CN105925337A - 一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，属于生物质能源技术领域，所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭是经过广豆根药渣烘干、粉碎、发酵、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广豆根药渣，实现了广豆根药渣生物发酵制甲烷、及其发酵残渣热解制备生物炭的全资源化目的，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。

Description

一种 广豆根药渣 制备甲烷和烧烤炭的方法
【技术领域】
本发明属于生物质能源技术领域，具体涉及一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法。
【背景技术】
现有的烧烤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。传统的烧烤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，生产传统烧烤炭也越来越威胁着人类的生存环境。
另一种是由可燃物与煤结合的烧烤炭，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、成型烘干而制成烧烤炭成品。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。
目前烧烤炭的缺点都大大限制了烧烤炭的生产和使用。因此，对工艺简单、环保无毒且能提供大量热量的烧烤炭及其生产方法的研究很有必要。目前的研究中，大都集中于烧烤炭的结构、添加剂以及煤预处理等方面，没有针对烧烤炭的替换原料进行研究。
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。其中广豆根药渣是中药渣的一种，如何有效处理广豆根药渣成为了研究的方向。
广豆根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甲烷发酵的底物，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。甲烷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58％以上，是生产碳素材料的合适原料，可以制备烧烤炭。用发酵残渣制备烧烤炭，可以增加烧烤炭制备的新来源，为生物质废弃物的资源化利用提供理论支持。
目前针对广豆根药渣进行甲烷发酵，发酵残渣进行制备烧烤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】
本发明提供一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，以解决将广豆根药渣作为垃圾处理或是晒干后用来作为燃料，造成大量资源浪费和环境污染等问题，本发明的方法最大限度地利用了广豆根药渣，实现了广豆根药渣生物发酵制甲烷、及其发酵残渣热解制备生物炭的全资源化目的，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。
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，包括以下步骤：
S1：将广豆根药渣采用热空气烘干成含水率为13%-16%，制得干广豆根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920-960℃，所述空气温度为4-36℃，所述热空气温度为250-480℃；
S2：将步骤S1制得的干广豆根药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干广豆根药渣粉碎物；
S3：向步骤S2制得的干广豆根药渣粉碎物中加入浓度为8%-20%的氢氧化钾溶液，在转速为80-150r/min下，搅拌5-8min，使广豆根药渣完全浸泡在氢氧化钾溶液中，并在温度为42-48℃下浸泡16-20h，制得预处理后广豆根药渣；
S4：将步骤S3制得的预处理后广豆根药渣与污泥按重量比为5-7:2-3混合均匀，所述污泥的VS浓度为6%-9%(w/w)，产甲烷潜力为215-290mL/(d·L)，然后将广豆根药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入甲烷催化剂，所述甲烷催化剂由二氧化硅和金属镍按重量比为2-3:1-2组成，调节pH值为10.9-11.3，控制温度为39-41℃，在转速为110-130r/min下进行甲烷发酵34-36天，用集气袋收集产生的甲烷，发酵罐中剩余的为沼渣；
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8%-13%，制得干沼渣；
S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过300-500目筛子，制得干沼渣粉碎物；
S7：将步骤S6制得的干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90-120r/min下混合12-15min，制得混合物Ⅰ，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：碱性白土8-30份、氧化钴1-4份、氧化镍2-3份、氧化钛2-3份、氧化铝1-2份、氧化锌1-2份、水玻璃10-35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S71：将碱性白土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100-160r/min下混合8-12min，制得球状颗粒Ⅰ；
