CN102146307B - 一种炭化生物质煤及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及农业资源利用领域和新能源领域，提供了一种炭化生物质煤，含有颗粒炭粉、生石灰(CaO)和粘结剂，以及煤粉和/或煤矸石粉等，所述的颗粒炭是以玉米芯、花生壳、稻壳、食用菌基质等农林废弃生物质颗粒炭为主要原料采用半封闭式炭化炉和亚高温缺氧干馏炭化工艺生产的，开发的炭化生物质煤具有点火快、火力旺、热值高、无烟、无味、无腐蚀性残渣等优点，且具有较高的堆密度与强度，便于储藏、运输，可替代燃气、煤炭等不可再生能源，广泛用作农村分散供热、供暖的新能源，也可用于城市集中供暖、发电等。

Description

一种炭化生物质煤及其生产方法
技术领域
本发明涉及农业资源利用领域和新能源领域，特别涉及一种以农林废弃生物质为原料生产的炭化生物质煤及其生产方法。
背景技术
长期以来，我国经济的高速发展是建立在高耗能、高排放、高污染的能源结构之上，与日俱增的能源危机业已成为制约经济、社会可持续发展的瓶颈。作为新型替代能源之一，生物质能具有清洁、环保、可再生等优点，备受各界关注。我国是农业大国，每年都产生大量的秸秆等农林废弃生物质，其能源化高效利用不但有利于填补化石燃料缺口，更可解决一系列农业次生污染问题，开发应用的潜力和空间巨大。
炭化生物质煤是农林废弃生物质资源能源化利用的有效方式之一，“炭化”是其中的关键工艺。目前，国内外对农林废弃生物质普遍采用的炭化工艺主要有两种：其一是采用破碎挤压制棒处理后全封闭高温炭化炉干馏工艺。在挤压制棒过程中，对原料本身具有的多微孔性产生实质性破坏，不但炭化难度因密度增加而提高、能耗较大，而且制成的炭棒也不易迅速、充分地燃烧。其二是用明焰式直接加热高温炭化竖炉生产，虽可直接投放不经任何加工的原料，即不必破碎挤压制棒，但生产出的炭规格不一，且灰分含量较高，难以实现较高的热值，也不便于后期深加工。上述两种工艺都需要在600-1000℃高温条件下进行，对炭化炉的要求较高，需要额外投入的能源较多，生产工艺相对复杂，生产成本较高，产出的炭热值较低，由此深加工制成的“煤”燃烧性能欠佳。
本发明使用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉，采用在260-450℃条件下缺氧干馏分解工艺，用加料厚度来控制氧气的供给量，对不同粒度的农林废弃生物质颗粒进行直接亚高温炭化。此炭化炉生产的生物质颗粒炭孔隙度好，燃烧均匀、迅速。以此为主要材料开发的炭化生物质煤具有点火快、火力旺、热值高、无烟、无味、无腐蚀性残渣等优点，且具有较高的堆密度与强度，便于储藏、运输，可替代燃气、煤炭等不可再生能源，广泛用作农村分散供热、供暖的新能源，也可用于城市集中供暖、发电等，市场开发潜力巨大。
本发明提供的是一种价格相对合理、生产工艺简单、燃烧性能好、清洁环保的炭化生物质煤及其生产方法，应用前景广阔。
发明内容
为了实现上述目的，本发明提供了一种炭化生物质煤，该炭化生物质煤含有颗粒炭粉、生石灰(CaO)和粘结剂，颗粒炭粉重量百分比含量为85-95％(优选为90％)，所述的粘结剂为pH5.5-6.5的酸性膨润土或粘土。
本发明提供的炭化生物质煤可进一步含有煤粉和/或煤矸石粉，颗粒炭粉和煤粉重量百分比含量为85-95％(优选为90％)。
所述的颗粒炭可以是玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种混合，颗粒炭粉粒度优选为80-100目。
本发明同时提供上述炭化生物质煤的生产方法，包括将颗粒炭粉、生石灰(CaO)和粘结剂混匀后加压、增密、成型；或者
将颗粒炭粉、生石灰(CaO)和粘结剂，以及煤粉和/或煤矸石粉混匀后加压、增密、成型；
所述的加压、增密、成型是指利用型煤设备将炭化生物质煤压制成不同规格的蜂窝煤形、球形或砖形。
与现有的秸秆煤、秸秆炭相比，本发明开发的炭化生物质煤具有以下优点：
1、点火快，火力旺，热值高。本发明开发的炭化生物质煤更易引燃，且引燃后可以迅速达到设计温度，有利于能量的充分利用，热值可达到4600大卡，达到或超过动力煤的热值水平，非常适合于临时性、间歇性供热，如日常生活能源消费。
2、生产工艺简单，原料易得。本发明所用主要材料是玉米芯、花生壳、稻壳等生物质颗粒炭，来源于农林业生产的废弃生物质，所用设备为常用的粉碎机、简易炭化炉、搅拌器等，生产设备简单，成本低廉，易于产业化。
3、清洁，环保。本发明开发的炭化生物质煤在燃烧过程中无烟尘排放、无异味、无腐蚀性残渣，便于使用、清理与维护。对环境友好，安全环保。
附图说明
图1专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的颗粒炭化炉结构简图。
图2为颗粒炭化炉的三角形燃烧器结构简图。
具体实施方式
