CN102585960A - 一种生物质衍生物燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质衍生物燃料的制备方法，该方法将原料经过除杂、粉碎、干燥、混配、成型干燥等工序，制得生物质衍生物燃料，本发明方法简单，技术精细，易操作，原料来源广泛，成本低，环保，而且燃烧不会对设备造成酸碱腐蚀，降低了设备维护成本，此外，还提高了农作物固废的利用率，通过本发明方法制得的燃料稳定性好，热值高。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质衍生物燃料的制备方法，属于生物质能开发应用领域。
背景技术
生物质能源正日益受到人们的重视，秸秆利用是生物质能源研究领域的重要部分。中国是农业大国，农作物秸秆资源十分丰富，到2010年约达到7.26亿吨，相当于5亿吨标准煤。因此，作物秸秆的有效资源化对于缓解我国能源供应紧张很有意义。如何将农作物秸秆资源化利用已成为一项重要研究课题。目前，秸秆的主要利用途径主要有：（1）直接还田30%；（2）农村生活能源占25%；（3）畜牧饲料占18%；（4）造纸原料占4.6%；（5）养菇占2.3%；（6）焚烧和废弃占20%。可见秸秆除还田的部分外，总和农村生活能源和废弃的部分计算，仍有很大部分可供燃料利用。但是直接燃烧的热效率仅为10%～30%，而且我国秸秆资源分布广泛，随季节和气候变化会引起收集、存储和运输等困难，不利于产业化利用，使秸秆资源化十分受限。针对上述现象，十分有必要将秸秆进行深加工转化为高品位燃料，主要方法是经过挤压或压缩成型以提高其利用价值，扩展秸秆能源的利用范围，如此还对提高农民经济收入和改善农村生态环境有重要意义。
生物质燃料成型技术是指在一定温度与压力下，将各类原本松散细碎的生物质压制成具有规则形状（棒状、块状或颗粒状）燃料的高新技术。一般农作物秸秆都具有疏松、密度小、单位体积大、热值低、营养元素含量不均、易腐烂、不易存放等缺点。而秸秆成型燃料技术则可在很大程度上解决这些问题，它既可降低其水含量，提高热值，因为挤压密度增加，成型后的秸秆体积小、耐燃烧、灰分少，体积仅相当于原秸秆的1/30，还因具有一定稳定形状而便于运输和存储。其密度可达0.9～1.4kg/m3.热值可达到3500～5500大卡，属于高挥发物的固体燃料。因此可以部分代替木柴、原煤、液化气等燃料，广泛用于生活炉灶、取暖炉、热水锅炉、工业锅炉等。
根据生物质成型燃料制作工艺，可将生物质成型技术分为湿压成型、热压成型与碳化成型三种主要方式，其成型机理为在外部加热、加压或常温下原料颗粒先后经历位置重排、颗粒机械变形和塑性流变等阶段形成致密性团聚物。（见图1）
目前，对生物质成型压缩技术的研究则主要集中在生物质压缩过程中的压缩特性、机械特性、流变特性与成型工艺方面。专利申请200710307473.6公开了一种生产生物质颗粒燃料的制取工艺，该工艺通过改进的流程降低了制取过程中的能耗，而压制出来的颗粒温度一般为55～60℃，因此无需冷却即可直接包装，省却了冷却工序，提高了工作效率，但是由于该工序没有干燥工序，其热值的提高相对于干燥过的成型燃料相对较低，而且没有规则的干燥过程则不便于控制其湿度，产品稳定性不好保持。专利申请201010120867.2公开了一种将秸秆汽爆或烯酸预处理，然后用纤维素酶酶解，再将酶解后的残渣压缩成型用作发电或锅炉燃料的技术，该技术因提高了原料中木质素的含量而提高了产品的热值，酸处理减少了灰分产生和燃烧过程中的结焦，但是该技术明显程序复杂，而且成本高，不利于推广。
发明内容
