CN102533380A - 一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺，其包括如下步骤：(1)将原料混合后搅拌；以干重计，原料包括60％-80％的禽畜粪便，10％-30％的生物质粉屑，1％-30％的活性炭；(2)将步骤(1)搅拌后的原料脱水；(3)利用步骤(2)脱水后的原料造粒。本发明的优点在于：工艺简单，而作为除臭剂的活性炭可由粉煤灰经由浮选和/或炭化制得。

Description

一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺

技术领域

本发明涉及利用禽畜粪便制造燃料，更具体地讲，本发明涉及一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺。

背景技术

家禽家畜的粪便对环境造成严重污染，让养殖户非常头痛。禽畜粪便通常的解决途径是用作田间肥料。近年来，有人提出了禽畜粪便的能源用途。烧干粪取暖古已有之，粪便燃料不含硫磺，燃烧时不会释放出令全球变暖的气体，有利于保护大气环境。

一般而言，禽畜粪便在含水量低于40％的状态具有高发热量。但是为达到这种低含水率状态，需要长时间的自然干燥或人为的加热干燥。因此禽畜粪便作为能量来利用仅仅在非常小的范围内进行。

目前正在进行的关于禽畜粪便的能量利用方案有：将鸡粪作为发电或废弃物锅炉的燃料来使用；或者利用牛、猪的粪尿进行发酵而产生以甲烷为主要成分的生物气体，并将该生物气体作为燃料使用等。

中国专利200810011142.2公开了一种草食动物粪便燃料及其制造方法。其公开的草食动物粪便燃料，是圆柱形或直六面体形块，其组成成分有草食动物的粪便、锯末和农作物秸秆，草食动物粪便燃料中，草食动物的粪便、锯末和农作物秸秆以干基计的重量份分别是100、14～20、14～20。

中国专利申请200880114217.8公开了含有猪粪、牛粪、鸡粪等畜粪尿的家畜***物等、且含有大量水分的高含水率有机废弃物的脱氯方法及生物质燃料的制造方法以及生物质燃料。将从排出源排出的高含水率有机废弃物使用脱氯设备进行脱氯处理形成氯气浓度为4000ppm以下且含水率为90％以下的脱氯有机废弃物，接着，在生物质燃料的制造设备的水分调节设备中添加水分调节材料将含水率调节为70％以下，接着，在发酵槽中使脱氯有机废弃物发酵，并且利用在该发酵过程中所产生的发酵热使之加热干燥，得到氯气浓度为4000ppm以下且含水率为40％以下的干燥脱氯有机废弃物。

中国专利申请200910074714.6公开了一种家禽家畜粪燃料的加工方法；其包括混料、压制成型、干燥；其中混料步骤为：将干、湿家禽家畜粪混合，湿度达到可以压制成型即可，如无干粪，可将湿粪风干至可压制成型，混合过程中在家禽家畜粪中加入杀菌剂，例如生石灰，填加量为1∶200，即每200重量份粪加入1重量的生石灰，也可选用常规含氯化合物作为杀菌剂，根据含氯化合物的含氯量，参考常规用量确定加入量；压制成型步骤为：将混合后的粪加入带有模具的压制成型设备中压制成型，压制成型设备可采用普通的压制成型设备；干燥可为自然风干，也可为室内烘干。

中国专利申请201010172211.5公开了一种生物质节能型清洁固体燃料及加工方法。该生物质节能型清洁固体燃料的组成包括：牛粪、秸秆、煤泥、助燃剂、硅酸钠，其中牛粪的重量份数为3，秸秆粉末的重量份数为3，煤泥的重量份数为3，助燃剂的重量份数为0.5，硅酸钠的重量份数为0.5。

中国专利申请201010287950.9公开了一种生物质颗粒燃料。它的组份(按重量比)为：植物秸秆50～60％、无烟煤2～5％、煤泥15～20％、黄泥2～5％、废弃油脂2～5％、食物垃圾8～12％、水8～12％、大牲畜粪10～15％，各组分之和等于100％。