本发明是利用专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉生产生物质颗粒炭，正如该专利中所描述的，该半封闭式颗粒炭化炉采用亚高温条件下缺氧干馏分解工艺生产农林废弃生物质颗粒炭。所述的农林废弃生物质可以是玉米芯、秸秆、花生壳、稻壳、生产用废弃蘑菇盘等，但不限于此。
通过对不同生物质进行炭化，生产出玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭等，可进一步加工成粒度为80-100目。
利用上述各种颗粒炭进一步生产炭化生物质煤，该产品燃烧性能好、热值高、清洁环保，可用作家庭日常能源消费、集中供热或大型能源工厂。
该炭化生物质煤可以由颗粒炭粉、生石灰(CaO)和粘结剂混匀后加压、增密、成型制成，可进一步含有煤粉和/或煤矸石粉。
所述的加压、增密、成型是指利用蜂窝煤机、煤球机等型煤设备将炭化生物质煤压制成不同规格的蜂窝煤形、球形或砖形。
按重量比或重量百分比含量：
炭化生物质煤总有效成分含量为85-95％，优选为90％。所述的总有效成分是指能够燃烧的颗粒炭或煤粉。
上述的总有效成分含量按本领域公知的计算方法计算。各类成分的配比，本领域技术人员可根据公知常识自行调整。
所述的生石灰、煤粉在市场上均可买到。
所述的粘结剂优选为pH5.5-6.5的酸性膨润土或粘土。
实施例1：炭化炉
本发明使用的炭化炉是专利号是ZL200710086505.4的中国发明专利所描述的半封闭式颗粒炭化炉，以下做简要描述。
炭化炉由炉体1、燃烧器4、排气口5、出料口2组成，如图1所示。炭化炉炉体为8mm厚双层钢板，用石棉丝3做中间保温夹层。炉体为长方体形。炉体呈半封闭式，顶部无盖。炭化炉具体参数见下表。在炉体1的宽度较窄一侧的底部，有一出料口2，用于出料和从该出料口点燃燃烧器4。出料口为方形或半圆形。出料口的大小可根据炉体体积大小设计，原则上以炉体装入物料后不自动淌落为准。出料口外无拉门。炉体1上设有排气口5，设在出料口相对的一侧。排气管道为圆柱形。
炉体1的底部设有燃烧器4，为三角柱形，如图2所示。燃烧器的长度与炉体1的长度相当，以使整个炉体内物料燃烧均匀。燃烧器用5mm厚的钢板制作。钢板制成有孔网格，孔的大小以炉体内物料颗粒不能通过为准，孔的密度应尽量大，但要保证能够承受炉体内物料的压力。
进一步的，为了更易于引燃炉体内物料，在燃烧器内设有点火盘7，用于盛装引燃炉体内物料所需的引燃物，如柴油、汽油、煤油或其它易燃物等。所述的点火盘贯穿整个燃烧器柱体，以使炉体内物料可被均匀点燃。炭化炉炉体内温度的监测采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。温控仪安装在炉体内侧。
表1炭化炉参数表
  项目   A型炭化炉   B型炭化炉
  炉体外型尺寸   3m×1.5m×1.5m   5m×1.5m×1.5m
  有效容积   3m3   5m3
  排气口高度   2-2.5m   3-3.5m
  炉内工作温度   ≤450℃   ≤450℃
  温度监测   XMT-121型数字式温控仪   XMT-121型数字式温控仪
  生产能力   0.3t/24h   0.5t/24h
实施例2玉米芯颗粒炭示例性生产方法
本实施例示例性的描述了利用实施例1所述的炭化炉生产玉米芯颗粒炭的方法，包括选料、物料加工、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。
选料：将农副产品的玉米芯自然风干使其含水量降至20％以下。
物料加工：采用现有技术中任何破碎方式将上述的合格玉米芯加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm。粉碎后的玉米芯颗粒可过筛筛选，对于不符合要求的玉米芯颗粒可重新加工。
装炉炭化：将加工好的玉米芯颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10--25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。
冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
可根据需要对出炉的玉米芯颗粒炭进一步粉碎加工成粒度为80-100目的微粒。
秸秆颗粒炭、蘑菇盘颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。
实施例3花生壳颗粒炭生产方法
本实施例示例性的描述了利用实施例1所述的炭化炉生产花生壳颗粒炭的方法，包括选料、装炉炭化、冷却出炉、计量包装等步骤，但并不限于此。
选料：将农副产品的花生壳自然风干使其含水量降至20％以下。
