CN104745263B - 一种生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的制备方法，以泥炭为原料，根据泥炭化学组成特点联产生物质成型燃料和高腐植酸有机肥。基本步骤包括：泥炭粉碎后混料复配，挤压成型成为生物质成型燃料，生物质成型燃料燃烧灰烬混合泥炭、奶牛粪，堆肥发酵制备高腐植酸有机肥，实现泥炭制备生物质成型燃料、高腐植酸有机肥料的多联产，解决目前泥炭主要作为有机肥料、园艺基质产品附加值不高的关键难题，同时解决生物质成型燃料规模化生产存在的原料集中获取，产品便于运输和储存，就近满足市场需求的产业化需要难题。

Description

一种生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的制备方法

技术领域

本发明属于煤炭和生物质转化与洁净能源研究应用领域，特别涉及到泥炭为原料制备生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的方法。

背景技术

生物质指利用太阳能经光合作用合成的任何有机物。生物质成型燃料(Biomassbriquette fuel)是将各种分散的、没有一定形状的生物质经干燥、粉碎到一定粒度后, 在一定的温度、湿度和压力条件下，挤压成具有一定形状、密度较高的棒状、块状、球状或颗粒状的固体燃料。目前世界各地的生物质成型燃料主要有两种: 压块和颗粒。原料是生物质成型燃料的核心，就近取材、资源量足、便宜效优，是生物质成型燃料的原料要求。我国生物质成型燃料所用原料按地区资源不同而不同，主要是以农业废弃物（农作物秸秆，如小麦、玉米、水稻、棉花或花生壳、稻壳、糠醛渣等）为原料，少部分是以林业废弃物（木屑、松针、果树剪枝、其他木质枝条等）为原料，由于原料特点，农林废弃物制备生物质成型燃料存在以下问题有待改进。

首先，农业废弃物原料与林业废弃物原料主要区别是纤维素、半纤维素含量较高、木质素含量较低， Cl、Ca、Si 等元素含量较高，燃烧的灰熔融点较低，导致农业废弃物原料燃烧易结渣、灰分含量高、炉具腐蚀较严重，严重结渣甚至导致锅炉不能正常运转。一般大型生物质锅炉每10～12 个月要停一次炉，进行一周左右的清理，所以相应的炉具需要针对农业废弃物原料制备的生物质成型燃料燃烧特点设计优化燃烧系统。

其次，生物质成型燃料成型过程中原料化学成分的含量与其成型质量有密切关系，特别是生物质中木质素、纤维素、蛋白质、淀粉是天然的粘接剂，其含量直接决定其成型燃料的品质。由于各种生物质化学成分不尽相同，导致每一种生物质成型燃料的最佳加工参数(原料的种类、原料含水量、原料颗粒大小、成型压力、成型温度、成型方式、胶粘剂等)也不同，导致目前没有相关产品的国家标准出台。

再次，生物质成型燃料的成本在很大程度上取决于原料的成本，而用于加工成型燃料的原料价格又取决于其运输的距离。生物质成型燃料的低成本生产必需考虑到原料量及收集、运输成本等因素。目前的成型燃料主要利用的玉米秸秆、玉米芯、麦草、稻草、棉花杆、花生壳、锯末、木屑、树皮等生物质质地松散，水份含量大，发热量低，资源分散，不易储存和运输。并且农村大部分地区的农业机械化水平较低，生物质从收获到制成燃料还没有一条龙机械设备，生物质成型燃料原料的规模化收集、储存成为生物质成型燃料加工生产过程中的“瓶颈”，制约着生物质成型燃料的产业化。

