CN102703153A - 一种生物质成型燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种生物质成型燃料的制备方法，该方法以水葫芦和褐煤为原料，变废为宝，充分利用水葫芦与褐煤自身优势，互取长短，通过水葫芦自身的高活性，提高褐煤的燃烧活性，褐煤的燃烧稳定性又弥补了水葫芦的燃烧不稳定性，将原料与粘结剂混合后，压制成型制得生物质成型燃料；本发明方法简单，易操作，扩宽了水葫芦的使用范围，而且制得的型煤成本低、活性高，具有节煤和生物质代煤的双重作用，对保护环境和节约能源有重大意义。
Description
技术领域
本发明涉及一种生物质成型燃料的制备方法，尤其是以水葫芦与褐煤粉为原料制备成型燃料的方法，属于生物质能开发利用领域。
背景技术
水葫芦学名“凤眼莲“，目前已成为世界上危害最严重的水生杂草。水葫芦于20世纪30年代传入我国后已广泛分布于华南、华中和华东地区，尤以云南、四川、湖南、湖北等省最广，给水域带来了极大危害，因此水葫芦的处理引起了人们的极大重视。
目前，水葫芦的处理方式多样，主要有化学法、生物法、综合治理、人工打捞。越来越多的科学家认为，适量的水葫芦有利于净化水质，过多的水葫芦则会破坏生态多样性。其实若将水葫芦科学利用和管理，水葫芦也是一种很有潜力的可再生资源。科学家们于80年代就开始研究水葫芦治理利用研究，目前主要有四种利用方式：一是发酵转化，；二是利用水葫芦中含有大量氮磷钾的特点，将其制成有机、无机复合肥；三是从中提取营养元素。四是将其进行发酵处理，制取沼气。但是，由于水葫芦富含短纤维，不适宜作肥料和造纸原料，而且水葫芦的纤维、钾和氯的含量高、蛋白质含量低，不易被动物利用。此外，由于生物富集作用，还会对人类造成危害。
综上所述，水葫芦的开发利用潜力很大，但是利用还没有形成体系。事实上，由于水葫芦富含纤维，燃烧热值高、点火温度低，燃烧时内部易形成多空结构，便于燃烧时助燃气体的进入，若与一种稳定性能好的燃料配合，则可以相互补助，互取长短，制成一种稳定性好、活性高的固体成型燃料。
褐煤又名柴煤，是煤化程度最低的矿产煤。化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和远运，是我国主要的能源之一，随着资源的日益枯竭，大力加强低阶煤的利用，对我国能源高效利用有着重大的意义。我国已探明的褐煤保有储量为1311. 42 亿t，约占煤炭保有储量的13%。主要分布在云南、内蒙、东北等地。主要用于发电厂的燃料，也可作化工原料、催化剂载体、吸附剂、净化污水和回收金属等。褐煤含碳量60%～77%，挥发成分大于40%。恒湿无灰基高位发热量约为23.0-27.2兆焦/公斤（5500-6500千卡/公斤）。多呈褐色或褐黑色，褐煤水分大，燃点低（270°左右）。此外，褐煤还富含粘土类物质，如高岭土、伊利石、蒙脱石等，这些物质可以增加型煤的稳定性。有研究者比较了褐煤、高挥发分烟煤、无烟煤等的热稳定和热化学性质，发现低阶煤褐煤的单位结合能（Eb/eV=428.37）相对较大，所以褐煤属于低活性煤，而水葫芦的添加可以弥补这一缺陷，利用水葫芦自身的高活性，可以提高褐煤的燃烧活性，而褐煤的燃烧稳定性又弥补了水葫芦的燃烧不稳定性。而且水葫芦中富含氮、钾等元素，可以作为褐煤催化气话的良好催化剂，从而提高低活性褐煤的燃烧气化活性。
发明内容
本发明旨在提供一种生物质成型燃料的制备方法，该方法是以水葫芦为生物质原料制备生物质型煤，本方法扩宽了水葫芦的利用范围，实现水葫芦资源化。
本发明方法通过如下具体方案实现本发明目的：
