一种菊三七药渣制备甲烷和烧烤炭的方法技术

本发明专利技术公开了一种菊三七药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，属于生物质能源技术领域，所述的菊三七药渣制备甲烷和烧烤炭是经过菊三七药渣烘干、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。本发明专利技术的方法最大限度地利用了菊三七药渣，实现了菊三七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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于生物质能源
，具体涉及一种菊三七药渣制备甲烷和烧烤炭的方法。
技术介绍
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。其中菊三七药渣是中药渣的一种，如何有效处理菊三七药渣成为了研究的方向。菊三七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。目前针对菊三七药渣进行甲烷发酵，发酵残渣进行制备烧烤炭资源化利用的途径尚未见报道，本专利技术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。
技术实现思路
本专利技术提供一种菊三七药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，以解决将菊三七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，本专利技术的方法最大限度地利用了菊三七药渣，实现了菊三七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，本专利技术采用以下技术方案：一种菊三七药渣制备甲烷和烧烤炭的方法，包括以下步骤：S1：将菊三七药渣采用热空气烘干成含水率为13%-16%，制得干菊三七药渣，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制得的干菊三七药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干菊三七药渣粉碎物；S3：向步骤S2制得的干菊三七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，使菊三七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，制得预处理后菊三七药渣；S4：将步骤S3制得的预处理后菊三七药渣与污泥按重量比为4-5:2-3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)，然后将菊三七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10.7-11.2，控制温度为36-39℃，在转速为100-120r/min下进行甲烷发酵33-35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制得的干菊三七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15-60℃/min的速度升温至740-800℃，热解5-8min，制得生物质燃气和混合物Ⅱ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种菊三七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：将菊三七药渣采用热空气烘干成含水率为13%‑16%，制得干菊三七药渣，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制得的干菊三七药渣粉碎，过100‑200目筛子，制得干菊三七药渣粉碎物；S3：向步骤S2制得的干菊三七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，使菊三七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，制得预处理后菊三七药渣；S4：将步骤S3制得的预处理后菊三七药渣与污泥按重量比为4‑5:2‑3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)，然后将菊三七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10.7‑11.2，控制温度为36‑39℃，在转速为100‑120r/min下进行甲烷发酵33‑35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制得的干菊三七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15‑60℃/min的速度升温至740‑800℃，热解5‑8min，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...

【技术特征摘要】
1.一种菊三七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：将菊三七药渣采用热空气烘干成含水率为13%-16%，制得干菊三七药渣，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制得的干菊三七药渣粉碎，过100-200目筛子，制得干菊三七药渣粉碎物；S3：向步骤S2制得的干菊三七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，使菊三七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，制得预处理后菊三七药渣；S4：将步骤S3制得的预处理后菊三七药渣与污泥按重量比为4-5:2-3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)，然后将菊三七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10.7-11.2，控制温度为36-39℃，在转速为100-120r/min下进行甲烷发酵33-35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制得的干菊三七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...

【专利技术属性】
技术研发人员：覃央央，
申请(专利权)人：广西南宁荣威德新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广西;45