阅读说明：本技术 生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法及系统 (Coupling method and system for ecological utilization and energy utilization of biomass resources ) 是由 洪浩 王震坤 田晓霞 隋海然 刘菲 许雪楠 陈壹杰 冯雨 于 2020-04-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法及系统,包括：将植物残体进行分离,分离出湿料和有机质；将湿料烘干,制得净料；将净料粉碎,制得碎料；将碎料进行第一处理和燃料化利用,制得燃料；将有机质和动物便溺进行第二处理,制得沼气和肥料；经过烘干后的低温过热蒸汽用于供热。本发明的方法各步骤相互影响互补、具有生态环境友好性,将生物质加工成碎料加以利用,减少污染排放量。通过分离,将植物残体中杂土和离子分离,避免土壤有机质流失,保持地力,持续产出生物资源。本发明还具有较高的经济效益,通过水洗处理产出的燃料,杂质降低,产出高质量燃料,热值升高,燃烧效果好。将烘干后的余热再次利用,经济性好。(The invention discloses a coupling method and a coupling system for ecological utilization and energy utilization of biomass resources, wherein the coupling method comprises the following steps: separating plant residues to separate wet materials and organic matters; drying the wet material to obtain a clean material; crushing the cleaned material to prepare crushed material; carrying out first treatment and fuel utilization on the crushed materials to prepare fuel; carrying out second treatment on the organic matters and animal urinates and defecates to prepare methane and fertilizer; the dried low-temperature superheated steam is used for heat supply. The method has the advantages that the steps are mutually influenced and complemented, the ecological environment is friendly, the biomass is processed into crushed aggregates for utilization, and the pollution discharge amount is reduced. Through separation, the miscellaneous soil and ions in the plant residues are separated, so that the loss of organic matters in the soil is avoided, the soil fertility is maintained, and the biological resources are continuously produced. The invention also has higher economic benefit, and the fuel produced by water washing treatment has the advantages of reduced impurities, high quality fuel, increased heat value and good combustion effect. The dried waste heat is reused, and the economy is good.)

生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法及系统

技术领域

本发明属于能源利用技术领域，尤其涉及一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法及系统。

背景技术

目前，生物质的利用是在路边燃烧或直接充当燃料，燃烧后得到的草木灰回田回林，但是这种做法，一方面，随意在路边燃烧，会导致空气温室气体无序排放，容易造成空气污染，另一方面，随意在路边燃烧，容易造成火灾，并且，燃烧的这部分热能就会浪费掉，既不环保，又不安全。需要一种有效及环保的处理方式。生物质能源化利用过程中会产生土壤有机质及微量元素的流失问题，同时生物质中K、Cl、S、N等元素对燃料燃烧、排放、积灰、腐蚀等会产生不利影响。肥料化利用以还田作为主要利用方式，生物质过度还田可能会产生土壤的碳氮失衡、加剧病害等问题，并且受北方地区气候因素影响，温度较低不利于生物质还田肥料化利用。因此，生物质单独的能源化利用及肥料化利用都存在一定问题。

发明内容

(一)发明目的

本发明的目的是提供一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法及系统以解决现有技术中生物质单独能源化利用或全部肥料化利用存在的问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法，包括：将植物残体进行分离，分离出湿料和有机质；将所述湿料进行烘干，制得净料；将所述净料进行粉碎，制得碎料；将所述碎料进行第一处理后再进行燃料化利用，制得燃料；将所述有机质和动物便溺进行第二处理，制得沼气、沼渣和沼液；对所述沼渣和所述沼液进行肥料化利用；其中，所述烘干采用高温过热蒸汽，所述高温过热蒸汽经过所述烘干后的低温过热蒸汽用于供热。

进一步地，将所述碎料进行原料化、饲料化和基料化中的一种或多种利用，制得原料、饲料和基料中的一种或多种。

进一步地，所述第一处理包括：将所述碎料进行焙干，制得可燃性气体。

进一步地，所述第二处理包括：将所述有机质和动物便溺混合并进行厌氧发酵。

进一步地，所述燃料为所述烘干、所述焙干和集中供热的一种或多种提供热源；和/或所述可燃性气体为所述烘干、所述焙干和集中供热的一种或多种提供热源；和/或所述沼气经过提纯后为所述烘干、所述焙干和集中供热的一种或多种提供热源。