步骤S71中所述碱性白土的制备方法，包括以下步骤：
S711：将膨润土和浓度为10%的活性白土废水按重量比为2:9混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料Ⅰ；
S712：将步骤S711制得的浆状物料Ⅰ加入到浓度为16%的无机混合酸中，所述无机混合酸为浓度19wt%的磷酸、浓度38wt%的盐酸、浓度27wt%的硫酸按体积比3:3:2组成的混合酸，浆状物料Ⅰ与无机混合酸的重量比为2:10，在转速为400r/min条件下加入硫氢化钠搅拌，硫氢化钠与浆状物料Ⅰ的重量比为2:120，加热至85℃，保持在85℃条件下反应2.5h，制得浆状物料Ⅱ；
S713：将步骤S712制得的浆状物料Ⅱ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼Ⅰ；
S714：向步骤S713制得的滤饼Ⅰ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅰ重量的7倍，搅拌溶解滤饼Ⅰ完成后加入聚丙烯酸钠和聚合硫酸铝搅拌0.9h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.92Mpa条件下进行压滤，制得含水率为38%的滤饼Ⅱ；
S715：将步骤S714制得的滤饼Ⅱ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅱ重量的6倍，搅拌溶解滤饼Ⅱ完成后，加入浓度为9%的氢氧化钙溶液，制得浆物料Ⅲ；
S716：将步骤S715制得的浆物料Ⅲ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为39%的滤饼Ⅲ；
S717：将步骤S716制得的滤饼Ⅲ放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼Ⅲ含水率为4%后粉碎，所得粉碎物过500目筛，制得碱性白土；
S72：将步骤S71制得的球状颗粒Ⅰ在950-1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01-0.06mm，孔隙容积为0.05-0.08mL/g，振实密度为0.82-0.96g/mL，磨耗率为2.05%-2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以30-65℃/min的速度升温至790-820℃，热解4-6min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S9：在微波反应釜中，温度为430-460℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为120-180r/min下混合10-15min，经压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率≤6%，制得烧烤炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：配制浓度为25-28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S102：向步骤S101的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%-5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为36-39℃，搅拌转速为100-120r/min下进行交联接枝反应0.4-0.6h，制得浆料Ⅱ；
S103：向步骤S102的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为40-46℃，搅拌转速为110-150r/min下进行交联反应0.3-0.5h，制得浆料Ⅲ；
S104：将步骤S103的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165-168℃下烘干，制得含水率≤6%的物料Ⅳ；
S105：将步骤S104的物料Ⅳ粉碎、过100-160目筛子，制得淀粉粘合剂。
进一步地，步骤S7中所述干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为175-230:1-3。
进一步地，步骤S10中所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为34-43:4-6:5-7。
进一步地，步骤S10中所述压制成块状型采用的压力为10-15Mpa。
进一步地，步骤S102中所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30-80:10-25:12-20。
进一步地，步骤S103中所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35-73:12-25:15-20。
进一步地，步骤S103中所述交联反应的温度为42℃，搅拌转速为125r/min下进行交联反应0.4h。
本发明具有以下有益效果：
（1）本发明的制备方法条件可控，广豆根药渣制备烧烤炭的转化率高，无废渣产生；
（2）本发明制备过程中不添加引火物等添加剂，制得的烧烤炭无烟无毒无味；
（3）本发明制得的烧烤炭起火快，燃烧时间长达3.3h以上，有利于使用；
（4）本发明制得的烧烤炭外表光滑无裂纹、无爆花，易于保存和运输；
（5）本发明的方法最大限度地利用了广豆根药渣，实现了广豆根药渣生物发酵制甲烷、及其发酵残渣热解制备生物炭的全资源化目的，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】
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。
