CN103602359B - 一种混合型生物质成型燃料及其成型方法 - Google Patents

一种混合型生物质成型燃料及其成型方法 Download PDF

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Abstract

一种混合型生物质成型燃料及其成型方法，一种混合型生物质成型燃料，采用油料植物果实压榨饼粕、或油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物与纤维素类生物质碎屑混合压制成型。其成型方法包括以下步骤：（1）原料预处理；（2）混合与成型；即得到混合生物质成型燃料。本发明之混合型生物质成型燃料燃烧率高，能解决油料植物果实加工废物废料处置问题；成型过程能耗低，设备损耗小，便于大规模连续生产，且便于运输和保存；强度高，便于运输和使用；本发明之混合型生物质成型燃料的成型方法，是对工业油料废弃物深度利用，利用油料废弃物优化生物质燃料的生产工艺，操作简单、污染低、投资小、易于规模化生产，对设备损耗小。

Description

一种混合型生物质成型燃料及其成型方法
技术领域
本发明涉及生物质能利用和固体废弃物资源化利用，尤其涉及一种混合型生物质成型燃料及其成型方法。
背景技术
自上世纪七十年代出现石油危机后，石油、煤、天然气等人类利用的主要资源出现短缺，并逐渐受到各国的关注，同时随着世界人口和人民生活水平的提高，各类的不可再生能源消耗日益增长，能源危机日益严重。
另一方面，由于大量的化石燃料的燃烧，空气中的NOx、SO2和CO2等含量逐年升高，引发了酸雨、温室效应等一系列的环境问题，给自然环境和人类生活带来了巨大的危害，故各国都在积极地研究废物再利用和新型能源。
油料植物果实加工废物作为大宗产品的废物受到各国的关注。我国作为最大的油料消费国，每年油料的消费量达到3000万吨，而产出的油料植物果实加工废物也是十分庞大的。随着我国油料产品的消耗逐年增长，油料加工饼粕等废物的产生量也将持续增长。
油料植物果实加工废物主要分为油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物。
油料植物果实压榨饼粕主要用于动物饲料的制备，但由于饼粕中含有茶皂素和毒蛋白等物质，直接制备成动物饲料的难度和成本较高。
中国专利201110441650.6公开了一种茶籽饼粕的生物脱毒方法，采用在粉碎的茶籽饼粕中加入磷酸氢二钾、氯化镁、2000～4000U/g的酸性纤维素酶、及微生物菌种来降低蛋白质中的毒性，但由于该工艺运行条件复杂和难于控制，而很难用于大规模的油料残渣处理。
填埋法将无法实现资源化利用，并占用填埋场地，增加填埋废弃和垃圾渗沥液产量，影响后续环境成本和安全成本。
直接燃烧处理是一种资源的浪费，并且会产生有害物质，污染环境。
油料植物果实油裂解固相产物是果实油转化高品质化工产品的副产物，随着油料植物果实油开发利用层次的提升，裂解固相产物处理与处置的重要性将逐步显现。
目前，裂解固相产物的处理与处置方法还不成熟，主要以直接燃烧为主。因此如何有效利用油料植物果实加工废物成为各方关注的焦点。
近年来，生物质能以其可再生、对环境友好、广泛分布和产量大等优点成为了当今新能源的重要组成部分。
目前，生物质成型技术按其压模形状的不同可分为平模挤压成型机和环模挤压成型机，其特点是不需要外加热，仅依靠物料成型时所产生的摩擦热即可将木质素软化，将木屑和刨花压缩成固体成型燃料，原料一般含水率为10-22％，压制成型后的颗粒密度均在0.9t/m3以上，颗粒燃烧后排放废气中CO、NOx和SO2的含量也符合国家标准（CO零排放，NOx14mg／m3，SO246mg/m3，远低于国家标准，可忽略不计烟尘低于127mg/m3，远低于国家标准）。因此生物质能将成为一种广泛利用的可再生环保绿色能源。
然而生物质在成型中对成型模具和压辊的磨损较大，降低了机器的使用寿命（模具寿命不足700小时，压辊寿命不足10000小时），这不仅导致了生产成本的升高，而且也不利于设备的连续使用。除此以外，成型后颗粒的强度过低和易于燃烧，使得产品不便于运输和储存，影响了生物质成型厂家的利润。
同时，我国现有生物质成型工艺主要来自上世纪八九型工艺，并通过吸收引进瑞典和北美先进技术而形成的，未考虑我国生物质资源的特有情况。我国生物质原料主要以杂木和农业秸秆为主，原料品种多而杂，与国外单一品种原料供应情况不同，不同原料中的纤维成分和木质素（主要天然粘结剂）含量不同，对成型工艺的要求不同。因此，直接利用生物质原料在现有成型工艺中制备成型燃料，其成型设备很难满足混杂原料的成型要求。
中国专利001207873公开了生物质型煤高压成型设备及其成型方法，利用生物质网络连接作用实现成型，使其压缩量大，重叠压合提升成型压力的能力强，而且简化了成型设备。然而此种设备的改进只使生产能力提高，并未解决设备的磨损和能耗过高等问题，仍然难以实现稳定、连续的生产。
中国专利200910039713.8公开了生物质成型燃料，采用生物质原料颗粒和燃料添加剂混合挤压成型，以生物质颗粒的重量为基准，添加质量百分比为0.1-5%的油脂、重量百分比为0.1-2%的固硫剂和质量百分比为0.1-0.5的助燃剂。添加油脂和助燃剂虽然可以减小对设备的损耗和提高热值，但却使得运行程序过于复杂，而且增加了运营成本，因此很难受到广泛的推广与应用。
因此，寻求一种既能减小设备损耗又能降低成本的生产方法是生物质能的主要研究方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种成型能耗低、成型颗粒强度高和颗粒吸水性弱的混合型生物质成型燃料及其成型方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是，
本发明之一种混合型生物质成型燃料，采用油料植物果实压榨饼粕、或油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物与纤维素类生物质碎屑混合压制成型。
进一步，所述纤维素类生物质为硬木、软木、或草本植物。
进一步，所述油料植物果实压榨饼粕为油料植物果实加工废物。
进一步，所述油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物为油料植物果实加工废物。
进一步，所述油料植物果实油裂解固相产物为油料植物果实经冷榨所得植物油的催化裂解。
进一步，所述油料植物果实为大豆、花生、芝麻、山苍子、蓖麻、光皮树、苏子、油用亚麻和大麻。
本发明之混合型生物质成型燃料的成型方法，包括以下步骤：
（1）原料预处理：将纤维素类生物质碎屑置于温度为20-30℃、湿度为70-90%的环境下堆放2-3周，再将其置于40-60℃下干燥至含水率为10-25%（优选10-15%），然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的纤维素类生物质碎屑原料；
