CN108584946A - 一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法 - Google Patents

一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其将啤酒工业废弃物啤酒糟与啤酒废酵母按一定质量比混合，压制成饼，置于固定床反应器中，控制固定床反应器的温度，在不同的吹扫气氛下可分别制得生物油和活性炭。本发明利用啤酒工业废弃物啤酒糟和废酵母混合热解，同时制取生物油和活性炭，制取过程简单，易操作，并且所得生物油品质高于普通生物质热解所得生物油，热值高、粘度低、腐蚀性低；所得活性炭具有较好的吸附性能。本方法使啤酒糟和废酵母能量最大化利用，解决了啤酒工业废弃物的环境污染问题，实现了啤酒工业废弃物的清洁、高效资源化利用。

Description

一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法
技术领域
本发明涉及一种废弃物治理及资源化利用的方法，尤其涉及一种利用啤酒工业废弃物啤酒糟和废酵母混合热解制取生物油和活性炭的方法。
背景技术
啤酒糟和啤酒废酵母泥是啤酒生产中最主要的副产品，其中啤酒糟约占废弃物总量的80％，废酵母泥约占10％。啤酒糟的主要成分是麦芽壳和未糖化的麦芽及辅料中的不溶性高分子物质，其粗蛋白含量在 25％左右，粗纤维合量在17％以上，此外还含有Ca、P等微量元素。啤酒废酵母泥是指发酵后，不能再被用来作发酵菌种的废弃酵母。其主要成份是啤酒酵母，还含有少量的麦芽壳、大米碎片及酒花等。啤酒废酵母，含有50％左右的蛋白质，6～8％的核糖核酸(RNA)，2％的B 族维生素，1％的谷胧甘肤及辅酶A，还含有氨基酸等多种营养成分。我国大部分啤酒厂或者将废酵母直接排掉，或者打入啤酒糟，以低廉价格，出售给农民作肥料、饲料。这既成为江河、湖泊等的一大新的污染源，又是一个极大的能源浪费。随着我国啤酒产量的连年增加，啤酒糟、废酵母也相应增加，资源化利用、防治污染成为啤酒行业当前亟需解决的问题。
啤酒糟和啤酒废酵母的主要成分和生物质组成近似，是生产生物油的良好原料。
有鉴于此，本案发明人进行深入研究，遂有本案的产生。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种啤酒工业废弃物的资源化利用方法，充分利用啤酒糟和废酵母的营养成分，使其转变为具有较高附加值的生物油和活性炭，实现两种废弃物减量化，降低其对环境的危害，减少两种废弃物的处置成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：A、将啤酒糟和啤酒废酵母按一定质量比混合，压制成饼，置于固定床反应器中；B、控制固定床反应器的温度，在两种不同吹扫气的吹扫气氛下分别获得生物油和活性炭。
进一步地，啤酒糟和啤酒废酵母的质量比为1:0.5～1.5。
进一步地，两种不同吹扫气分别为N2和CO2。
进一步地，步骤B中，首先在吹扫气N2吹扫气氛下，以10℃/min 的升温速度从室温升温到650-700℃，恒温30min进行热解反应，此升温及恒温阶段产生的可凝性气体经冷却冷凝收集，即得到生物油；
然后将吹扫气N2切换成CO2，再恒温2h后，热解反应结束，反应器冷却至室温，取出热解残渣，残渣粉碎后即得到活性炭。
进一步地，啤酒糟和啤酒废酵母按一定质量比混合所制成的饼呈直径和高均为10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％。
进一步地，所述啤酒糟和啤酒废酵母分别为啤酒厂生产过程中产生的废弃物。
采用上述技术方案后，本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，具有以下有益效果：
一、本发明方法采用啤酒工业废弃物啤酒糟和啤酒废酵母混合共热解，充分利用啤酒糟和废酵母有机质含量高的特点，热解所得生物油比普通生物质热解所得生物油热值高、粘度低、腐蚀性低，所得炭粉具有较大的比表面积。此外，由于废酵母本身具有粘性的特点，与啤酒糟混合易压制成型，更有利于热解操作。同时，整个制取过程简单，易操作。
二、本发明使啤酒工业废弃物啤酒糟和废酵母能量得到最大化利用，实现了啤酒工业废弃物的清洁、高效资源化利用，达到了环保、废弃物资源化、可持续发展的目的，对我国的经济建设具有重要意义。
具体实施方式
为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。需要强调的是，下面实施例1-6中，所用的原材料啤酒糟和啤酒废酵母均为啤酒厂生产过程中产生的废弃物。
实施例1：