进一步地，所述沼气经过提纯后燃烧，给水加热，产生高温过热蒸汽；所述高温过热蒸汽为所述烘干供热后产生低温过热蒸汽；所述低温过热蒸汽冷凝后为所述集中供热提供热源。

进一步地，所述冷凝过程中产生的冷凝水用于所述分离处理。

进一步地，所述分离包括：一级水洗，将植物残体放置一级水洗槽中，加入第一温度的水和/或所述冷凝水；保持一级水洗槽中的温度为所述第一温度并搅拌；二级水洗，将植物残体放置二级水洗槽中，加入水和/或所述冷凝水中并搅拌。

进一步地，所述第一温度的范围为：30-90℃。

根据本发明的另一个方面，提供一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合系统，包括上述方案任一项所述的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

本发明的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法各步骤相互影响互补、具有生态环境友好性，将生物质农业废料加工成碎料加以利用，减少污染物排放量。通过分离技术，将植物残体中杂土、K、Cl、S、N分离出，避免土壤有机质流失问题，保持地力，持续产出生物资源，并且生物质农业废料中的植物残体和动物便溺耦合利用，将具有较高的经济效益。本发明还具有较高的经济效益，燃料通过水洗处理后，杂质大大降低，产出高质量颗粒燃料，热值升高，燃烧效果好。将烘干后的余热再次利用，经济性好。

附图说明

图1是根据本发明一实施方式的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法的流程图。

图2是根据本发明一实施方式的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合系统的流程图。

图2中的虚线是为了避免重叠所产生的歧义。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的层结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

显然，所描述的实施例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。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图1是根据本发明一实施方式的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法的流程图。

如图1所示，在本发明一实施例的一个实施方式中，提供一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法，包括：将植物残体进行分离，分离出湿料和有机质；将湿料进行烘干，制得净料；将净料进行粉碎，制得碎料；将碎料进行第一处理后再进行燃料化利用，制得燃料；将有机质和动物便溺进行第二处理，制得沼气、沼渣和沼液；对沼渣和沼液进行肥料化利用；其中，烘干采用高温过热蒸汽，高温过热蒸汽经过烘干后的低温过热蒸汽用于供热。本发明的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法各步骤相互影响互补、具有生态环境友好性，将生物质农业废料加工成碎料加以利用，减少污染物排放量。通过分离技术，将植物残体中杂土、K、Cl、S、N分离出，避免土壤有机质流失问题，保持地力，持续产出生物资源，并且生物质农业废料中的植物残体和动物便溺耦合利用，将具有较高的经济效益。本发明还具有较高的经济效益，燃料通过水洗处理后，杂质大大降低，产出高质量颗粒燃料，热值升高，燃烧效果好。将烘干后的余热再次利用，经济性好。

植物残体可以包括：农作物、树木等植物及其残体，废弃基料等有机废弃物。

在一可选实施例中，将碎料进行原料化、饲料化和基料化中的一种或多种利用，制得原料、饲料和基料中的一种或多种。燃料化可以为农户及其他居民提供生活能源，用之于民，还可以向其他地域进行供给。原料化可以为农户及其他居民提供其他生活用品，可以制成板材，如软质复合墙体材料，秸秆塑料复合材料等多种秸秆产品等，为生活所需提供原料。饲料化可以提供畜牧业的饲料，喂养出的家禽和家畜为人类提供食物。人类和家禽和家畜产生的动物便溺进也可再进入本发明的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法进行循环。基料化的利用也便于农户的工作，由于植物残体含有丰富的碳、氮、矿物质等营养成分，且资源丰富、成本低廉，为其基料化利用提供了便利。目前，利用植物残体作为基料栽培的食用菌品种有平菇、双孢菇、香菇、金针菇、木耳、鸡腿菇、杏鲍菇等，栽培技术成熟，潜力很大。肥料化的利用继续为农作物提供养料，农户继续耕种，并产生植物残体。往此循环。

在一可选实施例中，还可以包括：对产生的沼气进行提纯。

在一可选实施例中，还可以包括：对沼渣和沼液进行脱水操作。

在一可选实施例中，第一处理可以包括：将碎料进行焙干，制得可燃性气体。

在一可选实施例中，第二处理可以包括：将有机质和动物便溺混合并进行厌氧发酵。

在一可选实施例中，碎料为烘干、焙干和集中供热的一种或多种提供热源。

在一可选实施例中，可燃性气体为烘干、焙干和集中供热的一种或多种提供热源。

在一可选实施例中，沼气经过提纯后为烘干、焙干和集中供热的一种或多种提供热源。经过提纯后的沼气为烘干、焙干和集中供热的同时，还能利用高温过热蒸汽和低温过热蒸汽的流动为其他步骤或设备提供动能。

