本發(fā)明涉及一種秸稈沼渣生物質型煤及其制備方法，屬于潔凈煤和農業(yè)廢棄物資源化應用技術領域。

背景技術：

據2015年BP世界能源統(tǒng)計數(shù)據顯示，中國已連續(xù)4年成為世界上最大的一次能源消耗國，其中煤炭占據一次能源消費的比重為64％。在“十三五”期間，化石能源在整個能源結構中依然是主力軍，煤炭是我國的優(yōu)勢能源，是保障國家能源供應的重要基礎，在短期內煤炭仍將占據主要的能源地位。

根據BP能源統(tǒng)計，截止2015年底，全球煤炭總儲量8915多億噸，我國煤炭儲量為1145億噸，占世界總煤炭儲量的12.8％。由于采煤機械化程度不斷提高，粉煤產量急劇增加。粉煤直接燃燒效率較低，且運輸較困難，粉煤成型是解決該問題的一個較好的途徑。但要制取高強度的防水型煤，需解決廉價粘結劑的問題。

我國也是一個農業(yè)大國，每年秸稈廢物可達7.7億噸，其中玉米秸稈的產量達到3億噸，小麥秸稈的產量達到1.1億噸，稻草秸稈的產量達到1.9億噸。這些秸稈廢物的利用率大約在50％，農作物秸稈的不合理處置對大氣及生態(tài)系統(tǒng)都會造成嚴重影響，且造成資源浪費。秸稈中含有大量的木質素、纖維素和半纖維素，在一定溫度或壓力下，木質素軟化可作為粘結劑；因此，利用生物質作為粘結劑，生產型煤可提高生物質與粉煤的資源化利用率，但是生物質直接作為粘結劑會產生膨脹開裂現(xiàn)象，對生物質改性以降低生物質剛性是生產高品質型煤的關鍵。

我國對于生物質型煤的研究主要集中在企業(yè)與高校。專利CN104357120A公開了一種發(fā)酵生物質型煤及其生產方法，其是將粉煤、污泥粉末、生物質、固硫劑和固沉劑混合壓縮制備得到生物質型煤，該發(fā)明需要使用發(fā)酵劑、固硫劑等，額外增加了生產成本。專利103265989A公開了一種生物質型煤及其加工工藝，其是將堿液改性的生物質、活性污泥、改性鎂冶煉渣與粉煤混合壓縮成型制備得到生物質型煤，但是該發(fā)明所利用的堿液是氫氧化鈉，會導致灰分增加，生產成本較高，且在燃燒過程中堿金屬氧化物會對鍋爐腐蝕。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述的缺點和不足，本發(fā)明的目的在于提供一種秸稈沼渣生物質型煤的制備方法。

本發(fā)明的目的還在于提供由上述秸稈沼渣生物質型煤制備方法制備得到的秸稈沼渣生物質型煤。

為達到上述目的，一方面，本發(fā)明提供一種秸稈沼渣生物質型煤的制備方法，其包括以下步驟：

(1)、將破碎后的秸稈進行厭氧發(fā)酵，得到沼渣，再將所述沼渣干燥后粉碎；

(2)、將步驟(1)中得到的經粉碎后的沼渣與褐煤混合均勻，再對混合物進行熱壓成型，得到所述秸稈沼渣生物質型煤。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，秸稈包括玉米秸稈、水稻秸稈、小麥秸稈及高粱秸稈。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，破碎后的秸稈的粒徑小于3cm。其中，秸稈在進行破碎前需要對其進行自然風干處理。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，以經粉碎后的沼渣與褐煤混合均勻后得到的混合物的總重量為100％計，其中經粉碎后的沼渣的含量為5-30wt％。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，粉碎后的沼渣的粒徑小于80目，更優(yōu)選為20-40目。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，褐煤的粒徑小于20目。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，厭氧發(fā)酵的溫度為38±1℃，水力停留時間為28天，初始C/N為25，pH不作調節(jié)。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，厭氧發(fā)酵為干發(fā)酵，發(fā)酵過程中需要進行接種液噴淋；

更優(yōu)選地，干發(fā)酵前兩周接種液的噴淋量為接種液總噴淋量(體積)的1/2-2/3，第三周噴淋量為總噴淋量的1/3-1/2，第四周無噴淋。其中，本發(fā)明對接種液的總噴淋量不作具體要求，本領域技術人員可以根據現(xiàn)場作業(yè)需要合理設置總噴淋量的大小，只要保證可以實現(xiàn)本發(fā)明目的即可。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，優(yōu)選地，厭氧發(fā)酵前，將所述秸稈浸泡于接種液中；

