CN110373431B - 一种无灰高热值生物质燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，具体涉及燃料的制备方法领域，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶20‑30份、杂草12‑16份、菜叶8‑10份、秸秆10‑20份、果皮8‑12、果核6‑12份、树枝12‑16份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％。本发明通过将高锰酸钾配成水溶液，在酸性环境下与产生沼气中的硫化氢气体反应，将硫化氢气体转换成MnS沉淀，将沼气中的硫化氢气体去除掉，消除沼气的气味无刺激性臭味，同时加入的果皮和果核自身的植物芬香醇，可增加沼气的气味清香度。

Description

一种无灰高热值生物质燃料的制备方法
技术领域
本发明涉及燃料的制备方法技术领域，更具体地说，本发明涉及一种无灰高热值生物质燃料的制备方法。
背景技术
生物质燃料是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)，主要区别于化石燃料。而现阶段在我国部分地区，仍以生物质染料作为日常生活的燃烧的主要来源，但其燃烧会产生大量的尾气及尘埃。此外，农林业产生的弃物(如树叶、干杂草)及厨余废料(如果皮、果核等)均作为牛羊口食进行直接喂养，而排泄的粪便直接用于农林的肥料供给，这样的养分吸收率较低且粪便会产生难闻的臭味，会给农林环境招来大量的蝇虫。
现阶段对生物质燃料的转换最主要的方式为通过生物降解、化学反应方式，会产生氢、沼气、乙醇等，在我国部分地区正在被广泛运用，此方式不仅可将生活和农林废料转换成甲烷等洁净的染料，而且剩余的残渣和残液可作为农林用肥料，大量应用于生产和日常生活。
但现有的沼气池和方式在使用过程中产生的沼气会伴随刺鼻的异味，其主要原因在于生物降解过程中会产生硫化氢气体，虽然现有解决技术问题中会用到脱硫剂来去除甲烷中的臭味，但其效果不明显且需经常更换，使用成本较高，不方便使用者的使用，不适于大规模的推广。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，通过将高锰酸钾配成水溶液，在酸性环境下与产生沼气中的硫化氢气体反应，将硫化氢气体转换成MnS沉淀，将沼气中的硫化氢气体去除掉，消除沼气的气味无刺激性臭味，同时加入的果皮和果核自身的植物芬香醇，可增加沼气的气味清香度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶20-30份、杂草12-16份、菜叶8-10份、秸秆10-20份、果皮8-12、果核6-12份、树枝12-16份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％；
无灰高热值生物质燃料的加工步骤如下：
a)选材：拾取农林废弃物中树叶、杂草、秸秆、树枝，再将厨余产生的烂菜叶、果皮和果核，进行集中存放；
b)喂食：将拾取的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶后喂养牛羊，收集喂食期间产生的粪便及尿液；
c)破碎：将拾取的树枝进行破碎成锯末；
d)一轮发酵：将收集的牛羊粪便、尿液放置到沼气反应罐内，加入树枝破碎后的锯末和水，添加过程添加无氧发酵菌和纤维素酶，全程厌氧发酵，发酵过程为5-12天；
e)二轮发酵：将收集的果皮和果核放入沼气反应罐内，放入过程中添加高锰酸钾进行发酵，全程厌氧发酵，发酵周期10-15天；
f)发酵10-15天后，将产生的甲烷气体进行集中收集，用作生物质燃料的燃烧使用；
g)沼气反应罐底的淤泥使用螺旋泵抽出进行集中存放，反应溶液继续存放于反应罐内供下次发酵继续使用。
在一个优选地实施方式中，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶23-27份、杂草13-15份、菜叶8.5-9.5份、秸秆12-18份、果皮9-11、果核8-10份、树枝13-15份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％。
在一个优选地实施方式中，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶25份、杂草14份、菜叶9份、秸秆15份、果皮10份、果核9份、树枝14份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％。
在一个优选地实施方式中，所述喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶重量比0.3％-0.5％。
在一个优选地实施方式中，所述喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶的喂食周期为10-30天。