在实施例中，所述广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，包括以下步骤：
S1：将广豆根药渣采用热空气烘干成含水率为13%-16%，制得干广豆根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920-960℃，所述空气温度为4-36℃，所述热空气温度为250-480℃；
S2：将步骤S1制得的干广豆根药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干广豆根药渣粉碎物；
S3：向步骤S2制得的干广豆根药渣粉碎物中加入浓度为8%-20%的氢氧化钾溶液，在转速为80-150r/min下，搅拌5-8min，使广豆根药渣完全浸泡在氢氧化钾溶液中，并在温度为42-48℃下浸泡16-20h，制得预处理后广豆根药渣；
S4：将步骤S3制得的预处理后广豆根药渣与污泥按重量比为5-7:2-3混合均匀，所述污泥的VS浓度为6%-9%(w/w)，产甲烷潜力为215-290mL/(d·L)，然后将广豆根药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入甲烷催化剂，所述甲烷催化剂由二氧化硅和金属镍按重量比为2-3:1-2组成，调节pH值为10.9-11.3，控制温度为39-41℃，在转速为110-130r/min下进行甲烷发酵34-36天，用集气袋收集产生的甲烷，发酵罐中剩余的为沼渣；
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8%-13%，制得干沼渣；
S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过300-500目筛子，制得干沼渣粉碎物；
S7：将步骤S6制得的干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90-120r/min下混合12-15min，制得混合物Ⅰ，所述干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为175-230:1-3，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：碱性白土8-30份、氧化钴1-4份、氧化镍2-3份、氧化钛2-3份、氧化铝1-2份、氧化锌1-2份、水玻璃10-35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S71：将碱性白土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100-160r/min下混合8-12min，制得球状颗粒Ⅰ；
步骤S71中所述碱性白土的制备方法，包括以下步骤：
S711：将膨润土和浓度为10%的活性白土废水按重量比为2:9混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料Ⅰ；
S712：将步骤S711制得的浆状物料Ⅰ加入到浓度为16%的无机混合酸中，所述无机混合酸为浓度19wt%的磷酸、浓度38wt%的盐酸、浓度27wt%的硫酸按体积比3:3:2组成的混合酸，浆状物料Ⅰ与无机混合酸的重量比为2:10，在转速为400r/min条件下加入硫氢化钠搅拌，硫氢化钠与浆状物料Ⅰ的重量比为2:120，加热至85℃，保持在85℃条件下反应2.5h，制得浆状物料Ⅱ；
S713：将步骤S712制得的浆状物料Ⅱ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼Ⅰ；
S714：向步骤S713制得的滤饼Ⅰ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅰ重量的7倍，搅拌溶解滤饼Ⅰ完成后加入聚丙烯酸钠和聚合硫酸铝搅拌0.9h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.92Mpa条件下进行压滤，制得含水率为38%的滤饼Ⅱ；
S715：将步骤S714制得的滤饼Ⅱ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅱ重量的6倍，搅拌溶解滤饼Ⅱ完成后，加入浓度为9%的氢氧化钙溶液，制得浆物料Ⅲ；
S716：将步骤S715制得的浆物料Ⅲ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为39%的滤饼Ⅲ；
S717：将步骤S716制得的滤饼Ⅲ放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼Ⅲ含水率为4%后粉碎，所得粉碎物过500目筛，制得碱性白土；
S72：将步骤S71制得的球状颗粒Ⅰ在950-1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01-0.06mm，孔隙容积为0.05-0.08mL/g，振实密度为0.82-0.96g/mL，磨耗率为2.05%-2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以30-65℃/min的速度升温至790-820℃，热解4-6min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S9：在微波反应釜中，温度为430-460℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为120-180r/min下混合10-15min，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为34-43:4-6:5-7，经在压力为10-15Mpa下压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率≤6%，制得烧烤炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：配制浓度为25-28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S102：向步骤S101的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%-5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30-80:10-25:12-20，然后在温度为36-39℃，搅拌转速为100-120r/min下进行交联接枝反应0.4-0.6h，制得浆料Ⅱ；