（1）将水葫芦在70-100℃干燥5-12h，使其水分含量低于15%，然后粉碎至粒度小于4mm；
（2）将褐煤进行常规粉碎呈粉状并用20-40目筛筛分。
（3）将粉碎后的水葫芦15-30质量份与10-15质量份的造纸废液或秸秆粘结剂混合，并搅拌均匀，混合物再与55-75质量份的褐煤混合均匀，最后在120-180℃、30-55MPa条件下用模具压制成型，即得到生物质成型燃料。
本发明中秸秆粘结剂是将自然干燥后的秸秆，粉碎至粒度为4-6cm，在秸秆中加入质量百分比浓度为1-4%的氢氧化钠溶液，在90℃下搅拌1-1.5h后冷却备用，其中秸秆和氢氧化钠溶液的混合比例为质量比1：2-5；其中秸秆为各种农作物秸秆，如玉米、大蒜、高粱、稻米、小麦等。
本发明中秸秆干燥后含水率低于30%。
本发明中造纸废液是来自造纸厂生产中产生的废水，使用时在90℃条件下加热1.5h，冷却备用。
生物质型煤的跌落强度测定方法采用GB／T154959规定的方法测定，而热稳定性按照《型煤热稳定性测定方法的研究》中公开的方法。
本发明的优点和技术效果如下：
（1） 本发明将水葫芦作为生物质型煤的生物质原料，其富含纤维、热值高，点火温度低，燃烧气化时型煤内部易形成“多孔结构”利于燃烧气的进入，提高了燃烧型煤的燃烧气化活性；而且，水葫芦富含多种金属元素，可作为褐煤催化气化的良好催化剂，从而提高低活性褐煤的燃烧气化活性；水葫芦自身的高活性，可以提高褐煤的燃烧活性，而褐煤的燃烧稳定性又弥补了水葫芦的燃烧不稳定性；
（2） 采用水葫芦制生物型煤可达到治理污染，保护环境，变废为宝的作用，而且成本低廉，扩宽了水葫芦的利用范围，实现水葫芦资源化；
（3） 本发明使用造纸废液以及自制秸秆类粘结剂为粘结剂；在满足型煤所需粘结剂性能的条件下，做到变废为宝，实现了造纸废液和秸秆的资源化；
（4） 本发明制作方法简单，而且制备的产物活性高，强度好。
附图说明
图1是本发明生物质成型燃料的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面通过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：本生物质成型燃料的制备方法，具体操作如下：
（1）将采自昆明滇池的水葫芦在80℃干燥10h，使其水分含量低于15%后，粉碎至粒度小
于4mm；
（2）将褐煤粉碎至粒度为20目；
（3）将自燃干燥后的玉米秸秆（干燥后含水率为20%），切成4-6cm间的长条状，在20kg玉米秸秆中加入质量百分比浓度为1%的氢氧化钠溶液100kg，在90℃下搅拌1小时后冷却，即得玉米秸秆粘结剂，备用；
（4）将粉碎后的水葫芦30kg与10kg的玉米秸秆粘结剂混合，并搅拌均匀，混合物再与60kg的褐煤混合均匀，最后在150℃、45MPa条件下用模具压制成型，即得到生物质成型燃料。
然后对其热稳定性以及冷强度进行测定，生物质型煤的跌落强度测定方法采用GB／T154959规定的方法测定，而热稳定性按照《型煤热稳定性测定方法的研究》中公开的方法测定，结果见表1。
实施例2：本生物质成型燃料的制备方法，具体操作如下：
（1）将采自昆明滇池的水葫芦在100℃干燥5h，使其水分含量低于15%后，粉碎至粒度小
于4mm；
（2）将褐煤粉碎至粒度为30目；
（3）将自燃干燥后的高粱秸秆（干燥后含水率为25%），切成4-6cm间的长条状，在20kg秸秆中加入质量百分比浓度为3%的氢氧化钠溶液40kg，在90℃下搅拌1.2小时后冷却，即得高粱秸秆粘结剂，备用；
（4）将粉碎后的水葫芦23kg与12kg的高粱秸秆粘结剂混合，并搅拌均匀，混合物再与65kg