本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，通过如下方案实现：啤酒糟和啤酒废酵母按1:0.5的质量比混合，压制成饼状，饼呈φ10×10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％，即制得样品，取样品100g平铺于石英方舟内，将石英方舟置于φ600×1000mm的固定床反应器中，首先在吹扫气N2流量为200mL/min吹扫气氛下，以 10℃/min的升温速度从室温升温到650-700℃，本实施例以650℃为例进行说明，在650℃下恒温30min进行热解反应，此升温和恒温阶段产生的可凝性气体经冷凝冷却收集，即得到生物油。然后将吹扫气 N2切换成CO2，流量为150mL/min，再恒温2h后，热解反应结束。固定床反应器冷却至室温，取出热解残渣，将残渣粉碎即得到活性炭。
所获得的生物油产率(无水基)42.5％，低位热值31.8MJ/kg、粘度25.6mm2/s、pH6.1；所得活性炭产率20.1％、比表面积310m2/g、碘吸附值223mg/g、亚甲基蓝吸附值75.8％。
实施例2：
本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，通过如下方案实现：啤酒糟和啤酒废酵母按1:0.75的质量比混合，压制成饼，饼呈φ10×10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％，即制得样品，取样品100g平铺于石英方舟内，将石英方舟置于φ600×1000mm的固定床反应器中，首先在吹扫气N2流量为200mL/min吹扫气氛下，以 10℃/min的升温速度从室温升温到650℃，并在650℃下恒温30min 进行热解反应，此升温及恒温阶段产生的可凝性气体经冷凝冷却收集，即得到生物油。然后将吹扫气N2切换成CO2，流量为150mL/min，再恒温2h后，热解反应结束。固定床反应器冷却至室温，取出热解残渣，将残渣粉碎后即得到活性炭。
所获得的生物油产率(无水基)43.8％，低位热值32.5MJ/kg、粘度24.3mm2/s、pH6.8；所获得活性炭产率19.3％、比表面积345m2/g、碘吸附值265mg/g、亚甲基蓝吸附值89.2％。
实施例3：
本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，通过如下方案实现：啤酒糟和啤酒废酵母按1:1.0的质量比混合，压制成饼状，饼呈φ10×10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％，即制得样品，取样品100g平铺于石英方舟内，将石英方舟置于φ600×1000mm固定床反应器中，首先在吹扫气N2流量为200mL/min吹扫气氛下，以 10℃/min的升温速度从室温升温到650℃，并在650℃下恒温30min 进行热解反应，此升温及升温阶段产生的可凝性气体经冷凝冷却收集，即得到生物油。然后将吹扫气N2切换成CO2，流量为150mL/min，再恒温2h后，热解反应结束。固定床反应器冷却至室温，取出热解残渣，将残渣粉碎后即得到活性炭。
所获得的生物油产率(无水基)45.2％，低位热值34.8MJ/kg、粘度21.8mm2/s、pH7.5；所得活性炭产率18.7％、比表面积393m2/g、碘吸附值295mg/g、亚甲基蓝吸附值93.9％。
实施例4：
本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，通过如下方案实现：啤酒糟和啤酒废酵母按1:1.25的质量比混合，压制成饼状，饼呈φ10×10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％，即制得样品，取样品100g平铺于石英方舟内，将石英方舟置于φ600×1000mm的固定床反应器中，首先在吹扫气N2流量为200mL/min吹扫气氛下，以 10℃/min的升温速度从室温升温到650℃，并在650℃下恒温30min 进行热解反应，此升温及恒温阶段产生的可凝性气体经冷凝冷却收集，即得到生物油。然后将吹扫气N2切换成CO2，流量为150mL/min，再恒温2h后，热解反应结束。固定床反应器冷却至室温，取出热解残渣，将残渣粉碎后即得到活性炭。
所获得的生物油产率(无水基)43.2％，低位热值33.3MJ/kg、粘度25.4mm2/s、pH7.1；所得活性炭产率19.1％、比表面积351m2/g、碘吸附值279mg/g、亚甲基蓝吸附值88.7％。
实施例5：
本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，通过如下方案实现：啤酒糟和啤酒废酵母按1:1.5的质量比混合，压制成饼状，饼呈φ10×10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％，即制得样品，取样品100g平铺于石英方舟内，将石英方舟置于φ600×1000mm固定床反应器中，首先在吹扫气N2流量为200mL/min吹扫气氛下，以 10℃/min的升温速度从室温升温到650℃，并在650℃下恒温30min 进行热解反应，此升温和恒温阶段产生的可凝性气体经冷凝冷却收集，即得到生物油。然后将吹扫气N2切换成CO2，流量为150mL/min，再恒温2h后，热解反应结束。固定床反应器冷却至室温，取出热解残渣，将残渣粉碎后即得到活性炭。