S103：向步骤S102的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35-73:12-25:15-20，然后在温度为40-46℃，搅拌转速为110-150r/min下进行交联反应0.3-0.5h，制得浆料Ⅲ；
S104：将步骤S103的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165-168℃下烘干，制得含水率≤6%的物料Ⅳ；
S105：将步骤S104的物料Ⅳ粉碎、过100-160目筛子，制得淀粉粘合剂。
下面通过更具体实施例对本发明进行说明。
实施例1
一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，包括以下步骤：
S1：将广豆根药渣采用热空气烘干成含水率为14%，制得干广豆根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为940℃，所述空气温度为20℃，所述热空气温度为360℃；
S2：将步骤S1制得的干广豆根药渣粉碎，过150目筛子，制得干广豆根药渣粉碎物；
S3：向步骤S2制得的干广豆根药渣粉碎物中加入浓度为15%的氢氧化钾溶液，在转速为120r/min下，搅拌7min，使广豆根药渣完全浸泡在氢氧化钾溶液中，并在温度为45℃下浸泡18h，制得预处理后广豆根药渣；
S4：将步骤S3制得的预处理后广豆根药渣与污泥按重量比为6:2.5混合均匀，所述污泥的VS浓度为8%(w/w)，产甲烷潜力为250mL/(d·L)，然后将广豆根药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入甲烷催化剂，所述甲烷催化剂由二氧化硅和金属镍按重量比为2:1组成，调节pH值为11.1，控制温度为40℃，在转速为120r/min下进行甲烷发酵35天，用集气袋收集产生的甲烷，发酵罐中剩余的为沼渣；
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12%，制得干沼渣；
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；
S7：将步骤S6制得的干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为100r/min下混合13min，制得混合物Ⅰ，所述干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为200:2，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：碱性白土19份、氧化钴3份、氧化镍2份、氧化钛2份、氧化铝2份、氧化锌1份、水玻璃23份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S71：将碱性白土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为130r/min下混合10min，制得球状颗粒Ⅰ；
步骤S71中所述碱性白土的制备方法，包括以下步骤：
S711：将膨润土和浓度为10%的活性白土废水按重量比为2:9混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料Ⅰ；
S712：将步骤S711制得的浆状物料Ⅰ加入到浓度为16%的无机混合酸中，所述无机混合酸为浓度19wt%的磷酸、浓度38wt%的盐酸、浓度27wt%的硫酸按体积比3:3:2组成的混合酸，浆状物料Ⅰ与无机混合酸的重量比为2:10，在转速为400r/min条件下加入硫氢化钠搅拌，硫氢化钠与浆状物料Ⅰ的重量比为2:120，加热至85℃，保持在85℃条件下反应2.5h，制得浆状物料Ⅱ；
S713：将步骤S712制得的浆状物料Ⅱ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼Ⅰ；
S714：向步骤S713制得的滤饼Ⅰ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅰ重量的7倍，搅拌溶解滤饼Ⅰ完成后加入聚丙烯酸钠和聚合硫酸铝搅拌0.9h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.92Mpa条件下进行压滤，制得含水率为38%的滤饼Ⅱ；
S715：将步骤S714制得的滤饼Ⅱ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅱ重量的6倍，搅拌溶解滤饼Ⅱ完成后，加入浓度为9%的氢氧化钙溶液，制得浆物料Ⅲ；
S716：将步骤S715制得的浆物料Ⅲ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为39%的滤饼Ⅲ；
S717：将步骤S716制得的滤饼Ⅲ放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼Ⅲ含水率为4%后粉碎，所得粉碎物过500目筛，制得碱性白土；