中国专利申请201010582294.5公开了一种以动物粪便为主要原料制备固体燃料的方法，它是由动物粪便30-85份；金红石2-30份；钛铁矿2-20份；硅铝酸盐矿石粉2-50份；硝酸钾2-30份；碳酸钙2-40份和辅料有机硅季铵盐、冰片、海金沙、分散剂、醇基、醇基燃料增热剂、锶和工业石蜡制备而成：首先将动物粪便置于杀菌锅内100℃温度下杀菌，利用超声波雾化除臭、烘干后，研磨至粉末状备用；按照上述配比，将各原料依次加入到混合机中搅拌均匀，送入挤压造粒机中造粒，颗粒物料送入液压机中，压制成带有蜂窝孔的固体燃料成品。

上述技术方案或者使用农作物秸秆等生物质材料作为除臭剂，或者使用化学除臭剂作为除臭剂；农作物秸秆等生物质材料的除臭效果差，而化学除臭剂的燃烧产物污染环境。因此，提供一种具有既能较好除臭又不污染环境的制备禽畜粪便燃料的工艺成为了业界需要解决的问题。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺，该工艺所使用的除臭剂具有较好的除臭效果，同时其燃烧产物不会污染环境。

为了实现上述目的，本发明提供了一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺，其包括如下步骤：

(1)将原料混合后搅拌；以干重计，该原料包括60％-90％的禽畜粪便，10％-30％的生物质粉屑，1％-30％的活性炭；

(2)将步骤(1)搅拌后的原料脱水；

(3)利用步骤(2)脱水后的原料造粒。

本发明中的“干重”为常温常压下干燥后的重量，也含有一定的水分，并非完全不含水，其含水量随地区和季节而有所变化。

本发明中的禽畜为人类豢养、尤其是大规模集中养殖的动物，例如人类已驯养几千年的鸡、鸭、鹅、牛、羊、猪、驴、马、兔、猫、狗；又如近年兴起养殖的鹿、貂、狐狸；还可将动物园收集的动物粪便作为本发明的原料。其粪便可为新鲜粪便，也可为干粪或沼气池处理后的粪便。

本发明中的生物质粉屑可为锯末、竹屑、木屑、农作物秸秆粉碎后得到的粉末等等。通过将包含有禽畜粪便和生物质粉屑的原料混合后进行搅拌，一方面使各种原料混合均匀，另一方面在搅拌的过程中使生物质粉屑吸收粪便的异味，从而达到去除异味的目的。生物质粉屑的挥发分还可以使制得燃料的着火点降低。

步骤(2)中，将混合搅拌后的原料脱水至含水20％-30％(重量比)，其具体可用真空皮带脱水机或压力式脱水机完成。

步骤(3)中得到的颗粒可为圆柱形、六棱柱或其它形状，本说明书中所指的生物燃料颗粒的尺寸为圆柱形的圆形横截面的直径，或六棱柱的六边形横截面的外接圆的直径，或其它形状颗粒的最大边长。

本发明中，用活性炭作为除臭剂，相对于农作物秸秆等生物质材料，其具有更好的除臭效果；另外，活性炭自身也参与燃烧，其为最终得到的燃料提供500-700卡/千克的热量；并且，活性炭在完全燃烧时生成二氧化碳，其燃烧产物对环境没有污染。

根据本发明的一实施方式，步骤(2)包括如下步骤：A、将步骤(1)搅拌后的原料脱水；B、向步骤(A)脱水后的原料中加入粘结剂，并搅拌。步骤(B)中的粘结剂可为变性淀粉，例如木薯变性淀粉或玉米变性淀粉。通过添加粘结剂，使原料更加容易成型。

本发明中，可通过多种方式进行造粒。例如，根据本发明的另一种实施方式，步骤(3)中的造粒过程为：利用步骤(2)脱水后的原料制板、烘干所制板、碎板并筛分得到颗粒。即利用原料先造板，通过碎板来造粒。