将油料植物果实压榨饼粕、或油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物置于40-60℃下干燥至含水率为4%-6%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的油料植物果实加工废物原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的油料植物果实压榨饼粕、或油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物与纤维素类生物质碎屑原料以干基质量比不超过1：1（优选1:3）混合搅拌,加入占油料植物果实加工废物干基质量1-3%的生石灰，以调节混合物的含水率为5-20%（优选10-15%），然后将其挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料。
进一步，步骤（2）中，挤压成型的条件为：挤压压强90-130MPa（优选110-130MPa）、成型温度90-150℃（优选110-130℃）。
经检测，本方法制备的混合型生物质成型燃料的干基热值为16000-20000J/g，油料植物果实压榨饼粕的干基热值范围为18000-22000J/g，纤维素类生物质的干基热值为14000-18000J/g。
与现有技术相比，本发明之混合型生物质成型燃料具有以下优点：
1.燃烧率高，采用油料植物果实加工废物作为原料，燃烧率高，且能实现油料植物果实加工废物的资源化利用，能解决油料植物果实加工废物废料处置问题；
3.成型过程能耗低，设备损耗小，便于大规模连续生产，且便于运输和保存，油料植物果实加工废物含有油脂，在生物质颗粒制备中作为“润滑剂”；亦能降低成型颗粒的吸水性，便于运输和保存；
4.强度高，便于运输和使用，利用油料植物果实加工废物含有蛋白质，在生物质制备中可作为“粘结剂”；
本发明之混合型生物质成型燃料的成型方法，是对工业油料废弃物深度利用，利用油料废弃物优化生物质燃料的生产工艺，操作简单、污染低、投资小、易于规模化生产，对设备的损耗小，将纤维素类生物质碎屑置于温度为20-30℃和湿度为70-90%的恒温恒湿箱内1周以上，能实现水分在生物质原料中的均匀分布，促进成型。
具体实施方式
实施例1
本实施例将蓖麻果实加工废物与杉木木屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将杉木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的杉木木屑原料；
将蓖麻果实加工废物置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的蓖麻果实加工废物原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的杉木木屑原料和蓖麻果实加工废物原料按质量比为1：1混合搅拌,加入占蓖麻果实加工废物残渣干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为10%，然后将其置于成型压强为110MPa，成型温度为110℃的条件下挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料颗粒。
蓖麻果实加工废物为蓖麻果实压榨饼粕和蓖麻果实油裂解固相产物的混合物。
生物质的Meyer强度采用DWD-10型电子式万能试验机进行测定（Meyer强度的定义是作用力除以投影的压痕面积，Meyer强度的计算公式如下：Hm=F/[π(Dh-h2)]；
其中，Hm为Meyer强度（N/mm2）；F为压制棒的最大压力（N）；D为压制棒的直径（mm）；h为压制棒运行的距离（mm）。
混合生物质燃料生物质吸水性实验步骤如下：将得到的混合型生物质成型燃料颗粒置于温度为30℃、湿度为90%的恒温恒湿箱中，放置48h并测其质量，其吸水性计算公式如下：wt=（m2-m1）/m1*100；
其中，wt为颗粒吸水率，m1吸水前质量，m2为吸水后质量；
本实施例制备的混合生物质燃料生物质的成型能耗、颗粒强度和吸水率结果见表1。
实施例2
本实施例将光皮果实加工废物与樟木木屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
(1)原料预处理：将樟木木屑置于温度为30℃、湿度为70%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的樟木木屑原料；
将光皮果实加工废物置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的光皮果实加工废物原料；
(2)混合与成型：将步骤（1）预处理得到的樟木木屑原料和光皮果实加工废物原料按质量比为2：1混合搅拌,加入占光皮果实加工废物干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为15%，然后将其置于成型压强为90MPa，成型温度为90℃的条件下挤压成型，即得到混合生物质燃料颗粒。
光皮果实加工废物为光皮果实压榨饼粕和光皮果实油裂解固相产物的混合物。
本实施例制备的混合生物质燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
实施例3
本实施例将山苍子果实加工废物与干草屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将干草屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的干草屑原料；
将山苍子果实加工废物置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的山苍子果实加工废物原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的干草屑原料和山苍子果实加工废物原料按质量比为1:1混合搅拌,加入占山苍子果实加工废物干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为20%，然后将其置于成型压强为130MPa，成型温度为150℃的条件下挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料颗粒。
山苍子果实加工废物为山苍子果实压榨饼粕和山苍子果实油裂解固相产物的混合物。
本实施例制备的混合生物质燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
实施例4
本实施例将蓖麻果实加工废物中的压榨饼粕与杉木木屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将杉木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的杉木木屑原料；