专利（201010242406.2）公开了一种生物质固体成型复合燃料制造方法，将处理所得的糠醛渣原料、煤粉原料和造纸污泥原料按照重量比为3∶2∶1进行混合及搅拌、压制，形成生物质固体成型复合燃料。专利（201310036424.9）公开了一种综合利用秸秆成型生物质燃料的方法，将由秸秆粉碎并挤压成型而制得的成型生物质燃料投入生物质直燃锅炉，成型生物质燃料燃烧得到的渣和灰由加湿搅拌包装机处理后作为钾肥使用。专利（201210328869.X）公开了一种成型性好的生物质燃料，将木屑粉末与添加剂混合，制成不含有任何有害物质的可再生的生物质燃料。专利（201010541748.4）公开了一种制备污泥生物质成型燃料的方法，以污水处理厂含水80％的污泥作成型粘结剂，利用生物质粉料即可生产污泥生物质成型燃料。专利（201110113315.3）公开了一种生物质燃料及其制备方法，由酒糟、菌苞、樟叶、牛粪四种原料单独制备或者混合制备碾压成型。以上专利都是根据不同地区的工、农业实际情况，利用本地化的生物质资源开发生物质成型燃料，并且依然主要是以农业废弃物（农作物秸秆，如小麦、玉米、水稻、棉花或花生壳、稻壳、糠醛渣等）、林业废弃物（木屑、松针、果树剪枝、其他木质枝条等）和煤炭（煤粉、煤泥）原料作为生物质成型燃料的制备原料。存在前述提及的三大问题，并且产品单一，只有生物质成型燃料，为解决前述问题，并实现生物质成型燃料的低成本大规模生产，本发明以泥炭为原料制备生物质成型燃料并联产高腐植酸有机肥。

泥炭又称为草炭或是泥煤，是煤化程度最低的煤，由腐烂的生物质在缺氧潮湿的环境中逐渐累积形成的有机矿产资源。泥炭主要成分为有机质（纤维素、半纤维素、木质素）和腐植酸（含量常为10～30%，高者可达70%以上），纤维含量丰富，疏松多孔，具有较多的孔隙和巨大的内表面积，吸附水分能力强。由于具有以上独特性质，泥炭在农业、园艺、工业、环保、医疗等领域的应用极为广泛。泥炭质地松软，容易燃烧。据测定，空气干燥时泥炭热值介于木柴和褐煤之间，如泥炭的主要类型草本泥炭的发热量多数为9.50～16.0MJ/Kg，因此泥炭产地的民间将泥炭做为民用燃料使用。我国泥炭资源比较丰富，全国共有泥炭资源量46.8708亿吨(烘干基，下同)。其中可用资源量43.3024亿吨占全国总资源量的92.40%。其中，内蒙古泥炭储量1.2802亿吨，其中可利用1.2156亿吨（有机质含量﹥30%），主要集中于内蒙古通辽市、鄂尔多斯市、包头市。西南地区、东北三省和内蒙古泥炭资源数量多，质量好，矿体大，分布集中，发热量高，埋藏浅，已经实现机械化开采加工，泥炭作为生物质成型燃料的原料有利于生物质成型燃料的产业化。目前泥炭颗粒燃料作为锅炉燃料已经在芬兰、爱沙尼亚等欧洲国家的锅炉站、工业企业和独立供暖设施中应用。

本发明以风干泥炭为原料制备生物质成型燃料，压缩后的成型燃料物化特性已经发生改变，不同于自然风干泥炭，解决了自然风干泥炭堆积密度小、能量密度低、不易储存和运输的缺点。此外泥炭制备的生物质成型燃料燃烧后的灰烬富含腐殖酸可生产高腐植酸有机肥，更好的增加企业盈利能力，促进生物质成型燃料产业的发展。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的制备方法，该方法采用泥炭粉碎后混料复配挤压成型制备成为生物质成型燃料，生物质成型燃料燃烧灰烬混合泥炭、奶牛粪，堆肥发酵制备高腐植酸有机肥。

本发明的技术方案如下：

本发明提供生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的制备方法，生物质固体成型燃料原料按质量分数82％～91％的泥炭、2％～5％的氢氧化钠、4％～16％的添加剂混合，加入65～100℃热水混合均匀，通过成型机室温下挤压成型后保型10～30min制成块状固体燃料，自然干燥，制得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料，燃烧后的灰烬添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由55％～65％生物质成型燃料燃烧后灰烬、5％～35％的泥炭和10％～30％的奶牛粪混合，调pH为6～8后堆肥发酵20～50d制备高腐植酸有机肥。

所述添加剂是聚丙烯酸钠、羧甲基淀粉钠、淀粉磷酸酯钠、乙酰化二淀粉磷酸酯中的任一种。

所述加入的泥炭是粒径为4～60目含水率14～20%的泥炭颗粒。

所述添加的奶牛粪是含水量为53～75%的新鲜奶牛粪。

本发明的有益效果为：

（1）泥炭作为生物质成型燃料的原料，不同于现有的农林废弃物原料，泥炭资源数量多，分布集中，发热量高，已经实现机械化开采，有利于生物质成型燃料工业化生产时原料的低成本收集，尤其是在东北、四川、云南、内蒙古等泥炭产地，泥炭为原料生产生物质成型燃料的优点是原料供应稳定，同时收集储运成本低、原料与市场距离短、可扶持村镇企业，增加农民收入和就业岗位、可提高农村能源消费质量和为城镇化发展就近提供清洁燃料。