本发明旨在提供一种生物质衍生物燃料的制备方法，该方法是一种供生活和商业应用的功能型生物质压缩成型燃料的制备方法，该方法实现了生物质衍生物资源的便捷、高效及低污染利用。
本发明按如下具体步骤进行：
（1）原料准备工序：主要是去大杂，包括石块、土块及其他垃圾；
（2）粉碎及搅拌：将原料粉碎至30～135mm，并搅拌混匀，避免产品质量偏差；
（3）干燥：将原料干燥至含水率为10～25%；
（4）混配：将粉碎后的原料与甘蔗厂废液、固硫剂按重量比（90～70）:（5～25）：5的比例混匀；
（5）成型与干燥：将上述混合物送入成型机中在常温下压制成型，然后再在50℃～150℃干燥0.5～2h使其稳定，且成型后燃料水分低于12%，即得生物质衍生物燃料。
本发明中所述原料为秸秆（如大蒜秸秆）、农作物块茎、农作物壳类中一种或几种的任意混合物。
本发明中原料干燥采用高速甩干机甩干、烘干机40～130℃下烘干或自然晒干中的一种。
本发明中所用固硫剂为天然固硫剂(主要指碱石灰、蛋壳)经粉碎而制得。
本发明中固硫剂粒度为50～150目。
本发明以生物质衍生物为原料，除去垃圾土块及石块等杂物，目前常见的生产生物质成型燃料并没有去杂工序，原料的状况复杂，容易混杂土块、碎石子等废物从而影响设备操作及固体燃料的质量。将去杂的原料干燥，干燥可采用高速甩干机、烘干机烘干或自然晒干三种方式中的任意一种。生物质原料的含水率只有在适当条件下，压缩成型效果才能达到最佳，过高或过低都将不利于压缩成型：对于颗粒成型燃料，一般要求原料的含水率在15～25％左右；对于棒状成型燃料，要求原料的含水率不大于10％。粉碎工序直接影响物料粒度的大小，一般情况下，原料粉碎度越细，成型质量越高，但能耗也越大。由于粉碎粒度粗的原料表面积小，热和水分的传递速度较慢，有时还会发生成型的颗粒尚未挤出模孔就失去了塑性变性能力，最后堵死在模孔中；粉碎粒度过粗，成型后较易破碎，稳定性较差，同时，还会在接触部件上产生研磨作用，增大摩擦力，增大能耗，降低产量；生产生物质固体成型燃料的粉碎粒度的大小直接影响成型的好坏及模具的寿命和能耗，此工序是工艺过程中不可缺省的一部分。本发明针对上述问题，经过多次实验比较，选择了合适的颗粒粒径为30mm～135mm。大多数生物质原料中半纤维素和纤维素及木质素的相对含量均较高，而且生物质如秸秆生物结构存在不均一性，即茎杆、叶、穗、鞘等各占一定比例，各部分的化学成分及纤维形态差异很大。若混合工序要求不严格，会导致物料均匀性差，且物料粒度有可能大小不一。
生物质成型工艺中加入甘蔗厂废水，既节省了原料成本，又减轻了甘蔗厂废水排放造成的污染。利用甘蔗厂废水中的某些粘性物质可降低成型耗能，实现低温成型，此外，甘蔗厂废水中还含有一定量的木质素、纤维素与半纤维素的降解物以及附属产物，这些物质本身具有一定粘性和能量，可提高成型燃料的稳定性和热值，添加的固硫剂中的氧化物对燃料还有助燃作用，可降低燃料着火点，提高利用率。
本发明具有如下优点：
(1）本发明所用技术简单、精细、易操作，对产品质量有很大提高，与目前大部分生物质固体成型燃料制作粗放的方式不同；
(2）本发明所用天然固硫剂，成本低廉，环保；
（3）本发明使用甘蔗厂废水为粘结剂，即提高热值与稳定性，降低成型能耗，还降低整体工艺成本；
（4）原料来源广泛，成本低，环保，而且燃烧不会对设备造成酸碱腐蚀，降低了设备维护成本，此外，还提高了农作物固废的利用率，通过本发明方法制得的燃料稳定性好，热值高，热值可达3500～4500大卡，抗压强度可达45～50kg/cm2。
附图说明
