭灰作为除臭剂，相对于农作物秸秆等生物质材料，其具有更好的除臭效果；另外，高炭灰自身也参与燃烧；并且，高炭灰在完全燃烧时生成二氧化碳，其燃烧产物对环境没有污染。

考虑到高炭灰的制造成本，原料中的高炭灰比例不宜过大。优选地，最终产品中包括1％-20％的高炭灰；更优选地，最终产品中包括2％-15％的高炭灰。

通过将包含有猪粪、生物质粉屑、高炭灰的原料混合后进行搅拌，一方面使各种原料混合均匀，另一方面在搅拌的过程中使生物质粉屑及高炭灰吸收粪便的异味，从而达到去除异味的目的。

本发明通过在猪粪中添加生物质粉屑，既去除了粪便的异味，又降低了所制得燃料的着火点；通过添加高炭灰，极大地去除了粪便的异味；其利用猪粪制造燃料，解决了猪粪的环境污染问题；其配料简单，不需要消耗大量的水，原料成本低廉；工艺简单，制造成本低廉。

根据本发明一实施方式，步骤(2)包括如下步骤：A、将步骤(1)搅拌后的原料脱水；B、向步骤(A)脱水后的原料中加入粘结剂，并搅拌。步骤(B)中的粘结剂可为变性淀粉，例如木薯变性淀粉或玉米变性淀粉。通过添加粘结剂，使原料更加容易成型。

本发明中，可通过多种方式进行造粒。例如，根据本发明的另一种实施方式，步骤(3)中的造粒过程为：利用步骤(2)脱水后的原料制板、烘干所制板、碎板并筛分得到颗粒。即利用原料先造板，通过碎板来造粒。

又如，根据本发明一实施方式，步骤(3)的造粒过程为：将步骤(2)脱水后的原料烘干，并利用烘干后的原料通过造粒机进行造粒。即直接利用造粒机来造粒。

本发明的高炭灰可以各种原料、各种工艺制成。由于本发明的猪粪燃料的最终用途是燃烧，作为原料的高炭灰，其原料成本及制造成本，均不宜过高。根据本发明一实施方式，高炭灰为从粉煤灰中以浮选的方式提取。从粉煤灰中以浮选的方式提取高炭灰具体包括如下步骤：

①向粉煤灰原料中加入浮选剂和/或捕收剂，形成混合物料；

②在浮选设备中使步骤①中所得的混合物料从浮选设备的上部下落；

③在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤②中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

④收集步骤③中气体向上运动而形成的通过所述浮选设备之浮选板的颗粒物，即由粉煤灰提取的高炭灰。

本发明中，步骤①中所使用的浮选剂可以为松醇油或碳八芳烃或其它任何类型的浮选剂，所使用的捕收剂可以为轻质柴油或柴油等。实际上，浮选剂和/或捕收剂的添加并不是必要的，也不是本发明的关键发明点；根据粉煤灰原料的具体情况，有时也可以不添加任何浮选剂或捕收剂；但是，为了提高浮选效率，优选添加少量的浮选剂和/或捕收剂，例如所添加的浮选剂和捕收剂的总量可以为粉煤灰原料总重量的0.1-10％。

本发明中，步骤③中向上吹送的气体为压力高于大气压的气体，优选为表压1-6个大气压、更优选1-2个大气压的气体。

在本发明的工艺方法中，由于粉煤灰的主要成分为碳颗粒及灰分，加入浮选剂和/或捕收剂和/或其它助剂后，粉煤灰中的颗粒与气泡接触、碰撞，可浮性好的碳颗粒选择性地粘附于气泡，并被携带上升，实现浮选，而可浮性差的灰分则向下沉。

特别地，由于在本发明中，向上吹送的气体呈紊流状态，碳颗粒与气泡的接触时间长，接触更加充分，粉煤灰颗粒破碎为碳颗粒和灰分颗粒的几率大大增加，从而使得浮选效果更好，浮选效率更高。

在本发明中，浮选设备的浮选板可以为单层或多层，例如，2-5层；其中，步骤④所收集的向上通过浮选设备之浮选板的颗粒物为通过浮选设备之最上层浮选板的颗粒物。

根据本发明的另一实施方式，紊流状态是通过使气体在浮选设备中形成角度不同的多股向上气流而形成的。例如，可在浮选设备内设置散气装置，该散气装置的表面上设有多个气孔，该多个气孔设置为各自以不同的角度指向斜上方，从而可在浮选设备内形成紊流状态。相反，如果按照现有技术，所设置的多个气管或气孔的方向或角度相同，则只能形成旋流状态，而旋流状态是不利于进行浮选的，甚至根本实现不了浮选的目的。