（2）添加剂在热的碱性溶液中较稳定，具有胶体的粘结性和很强的吸附力，应用于生物质固体成型燃料具有粘结、增稠、保水的作用，可作为胶粘剂辅助原料室温下冷压成型，并且能够显著提高成型燃料的强度、提高抗碎性。

（3）成型燃料燃烧后的灰烬富含腐植酸和钙、镁、磷、钾、氮等元素，添加辅料腐熟发酵等可以制备高腐植酸有机肥，提高成型燃料的附加值，延长产品产业链。

（4）热值可调，燃时可控，通过调整成型燃料辅料配方，可将其热值调整为 3300至 5500 大卡，同时调节燃烧时间。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：生物质固体成型燃料原料按质量分数88％的粒径为60目含水率16%的泥炭颗粒、2％的氢氧化钠、10％的添加剂淀粉磷酸酯钠混合，取60kg混合后的原料，加入65℃热水混合均匀，通过成型机室温下挤压成型后保型20min制成块状固体燃料，自然干燥，制得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料燃烧后的灰烬15kg添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由65％生物质成型燃料燃烧后灰烬、25％的泥炭和10％的含水量为75%的新鲜奶牛粪混合，调节pH为7.0后堆肥发酵24d得到高腐植酸有机肥。制备的生物质成型燃料全水分12%，灰分18%，挥发分72%，全硫0.03%，低位发热量20.4MJ/Kg，抗碎性97%，破碎率3%。制备的高腐植酸有机肥经检测，腐植酸56%，有机质质量分数（以烘干基计）50%；总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）的质量分数（以烘干基计）5.7%；水分（鲜样）的质量分数26%；酸碱度（pH）6.9，重金属的限量指标（mg/kg以烘干基计）：总砷(As)9，总汞（Hg）2，总铅（Pb）17， 总铬 （Cr）28， 总镉（Cd）2，蛔虫卵死亡率96%和粪大肠菌群数11。

实施例2：按质量分数82％的粒径10目含水率14%的泥炭颗粒、2％的氢氧化钠、16％的添加剂聚丙烯酸钠混合，取100kg的混合均匀的原料，加入100℃热水混合均匀，通过成型机室温下挤压成型后保型10min制成块状固体燃料，自然干燥，制得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料燃烧后的灰烬10kg添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由55％生物质成型燃料燃烧后灰烬、25％的泥炭和20％的含水量为70%的新鲜奶牛粪混合，调节pH为7后堆肥发酵35d得到高腐植酸有机肥，制备的生物质成型燃料全水分14%，灰分10%，挥发分70.5%，全硫0.05%，低位发热量19.6MJ/Kg，抗碎性95%，破碎率5%，制备的高腐植酸有机肥经检测，腐植酸67.2%，有机质质量分数（以烘干基计）48%；总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）的质量分数（以烘干基计）5.2%；水分（鲜样）的质量分数25.3%；酸碱度（pH）6.5，重金属的限量指标（mg/kg以烘干基计）： 总砷(As) 11，总汞（Hg）1，总铅（Pb）35，总铬（Cr）7，总镉（Cd）（以烘干基计）2，蛔虫卵死亡率96%，粪大肠菌群数10。

实施例3：取44kg的原料，由质量分数91％的粒径20目含水率20%的泥炭颗粒、3％的氢氧化钠、6％的添加剂羧甲基淀粉钠混合，加入90℃热水混合均匀，通过成型机室温下挤压成型后保型20min制成块状固体燃料，自然干燥，制得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料燃烧后的灰烬3.9kg添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由65％生物质成型燃料燃烧后灰烬、5％的泥炭和30％的含水量为65%的新鲜奶牛粪混合，调节pH为7后堆肥发酵40d得到高腐植酸有机肥。制备的生物质成型燃料全水分11%，灰分9%，挥发分65%，全硫0.05%，低位发热量18.2MJ/Kg，抗碎性98%，破碎率2%。制备的高腐植酸有机肥经检测，腐植酸50.7%，有机质质量分数（以烘干基计）61%；总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）的质量分数（以烘干基计）5.1%；水分（鲜样）的质量分数23%；酸碱度（pH）6.9，重金属的限量指标（mg/kg，以烘干基计）：总砷(As) 15， 总汞（Hg）2，总铅（Pb）31，总铬 （Cr）9， 总镉（Cd）1，蛔虫卵死亡率97%，粪大肠菌群数15。