在一可选实施例中，沼气经过提纯后燃烧，给水加热，产生高温过热蒸汽，高温过热蒸汽为烘干供热后产生低温过热蒸汽，低温过热蒸汽冷凝后为集中供热提供热源。

在一可选实施例中，冷凝过程中产生的冷凝水用于分离处理。

在一可选实施例中，分离包括：一级水洗，将植物残体放置一级水洗槽中，加入第一温度的水和/或冷凝水，保持一级水洗槽中的温度为第一温度并搅拌。

在一可选实施例中，分离还可以包括：二级水洗，将植物残体放置二级水洗槽中，加入水和/或冷凝水中并搅拌。

水洗分离的主要目的是“物流”与“能流”分离，物尽其用。将生物质中的有机质洗出，去除杂质，提高燃料单位热值。对燃料燃烧有影响的K、Cl、S、N通过水洗去除，提高燃料品质，燃烧过程中不结渣、结焦，不腐蚀炉具，向用户输出高品质燃料。将洗出的“物流”还田，从此完成一个生态循环。

在一可选实施例中，第一温度的范围为：30-90℃。

在一优选实施例中，第一温度的范围为：45-60℃。在该温度下，水洗分离更彻底。

普通的水洗分离做不到很干净无菌，通过我们的水洗、烘干产生的饲料，洁净程度大大提升。

图2是根据本发明一实施方式的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合系统的流程图。

如图2所示，在本发明另一实施例的一个实施方式中，提供一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合系统，包括上述方案任一项所述的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法。

将植物残体进行分离，分离出湿料和有机质，将湿料进行烘干，得到净料，对净料进行粉碎，得到碎料，将碎料进行焙干，得到可燃性气体和质料。分离出的有机质和动物便溺进行厌氧发酵，制得沼气、沼渣和沼液。对碎料、质料和沼渣、沼液进行五化利用，提供生活所需的能量和耕种的肥料，最后产生农业废料(植物残体和动物便溺)，继续循环利用。其中，质料燃料化产生的燃料、焙干产生的可燃性气体和沼气，均可用作烘干、焙干和集中供暖。沼气采用高温过热蒸汽进行烘干，产生的低温过热蒸汽冷凝产生热量还可以为集中供暖提供能源，冷凝后的冷凝水还可以参与水洗分离。

农业废料问题一直是一个经久不衰的话题，每年丰收季也是农作物的丰收季，与往年烧农业废料的处理方式不同，近年来，不再烧农业废料，而是把它当资源，能利用的资源，随着人们对农业废料的了解，农业废料的利用价值也越来越显现出来。但是，目前的“五化”(肥料化、燃料化、原料化、饲料化和基料化)利用均为单一利用，没有将“五化”结合起来，本发明将“五化”利用结合，并相互影响互补、具有生态环境友好性，将生物质农业废料加工成碎料加以利用，减少污染物排放量。本发明的农业废料耦合处理系统不只是耦合利用，还相互制约相互利用。产生的沼气也可供整个系统进行运作，提供能源。

本方案具有生态环境友好性。生物燃料代替燃煤进行村民供暖和集中供暖，大大减少了燃煤的使用，燃烧污染物排放量减少。通过水洗分离技术，将植物残体中杂土、K、Cl、S、N洗出，定期进行还田，避免土壤有机质流失问题，保持地力，持续产出生物资源。村民使用燃料燃烧后的灰分作为农家肥自行利用，无炉渣等固体废物产生，不造成对环境的污染。本方案还具有较高的经济效益，燃料通过净化段处理后，杂质大大降低，产出高质量颗粒燃料，热值升高，燃烧效果好。将烘干后的余热再次利用，经济性好。综上，本供热示范项目更容易推广。

本发明旨在保护一种生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法，包括：将植物残体进行分离，分离出湿料和有机质；将湿料进行烘干，制得净料；将净料进行粉碎，制得碎料；将所述碎料进行第一处理后再进行燃料化利用，制得燃料；将有机质和动物便溺进行第二处理，制得沼气、沼渣和沼液；对沼渣和沼液进行肥料化利用；其中，烘干采用高温过热蒸汽，高温过热蒸汽经过烘干后的低温过热蒸汽用于供热。本发明的生物质资源生态化利用与能源化利用的耦合方法各步骤相互影响互补、具有生态环境友好性，将生物质农业废料加工成碎料加以利用，减少污染物排放量。通过分离技术，将植物残体中杂土、K、Cl、S、N分离出，避免土壤有机质流失问题，保持地力，持续产出生物资源，并且生物质农业废料中的植物残体和动物便溺耦合利用，将具有较高的经济效益。本发明还具有较高的经济效益，燃料通过水洗处理后，杂质大大降低，产出高质量颗粒燃料，热值升高，燃烧效果好。将烘干后的余热再次利用，经济性好。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。