装炉炭化：将清选好的花生壳装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10-25厘米为宜。将燃烧器点火盘内引燃物点燃。所述的引燃物是柴油。物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源。物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化。当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒。人工控制炉体内缺氧条件。采用XMT-121型数字式温控仪进行监测。XMT-121型数字式温控仪是本领域的常用仪器，在市场上仪器仪表商店均可买到。当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量。每次追加物料的厚度为6-12厘米。待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米。
冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后(目测即可)，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
稻壳颗粒炭的生产工艺除原料不同外，其它工艺与本实施例基本相同，可以此实施例作为参考。
将实施例2或3生产的颗粒炭用于生产炭化生物质煤，所使用的原料颗粒炭可以是玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭中一种或几种混合。根据需要可对出炉的颗粒炭进一步粉碎加工成粒度为80-100目的微粒。
实施例4：炭化生物质煤生产工艺
按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：
(1)将80目的颗粒炭微粒、生石灰和粘结剂，按90％、5％和5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。
(2)将(1)用SFMΦ160型蜂窝煤机(符合GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准的任意设备均可)制成直径160毫米的9孔蜂窝煤。
(3)将(2)制成的蜂窝煤自然干燥，包装。
炭化生物质煤的运输与储存参照GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准执行。
所述的粘结剂为pH5.5-6.5的酸性膨润土。
实施例5：炭化生物质煤生产工艺
按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：
(1)将100目的颗粒炭微粒、生石灰和粘结剂，按90％、5％和5％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。
(2)将(1)用MQ500型煤球机制成直径85毫米扁圆球形。
(3)将(2)制成的煤球自然干燥，包装。
炭化生物质煤的运输与储存参照GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准执行。
所述的粘结剂为粘土。
实施例6：炭化生物质煤生产工艺
按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：
(1)将80目的颗粒炭微粒、生石灰、粘结剂和煤粉，按50％、5％、5％和40％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。
(2)将(1)用SFMΦ160型蜂窝煤机(符合GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准的任意设备均可)制成直径160毫米的9孔蜂窝煤。
(3)将(2)制成的蜂窝煤自然干燥，包装。
炭化生物质煤的运输与储存参照GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准执行。
所述的粘结剂为pH5.5-6.5的酸性膨润土。
实施例7：炭化生物质煤生产工艺
按照下述步骤以重量比或重量百分比混合：
(1)将100目的颗粒炭微粒、生石灰、粘结剂、煤粉和煤矸石，按50％、5％、5％、20％和20％的比例混合，用ZLC-300型搅拌机搅拌均匀。
(2)将(1)用SFMΦ160型蜂窝煤机(符合GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准的任意设备均可)制成直径160毫米的9孔蜂窝煤。
(3)将(2)制成的蜂窝煤自然干燥，包装。
炭化生物质煤的运输与储存参照GB/T 13593-92民用蜂窝煤标准执行。
所述的粘结剂为pH5.5-6.5的酸性膨润土。
热值检测
在位于辽宁省鞍山市的国家冶金工业焦化产品质量监督检测中心检测了本发明开发的炭化生物质煤的热值。检测项目为弹筒发热量(Qb，ad)，检测值均超过4600cal/g。