实施例4：生物质固体成型燃料原料按质量分数90％的由粒径50目含水率16%的泥炭颗粒、3％的氢氧化钠、7％的添加剂乙酰化二淀粉磷酸酯混合，取50kg的原料，加入90℃热水混合均匀，室温下通过成型机挤压成型后保型15min制成块状固体燃料，自然干燥，制得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料燃烧后的灰烬添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由55％生物质成型燃料燃烧后灰烬、15％的泥炭和30％的含水量为61%的新鲜奶牛粪混合，调节pH为7.5后堆肥发酵25d得到高腐植酸有机肥。制备的生物质成型燃料全水分12%，灰分11%，挥发分70%，全硫0.02%，低位发热量23.6MJ/Kg，抗碎性98%，破碎率2%。制备的高腐植酸有机肥经检测，腐植酸71%，有机质质量分数（以烘干基计）52%；总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）的质量分数（以烘干基计）6.1%；水分（鲜样）的质量分数21%；酸碱度（pH）6.5，重金属的限量指标（mg/kg，以烘干基计）：总砷(As)10， 总汞（Hg）1，总铅（Pb）24， 总铬（Cr）5，总镉（Cd）3，蛔虫卵死亡率95%，粪大肠菌群数6。

实施例5：生物质固体成型燃料原料按质量分数88％的粒径为60目含水率16%的泥炭颗粒、12％的氢氧化钠混合，取50kg混合后的原料，加入100℃热水混合均匀，通过成型机室温下挤压成型后保型20min制成块状固体燃料，自然干燥，制得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料燃烧后的灰烬12.5kg添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由65％生物质成型燃料燃烧后灰烬、25％的泥炭和10％的含水量为75%的新鲜奶牛粪混合，调节pH为7.0后堆肥发酵24d得到高腐植酸有机肥。制备的生物质成型燃料全水分12%，灰分16%，挥发分72%，全硫0.03%，低位发热量20.4MJ/Kg，抗碎性72%，破碎率28%。制备的高腐植酸有机肥经检测，腐植酸58%，有机质质量分数（以烘干基计）52%；总养分（氮+五氧化二磷+氧化钾）的质量分数（以烘干基计）5.6%；水分（鲜样）的质量分数25%；酸碱度（pH）6.9，重金属的限量指标（mg/kg以烘干基计）：总砷(As)9，总汞（Hg）2，总铅（Pb）16， 总铬 （Cr）28， 总镉（Cd）2，蛔虫卵死亡率95%和粪大肠菌群数10。

Claims (3)

1.一种生物质成型燃料联产高腐植酸有机肥的制备方法，其特征是：生物质固体成型燃料原料按质量分数由82％～ 91％的泥炭、2％～ 5％的氢氧化钠、4％～ 16％的添加剂混合，加入的添加剂是聚丙烯酸钠、羧甲基淀粉钠、淀粉磷酸酯钠、乙酰化二淀粉磷酸酯中的任一种，加入65 ～ 100℃热水混合均匀，通过成型机室温挤压成型后保型10 ～ 30min制成块状固体燃料，自然干燥，即得生物质成型燃料，送入锅炉作为燃料燃烧后的灰烬添加辅料泥炭、奶牛粪，按质量分数由55％～ 65％生物质成型燃料燃烧后灰烬、5％～ 35％的泥炭和10％～ 30％的奶牛粪混合，调节pH 为6 ～ 8 后堆肥发酵20 ～ 50d 制备高腐植酸有机肥，堆肥发酵制备高腐植酸有机肥。

2.根据权利要求1 所述的方法，其特征在于，加入的泥炭是粒径为4 ～ 60 目含水率14 ～ 20% 的泥炭颗粒。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，添加的奶牛粪是含水量为53 ～ 75% 的新鲜奶牛粪。