更優(yōu)選地，所述浸泡時間為2h。其中，將秸稈浸泡于接種液的目的是為了保證厭氧發(fā)酵的快速啟動。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，本發(fā)明對步驟(1)中干燥的溫度及時間不作具體要求，本領域技術人員可以根據現(xiàn)場作業(yè)需要設置合適的干燥溫度及時間，只要保證可以實現(xiàn)本發(fā)明目的即可。

根據本發(fā)明具體實施方案，制備過程步驟(1)中所述沼渣可以為不同接種液噴淋量下進行的厭氧發(fā)酵所得沼渣的混合物。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法中，厭氧發(fā)酵過程是在車庫式厭氧發(fā)酵反應器內進行的，該車庫式厭氧發(fā)酵反應器為本領域使用的常規(guī)設備，其包括干發(fā)酵室、接種液儲罐、測溫裝置以及接種液循環(huán)泵等設備及管件，所用接種液經循環(huán)泵吸入干發(fā)酵室的頂部進行噴淋回流，并采用定時系統(tǒng)進行接種液噴淋。

此外，本發(fā)明對厭氧發(fā)酵過程中所用的接種液不作具體要求，本領域技術人員可以根據現(xiàn)場作業(yè)需要選擇合適的接種液，只要保證可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的即可，在本發(fā)明具體實施方式中，所用接種液為取自阿蘇衛(wèi)垃圾填埋場(北京市昌平區(qū))的沼液。

根據本發(fā)明具體實施方案，在所述的制備方法，優(yōu)選地，所述熱壓成型的壓力為2-20MPa，保壓時間為60-180s，溫度為室溫-160℃；

更優(yōu)選地，所述熱壓成型的壓力為8MPa，保壓時間為120s，溫度為160℃。

又一方面，本發(fā)明還提供了上述秸稈沼渣生物質型煤的制備方法制備得到的沼渣生物質型煤。

根據本發(fā)明具體實施方案，優(yōu)選地，所述秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度為400-900N，分析基高位發(fā)熱量為4000-4900kcal/kg，水分含量為10-16％，跌落強度大于95％，浸水24h未散掉，浸水強度為200-300N/個。

在本發(fā)明最優(yōu)選的實施方式中，所用褐煤粒徑小于20目，沼渣粒徑為20-40目，沼渣含量為經粉碎后的沼渣與褐煤的混合物總重的20％，成型壓力為8MPa，保壓時間為120s，成型溫度為160℃，此時制得的秸稈沼渣生物質型煤的性能最優(yōu)，其抗壓強度為871.4N，分析基高位發(fā)熱量(Qgr,ad)為4829kcal/kg，水分含量為13.3％，體積為7.5cm³，跌落強度為99.8％，浸水24h未散掉，浸水強度為282N/個。由此可見，本發(fā)明制備得到的秸稈沼渣生物質型煤具有較大的抗壓強度、跌落強度及浸水強度，其分析基高位發(fā)熱量較高，而水分含量低，且浸水24h未散掉。

厭氧發(fā)酵技術對生物質(秸稈)處理產沼氣時，厭氧菌對木質素的利用較差，但厭氧發(fā)酵過程可改變生物質的立體空間交織的網狀結構，使得生物質結構疏松，進而可解決由生物質的剛性造成的生物質型煤易膨脹開裂的難題，同時充分利用了木質素加熱具有粘性的特點，提高了生物質型煤的機械強度。

此外，生物質中還含有一定量的堿金屬和堿土金屬，其具有固硫作用。

本發(fā)明利用較低(溫度及壓力)的熱壓成型技術將經粉碎后的沼渣與褐煤的混合物壓縮成型制備得到生物質型煤，可降低褐煤的水分，且可以有效降低加工過程能量消耗以及設備損耗，且無需添加任何粘結劑。

因此，本發(fā)明的制備方法可實現(xiàn)褐煤的高效清潔利用，同時也可有效解決沼渣難處理的問題，實現(xiàn)廢棄生物質的資源化和能源化利用，進而拓寬生物質的利用途徑。

附圖說明

圖1為實施例1中熱壓成型溫度對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度與體積的影響示意圖；

圖2為實施例1中熱壓成型溫度對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的水分含量與發(fā)熱量的影響示意圖；

圖3為實施例2中沼渣含量對對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度與體積的影響示意圖；

圖4為實施例2中沼渣含量對對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的水分含量與發(fā)熱量的影響示意圖。