S72：将步骤S71制得的球状颗粒Ⅰ在1000℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.04mm，孔隙容积为0.06mL/g，振实密度为0.9g/mL，磨耗率为2.23%的球状颗粒Ⅱ；
S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以45℃/min的速度升温至800℃，热解5min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S9：在微波反应釜中，温度为4500℃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；
S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为160r/min下混合12min，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为40:5:6，经在压力为13Mpa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6%，制得烧烤炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：配制浓度为27Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S102：向步骤S101的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为4%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为65:17:16，然后在温度为38℃，搅拌转速为110r/min下进行交联接枝反应0.5h，制得浆料Ⅱ；
S103：向步骤S102的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为54:18:16，然后在温度为43℃，搅拌转速为130r/min下进行交联反应0.4h，制得浆料Ⅲ；
S104：将步骤S103的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为167℃下烘干，制得含水率为6%的物料Ⅳ；
S105：将步骤S104的物料Ⅳ粉碎、过130目筛子，制得淀粉粘合剂。
实施例2
一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，包括以下步骤：
S1：将广豆根药渣采用热空气烘干成含水率为14%，制得干广豆根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920℃，所述空气温度为4℃，所述热空气温度为250℃；
S2：将步骤S1制得的干广豆根药渣粉碎，过100目筛子，制得干广豆根药渣粉碎物；
S3：向步骤S2制得的干广豆根药渣粉碎物中加入浓度为8%的氢氧化钾溶液，在转速为80r/min下，搅拌8min，使广豆根药渣完全浸泡在氢氧化钾溶液中，并在温度为42℃下浸泡16h，制得预处理后广豆根药渣；
S4：将步骤S3制得的预处理后广豆根药渣与污泥按重量比为5:2混合均匀，所述污泥的VS浓度为6% (w/w)，产甲烷潜力为215mL/(d·L)，然后将广豆根药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入甲烷催化剂，所述甲烷催化剂由二氧化硅和金属镍按重量比为2:1组成，调节pH值为10.9，控制温度为39℃，在转速为110r/min下进行甲烷发酵36天，用集气袋收集产生的甲烷，发酵罐中剩余的为沼渣；
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8%，制得干沼渣；
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；
S7：将步骤S6制得的干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90r/min下混合15min，制得混合物Ⅰ，所述干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为175:1，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：碱性白土8份、氧化钴1份、氧化镍2份、氧化钛2份、氧化铝1份、氧化锌1份、水玻璃10份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S71：将碱性白土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100r/min下混合8min，制得球状颗粒Ⅰ；
步骤S71中所述碱性白土的制备方法，包括以下步骤：
S711：将膨润土和浓度为10%的活性白土废水按重量比为2:9混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料Ⅰ；
S712：将步骤S711制得的浆状物料Ⅰ加入到浓度为16%的无机混合酸中，所述无机混合酸为浓度19wt%的磷酸、浓度38wt%的盐酸、浓度27wt%的硫酸按体积比3:3:2组成的混合酸，浆状物料Ⅰ与无机混合酸的重量比为2:10，在转速为400r/min条件下加入硫氢化钠搅拌，硫氢化钠与浆状物料Ⅰ的重量比为2:120，加热至85℃，保持在85℃条件下反应2.5h，制得浆状物料Ⅱ；
S713：将步骤S712制得的浆状物料Ⅱ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼Ⅰ；
S714：向步骤S713制得的滤饼Ⅰ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅰ重量的7倍，搅拌溶解滤饼Ⅰ完成后加入聚丙烯酸钠和聚合硫酸铝搅拌0.9h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.92Mpa条件下进行压滤，制得含水率为38%的滤饼Ⅱ；