图1是生物质成型机理示意图，其中A是粒子排列改变，B是粒子变形，C是塑性流动。
图2是本发明生物质衍生物染料制备方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明保护范围不局限于所述内容。
实施例1：本生物质衍生物燃料的制备方法，具体操作如下：
将收集的大蒜秸秆除去其中所含的垃圾土块等杂物后，将秸秆粉碎至50mm，并搅拌均匀，用烘干机在120℃下干燥至水分含量为20%，将干燥后的秸秆与甘蔗厂废液以及50目碱石灰粉末按重量比90:5:5比例混合，充分搅拌均匀；混合物料由供料器将物料送入压制器中在常温下压制成型，最后在100℃下干燥约1.0h使其稳定后，即得生物质衍生物燃料，成型后生物质衍生燃料热值可达3500大卡，抗压强度48kg/cm2。
实施例2：本生物质衍生物燃料的制备方法，具体操作如下：
将收集的大蒜秸秆和小麦壳（1:2）除去其中所含的垃圾土块等杂物后，粉碎至100mm，并搅拌均匀，用高速甩干机甩干至水分含量为10%，将干燥后的混合原料与甘蔗厂废液以及100目鸡蛋壳粉末按重量比70:25:5比例混合，充分搅拌均匀；混合物由供料器将物料送入压制器在常温下压制成型，最后在60℃条件下干燥约2.0h使其稳定，即得生物质衍生物燃料，制得的生物质衍生燃料热值可达4500大卡，抗压强度50kg/cm2。
实施例3：本生物质衍生物燃料的制备方法，具体操作如下：
将收集的大蒜秸秆和红薯块茎（1:1）除去其中所含的垃圾土块等杂物后，粉碎至135mm，并搅拌均匀，并自然干燥至水分含量约为25%，将干燥后的混合原料与甘蔗厂废液以及150目鸭蛋壳粉末按重量比80:15:5比例混合，充分搅拌均匀，混合物由供料器将物料送入压制器在常温下压制成型，最后在150℃条件下干燥约0.5h使其稳定，即得生物质衍生物燃料，成型后的生物质衍生燃料热值可达4500大卡，抗压强度50kg/cm2。
实施例4：本生物质衍生物燃料的制备方法，具体操作如下：
将收集的大蒜秸秆和稻杆（3:1）除去其中所含的垃圾土块等杂物后，粉碎至30mm，并搅拌均匀，用烘干机在40℃下干燥至水分含量约为15%，将干燥后的混合原料与甘蔗厂废液以及70目鸭蛋壳粉末按重量比85:10:5比例混合，充分搅拌均匀，混合物由供料器将物料送入压制器在常温下压制成型，最后在50℃条件下干燥约2h使其稳定，即得生物质衍生物燃料，成型后的生物质衍生燃料热值可达4000大卡，抗压强度50kg/cm2。
Claims (5)
1.一种生物质衍生物燃料的制备方法，其特征在于按如下步骤进行：
（1）去除原料中的杂质后，将原料粉碎至30～135mm，并搅拌混匀；
（2）将原料干燥至含水率为10～25%；
（3）按重量比90～70:5～25:5的比例将干燥后原料、甘蔗厂废液和固硫剂混匀；
（4）将混合物送入成型机中在常温下压制成型，最后在50～150℃下干燥0.5～2.0h，即得生物质衍生物燃料。
2.根据权利要求1所述的生物质衍生物燃料的制备方法，其特征在于：原料为秸秆、农作物块茎、农作物壳类中一种或几种的任意比混合物。
3.根据权利要求1所述的生物质衍生物燃料的制备方法，其特征在于：原料干燥采用高速甩干机甩干、烘干机40～130℃下烘干或自然晒干中的一种。
4.根据权利要求1所述的生物质衍生物燃料的制备方法，其特征在于：固硫剂是由天然固硫剂碱石灰或蛋壳干燥粉碎后制得。
5.根据权利要求4所述的生物质衍生物燃料的制备方法，其特征在于：固硫剂粒度为50～150目。
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