根据本发明的另一实施方式，生物质粉屑为锯末、竹屑、木屑、农作物秸秆粉碎后得到的粉末等等，优选为竹屑和/或木屑；其尺寸小于1毫米，优选为小于0.5毫米。

根据本发明的另一实施方式，原料中还可包括其它常用的除臭剂，例如0.1-3％熟石灰，该熟石灰中含水10％-30％。由于熟石灰不参与燃烧，所以熟石灰的量不宜太多。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过在猪粪中添加生物质粉屑，既去除了粪便的异味，又降低了所制得燃料的着火点；通过添加高炭灰，极大地去除了粪便的异味，另外，高炭灰自身也参与燃烧，其在完全燃烧时生成二氧化碳，其燃烧产物对环境没有污染；其利用猪粪制造燃料，解决了猪粪的环境污染问题；其配料简单，不需要消耗大量的水，原料成本低廉；工艺简单，制造成本低廉。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是本发明的实施例1中，通过浮选的方法从粉煤灰中提取高炭灰的浮选设备的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明的实施例1利用猪粪、生物质粉屑(竹木屑)、高炭灰、熟石灰制造尺寸为8-10毫米的生物燃料颗粒。其包括如下步骤：

(1)按比例混配原料，该比例使得最终产品按干重计包括70％的猪粪、25％的竹木屑、1％的熟石灰、4％的由粉煤灰提取的高炭灰；其中，在搅拌的过程中可脱除猪粪的异味；所使用的猪粪含水45％，竹木屑含水45％，熟石灰含水20％，高炭灰含水35％；

(2)利用烘干机将步骤(1)混合搅拌后的原料烘干至含水14％左右；

(3)向步骤(2)烘干后的原料中加入粘结剂例如变性淀粉，并进行搅拌；

(4)将步骤(3)搅拌后的原料投入整形喂料设备中，原料整形后被送至2000吨压力机内压制成板状半成品；

(5)利用隧道烘干机将步骤(4)得到的板状半成品烘干至含水5％左右；

(6)利用细碎机将步骤(6)烘干后的板状半成品破碎；

(7)筛分步骤(6)破碎后的产物，得到尺寸为8-10毫米的生物燃料颗粒。

本实施例的原料中，高炭灰从粉煤灰中通过浮选提取，利用粉煤灰提取高炭灰的步骤如下：

A、向粉煤灰原料中加入浮选剂和/或捕收剂，形成混合物料；

B、在浮选设备中使步骤A中所得的混合物料从浮选设备的上部下落；

C、在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤B中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

D、收集步骤C中通过所述浮选设备之浮选板的颗粒物，即由粉煤灰提取的高炭灰。

如图1所示，由粉煤灰提取高炭灰的粉煤灰浮选分离设备的具体实施例，包括：储料装置1、分配装置2、竖直设置的筒体3、锥斗状散气装置4、多层浮选板5、供气装置6、物理分离装置如超声分离装置8、尾灰箱7、过滤板9、溢流收集段301、尾灰收集段305。

竖直设置的筒体3可分为三部分，从上到下依次为：第一浮选段302、扩散锥体段303、第二浮选段304。其中，第一浮选段302较细，其内设有一层浮选板5。第二浮选段304较粗，其内设有锥斗状散气装置4和一层浮选板5。扩散锥体段303位于第一浮选段302和第二浮选段304之间，为尖端向上的锥斗状的过渡区域。

溢流收集段301位于第一浮选段302的外部，且第一浮选段302的顶端位于溢流收集段301的顶端和底端之间，该溢流收集段301内收集的炭颗粒即为由粉煤灰提取的高炭灰；另外，溢流收集段301的底端设有出料口309。

尾灰收集段305为尖端向下的锥斗状，且其底部尖端处设有尾灰出口306，尾灰出口306连接有尾灰管道307。在第二浮选段304和尾灰收集段305之间设有过滤板9。

散气装置4为尖端向上的锥斗状，其锥斗角度为120°，其锥面上设有多个气孔401；其位于第二浮选段304内，且位于锥斗状尾灰收集段305上方。散气装置4上设有多个超声分离装置8。