在一个优选地实施方式中，所述一轮发酵温度控制在28-35摄氏度。
在一个优选地实施方式中，所述二轮发酵温度控制在30-38摄氏度。
本发明的技术效果和优点：
1、本发明通过以喂食树叶、杂草、菜叶、秸秆产生的牛羊粪便为主要原料，增加了高锰酸钾、无氧发酵菌和纤维素酶为辅助原料，其中纤维素酶可在发酵过程中对牛羊粪便中残存的纤维及后加入的树枝锯末进行分解，在分解纤维素时起生物催化作用，是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质，使其发酵效果更佳、提高发酵速度，无氧发酵菌可在发酵过程中，在无氧环境下使各原料及辅料之间反应速率的提升，缩短发酵周期，二轮发酵中放入的高锰酸钾时，将高锰酸钾配成水溶液，其适宜浓度为5％左右，使用硫酸调节反应液的酸度，在酸性环境下与产生沼气中的硫化氢气体发生如下反应：8KMnO4+7H2SO4+5H2S＝8MnSO4+4K2SO2+12H2O,当酸度降低后,反应生成的硫酸锰也可以和硫化氢反应:MnSO4+H2S＝MnS↓+H2SO4，将沼气中的硫化氢气体去除掉，消除沼气的气味无刺激性臭味，同时加入的果皮和果核自身的植物芬香醇，可增加沼气的气味清香度，且剩余的反应溶液可继续供下次反应，不仅对沼气中硫化氢较好的去除效果，且降低使用者的生产成本，可用于广泛的推广；
2、本发明通过在喂食牛羊的树叶、杂草、菜叶、秸秆中添加的纤维素酶，不仅可以分解纤维素、半纤维素之外，还可以促进植物细胞壁的溶解，使更多的植物细胞内容物溶解出来，并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质，有效防止反刍动物内源酶的不足降低了饲料的消化率和利用率，可提升喂食动物的生长速度，且发酵后的淤泥层物质可用于农林用肥料，较传统的动物粪便的直接使用不仅能消除异味，而且淤泥层中的MnS及H2SO4均可给植物生长提供必备的硫元素，使其作为植物肥料有着更好的施肥效果。
具体实施方式
下面将结合本发明中的实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
本发明提供了一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶20-30份、杂草12-16份、菜叶8-10份、秸秆10-20份、果皮8-12、果核6-12份、树枝12-16份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％；
而具体到本实施例中(按重量百分比计)：树叶20份、杂草12份、菜叶8份、秸秆10份、果皮8份、果核6份、树枝12份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％。
还包括无灰高热值生物质燃料的加工步骤如下：
a)选材：拾取农林废弃物中树叶、杂草、秸秆、树枝，再将厨余产生的烂菜叶、果皮和果核，进行集中存放；
b)喂食：将拾取的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶后喂养牛羊，收集喂食期间产生的粪便及尿液，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶的喂食周期为10天，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶重量比0.3％，喂食牛羊的树叶、杂草、菜叶、秸秆中添加的纤维素酶，不仅可以分解纤维素、半纤维素之外，还可以促进植物细胞壁的溶解，使更多的植物细胞内容物溶解出来，并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质，有效防止反刍动物内源酶的不足降低了饲料的消化率和利用率，可提升喂食动物的生长速度；
c)破碎：将拾取的树枝进行破碎成锯末，可增加后期反应时与反应液及纤维素酶的接触面积，可加速发酵速度；
d)一轮发酵：将收集的牛羊粪便、尿液放置到沼气反应罐内，加入树枝破碎后的锯末和水，添加过程添加无氧发酵菌和纤维素酶，全程厌氧发酵，发酵过程为5天，一轮发酵温度控制在28摄氏度，纤维素酶可在发酵过程中对牛羊粪便中残存的纤维及后加入的树枝锯末进行分解，在分解纤维素时起生物催化作用，是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质，使其发酵效果更佳、提高发酵速度，无氧发酵菌可在发酵过程中，在无氧环境下使各原料及辅料之间反应速率的提升，缩短发酵周期；
e)二轮发酵：将收集的果皮和果核放入沼气反应罐内，放入过程中添加高锰酸钾进行发酵，全程厌氧发酵，发酵周期10天，二轮发酵温度控制在30摄氏度，二轮发酵中放入的高锰酸钾，可与再起中的硫化器气体反应生成硫化锰沉淀，将沼气中的硫化氢气体去除掉，消除沼气的气味无刺激性臭味，同时加入的果皮和果核自身的植物芬香醇，可增加沼气的气味清香；