所获得的生物油产率(无水基)42.6％，低位热值32.1MJ/kg、粘度24.9mm2/s、pH6.6；所得活性炭产率19.6％、比表面积337m2/g、碘吸附值258mg/g、亚甲基蓝吸附值83.5％。
本发明一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，将啤酒糟和啤酒废酵母进行混合共热解，使得啤酒糟和啤酒废酵母中的营养成分得以最大化利用，获得具有较高附加值的生物油和活性炭，实现啤酒糟和啤酒废酵母这两种啤酒生产过程中废弃物的减量化，有效降低废弃物对环境的危害，同时减少废弃物的处置成本。
进一步分析可知，上述方法所得的生物油，其产率(无水基)集中在40～45％，低位热值集中在30～35MJ/kg、粘度集中在20～ 30mm2/s、pH6～7；所得的活性炭，其产率集中在18.5～20％、比表面积集中在300～400m2/g、碘吸附值集中在200～300mg/g、亚甲基蓝吸附值集中在75～95％。因此，本发明利用啤酒工业废弃物啤酒糟和啤酒废酵母热解制取生物油和活性炭，所得生物油品质高于其他废弃生物质热解所得生物油，具有热值高、粘度低、腐蚀性低的特点，其中腐蚀性通过pH值可体现，当pH值小于7时，显酸性，pH值越小酸性越强腐蚀性越大；所得活性炭相比其他废弃生物质热解制得的吸附剂具有较好的吸附性能。
需要补充说明的是，关于其他废弃生物质热解产物的品质情况如下，朱锡锋等[1]研究表明木屑、稻壳、玉米秆和棉花秆生物质热解所得的生物油热值为17～18MJ/kg(相比于本发明较低)，生物油pH值为2.5～3.5(相比于本发明较低，酸性大、腐蚀性大)；安阳等[2]研究了花生壳和松木屑固定床热解制生物油最大产率(无水基)13.14％和20.41％。
张双全等[3]等研究表明污泥和玉米秸秆单独热解和共热解制得的炭粉吸附剂最大比表面积150m2/g,碘吸附值在500～700℃为100～ 400mg/g；李勤等[4]利用玉米芯为原料制备的活性炭吸附水相中不同浓度的亚甲基蓝溶液,结果表明亚甲基蓝的吸附值约90％。
[1]朱锡锋,陆强,郑冀鲁,郭庆祥,朱清时.生物质热解与生物油的特性研究[J].太阳能学报,2006,27(12),1285-1289.
[2]安杨,徐静,Arash Tahmasebi,余江龙.花生壳和松木屑固定床低温热解特性的实验研究.可再生能源,2016,34(12),1889-1890.
[3]张双全,武娜,董明建,吕国平,潘亭亭.城市污泥与玉米秸秆共热解制备吸附剂的研究.中国矿业大学学报,2011,40(5),799-803.
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Claims (6)

1.一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于，包括如下步骤：A、将啤酒糟和啤酒废酵母按一定质量比混合，压制成饼，置于固定床反应器中；B、控制固定床反应器的温度，在两种不同吹扫气的吹扫气氛下分别获得生物油和活性炭。
2.根据权利要求1所述的一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于：啤酒糟和啤酒废酵母的质量比为1:0.5～1.5。
3.根据权利要求1所述的一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于：两种不同吹扫气分别为N2和CO2。
4.根据权利要求3所述的一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于：步骤B中，首先在吹扫气N2吹扫气氛下，以10℃/min的升温速度从室温升温到650-700℃，恒温30min进行热解反应，此升温及恒温阶段产生的可凝性气体经冷却冷凝收集，即得到生物油；
然后将吹扫气N2切换成CO2，再恒温2h后，热解反应结束，反应器冷却至室温，取出热解残渣，残渣粉碎后即得到活性炭。
5.根据权利要求1所述的一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于：啤酒糟和啤酒废酵母按一定质量比混合所制成的饼呈直径和高均为10mm的圆柱状，其水分含量小于15wt％。
6.根据权利要求1-5任一项所述的一种啤酒糟和啤酒废酵母资源化利用的方法，其特征在于：所述啤酒糟和啤酒废酵母分别为啤酒厂生产过程中产生的废弃物。
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