CN106755126A - 一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明开发了一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法，属于生物质综合利用领域。本发明将能源草经粉碎、厌氧沼气发酵、洗涤、干燥、切割、压制成型和碳化制得生物碳，开发出了一套完整高效的生物碳生产技术。本发明根据沼气发酵的能源草沼渣灰分很低，木质纤维素含量高的特点，生产出来的生物碳热值高，燃烧后氮氧化合物等有害气体大大降低。

Description

一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法
技术领域
本发明属于生物质综合利用领域，具体涉及一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法。
背景技术
能源草包括一年生或多年生，高木质纤维素含量，高产量，高光合效率的草本能源植物，是开发潜力巨大的能源植物，已成为沼气工程的主要原料之一。能源草沼渣进一步高值化开发利用是提高沼气工程经济效益的重要途径。但是能源草沼渣一般做有机肥料直接排放到农田，经济效益不高。能源草沼渣可被生物降解利用的有效成分很低，不能通过生物发酵的方法经济高效地转化为生物能源，因此它在生物能源领域的进一步开发利用鲜有文献报道。
生物碳是指生物质经过高温裂解后产生的固体燃料，在工业、农业生产中有着非常广泛的用途。生物碳一般有木料、锯末、农作物秸秆、稻壳等原料制备而成。常规原料的木质纤维素含量为60~80%，制备的生物碳杂质较多，灰分含量大，燃烧后有害气体浓度高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法，该方法由以下步骤组成：
(1)把新鲜能源草、干燥能源草或青贮能源草粉碎到10 cm以下，进行厌氧沼气发酵，原料在发酵罐内滞留时间为：10~33℃发酵30~60天，35-40℃发酵18-45天，52℃-57℃发酵8~22天；
(2)发酵结束后，将发酵后的能源草沼渣排出，沥干沼液，沼渣浸泡在重量5~12倍的清水中洗涤3~5次，每次洗涤过程中搅拌3~8次，使能源草沼渣充分浸润，排出的沼液和洗涤液用于沼气发酵或能源草种植；
(3)将洗涤后的能源草沼渣放入温度45~65℃、体积分数0.8~1.4%的乙酸溶液中，用20~90KHz超声处理20~50 分钟，然后取出沼渣，沥干乙酸溶液，再用清水洗涤3~5次；
(4)清洗过的能源草沼渣沥干水分，自然晾晒至水分含量5~26wt%，然后在80℃~180℃烘干至含水率0.5~6wt%；
(5)用3000~6000转/分钟的高速切割粉碎机将干燥后的能源草沼渣粉碎至0.05~0.7cm的细粉；
(6)将能源草沼渣细粉压制成型，压制温度120℃~340℃，压强1~3.5 Mpa，压制成厚度为0.8~8cm，长度为6~50cm的能源草沼渣块；
(7)将压制成型的能源草沼渣块放入碳化炉中，通入氮气排尽空气，按0.1~1℃/s的速度提高碳化炉温度，达到碳化温度380℃~560℃后，维持20~50小时，然后关闭碳化炉再保温10~20小时，即得能源草沼渣生物碳；
(8)将所得能源草沼渣生物碳冷却到15~45℃，进行包装，即得成品碳。
所述能源草包括杂交狼尾草、细茎杂交狼尾草、紫象草、矮象草、红象草、象草、牧草蔗、巨菌草、皇竹草、中国台湾甜草、拟高粱、甜高粱、芦竹、芦苇、类芦、斑茅、彼特草、苏丹草、美洲狼尾草、王草、五节芒、芒萁、香茅、互花米草和大米草其中的一种或几种。
本发明根据能源草沼渣性质开发出了一套完整高效的生物碳生产技术，相对于目前已有生产技术，本发明突出优势在于：
（1）本发明利用能源草沼渣生产生物碳，是能源草沼渣在生物能源领域的进一步应用，可以使沼气工程的经济效益提高15%以上。
（2）本发明根据能源草沼渣灰分含量低（3%以下）、木质纤维素含量高（90%以上）的特点，生产的能源草沼渣生物碳的灰分仅为市售生物碳灰分的1/3~1/5, 热值提高10~18%，燃烧后氮氧化合物等有害气体降低40%~70%，有很好的市场开发前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明不仅仅限于这些实施例。
实施例1
一种利用巨菌草沼渣制备生物碳的方法，该方法由以下步骤组成：
(1)把新鲜巨菌草粉碎到10 cm以下，进行厌氧沼气发酵，原料在发酵罐内滞留时间为35℃发酵45天；
(2)发酵结束后，将发酵后的巨菌草沼渣排出，沥干沼液，沼渣浸泡在重量5倍的清水中洗涤3次，每次洗涤过程中搅拌3次，使巨菌草沼渣充分浸润，排出的沼液和洗涤液用于巨菌草种植；
(3)将洗涤后的巨菌草沼渣放入温度45℃、体积分数1.4%的乙酸溶液中，用80KHz超声处理25分钟，然后取出沼渣，沥干乙酸溶液，再用清水洗涤3次；
(4)清洗过的巨菌草沼渣沥干水分，自然晾晒至水分含量16wt%，然后在180℃烘干至含水率2wt%；
(5)用3000转/分钟的高速切割粉碎机将干燥后的巨菌草沼渣粉碎至0.7cm的细粉；
(6)将能源草沼渣细粉压制成型，压制温度140℃，压强3 Mpa，压制成厚度为2 cm，长度为10 cm的巨菌草沼渣块；