Claims (7)

1.一种炭化生物质煤，其特征在于含有颗粒炭粉、生石灰和粘结剂；颗粒炭粉重量百分比含量为85-95％；
所述的颗粒炭是玉米芯颗粒炭、稻壳颗粒炭、花生壳颗粒炭、秸秆颗粒炭或蘑菇盘颗粒炭中的一种或几种混合；所述的粘结剂为pH5.5-6.5的酸性膨润土；
所述的颗粒炭采用以下方法制备：
选料：将农副产品玉米芯、稻壳、花生壳、秸秆或蘑菇盘自然风干使其含水量降至20％以下；
物料加工：采用任何破碎方式将上述的农副产品加工粉碎，粉碎后的玉米芯颗粒直径为2-10mm；
装炉炭化：将加工好的农副产品颗粒装入炉体中，最初的物料加入量以覆盖在燃烧器上10--25厘米；将燃烧器点火盘内引燃物点燃；所述的引燃物是柴油；物料被点燃后，持续自燃，无需外加热源；物料在150-450℃亚高温条件下缺氧炭化；当温度加热到150℃以上时，颗粒的复杂结构开始分解；当温度大于260℃时分解加剧，生成焦油和气体；当温度达到450℃时开始绝氧、雾化，生成黑色炭素颗粒；人工控制炉体内缺氧条件；当炉体内温度达到450℃时，及时补充物料控制氧气供应量；每次追加物料的厚度为6-12厘米；待全部物料添加完毕后，加上一层成品炭覆盖，厚度为15-30厘米；
冷却出炉：当最上一层的成品炭烧红后，及时喷冷水熄灭炉火，自然冷却出炉。
2.如权利要求1所述的炭化生物质煤，其特征在于进一步含有煤粉和/或煤矸石粉，颗粒炭粉和煤粉重量百分比含量为85-95％。
3.如权利要求1所述的炭化生物质煤，其特征在于颗粒炭粉重量百分比含量为90％。
4.如权利要求2所述的炭化生物质煤，其特征在于颗粒炭粉和煤粉重量百分比含量为90％。
5.如权利要求1-4任一所述的炭化生物质煤，其特征在于所述的颗粒炭粉粒度为80-100目。
6.权利要求1所述炭化生物质煤的生产方法，包括将颗粒炭粉、生石灰和粘结剂混匀后加压、增密、成型；所述的加压、增密、成型是指利用型煤设备将炭化生物质煤压制成不同规格的蜂窝煤形、球形或砖形。
7.权利要求2所述炭化生物质煤的生产方法，包括将将颗粒炭粉、生石灰和粘结剂，以及煤粉和/或煤矸石粉混匀后加压、增密、成型；所述的加压、增密、成型是指利用型煤设备将炭化生物质煤压制成不同规格的蜂窝煤形、球形或砖形。
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PB01 Publication
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GR01 Patent grant
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Application publication date: 20110810

Assignee: Liaoning Hefu Agricultural Development Co. Ltd.

Assignor: Chen Wenfu

Contract record no.: 2014210000070

Denomination of invention: Carbonized biomass coal and production method thereof

Granted publication date: 20130814

License type: Exclusive License

Record date: 20140822

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Granted publication date: 20130814

Termination date: 20200217

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