f)发酵10天后，将产生的甲烷气体进行集中收集，用作生物质燃料的燃烧使用；
g)沼气反应罐底的淤泥使用螺旋泵抽出进行集中存放，反应溶液继续存放于反应罐内供下次发酵继续使用，发酵后的淤泥层物质可用于农林用肥料，较传统的动物粪便的直接使用不仅能消除异味，而且淤泥层中的MnS及H2SO4均可给植物生长提供必备的硫元素，使其作为植物肥料有着更好的施肥效果。
实施例2：
本发明提供了一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶20-30份、杂草12-16份、菜叶8-10份、秸秆10-20份、果皮8-12、果核6-12份、树枝12-16份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％；
而具体到本实施例中(按重量百分比计)：树叶25份、杂草14份、菜叶9份、秸秆15份、果皮10份、果核9份、树枝14份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％。
还包括无灰高热值生物质燃料的加工步骤如下：
a)选材：拾取农林废弃物中树叶、杂草、秸秆、树枝，再将厨余产生的烂菜叶、果皮和果核，进行集中存放；
b)喂食：将拾取的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶后喂养牛羊，收集喂食期间产生的粪便及尿液，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶的喂食周期为20天，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶重量比0.4％，喂食牛羊的树叶、杂草、菜叶、秸秆中添加的纤维素酶，不仅可以分解纤维素、半纤维素之外，还可以促进植物细胞壁的溶解，使更多的植物细胞内容物溶解出来，并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质，有效防止反刍动物内源酶的不足降低了饲料的消化率和利用率，可提升喂食动物的生长速度；
c)破碎：将拾取的树枝进行破碎成锯末，可增加后期反应时与反应液及纤维素酶的接触面积，可加速发酵速度；
d)一轮发酵：将收集的牛羊粪便、尿液放置到沼气反应罐内，加入树枝破碎后的锯末和水，添加过程添加无氧发酵菌和纤维素酶，全程厌氧发酵，发酵过程为8天，一轮发酵温度控制在31摄氏度，纤维素酶可在发酵过程中对牛羊粪便中残存的纤维及后加入的树枝锯末进行分解，在分解纤维素时起生物催化作用，是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质，使其发酵效果更佳、提高发酵速度，无氧发酵菌可在发酵过程中，在无氧环境下使各原料及辅料之间反应速率的提升，缩短发酵周期；
e)二轮发酵：将收集的果皮和果核放入沼气反应罐内，放入过程中添加高锰酸钾进行发酵，全程厌氧发酵，发酵周期13天，二轮发酵温度控制在34摄氏度，二轮发酵中放入的高锰酸钾，可与再起中的硫化器气体反应生成硫化锰沉淀，将沼气中的硫化氢气体去除掉，消除沼气的气味无刺激性臭味，同时加入的果皮和果核自身的植物芬香醇，可增加沼气的气味清香；
f)发酵13天后，将产生的甲烷气体进行集中收集，用作生物质燃料的燃烧使用；
g)沼气反应罐底的淤泥使用螺旋泵抽出进行集中存放，反应溶液继续存放于反应罐内供下次发酵继续使用，发酵后的淤泥层物质可用于农林用肥料，较传统的动物粪便的直接使用不仅能消除异味，而且淤泥层中的MnS及H2SO4均可给植物生长提供必备的硫元素，使其作为植物肥料有着更好的施肥效果。
实施例3：
本发明提供了一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶20-30份、杂草12-16份、菜叶8-10份、秸秆10-20份、果皮8-12、果核6-12份、树枝12-16份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％；
而具体到本实施例中(按重量百分比计)：树叶30份、杂草16份、菜叶10份、秸秆20份、果皮12份、果核12份、树枝16份，所述辅料按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％。
还包括无灰高热值生物质燃料的加工步骤如下：
a)选材：拾取农林废弃物中树叶、杂草、秸秆、树枝，再将厨余产生的烂菜叶、果皮和果核，进行集中存放；
b)喂食：将拾取的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶后喂养牛羊，收集喂食期间产生的粪便及尿液，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶的喂食周期为20天，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶重量比0.5％，喂食牛羊的树叶、杂草、菜叶、秸秆中添加的纤维素酶，不仅可以分解纤维素、半纤维素之外，还可以促进植物细胞壁的溶解，使更多的植物细胞内容物溶解出来，并能将不易消化的大分子多糖、蛋白质和脂类降解成小分子物质，有效防止反刍动物内源酶的不足降低了饲料的消化率和利用率，可提升喂食动物的生长速度；