将蓖麻果实加工废物中的压榨饼粕置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的蓖麻果实加工废物中的压榨饼粕原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的杉木木屑原料与蓖麻果实加工废物中的压榨饼粕原料按质量比为3：1混合搅拌,加入占蓖麻果实加工废物中的压榨饼粕干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为10%，然后将其置于成型压强为110MPa，成型温度为110℃的条件下挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料颗粒。
本实施例制备的混合型生物质成型燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
实施例5
本实施例将光皮果实加工废物中的压榨饼粕与樟木木屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将樟木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的樟木木屑原料；
将光皮果实加工废物中的压榨饼粕置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的光皮果实加工废物中的压榨饼粕原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的樟木木屑原料和光皮果实加工废物中的压榨饼粕原料按质量比为3：1混合搅拌,加入占光皮果实加工废物中的压榨饼粕干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为15%，然后将其置于成型压强为90MPa，成型温度为90℃的条件下挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料颗粒。
本实施例制备的混合型生物质成型燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
实施例6
本实施例将蓖麻和光皮树果实加工废物中压榨饼粕的与杉木木屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将杉木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的杉木木屑原料；
将蓖麻和光皮树果实加工废物中的压榨饼粕置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的蓖麻和光皮树果实加工废物中的压榨饼粕原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的杉木木屑原料与蓖麻和光皮树果实加工废物中的压榨饼粕原料按质量比为1：1混合搅拌,加入占蓖麻和光皮树果实加工废物中的压榨饼粕干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为10%，然后将其置于成型压强为110MPa，成型温度为110℃的条件下挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料颗粒。
本实施例制备的混合型生物质成型燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
实施例7
本实施例将光皮树和山苍子果实加工废物中的压榨饼粕与樟木木屑混合压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将樟木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的樟木木屑原料；
将光皮树和山苍子果实加工废物中的压榨饼粕置于40℃下干燥至含水率为5%，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的光皮树和山苍子果实加工废物中的压榨饼粕原料；
（2）混合与成型：将步骤（1）预处理得到的樟木木屑原料与光皮树和山苍子果实加工废物中的压榨饼粕原料按质量比为3：1混合搅拌,加入占光皮树和山苍子果实加工废物中的压榨饼粕干基质量3%的生石灰，以调节混合物的含水率为15%，然后将其置于成型压强为90MPa，成型温度为90℃的条件下挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料颗粒。
本实施例制备的混合型生物质成型燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
对比例1：
本实施例将杉木木屑压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将杉木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的杉木木屑原料；
（2）成型：向步骤（1）预处理得到的杉木木屑原料中加入占杉木木屑原料干基质量3%的生石灰混合，调节其含水率为10%，然后将其置于成型压强为110MPa，成型温度为110℃的条件下挤压成型，即得到生物质燃料颗粒。
本实施例制备的生物质燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
对比例2：
本实施例将樟木木屑压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）预处理阶段：将樟木木屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的樟木木屑原料；
（2）成型：向步骤（1）预处理得到的樟木木屑原料中加入占樟木木屑原料干基质量3%的生石灰混合，调节其含水率为15%，然后将其置于成型压强为90MPa，成型温度为90℃的条件下挤压成型，即得到生物质燃料颗粒。
本实施例制备的生物质燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
对比例3：
本实施例将干草屑压制成型，其成型方法包括以下步骤：
（1）原料预处理：将干草屑置于温度为20℃、湿度为90%的恒温恒湿箱内堆放2周，再将其置于40℃下干燥至含水率为10%，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的干草屑原料；
（2）成型：向步骤（1）预处理得到的干草屑原料中加入占干草屑原料干基质量3%的生石灰混合，调节其含水率为20%，然后将其置于成型压强为130MPa，成型温度为150℃的条件下挤压成型，即得到生物质燃料颗粒。
本实施例制备的生物质燃料颗粒的成型能耗、颗粒强度和吸水率见表1。
表1：实施例对比表