又如，根据本发明的另一种实施方式，步骤(3)的造粒过程为：将步骤(2)脱水后的原料烘干，并利用烘干后的原料通过造粒机进行造粒。即直接利用造粒机来造粒。

本发明的活性炭可以各种原料、各种工艺制成。由于本发明的禽畜粪便燃料的最终用途是燃烧，作为原料的活性炭，其原料成本及制造成本，均不宜过高。根据本发明的另一实施方式，活性炭为由粉煤灰浮选工艺而制备的。其中，粉煤灰浮选可以得到高炭灰(或者叫炭粉)，而高炭灰可以直接作为活性炭添加道粉煤灰中，或者该高炭灰可以经用各种工艺进行进一步的活化。例如，高炭灰可以通过炭化工艺而进行活化。

其中，浮选过程包括如下步骤：

①向粉煤灰颗粒中加入浮选剂，形成混合物料；

②在浮选设备中使步骤①中所得的混合物料从上部下落；

③在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤②中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

④收集步骤③中向上通过浮选设备之浮选板的颗粒物。

步骤①中使用浮选剂、捕收剂，其中，采用的浮选剂为松醇油或碳八芳烃，捕收剂为轻质柴油或柴油。③中的气体具体为1-2个大气压(表压)。

该浮选过程的工作原理是：粉煤灰的主要成分为碳颗粒及灰分。加入浮选剂和/或捕收剂和/或其它助剂后，粉煤灰中的颗粒与气泡接触、碰撞，可浮性好的碳颗粒选择性地粘附于气泡，并被携带上升，实现浮选。而可浮性差的灰分则向下沉。

由于向上吹送气泡及颗粒的气体呈紊流状态，因而浮选的效果更好，浮选率更高。

高炭灰的炭化活化工艺包括如下步骤：

A利用加热装置，对炭化炉之转筒中的炭粉原料进行加热，该炭粉原料在热作用下产生可燃的燃气；

B关闭加热装置；

C将步骤A所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

D将所产生的高温烟气通入转筒，对炭粉原料进行加热，产生可燃的燃气；

E将步骤D所产生的燃气通入所述燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

F重复执行步骤D及步骤E。

本发明中所称的“炭粉原料”特指在炭化炉内炭化的原料，其为由粉煤灰颗粒浮选制得的颗粒状含碳物料。

根据一实施方式，上述高温烟气是与炭粉原料逆流接触的，即高温烟气的流动方向与炭粉原料的平动运动方向是相反的。

本发明中所称的“燃气”特指炭粉原料在热作用下产生的可燃性气体，其可包括CO、H₂、CH₄、烷烃、烯烃、煤焦油等各种挥发物组分；所称的“烟气”为燃气在燃烧装置中燃烧后所产生的气体。本发明的方法即通过燃烧这些可燃性气体，提供炭粉原料炭化所需要的热量。炭化过程中产生的可燃性气体通入燃烧装置中燃烧，燃烧产生的高温烟气通入炭化炉，对炭化炉内的炭粉原料进行加热进而炭化。这样，既节省了能源，又避免了大量可燃性气体排入大气中，减少了环境污染。

考虑到活性炭的制造成本，原料中的活性炭比例不宜过大。优选地，根据本发明的另一实施方式，以干重计，原料包括1％-10％的活性炭；更优选地，根据本发明的另一实施方式，以干重计，原料包括1％-5％的活性炭。

根据本发明的另一实施方式，无论肉食动物的粪便、草食动物的粪便还是杂食动物的粪便，都可作为本发明的原料。具体而言，禽畜粪便为鸡粪、鸭粪、鹅粪、牛粪、马粪、羊粪、猪粪、鹿粪、兔粪的一种或几种，其优选为杂食动物的粪便例如猪粪。