S715：将步骤S714制得的滤饼Ⅱ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅱ重量的6倍，搅拌溶解滤饼Ⅱ完成后，加入浓度为9%的氢氧化钙溶液，制得浆物料Ⅲ；
S716：将步骤S715制得的浆物料Ⅲ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为39%的滤饼Ⅲ；
S717：将步骤S716制得的滤饼Ⅲ放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼Ⅲ含水率为4%后粉碎，所得粉碎物过500目筛，制得碱性白土；
S72：将步骤S71制得的球状颗粒Ⅰ在950℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01mm，孔隙容积为0.05mL/g，振实密度为0.82g/mL，磨耗率为2.05%的球状颗粒Ⅱ；
S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以30℃/min的速度升温至790℃，热解6min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S9：在微波反应釜中，温度为430℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为120r/min下混合15min，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为34:4:5，经在压力为10Mpa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5.77%，制得烧烤炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：配制浓度为25Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S102：向步骤S101的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%-5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30:10:12，然后在温度为36-39℃，搅拌转速为100r/min下进行交联接枝反应0.6h，制得浆料Ⅱ；
S103：向步骤S102的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35:12:15，然后在温度为40℃，搅拌转速为110r/min下进行交联反应0.5h，制得浆料Ⅲ；
S104：将步骤S103的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165℃下烘干，制得含水率为5.67%的物料Ⅳ；
S105：将步骤S104的物料Ⅳ粉碎、过100目筛子，制得淀粉粘合剂。
实施例3
一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，包括以下步骤：
S1：将广豆根药渣采用热空气烘干成含水率为16%，制得干广豆根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为960℃，所述空气温度为36℃，所述热空气温度为480℃；
S2：将步骤S1制得的干广豆根药渣粉碎，过200目筛子，制得干广豆根药渣粉碎物；
S3：向步骤S2制得的干广豆根药渣粉碎物中加入浓度为20%的氢氧化钾溶液，在转速为150r/min下，搅拌5min，使广豆根药渣完全浸泡在氢氧化钾溶液中，并在温度为48℃下浸泡16h，制得预处理后广豆根药渣；
S4：将步骤S3制得的预处理后广豆根药渣与污泥按重量比为7:3混合均匀，所述污泥的VS浓度为9%(w/w)，产甲烷潜力为290mL/(d·L)，然后将广豆根药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入甲烷催化剂，所述甲烷催化剂由二氧化硅和金属镍按重量比为3:2组成，调节pH值为11.3，控制温度为41℃，在转速为130r/min下进行甲烷发酵34天，用集气袋收集产生的甲烷，发酵罐中剩余的为沼渣；
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；
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；
S7：将步骤S6制得的干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为120r/min下混合12min，制得混合物Ⅰ，所述干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为230:3，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：碱性白土30份、氧化钴4份、氧化镍3份、氧化钛3份、氧化铝2份、氧化锌2份、水玻璃35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S71：将碱性白土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为160r/min下混合8min，制得球状颗粒Ⅰ；
步骤S71中所述碱性白土的制备方法，包括以下步骤：
S711：将膨润土和浓度为10%的活性白土废水按重量比为2:9混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料Ⅰ；
