CN104690067A - 一种能源草和禽畜粪便的资源化利用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质资源利用领域，涉及一种能源草和禽畜粪便的资源化利用方法。先将能源草和禽畜粪便经过厌氧发酵，产生沼气；沼气中分离出甲烷和二氧化碳，高纯度的甲烷经过压缩制备压缩生物天然气或经过液化制备液化生物天然气，分离出的二氧化碳制备干冰；原料经过厌氧沼气发酵后剩余的残渣制备有机肥。本发明以能源草和禽畜粪便为原料，可以生产出生物天然气、干冰和有机肥。全工艺无废弃物排出，实现了能源草和禽畜粪便的高附加值利用。产出生物天然气、干冰和有机肥三种商品，大大提高了原料的商品化价值。

Description

一种能源草和禽畜粪便的资源化利用方法
技术领域
本发明属于生物质资源利用领域，涉及一种能源草和禽畜粪便的资源化利用方法。
背景技术
生物天然气系指利用生物质厌氧发酵产生沼气经过纯化得到的高纯度甲烷，用以替代天然气。在工业燃料、城市燃气、车用燃料、发电等方面有广泛的用途。
干冰指是固态的二氧化碳。气体二氧化碳在高压条件下，冷凝成无色的液体，再在低压下迅速蒸发而得到。可以广泛应用于模具行业清洗、石油化工电力、食品制药行业、印刷工业、汽车船舶行业、食品行业、冷藏运输领域、娱乐领域、消防领域等。
有机肥主要来源于植物和（或）动物的含有机碳的植物营养物料，施于土壤中可以提供植物生长所需的无机和有机的营养。在有机绿色食品的生产过程中有着广泛而重要的用途。
能源草系指一类高光合效率、高生物质产量、高木质纤维素含量的草本植物，经过物理、化学或生物的方法可以高效地转化成生物质能源。
目前国内外的研究中已有用能源草或禽畜粪便生产沼气的报道，但未见联合利用能源草和禽畜粪便生产生物天然气、干冰和有机肥的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能源草和禽畜粪便的资源化利用方法，以能源草和禽畜粪便为原料，可以生产出生物天然气、干冰和有机肥。全工艺无废弃物排出，实现了能源草和禽畜粪便的高附加值利用。
本发明采用如下技术方案：
一种利用能源草和禽畜粪便的方法，包括以下步骤：
（1）将初发酵能源草和禽畜粪便混合，并加入沼气发酵罐中，厌氧发酵产沼气；（2）从沼气中分离出甲烷和二氧化碳；（3） 分离出的甲烷进一步提纯到98%以上，即为生物天然气，用于制备压缩生物天然气，或生产液化生物天然气；（4）分离出的二氧化碳制备干冰；（5） 原料经过厌氧发酵后剩余的残渣制备有机肥。
所述能源草为狼尾草属植物、拟高粱、甜高粱、芦竹、芦苇、类芦、甘蔗、斑茅、彼特草、苏丹草、五节芒、荻、芒、芒萁、大芒萁、野古草、石芒草、青贮玉米、香茅、互花米草、大米草、柳枝稷中的一种或几种。
所述的禽畜粪便来自牛、 羊、鸡、鸭、鹅、兔、猪中的一种或几种。
步骤（1）先测定初发酵能源草和禽畜粪便的碳氮含量，按照其碳氮含量将二者混合，使混合后原料总碳氮比为20-30：1。
所述初发酵能源草的生产方法如下：
能源草采收后，切割粉碎成0.5-10 cm，添加菌剂后，进行常温密闭发酵30天以上，其中发酵菌剂中至少包含厌氧乳酸菌、厌氧纤维素降解菌和厌氧半纤维素降解菌三种菌。
步骤（2）厌氧发酵的具体过程为：发酵温度35-58℃，每隔3-5天加料一次，使料液总干物质浓度每次增加0.5%-3%，当料液总干物质浓度为5-25%时，每隔5-10天排出20%-40%发酵后的沼渣后再添加相同干物质重量的原料。每隔6-12个月排出50%-80%的沼液和沼渣，再添加新料开始新的发酵过程。
分离出的二氧化碳制备干冰的方法为：
(1)净化：在300-500 kPa压力下采用物理和化学的方法除去杂质，先用高锰酸钾、碳酸氢钠水溶液洗涤，冷却至3-6℃，除去气体中60％-80%的水分，最后经活性炭和硅胶吸收塔组除去残留水分及臭味，使二氧化碳的纯度大于99%，水分含量小于0.1%。；(2)冷凝：经压缩机以3-5 MPa的压力，控制温度在0～2℃下冷凝为液体二氧化碳，再用活塞泵加压至7MPa压力以上，然后装入钢瓶，即为液体二氧化碳产品；（3）干冰的制备：液体二氧化碳进入膨胀箱，压力降至1-1.5 MPa表压，温度降为-35--25℃，然后喷进压冰机的固化室再度膨胀，在三相点条件下液体二氧化碳变成雪花状固体二氧化碳即干冰，最后在压冰机中用15-25 MPa压力压成大的冰块。
原料经过厌氧发酵后剩余的残渣制备有机肥的方法为：
将残渣干燥至水分含量10%-20%，进而破碎，添加辅料，混合均匀，造粒机造粒、整形、过筛、包装、检验、成品。
本发明的显著优点：
1. 完全利用了能源草和禽畜粪便，无废弃物排出。
2. 产出生物天然气、干冰和有机肥三种商品，大大提高了原料的商品化价值。
具体实施方法
下面用10吨巨菌草（干物质含量24.5%）和5吨牛粪（干物质含量45.8%）为实例进一步阐述本发明的具体实施方式，本发明包括但不限于以下实例。
实施例1
1. 巨菌草采收后，切割粉碎成0.5-10 cm。添加菌剂后，进行常温密闭发酵60天以上。其中发酵菌剂为乳酸菌、纤维素降解菌和半纤维素降解菌。
2.分别测定初发酵巨菌草和牛粪的碳氮含量，按照其碳氮含量将10吨初发酵巨菌草和5吨牛粪混合混合，混合后原料总碳氮比28.5：1。
3.将原料加入沼气发酵罐中，发酵温度55℃。每隔3天加料一次，使料液总干物质浓度每次增加3%。当料液总干物质浓度为6%时，每隔50天排出30%发酵后的沼渣后再添加相同干物质重量的原料。每隔12个月排出70%的沼液和沼渣，再添加新料开始新的发酵过程。
4. 用可逆二氧化碳吸附剂从沼气中吸附住二氧化碳，剩余气体为纯度较低的甲烷。排出甲烷后，改变条件使二氧化碳吸附剂释放二氧化碳。
5. 除去低纯度甲烷其中的SO2、H2、O2等气体，使甲烷浓度达到98%以上，即为生物天然气。然后再经过压缩至10 -25MPa制备压缩生物天然气。
6. 分离出的二氧化碳制备干冰。
(1)净化。在500 kPa压力下除去杂质。先用高锰酸钾、碳酸氢钠水溶液洗涤。冷却至6℃，除去气体中80%的水分。最后经活性炭和硅胶吸收塔组除去残留水分及臭味，使二氧化碳的纯度大于99%，水分含量小于0.1%。 (2)冷凝。经压缩机以5 MPa的压力，控制温度在2℃下冷凝为液体二氧化碳，用活塞泵加压至7MPa压力以上，然后装入钢瓶，即为液体二氧化碳产品。（3）干冰的制备。液体二氧化碳进入膨胀箱，压力降至1.4 MPa表压，温度降为-35℃，然后喷进压冰机的固化室再度膨胀，在三相点条件下(0.5MPa绝对压力，-56．6℃)液体二氧化碳变成雪花状固体二氧化碳（干冰）。最后在压冰机中用25 MPa压力压成大的冰块。
7. 原料经过厌氧沼气发酵后剩余的残渣制备固体有机肥。将沼渣干燥到水分含量20%。添加酸碱调节剂、无机化肥（通过增加某种营养成分获得不同专用肥）、微生物制剂（也可在造粒后喷洒）等辅料，混合均匀。造粒机造粒。整形、过筛、包装、检验、成品。
采用本发明利用10吨巨菌草和5吨牛粪为原料可得1500 立方米生物天然气，1.9吨干冰，2.8吨有机肥，原料的经济价值大大提高。