Claims (7)

1.一种混合型生物质成型燃料，其特征在于，采用油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物与纤维素类生物质碎屑混合压制成型，所述油料植物果实油裂解固相产物为油料植物果实经冷榨所得植物油的催化裂解的产物。
2.根据权利要求1所述的混合型生物质成型燃料，其特征在于，所述纤维素类生物质为硬木、软木、草本植物。
3.根据权利要求1或2所述的混合型生物质成型燃料，其特征在于，所述油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物为油料植物果实加工废物。
4.根据权利要求1或2所述的混合型生物质成型燃料，其特征在于，所述油料植物果实为大豆、花生、芝麻、山苍子、蓖麻、光皮树、苏子、油用亚麻、大麻。
5.成型一种如权利要求1至4之一所述的混合型生物质成型燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)原料预处理：将纤维素类生物质碎屑置于温度为20-30℃、湿度为70-90％的环境下堆放2-3周，再将其置于40-60℃下干燥至含水率为10-25％，然后将其过筛，筛选出粒径不大于2mm的纤维素类生物质碎屑原料；
将油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物置于40-60℃下干燥至含水率为4％-6％，用粉碎机粉碎，并过筛，筛选出粒径不大于2mm的油料植物果实加工废物原料；
(2)混合与成型：将步骤(1)预处理得到的油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物与纤维素类生物质碎屑原料以干基质量比不超过1：1混合搅拌,加入占油料植物果实加工废物干基质量1-3％的生石灰，以调节混合物的含水率为5-20％，然后将其挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料；挤压成型的条件为：挤压压强90-130MPa、成型温度90-150℃。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤(2)混合与成型：将步骤(1)预处理得到的油料植物果实压榨饼粕和油料植物果实油裂解固相产物的混合物与纤维素类生物质碎屑原料以干基质量比1:3混合搅拌,加入占油料植物果实加工废物残渣干基质量1-3％的生石灰，以调节混合物的含水率为10-15％，然后将其挤压成型，即得到混合型生物质成型燃料。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，挤压成型的条件为：挤压压强110-130MPa、成型温度110-130℃。
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