S712：将步骤S711制得的浆状物料Ⅰ加入到浓度为16%的无机混合酸中，所述无机混合酸为浓度19wt%的磷酸、浓度38wt%的盐酸、浓度27wt%的硫酸按体积比3:3:2组成的混合酸，浆状物料Ⅰ与无机混合酸的重量比为2:10，在转速为400r/min条件下加入硫氢化钠搅拌，硫氢化钠与浆状物料Ⅰ的重量比为2:120，加热至85℃，保持在85℃条件下反应2.5h，制得浆状物料Ⅱ；
S713：将步骤S712制得的浆状物料Ⅱ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼Ⅰ；
S714：向步骤S713制得的滤饼Ⅰ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅰ重量的7倍，搅拌溶解滤饼Ⅰ完成后加入聚丙烯酸钠和聚合硫酸铝搅拌0.9h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.92Mpa条件下进行压滤，制得含水率为38%的滤饼Ⅱ；
S715：将步骤S714制得的滤饼Ⅱ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅱ重量的6倍，搅拌溶解滤饼Ⅱ完成后，加入浓度为9%的氢氧化钙溶液，制得浆物料Ⅲ；
S716：将步骤S715制得的浆物料Ⅲ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为39%的滤饼Ⅲ；
S717：将步骤S716制得的滤饼Ⅲ放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼Ⅲ含水率为4%后粉碎，所得粉碎物过500目筛，制得碱性白土；
S72：将步骤S71制得的球状颗粒Ⅰ在1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.06mm，孔隙容积为0.08mL/g，振实密度为0.96g/mL，磨耗率为2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以65℃/min的速度升温至820℃，热解4min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S9：在微波反应釜中，温度为460℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为180r/min下混合10min，所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为43:6:7，经在压力为15Mpa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4.84%，制得烧烤炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：配制浓度为28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S102：向步骤S101的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为80:25:20，然后在温度为39℃，搅拌转速为120r/min下进行交联接枝反应0.4h，制得浆料Ⅱ；
S103：向步骤S102的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为73:25:20，然后在温度为46℃，搅拌转速为150r/min下进行交联反应0.3h，制得浆料Ⅲ；
S104：将步骤S103的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为168℃下烘干，制得含水率≤6%的物料Ⅳ；
S105：将步骤S104的物料Ⅳ粉碎、过160目筛子，制得淀粉粘合剂。
检测实施例1-3中同发酵 34天时累积甲烷产气率，结果如下表所示。
实施例 甲烷产气率（ml/g·VS）
1 376.57
2 350.25
3 401.01
由上表可知，实施例1-3的方法同发酵 34天时累积甲烷产气率达350 ml/g·VS以上。
烧烤炭性能测试：
（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。
（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。
实施例1-3中的烧烤炭性能参数如下表所示。
由上表可知，本发明的方法所制得的烧烤炭固定炭含量高，热值大，符合烧烤炭的性能要求。
以上内容不能认定本发明具体实施只局限于这些说明，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (7)

1.一种广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将广豆根药渣采用热空气烘干成含水率为13%-16%，制得干广豆根药渣，所述热空气为煤烟气与空气热交换得到，所述煤烟气温度为920-960℃，所述空气温度为4-36℃，所述热空气温度为250-480℃；
S2：将步骤S1制得的干广豆根药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干广豆根药渣粉碎物；
S3：向步骤S2制得的干广豆根药渣粉碎物中加入浓度为8%-20%的氢氧化钾溶液，在转速为80-150r/min下，搅拌5-8min，使广豆根药渣完全浸泡在氢氧化钾溶液中，并在温度为42-48℃下浸泡16-20h，制得预处理后广豆根药渣；
S4：将步骤S3制得的预处理后广豆根药渣与污泥按重量比为5-7:2-3混合均匀，所述污泥的VS浓度为6%-9%(w/w)，产甲烷潜力为215-290mL/(d·L)，然后将广豆根药渣与污泥混合均匀物倒入发酵罐，加入甲烷催化剂，所述甲烷催化剂由二氧化硅和金属镍按重量比为2-3:1-2组成，调节pH值为10.9-11.3，控制温度为39-41℃，在转速为110-130r/min下进行甲烷发酵34-36天，用集气袋收集产生的甲烷，发酵罐中剩余的为沼渣；