Claims (8)

1.一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）将初发酵能源草和禽畜粪便混合，并加入沼气发酵罐中，厌氧发酵产沼气；（2）从沼气中分离出甲烷和二氧化碳；（3） 分离出的甲烷进一步提纯到98%以上，即为生物天然气，用于制备压缩生物天然气，或生产液化生物天然气；（4）分离出的二氧化碳制备干冰；（5） 原料经过厌氧发酵后剩余的残渣制备有机肥。
2.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于：所述能源草为狼尾草属植物、拟高粱、甜高粱、芦竹、芦苇、类芦、甘蔗、斑茅、彼特草、苏丹草、五节芒、荻、芒、芒萁、大芒萁、野古草、石芒草、青贮玉米、香茅、互花米草、大米草、柳枝稷中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于：所述的禽畜粪便来自牛、 羊、鸡、鸭、鹅、兔、猪中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于：步骤（1）先测定初发酵能源草和禽畜粪便的碳氮含量，按照其碳氮含量将二者混合，使混合后原料总碳氮比为20-30：1。
5.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于：所述初发酵能源草的生产方法如下：
能源草采收后，切割粉碎成0.5-10 cm，添加菌剂后，进行常温密闭发酵30天以上，其中发酵菌剂中至少包含厌氧乳酸菌、厌氧纤维素降解菌和厌氧半纤维素降解菌三种菌。
6.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于：步骤（2）厌氧发酵的具体过程为：发酵温度35-58℃，每隔3-5天加料一次，使料液总干物质浓度每次增加0.5%-3%，当料液总干物质浓度为5-25%时，每隔5-10天排出20%-40%发酵后的沼渣后再添加相同干物质重量的原料；每隔6-12个月排出50%-80%的沼液和沼渣，再添加新料开始新的发酵过程。
7.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于分离出的二氧化碳制备干冰的方法为：
(1)净化：在300-500 kPa压力下采用物理和化学的方法除去杂质，先用高锰酸钾、碳酸氢钠水溶液洗涤，冷却至3-6℃，除去气体中60％-80%的水分，最后经活性炭和硅胶吸收塔组除去残留水分及臭味，使二氧化碳的纯度大于99%，水分含量小于0.1%；
 (2)冷凝：经压缩机以3-5 MPa的压力，控制温度在0～2℃下冷凝为液体二氧化碳，再用活塞泵加压至7MPa压力以上，然后装入钢瓶，即为液体二氧化碳产品；（3）干冰的制备：液体二氧化碳进入膨胀箱，压力降至1-1.5 MPa表压，温度降为-35--25℃，然后喷进压冰机的固化室再度膨胀，在三相点条件下液体二氧化碳变成雪花状固体二氧化碳即干冰，最后在压冰机中用15-25 MPa压力压成大的冰块。
8.根据权利要求1所述的一种利用能源草和禽畜粪便的方法，其特征在于原料经过厌氧发酵后剩余的残渣制备有机肥的方法为：
将残渣干燥至水分含量10%-20%，进而破碎，添加辅料，混合均匀，造粒机造粒、整形、过筛、包装、检验、成品。
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