(7)将压制成型的巨菌草沼渣块放入碳化炉中，通入氮气排尽空气，按0.2℃/s的速度提高碳化炉温度，达到碳化温度400℃后，维持20小时，然后关闭碳化炉再保温15小时，即得巨菌草沼渣生物碳；
(8)将所得巨菌草沼渣生物碳冷却到25℃，进行包装，即得成品碳。
实施例2
一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法，该方法由以下步骤组成：
(1)把青贮能源草粉碎到10 cm以下，进行厌氧沼气发酵，原料在发酵罐内滞留时间为55℃发酵13天；
(2)发酵结束后，将发酵后的能源草沼渣排出，沥干沼液，沼渣浸泡在重量10倍的清水中洗涤3次，每次洗涤过程中搅拌3次，使能源草沼渣充分浸润，排出的沼液和洗涤液用于能源草种植；
(3) 将洗涤后的能源草沼渣放入温度65℃、体积分数0.8%的乙酸溶液中，用20KHz超声处理50 分钟，然后取出沼渣，沥干乙酸溶液，再用清水洗涤5次；
(4)清洗过的能源草沼渣沥干水分，自然晾晒至水分含量20wt%，然后在80℃烘干至含水率0.5wt%；
(5)用6000转/分钟的高速切割粉碎机将干燥后的能源草沼渣粉碎至0.2cm的细粉；
(6)将能源草沼渣细粉压制成型，压制温度300℃，压强1.5 Mpa，压制成厚度为8cm，长度为12cm的能源草沼渣块；
(7)将压制成型的能源草沼渣块放入碳化炉中，通入氮气排尽空气，按1℃/s的速度提高碳化炉温度，达到碳化温度460℃后，维持32小时，然后关闭碳化炉再保温18小时，即得能源草沼渣生物碳；
(8)将所得能源草沼渣生物碳冷却到32℃，进行包装，即得成品碳。
所述能源草为细茎杂交狼尾草和紫象草按质量比1:1混合。
实施例3
一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法，该方法由以下步骤组成：
(1)把能源草粉碎到10 cm以下，进行厌氧沼气发酵，原料在发酵罐内滞留时间为53℃发酵15天；
(2)发酵结束后，将发酵后的能源草沼渣排出，沥干沼液，沼渣浸泡在重量8倍的清水中洗涤5次，每次洗涤过程中搅拌8次，使能源草沼渣充分浸润，排出的沼液和洗涤液用于沼气发酵；
(3)将洗涤后的能源草沼渣放入温度47℃、体积分数1%的乙酸溶液中，用59KHz超声处理23 分钟，然后取出沼渣，沥干乙酸溶液，再用清水洗涤3次；
(4)清洗过的能源草沼渣沥干水分，自然晾晒至水分含量17wt%，然后在140℃烘干至含水率2wt%；
(5)用6000转/分钟的高速切割粉碎机将干燥后的能源草沼渣粉碎至0.1cm的细粉；
(6)将能源草沼渣细粉压制成型，压制温度140℃，压强2.9 Mpa，压制成厚度为3cm，长度为6cm的能源草沼渣块；
(7)将压制成型的能源草沼渣块放入碳化炉中，通入氮气排尽空气，按0.8℃/s的速度提高碳化炉温度，达到碳化温度550℃后，维持22小时，然后关闭碳化炉再保温17小时，即得能源草沼渣生物碳；
(8)将所得能源草沼渣生物碳冷却到42℃，进行包装，即得成品碳。
所述能源草为新鲜矮象草、干燥红象草和青贮巨菌草按质量比为1:3:2混合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法，其特征在于：由以下步骤组成：
(1)把新鲜能源草、干燥能源草或青贮能源草粉碎到10 cm以下，进行厌氧沼气发酵，原料在发酵罐内滞留时间为：10~33℃发酵30~60天，35-40℃发酵18-45天，52℃-57℃发酵8~22天；
(2)发酵结束后，将发酵后的能源草沼渣排出，沥干沼液，沼渣浸泡在重量5~12倍的清水中洗涤3~5次，每次洗涤过程中搅拌3~8次，使能源草沼渣充分浸润，排出的沼液和洗涤液用于沼气发酵或能源草种植；
(3)将洗涤后的能源草沼渣放入温度45~65℃、体积分数0.8~1.4%的乙酸溶液中，用20~90KHz超声处理20~50 分钟，然后取出沼渣，沥干乙酸溶液，再用清水洗涤3~5次；
(4)步骤(3)清洗过的能源草沼渣沥干水分，自然晾晒至水分含量5~26wt%，然后在80℃~180℃烘干至含水率0.5~6wt%；
(5)用3000~6000转/分钟的高速切割粉碎机将干燥后的能源草沼渣粉碎至0.05~0.7cm的细粉；
(6)将能源草沼渣细粉压制成型，压制温度120℃~340℃，压强1~3.5 Mpa，压制成厚度为0.8~8cm，长度为6~50cm的能源草沼渣块；
(7)将压制成型的能源草沼渣块放入碳化炉中，通入氮气排尽空气，按0.1~1℃/s的速度提高碳化炉温度，达到碳化温度380℃~560℃后，维持20~50小时，然后关闭碳化炉再保温10~20小时，即得能源草沼渣生物碳；
(8)将能源草沼渣生物碳冷却到15~45℃，进行包装，即得成品碳。
2.根据权利要求书1所述的一种利用能源草沼渣制备生物碳的方法，其特征在于：
所述能源草包括杂交狼尾草、细茎杂交狼尾草、紫象草、矮象草、红象草、象草、牧草蔗、巨菌草、皇竹草、中国台湾甜草、拟高粱、甜高粱、芦竹、芦苇、类芦、斑茅、彼特草、苏丹草、美洲狼尾草、王草、五节芒、芒萁、香茅、互花米草和大米草中的一种或几种。
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