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8%-13%，制得干沼渣；
S6：将步骤S5制得的干沼渣粉碎，过300-500目筛子，制得干沼渣粉碎物；
S7：将步骤S6制得的干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂在搅拌转速为90-120r/min下混合12-15min，制得混合物Ⅰ，所述的热解催化剂以重量份为单位，包括以下原料：碱性白土8-30份、氧化钴1-4份、氧化镍2-3份、氧化钛2-3份、氧化铝1-2份、氧化锌1-2份、水玻璃10-35份；
所述热解催化剂的制备方法，包括以下步骤：
S71：将碱性白土、氧化钴、氧化镍、氧化钛、氧化铝、氧化锌、水玻璃在搅拌转速为100-160r/min下混合8-12min，制得球状颗粒Ⅰ；
步骤S71中所述碱性白土的制备方法，包括以下步骤：
S711：将膨润土和浓度为10%的活性白土废水按重量比为2:9混合，在转速为300r/min条件下搅拌均匀，制得浆状物料Ⅰ；
S712：将步骤S711制得的浆状物料Ⅰ加入到浓度为16%的无机混合酸中，所述无机混合酸为浓度19wt%的磷酸、浓度38wt%的盐酸、浓度27wt%的硫酸按体积比3:3:2组成的混合酸，浆状物料Ⅰ与无机混合酸的重量比为2:10，在转速为400r/min条件下加入硫氢化钠搅拌，硫氢化钠与浆状物料Ⅰ的重量比为2:120，加热至85℃，保持在85℃条件下反应2.5h，制得浆状物料Ⅱ；
S713：将步骤S712制得的浆状物料Ⅱ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为40%的滤饼Ⅰ；
S714：向步骤S713制得的滤饼Ⅰ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅰ重量的7倍，搅拌溶解滤饼Ⅰ完成后加入聚丙烯酸钠和聚合硫酸铝搅拌0.9h使溶液沉淀，将沉淀物在压力为0.92Mpa条件下进行压滤，制得含水率为38%的滤饼Ⅱ；
S715：将步骤S714制得的滤饼Ⅱ加水搅拌溶解，加水量为滤饼Ⅱ重量的6倍，搅拌溶解滤饼Ⅱ完成后，加入浓度为9%的氢氧化钙溶液，制得浆物料Ⅲ；
S716：将步骤S715制得的浆物料Ⅲ在压力为0.92MPa条件下进行压滤，制得含水率为39%的滤饼Ⅲ；
S717：将步骤S716制得的滤饼Ⅲ放在离心机中，在离心转速为5000r/min条件下除水至滤饼Ⅲ含水率为4%后粉碎，所得粉碎物过500目筛，制得碱性白土；
S72：将步骤S71制得的球状颗粒Ⅰ在950-1100℃范围的温度下焙烧，冷却至室温后筛分而得到的粒径为0.01-0.06mm，孔隙容积为0.05-0.08mL/g，振实密度为0.82-0.96g/mL，磨耗率为2.05%-2.38%的球状颗粒Ⅱ；
S8：将步骤S7制得的混合物Ⅰ放到微波反应釜中，以30-65℃/min的速度升温至790-820℃，热解4-6min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ；
S9：在微波反应釜中，温度为430-460℃下采用步骤S4制得的生物质燃气干馏炭化混合物Ⅱ0.3-0.6h，冷却至室温，制得混合物Ⅲ；
S10：向步骤S9制得的混合物Ⅲ中加入淀粉粘合剂、石灰水，在搅拌转速为120-180r/min下混合10-15min，经压制成块状型后采用步骤S1所述热空气烘干至含水率≤6%，制得烧烤炭；
所述淀粉粘合剂的制备方法，包括以下步骤：
S101：配制浓度为25-28Be’木薯淀粉浆Ⅰ；
S102：向步骤S101的木薯淀粉浆Ⅰ中加入浓度为1%-5%乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺，然后在温度为36-39℃，搅拌转速为100-120r/min下进行交联接枝反应0.4-0.6h，制得浆料Ⅱ；
S103：向步骤S102的浆料Ⅱ中加入氢氧化钾和环氧氯己烷，然后在温度为40-46℃，搅拌转速为110-150r/min下进行交联反应0.3-0.5h，制得浆料Ⅲ；
S104：将步骤S103的浆料Ⅲ进行预糊化并在温度为165-168℃下烘干，制得含水率≤6%的物料Ⅳ；
S105：将步骤S104的物料Ⅳ粉碎、过100-160目筛子，制得淀粉粘合剂。
2.根据权利要求1所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，步骤S7中所述干广豆根药渣粉碎物与热解催化剂的质量比为175-230:1-3。
3.根据权利要求1所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，步骤S10中所述混合物Ⅲ、淀粉粘合剂、石灰水的质量比为34-43:4-6:5-7。
4.根据权利要求1所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，步骤S10中所述压制成块状型采用的压力为10-15Mpa。
5.根据权利要求1所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，步骤S102中所述木薯淀粉浆Ⅰ、乙酸异戊酯、二甲基乙酰胺的质量比为30-80:10-25:12-20。
6.根据权利要求1所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，步骤S103中所述浆料Ⅱ、氢氧化钾、环氧氯己烷的质量比为35-73:12-25:15-20。
7.根据权利要求1所述的广豆根药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，其特征在于，步骤S103中所述交联反应的温度为42℃，搅拌转速为125r/min下进行交联反应0.4h。
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