的褐煤混合均匀，最后在120℃、55MPa条件下用模具压制成型，即得到生物质成型燃料。
然后对其热稳定性以及冷强度进行测定，生物质型煤的跌落强度测定方法采用GB／T154959规定的方法测定，而热稳定性按照《型煤热稳定性测定方法的研究》中公开的方法测定，结果见表1。
实施例3：本生物质成型燃料的制备方法，具体操作如下：
（1）将采自昆明滇池的水葫芦在70℃干燥12h，使其水分含量低于15%后，粉碎至粒度小
于4mm；
（2）将褐煤粉碎至粒度为40目；
（3）将自燃干燥后的大蒜秸秆（干燥后含水率为10%），切成4-6cm间的长条状，在30g秸秆中加入质量百分比浓
度为4%的氢氧化钠溶液60kg，在90℃下搅拌1.5小时后冷却，即得大蒜秸秆粘结剂，备用；
（4）将粉碎后的水葫芦30kg与15kg的大蒜秸秆粘结剂混合，并搅拌均匀，混合物再与55kg
的褐煤混合均匀，最后在180℃、30MPa条件下用模具压制成型，即得到生物质成型燃料。
然后对其热稳定性以及冷强度进行测定，生物质型煤的跌落强度测定方法采用GB／T154959规定的方法测定，而热稳定性按照《型煤热稳定性测定方法的研究》中公开的方法测定，结果见表1。
实施例4：本生物质成型燃料的制备方法，具体操作如下：
（1）将采自昆明滇池的水葫芦在90℃干燥7h，使其水分含量低于15%后，粉碎至粒度小
于4mm；
（2）将褐煤粉碎至粒度为35目；
（3）将来自昆明造纸厂的造纸废液在90℃条件下加热1.5h，冷却备用；
（4）将粉碎后的水葫芦15kg与10kg的大蒜秸秆粘结剂混合，并搅拌均匀，混合物再与75kg
的褐煤混合均匀，最后在160℃、40MPa条件下用模具压制成型，即得到生物质成型燃料。
然后对其热稳定性以及冷强度进行测定，生物质型煤的跌落强度测定方法采用GB／T154959规定的方法测定，而热稳定性按照《型煤热稳定性测定方法的研究》中公开的方法测定，结果见表1。
表1：生物质成型燃料稳定性及冷强度检测结果
| 冷强度/% | 热稳定性/% | |
| 实施例1 | 85.5 | 40.8 |
| 实施例2 | 83.8 | 42.5 |
| 实施例3 | 89.1 | 45.5 |
| 实施例4 | 82.4 | 40.5 |
Claims (4)
1.一种生物质成型燃料的制备方法，其特征在于具体操作如下：
（1）将水葫芦在70-100℃干燥5-12h，使其水分含量低于15%，然后粉碎至粒度小于4mm；
（2）将褐煤粉碎至粒度为20-40目；
（3）将粉碎后的水葫芦15-30质量份与10-15质量份的造纸废液或秸秆粘结剂混合，并搅拌均匀，混合物再与55-75质量份的褐煤混合均匀，最后在120-180℃、30-55MPa条件下成型，即得到生物质成型燃料。
2.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：秸秆粘结剂是将自然干燥后的秸秆，粉碎至粒度为4-6cm，在秸秆中加入质量百分比浓度为1-4%的氢氧化钠溶液，在90℃下搅拌1-1.5h后冷却备用，其中秸秆和氢氧化钠溶液的混合比例为质量比1:2-5。
3.根据权利要求2所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：秸秆干燥后含水率低于30%。
4.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于：造纸废液是在90℃条件下加热1.5h，冷却备用。
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