根据本发明的另一实施方式，作为原料的禽畜粪便可为新鲜粪便，也可为干粪或沼气池处理后的粪便。

根据本发明的另一实施方式，生物质粉屑为锯末、竹屑、木屑、农作物秸秆粉碎后得到的粉末等等，优选为竹屑和/或木屑；其尺寸小于1毫米，优选为小于0.5毫米。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)通过在禽畜粪便中添加生物质粉屑，既去除了粪便的异味，又降低了所得燃料的着火点；

(2)通过添加粘结剂，使原料更加容易成型；

(3)原料来源广泛，肉食动物、草食动物、杂食动物的粪便，都可作为本发明的原料；

(4)用活性炭作为除臭剂，相对于农作物秸秆等生物质材料，其具有更好的除臭效果；

(5)活性炭自身也参与燃烧，其为最终得到的燃料提供500-700卡/千克的热量；

(6)活性炭在完全燃烧时生成二氧化碳，其燃烧产物对环境没有污染；

(7)不需要消耗大量的水；

(8)配料简单，制造成本低廉。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1中制造活性炭原料所用浮选***的结构示意图；

图2是实施例1中制造活性炭原料所用炭化***的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明的实施例1利用猪粪制造尺寸为8-10毫米的生物燃料颗粒。其包括如下步骤：

(1)将猪粪、粉状活性炭、竹木屑按照干重重量比8∶1∶1混合后搅拌，在搅拌的过程中脱除猪粪的异味；

(2)利用真空皮带脱水机将步骤(1)混合搅拌后的原料脱水至含水25％左右；

(3)向步骤(2)脱水后的原料中加入粘结剂例如变性淀粉(玉米变性淀粉)，并进行搅拌；

(4)将步骤(3)搅拌后的原料投入整形喂料设备中，原料整形后被送至2000吨压力机内压制成板状半成品；

(5)利用隧道烘干机将步骤(4)得到的板状半成品烘干至含水5％左右；

(6)利用细碎机将步骤(6)烘干后的板状半成品破碎；

(7)筛分步骤(6)破碎后的产物，得到尺寸为8-10毫米的生物燃料颗粒。

其中，原料中所用的活性炭为利用粉煤灰颗粒浮选得到碳颗粒(炭粉原料)，对炭粉原料进行炭化，并对炭化后的炭粉进行活化制得。其制造设备包括浮选***、炭化***、活化***。

图1所示为制造本实施例的活性炭原料所用的浮选***，其包括一个浮选装置，该浮选装置包括：储料装置11、分配装置12、竖直设置的筒体13、锥斗状反射散气装置14、多层浮选板15、供气装置16、物理分离装置如超声波分离装置18、过滤板19、尾灰箱110、溢流收集段1301、尾灰收集段1305。

竖直设置的筒体13可分为三部分，从上到下依次为：第一浮选段1302、扩散锥体段1303、第二浮选段1304。其中，第一浮选段1302较细，其内设有一层浮选板15。第二浮选段1304较粗，其内设有散气装置14和一层浮选板15。扩散锥体段1303位于第一浮选段1302和第二浮选段1304之间，为尖端向上的锥斗状的过渡区域。

溢流收集段1301位于第一浮选段1302的外部，且第一浮选段1302的顶端位于溢流收集段1301的顶端和底端之间；另外，溢流收集段1301的底端设有出料口1309。

尾灰收集段1305为尖端向下的锥斗状，且其底部尖端处设有尾灰出口1306，尾灰出口1306连接有尾灰管道1307，尾灰管道1307连接到尾灰箱110，尾灰箱110位于尾灰管道1307的末端，且套在尾灰管道1307之外，尾灰管道1307末端的高度位于顶层浮选板之上，且尾灰管道1307的末端设有液面调节装置，用于通过调节尾灰管道1307的末端的高度来调节浮选装置内的液面高度。尾灰箱110的底端设有排灰口1308。在第二浮选段1304和尾灰收集段1305之间设有过滤板19。

散气装置14为尖端向上的锥斗状，其锥斗角度为120°，其锥面上设有多个气孔1401；其位于第二浮选段1304内，且位于锥斗状尾灰收集段1305上方。散气装置14上设有多个超声分离装置18。