间隔设置的多层(例如两层)浮选板5分别位于第一浮选段302和第二浮选段304内，其中底层浮选板5位于锥斗状散气装置4的上方。

分配装置2位于溢流收集段301上方，为下部设置有多条(例如8条)分配管道201的容器。分配管道201的末端位于第二浮选段304之内、锥斗状散气装置4和底层浮选板5之间。

储料装置1内设有搅拌装置101，用于将粉煤灰原料浆和浮选剂充分搅拌。尾灰管道307从尾灰出口306连接到尾灰箱7，尾灰箱7通过循环管道310连接到储料装置1；储料装置1的下部设有送料管道102，送料管道102上设有渣浆泵103，该送料管道102通向分配装置2。

供气装置6连接第一气体管道601及第二气体管道602；其中，第一气体管道601与锥斗状散气装置4上的多个气孔401连通，第二气体管道602通向分配装置2。

另外，循环管道310上还设有支路管道作为排灰管道311，循环管道310和排灰管道311上均设有阀门。根据粉煤灰的成分及工艺要求，尾灰可通过循环管道310和102重新进入浮选分离设备中进行浮选，以回收其中的炭颗粒。

另外，上述的浮选过程为一级浮选，有时根据情况也可以进行二级浮选，此时，溢流收集段301内的炭颗粒通过其底端的出料口309进入二级浮选设备，得到含炭量更高的高炭灰。

实施例2

本发明的实施例2与实施例1相似，其利用猪粪制造尺寸为5-7毫米的生物燃料颗粒，且用造粒机进行造粒，其包括如下步骤：

(1)按比例混配原料，该比例使得最终产品按干重计包括68％的猪粪、18％的竹木屑、2％的熟石灰、12％的由粉煤灰提取的高炭灰；其中，在搅拌的过程中可脱除猪粪的异味；所使用的猪粪含水52％，竹木屑含水48％，熟石灰含水20％，粉煤灰提取的高炭灰含水38％；

(2)利用真空皮带脱水机将步骤(1)混合搅拌后的原料脱水至含水18％左右；

(3)向步骤(2)脱水后的原料中加入粘结剂例如玉米淀粉，并进行搅拌；

(4)将步骤(3)搅拌后的原料烘干至含水15％左右；

(5)通过环模造粒机利用步骤(4)烘干后的原料进行造粒，得到尺寸为5-7毫米的生物燃料颗粒。

本实施例中，用粉煤灰提取高炭灰的方法及设备与实施例1相似，在此不再赘述。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种利用猪粪制备颗粒状生物质燃料的工艺，其包括如下步骤：

(1)按比例将原料猪粪、生物质粉屑以及高炭灰进行混合；该比例使得最终产品按干重计包括60％-90％猪粪、10％-30％生物质粉屑、0.1-3％熟石灰以及作为除臭剂的2％-15％的高炭灰；

(2)将步骤(1)所得的混合原料脱水；

(3)将步骤(2)脱水后的原料进行造粒；

其中，所述的高炭灰是具有吸附作用的、含炭量较高的灰分，而且是从粉煤灰中通过浮选工艺提取得到的。

2.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤(2)进一步包括如下步骤：

A、将步骤(1)所得的混合原料脱水；

B、向步骤(A)脱水后的原料中加入粘结剂，并搅拌。

3.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤(3)的造粒过程为：利用步骤(2)脱水后的原料制板、烘干所制板、碎板并筛分得到颗粒。

4.如权利要求1所述的工艺，其中，步骤(3)的造粒过程为：将步骤(2)脱水后的原料烘干，并利用烘干后的原料通过造粒机进行造粒。

5.如权利要求1所述的工艺，其中，所述的浮选工艺包括如下步骤：

①向粉煤灰原料中加入浮选剂和/或捕收剂，形成混合物料；

②在浮选设备中使步骤①中所得的混合物料从浮选设备的上部下落；

③在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤②中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

④收集步骤③中气体向上运动而形成的通过所述浮选设备之浮选板的颗粒物，即得到由粉煤灰提取的高炭灰。

6.如权利要求5所述的工艺，其中，所述的紊流状态是通过使所述气体在所述浮选设备中形成角度不同的多股向上气流而形成的。

7.如权利要求1所述的工艺，其中，所述生物质粉屑为竹屑和/或木屑。

8.一种按照权利要求1-7之一所述工艺制备的颗粒状燃料。