c)破碎：将拾取的树枝进行破碎成锯末，可增加后期反应时与反应液及纤维素酶的接触面积，可加速发酵速度；
d)一轮发酵：将收集的牛羊粪便、尿液放置到沼气反应罐内，加入树枝破碎后的锯末和水，添加过程添加无氧发酵菌和纤维素酶，全程厌氧发酵，发酵过程为12天一轮发酵温度控制在35摄氏度，纤维素酶可在发酵过程中对牛羊粪便中残存的纤维及后加入的树枝锯末进行分解，在分解纤维素时起生物催化作用，是可以将纤维素分解成寡糖或单糖的蛋白质，使其发酵效果更佳、提高发酵速度，无氧发酵菌可在发酵过程中，在无氧环境下使各原料及辅料之间反应速率的提升，缩短发酵周期；
e)二轮发酵：将收集的果皮和果核放入沼气反应罐内，放入过程中添加高锰酸钾进行发酵，全程厌氧发酵，发酵周期15天，二轮发酵温度控制在38摄氏度，二轮发酵中放入的高锰酸钾，可与再起中的硫化器气体反应生成硫化锰沉淀，将沼气中的硫化氢气体去除掉，消除沼气的气味无刺激性臭味，同时加入的果皮和果核自身的植物芬香醇，可增加沼气的气味清香；
f)发酵15天后，将产生的甲烷气体进行集中收集，用作生物质燃料的燃烧使用；
g)沼气反应罐底的淤泥使用螺旋泵抽出进行集中存放，反应溶液继续存放于反应罐内供下次发酵继续使用，发酵后的淤泥层物质可用于农林用肥料，较传统的动物粪便的直接使用不仅能消除异味，而且淤泥层中的MnS及H2SO4均可给植物生长提供必备的硫元素，使其作为植物肥料有着更好的施肥效果。
实施例4：
分别对上述实施例1-3所制得的沼气及喂养的牛羊进行称重，得到以下数据：
Figure GDA0003951877370000091
由上表可知，实施例2中原料配合比例适中，产生的污泥层中对植物营养补充效果充分，而且食用该方法的饲料牛羊体重提升明显，此外生成出的沼气中不会闻出异味，且发酵周期较短，延长发酵周期不会再有较多的沼气产生。
最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶20-30份、杂草12-16份、菜叶8-10份、秸秆10-20份、果皮8-12、果核6-12份、树枝12-16份，还包括按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％的辅料；
无灰高热值生物质燃料的加工步骤如下：
a)选材：拾取农林废弃物中树叶、杂草、秸秆、树枝，再将厨余产生的烂菜叶、果皮和果核，进行集中存放；
b)喂食：将拾取的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶后喂养牛羊，喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶掺入的纤维素酶重量比0.3％-0.5％，收集喂食期间产生的粪便及尿液；
c)破碎：将拾取的树枝进行破碎成锯末；
d)一轮发酵：将收集的牛羊粪便、尿液放置到沼气反应罐内，加入树枝破碎后的锯末和水，添加过程添加无氧发酵菌和纤维素酶，全程厌氧发酵，发酵过程为5-12天，一轮发酵温度控制在28-35摄氏度；
e)二轮发酵：将收集的果皮和果核放入沼气反应罐内，放入过程中添加高锰酸钾进行发酵，全程厌氧发酵，发酵周期10-15天，二轮发酵温度控制在30-38摄氏度；
f)发酵10-15天后，将产生的甲烷气体进行集中收集，用作生物质燃料的燃烧使用；
g)沼气反应罐底的淤泥使用螺旋泵抽出进行集中存放，反应溶液继续存放于反应罐内供下次发酵继续使用。
2.根据权利要求1所述的一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶23-27份、杂草13-15份、菜叶8.5-9.5份、秸秆12-18份、果皮9-11、果核8-10份、树枝13-15份，还包括按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％的辅料。
3.根据权利要求1所述的一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：其中所使用的主料包括以下重量份数的原料：树叶25份、杂草14份、菜叶9份、秸秆15份、果皮10份、果核9份、树枝14份，还包括按重量百分比计包括水90wt％、高锰酸钾6wt％、无氧发酵菌2wt％和纤维素酶2wt％的辅料。
4.根据权利要求1所述的一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述喂食牛羊的树叶、杂草、秸秆和菜叶的喂食周期为10-30天。
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