间隔设置的多层(例如三层)浮选板15分别位于第一浮选段1302和第二浮选段1304内，其中底层的浮选板15位于锥斗状散气装置14的上方。

分配装置12位于溢流收集段1301上方，为下部设置有多条(例如8条)分配管道1201的容器。分配管道1201的末端位于第二浮选段1304之内、锥斗状散气装置14和底层浮选板15之间。

储料装置11内设有搅拌装置1101，用于将粉煤灰原料浆和浮选剂充分搅拌。储料装置11的下部设有送料管道1102，送料管道1102上设有渣浆泵1103，该送料管道1102通向分配装置12。

供气装置16连接第一气体管道1601及第二气体管道1602；其中，第一气体管道1601与锥斗状散气装置14上的多个气孔1401连通，第二气体管道1602通向分配装置12。

该浮选***的工作原理是：粉煤灰的主要成分为碳颗粒及灰分。加入浮选剂和/或捕收剂和/或其它助剂后，粉煤灰中的颗粒与气泡接触、碰撞，可浮性好的碳颗粒选择性地粘附于气泡，并被携带上升，实现浮选。而可浮性差的灰分则向下沉。

图2所示为制造本实施例的活性炭原料所用的炭化***，其包括炭化炉和燃烧装置例如燃烧炉27。其中炭化炉包括进料装置21、第一转筒22、第二转筒23、收集装置24、燃气-烟气回路结构25、加热装置26、驱动第一转筒22及第二转筒23旋转的驱动装置(图中未示)。

其中，第一转筒22为封闭的圆柱，其轴线水平，其内壁上设有多个扬板(图中未示)；第一转筒22首部的端面上设有第一开口2503；第一转筒22尾部的侧面设有多个第二开口2504，其均位于与第一转筒22的尾端距离相等的同一纵截面上。

进料装置21为与第一开口2503连通的进料管道2101；进料管道2101的底端封闭，顶端设有进料口2102；进料管道2101内设有倾斜设置的、指向第一开口2503的挡板2103；进料管道2101的侧壁、第一开口2503的下方设有第五开口2502，该第五开口2502连接通向燃烧装置的第一气体管道2501。

第二转筒23为封闭的圆台状，其轴线与第一转筒22的轴线重合，第二转筒23的侧边与中轴线的夹角为10°；第二转筒23套在第一转筒22之外，第一转筒22的多个第二开口2504被套在第二转筒23之内；第二转筒23较细的首部邻近第一转筒22的尾部，第二转筒23较粗的尾部邻近第一转筒22的首部；第二转筒23的内壁上设有多个扬板(图中未示)。第二转筒23尾部的侧面设有多个第三开口2505，其均位于与第二转筒23的尾端距离相等的同一纵截面上。

收集装置24套在第二转筒23之外，并将所有第三开口2505均套于其内，收集装置24的顶端设有第四开口2506，该第四开口2506连接通向燃烧装置的第二气体管道2507。出料装置24的底端设有出料管道2401。

燃气-烟气回路结构25包括第一气体管道2501、第五开口2502、第一开口2503、第二开口2504、第三开口2505、第四开口2506、第二气体管道2507。

加热装置26为位于第一转筒22的轴线处的轴状电加热管。

燃烧炉27包括位于燃烧炉内的蓄热砖2701、位于燃烧炉27下方的进气口2702、位于燃烧炉27上方的出气口2703。燃烧炉27的进气口2702与第二气体管道2507的另一端连接，第二气体管道2507中间设有气体泵28。第一气体管道2501的另一端连接到燃烧炉的出气口2703。

