CN103834451A - 一种环保型竹质生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

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费本华
江泽慧
刘杏娥
孙正军
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Abstract

本发明公开了一种环保型竹质生物质颗粒燃料及其制备方法，所述生物质原料是由竹材材料和造纸黑液木质素混合而成，所述竹材材料是由竹材或竹材加工剩余物或其二者的混合物，所述生物质颗粒燃料经过经碳化、削片、粉碎、筛选、调湿后，压缩而成。与现有生物质颗粒燃料相比较，本发明在不添加任何化学粘结剂的情况下，利用竹材和竹材造纸黑液木质素生产出一种节能、环保，发热量高的生物质固体燃料。该燃料的性能可满足美国和欧洲标准的性能要求，可产生较好的经济效益、环境效益和社会效益。该产品使用时，发热量高，灰分低，符合环境保护要求，是中国具有商业化开发潜力的生物质固体燃料，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。

Description

一种环保型竹质生物质颗粒燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种生物质燃料，尤其涉及一种环保型竹质生物质颗粒燃料及其制备方法。
背景技术
面对化石能源危机和全球生态环境的破坏等问题的日益突出，开发可再生的生物质清洁能源已成为现今世界经济发展的主要动力。我国是一个生物质资源利用的大国，各种生物质资源十分丰富，如农作物秸秆和林业剩余物。这些生物质资源的传统的利用方式是直接燃烧，造成了能量转化效率低，资源消耗大等缺点。
近年来，人们开始研究了利用农作物秸秆和林木废弃物生产生物质颗粒燃料的方法，如中国专利(专利公开号：CN101012404A)公开了利用农作物秸秆、农作物壳、植物根茎、杂草、竹木枝叶、锯木屑、禽畜粪便等生物质燃料和红薯或马铃薯混合压制粒状或条状的成型燃料。中国专利(专利公开号：CN101402891A)公开了利用林木剩余物制备生物质颗粒燃料的方法。该燃料是将林木废弃物经削片、粉碎、筛选、烘干、造粒、冷却等工序生产的符合环境保护放的质量优良、价格合理的燃料。
竹材是我国一种资源丰富、分布范围广、生长速度快的生物质资源，是开发竹材固体生物质能源的潜在生物质资源。目前关于利用竹材生产生物质颗粒燃料的信息很少。但竹材是我国一种资源丰富、分布范围广、生长速度快的生物质资源，是开发竹材固体生物质能源的潜在生物质资源。国内在生物碳的制备技术一般是450-600℃的条件下进行，造成了生物质材料内化学成分的高度热降解，不仅需要消耗更多的能量，而且生物碳的燃烧热值也会显著降低。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决上述问题，利用竹材与造纸黑液木质素混合的环保型竹质生物质颗粒燃料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种环保型竹质生物质颗粒燃料，所述生物质原料是由竹材材料和造纸黑液木质素混合而成，所述竹材材料是由竹材或竹材加工剩余物或其二者的混合物；
作为优选，所述竹材材料采用一种或多种竹材或其竹材加工剩余物组成；
作为优选，所述竹材材料与造纸黑液木质素的质量比小于10∶1，所述竹材材料与造纸黑液木质素的质量比为20∶1时效果最佳；现在的生物质颗粒燃料生产过程中很少添加粘结剂，目的是降低成本和环保。只通过材料内的半纤维素和木质素在成型过程中发生塑性流动，将颗粒粘结到一起。但由于竹材强度大，利用竹材制备的生物质颗粒燃料的机械性能低。国内目前有许多竹浆造纸企业，造纸黑液木质素是此类企业的剩余物，目前无法利用，造成环境污染。在生物质颗粒燃料成型过程中，正好利用造纸黑液木质素提高生物质颗粒燃料的机械强度，也有利于造纸企业的废液处理，提高利润，降低环境污染。
作为优选，所述的环保型竹质生物质颗粒燃料的长度在3-50mm，直径在3-20mm、含水率小于10％、灰分值低于10％、燃烧热值应大于17500J／g。
一种环保型竹质生物质颗粒燃料制备方法，方法步骤如下，