具體實施方式

為了對本發(fā)明的技術特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，現(xiàn)結合以下具體實施例及說明書附圖對本發(fā)明的技術方案進行以下詳細說明，但不能理解為對本發(fā)明的可實施范圍的限定。

實施例1

本實施例提供了一種秸稈沼渣生物質型煤的制備方法，其包括以下步驟：

(1)、將玉米秸稈粉碎至粒徑小于3cm，進料量為1.2kg，并將其放入8L沼液中浸泡2h，再加入到車庫式厭氧發(fā)酵反應器的干發(fā)酵室中，從頂部進行回噴淋沼液，前期噴淋量為1.25L/(kg秸稈1.5h)，系統(tǒng)溫度為38±1℃，水力停留時間為28天，初始C/N為25，pH不作調節(jié)；

(2)、每個生物質型煤原料重量為10g，其中，褐煤粒徑小于20目，添加量為8g，發(fā)酵后的玉米秸稈沼渣的粒徑20-40目，加入量為2g，成型壓力為8MPa，保壓時間為120s，成型溫度分別為120℃、140℃及160℃。

經檢測，成型溫度分別為120℃、140℃和160℃制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度分別為573N、626N和835N，Qgr,ad分別為4666kcal/kg、4696kcal/kg和4822kcal/kg，水分分別為16.2％、15.3％和13.0％，體積分別為8.2cm³、7.9cm³和7.5cm³。

其中，熱壓成型溫度對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度與體積的影響示意圖如圖1所示，熱壓成型溫度對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的水分含量與發(fā)熱量的影響示意圖如圖2所示，從圖1-2中可以看出，成型溫度升高有利于秸稈沼渣生物質型煤抗壓強度增加，水分脫除，體積減小，這也說明溫度升高，沼渣充分發(fā)揮了粘結劑的作用，增強了與褐煤顆粒之間的粘結。

實施例2

本實施例提供了一種秸稈沼渣生物質型煤的制備方法，其包括以下步驟：

(1)、將玉米秸稈粉碎至粒徑小于3cm，進料量為2kg，并放入12L的沼液中浸泡2h，再加入到車庫式厭氧發(fā)酵反應器的干發(fā)酵室中，從頂部進行回噴淋，系統(tǒng)溫度為38±1℃，水力停留時間為28天，初始C/N為25，pH不作調節(jié)；

本實施例中進行三次厭氧發(fā)酵反應，其中，三次厭氧發(fā)酵過程中沼液的噴淋量分別為0.75L/(kg秸稈1.5h)、0.9L/(kg秸稈1.5h)、1L/(kg秸稈1.5h)，三次厭氧發(fā)酵反應后得到的沼渣分別記為沼渣A-C，將該沼渣A-C混合后作為制備秸稈沼渣生物質型煤的原料，記為沼渣D；

(2)、每個生物質型煤原料重量為10g，褐煤粒徑小于20目，添加量分別為70％、75％、80％、85％和90％(7g、7.5g、8g、8.5g和9g)，沼渣D的粒徑為20-40目，添加量分別為30％、25％、20％、15％和10％(3g、2.5g、2g、1.5g和1g)，成型壓力為8MPa，保壓時間為120s，成型溫度分別為160℃。

經檢測，沼渣D添加量分別為30％、25％、15％和10％時制備得到的生物質型煤的抗壓強度分別為893N、877N、693N和605N，Qgr,ad分別為4805kcal/kg、4817kcal/kg、4955kcal/kg和4977kcal/kg，水分分別為12.1％、12.3％、13.7％和14.5％，體積分別為7.7cm³、7.7cm³、7.3cm³和7.2cm³。

而沼渣D添加量為20％時，本實施例中制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度為871.4N，分析基高位發(fā)熱量(Qgr,ad)為4829kcal/kg，水分含量為13.3％，體積為7.5cm³，跌落強度為99.8％，浸水24h未散掉，浸水強度為282N/個。

其中，沼渣含量對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的抗壓強度與體積的影響示意圖如圖3所示，沼渣含量對制備得到的秸稈沼渣生物質型煤的水分含量與發(fā)熱量的影響示意圖如圖4所示，從圖3-4中可以看出，沼渣含量的增加有利于秸稈沼渣生物質型煤抗壓強度的增加，這也說明沼渣的可塑性與粘結性較好，但體積隨著沼渣含量增加而增加，分析基高位發(fā)熱量隨之下降，因此沼渣含量也不易過高。