该炭化***的工作流程如下：

1、炭粉原料。经浮选的碳颗粒作为炭粉原料从进料口2102进入进料管道2101，被挡板2103阻挡后，从第一开口2503进入第一转筒22，在驱动装置的驱动下，第一转筒22及第二转筒23旋转，带动位于第一转筒22及第二转筒23内壁上的扬板旋转，将炭粉原料向第二开口2504的方向推送。炭粉原料前行的过程中，与位于第一转筒22的加热装置26或高温烟气接触，并被加热。炭粉原料从第二开口2504落入第二转筒23，并被旋转的扬板向第三开口2505的方向推送。在整个移动过程中，炭粉原料被加热、干燥、热解，最终被炭化。炭化后的炭粉原料从第三开口2505落到套在第二转筒23之外的收集装置24内，并经出料管道2401离开炭化炉。

2、燃气-烟气。本实施例中燃气-烟气与炭粉原料为顺流接触。在加热装置26的加热作用下，第一转筒22内的炭粉原料在热作用下产生可燃性气体，该可燃性气体顺着炭粉原料的流动方向经第二开口2504进入第二转筒23，并经第三开口2505、第四开口2506、第二气体管道2507进入燃烧炉27，在燃烧炉27中燃烧后产生高温的烟气。高温烟气经第一气体管道2501、第五开口2502、第一开口2503进入第一转筒22。第一转筒22内的炭粉原料在高温烟气的加热作用下，产生可燃性气体，该可燃性气体重复上述流程。

实施例2

本发明的实施例2与实施例1相似，其区别在于：

(1)所用粪便为牛粪和马粪的混合；

(2)通过平模或环模造粒机进行造粒。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的发明范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种制备活性炭禽畜粪便燃料的工艺，其包括如下步骤：

(1)将原料混合后搅拌；以干重计，所述原料包括60％-80％的禽畜粪便，10％-30％的生物质粉屑，1％-30％的活性炭；

(2)将步骤(1)搅拌后的原料脱水；

(3)利用步骤(2)脱水后的原料造粒。

2.如权利要求1所述的工艺，其中，所述步骤(2)包括如下步骤：

A、将步骤(1)搅拌后的原料脱水；

B、向步骤(A)脱水后的原料中加入粘结剂，并搅拌。

3.如权利要求1所述的工艺，其中，所述步骤(3)的造粒过程为：利用步骤(2)脱水后的原料制板、烘干所制板、碎板并筛分得到颗粒。

4.如权利要求1所述的工艺，其中，所述步骤(3)的造粒过程为：将步骤(2)脱水后的原料烘干，并利用烘干后的原料通过造粒机进行造粒。

5.如权利要求1所述的工艺，其中，用作原料的活性炭是由粉煤灰经粉煤灰的浮选工艺而制得的。

6.如权利要求5所述的工艺，其中，所述的粉煤灰的浮选工艺包括：

①向粉煤灰颗粒中加入浮选剂，形成混合物料；

②在浮选设备中使步骤①中所得的混合物料从上部下落；

③在浮选设备中形成向上吹送的气体，该气体与步骤②中落下的混合物料形成逆流接触，而且该气体在向上运动的过程中呈紊流状态；

④收集步骤③中向上通过浮选设备之浮选板的颗粒物。

7.如权利要求5或6所述的工艺，其中，由粉煤灰经粉煤灰的浮选工艺而得到的炭粉经过了进一步的活化处理。

8.如权利要求5或6所述的工艺，其中，所述的炭粉是经过包括如下步骤的炭化工艺处理的：

A利用加热装置，对炭化炉之转筒中的炭粉原料进行加热，该炭粉原料在热作用下产生可燃的燃气；

B关闭加热装置；

C将步骤A所产生的燃气通入燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

D将所产生的高温烟气通入转筒，对炭粉原料进行加热，产生可燃的燃气；

E将步骤D所产生的燃气通入所述燃烧装置中进行燃烧，产生高温烟气；

F重复执行步骤D及步骤E。

9.如权利要求8所述的工艺，其中所述高温烟气是与所述的炭粉原料逆流接触的，即所述高温烟气的流动方向与所述炭粉原料的平动运动方向是相反的。

10.如权利要求1所述的工艺，其中，所述生物质粉屑为竹屑和/或木屑。

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