a.采用生物碳低温碳化技术，将竹材材料在碳化温度200-300℃和隔氧条件下进行碳化；生物质材料的典型特点是水分和挥发成分高，这些物质导致生物质材料的燃烧过程不稳定，很难控制其燃烧的过程。并且，这些物质在燃烧的过程中需要吸收热量发生降解，导致材料燃烧热值降低，所以采用了低温碳化技术，碳化温度不能过高，会导致生物质材料成分的热降解，降低其机械性能。同时，要在隔氧的条件下碳化，防止材料在碳化的过程中燃烧。碳化后，生物质材料的水分和挥发分降低，燃烧热值增加，点燃温度提高，燃烧稳定性增强，可与煤炭进行混合燃烧；而且碳化处理后，材料的强度有所降低，导致后期的材料粉碎过程中能节省很多的能量，减少成本；
b.将所述竹材材料须经粉碎，粉碎后的生物质原料可是颗粒状或纤维状材料；
c.经筛选机选取粒径在5mm以下的生物质原料；
d.将竹材材料经调湿处理，调湿后的含水率在25％以下；
e.再将竹材材料与造纸黑液木质素按比例均匀混合；
f.再将生物质原料经过生物质颗粒成型机压制而成，再进行密封包装。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在不添加任何化学粘结剂的情况下，利用竹材和竹材造纸黑液木质素生产出一种节能、环保，发热量高的生物质固体燃料。该燃料的性能可满足美国和欧洲标准的性能要求，可产生较好的经济效益、环境效益和社会效益。该产品使用时，发热量高，灰分低，符合环境保护要求，是中国具有商业化开发潜力的生物质固体燃料，具有较好的经济效益、社会效益和环境效益。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例：利用小型的常温滚压式生物质颗粒成型机制备竹材生物质颗粒燃料。
竹材生物质颗粒燃料的制备过程如下：
毛竹材料利用木材粉碎机制备竹材颗粒，并利用机械筛选机选取粒径小于3.0mm的竹材颗粒。
采用生物碳低温碳化技术，将竹材材料在碳化温度200-300℃和隔氧条件下进行碳化。
将上述竹材生物质颗粒的含水率调节到16％左右。
将上述竹材生物质颗粒与竹材造纸废液按质量比20∶1混合均匀。
利用生物质颗粒成型机制造竹质颗粒燃料，制造过程中没添加任何的化学粘结剂。
将竹材生物质颗粒燃料放置在干燥的环境中自然干燥一段时间，使其含水率和几何尺寸达到平衡。
竹材生物质颗粒燃料为圆柱体，长度约为12mm左右，直径约为6mm左右。
竹材生物质颗粒燃料的堆积密度约为0.65g／cm3。
竹材生物质颗粒燃料的含水率约为5.0％左右。
竹材生物质颗粒燃料的机械强度满足美国颗粒燃料协会《民用／商用生物质颗粒燃料》的要求。
竹材生物质颗粒燃料的灰分含量约为3.0％。
竹材生物质颗粒燃料的燃烧热值约为18460J／g，大于德国标准《木质生物质颗粒燃料》中规定的商业化生物质颗粒燃料燃烧热值(17500J／g)的最低要求。
以上对本发明所提供的一种环保型竹质生物质颗粒燃料及其制备方法进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种环保型竹质生物质颗粒燃料，其特征在于：所述生物质原料是由竹材材料和造纸黑液木质素混合而成，所述竹材材料是由竹材或竹材加工剩余物或其二者的混合物。
2.根据权利要求1所述一种环保型竹质生物质颗粒燃料，其特征在于：所述竹材材料采用一种或多种竹材或其竹材加工剩余物组成。
3.根据权利要求1所述一种环保型竹质生物质颗粒燃料，其特征在于：所述竹材材料与造纸黑液木质素的质量比小于10∶1，所述竹材材料与造纸黑液木质素的质量比为20∶1时效果最佳。
4.根据权利要求1所述一种环保型竹质生物质颗粒燃料，其特征在于：所述的环保型竹质生物质颗粒燃料的长度在3-50mm，直径在3-20mm、含水率小于10％、灰分值低于10％、燃烧热值应大于17500J／g。
5.根据权利要求1所述一种环保型竹质生物质颗粒燃料制备方法，其特征在于：方法步骤如下，
a.采用生物碳低温碳化技术，将竹材材料在碳化温度200-300℃和隔氧条件下进行碳化；
b.将所述竹材材料须经粉碎，粉碎后的生物质原料可是颗粒状或纤维状材料；
c.经筛选机选取粒径在5mm以下的生物质原料；
d.将竹材材料经调湿处理，调湿后的含水率在25％以下；
e.再将竹材材料与造纸黑液木质素按比例均匀混合；
f.再将生物质原料经过生物质颗粒成型机压制而成。
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