CN104357119A - 一种生物质碳颗粒及其制备方法 - Google Patents

一种生物质碳颗粒及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种生物质碳颗粒，包括以下重量份的组分：褐煤100份、秸秆1-5份、木屑1-5份、药渣10-20份、重油渣0-5份、橡胶0-5份；还公开所述生物质碳颗粒的制备方法，其包括以下步骤：S1、破碎；S2、发酵；S3、成型；本发明变废为宝，制备的生物质碳颗粒具有运输和储存的方便的特点，燃烧时具有发热量高和二氧化硫排放低的特点。

Description

一种生物质碳颗粒及其制备方法
技术领域
本发明涉及能源领域，特别是一种生物质碳颗粒及其制备方法。
背景技术
褐煤是一种煤化程度介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色的低级煤。是泥炭经成岩作用形成的腐殖煤，煤化程度最低，呈褐色、黑褐色或黑色，一般暗淡或呈沥青光泽，不具粘结性。其物理、化学性质介于泥炭和烟煤之间。水分大、挥发分高、密度小，含有腐殖酸，氧含量常达15～30％，在空气中易风化碎裂,发热量低。褐煤全水分一般可达20％～50％，分析基水分为10％～30％，挥发分高15％～30％、低位发热量一般只有11.71～16.73MJ/kg，易风化碎裂、易氧化自燃。在目前全球能源日趋紧张的形势下，开发对褐煤利用成为当前能源领域的当务之急。
中药资源是祖先留给我们的巨大宝库，随着中药资源的开发和利用尤其是现代工业科技的进步中药生产的工业化规模化程度不断加深发展了中药行业产生了巨大的经济效益。然而大量中药材提取后产生的药渣成为面临的严重问题。早期药渣处理主要是填埋焚烧堆放等这些方法造成环境的严重污染和资源的巨大浪费。随着全球倡导的节能减排低碳环保走绿色可持续发展道路的理念，近年来中药药渣再利用扩大得到一定的发展，然而目前对药渣利用程度远远不够。
我国是秸秆产生大国，每年都产生上亿吨的秸秆。目前国内秸秆总量中，直接作为生活燃料约占20％，用作肥料还田的约占15％，用作饲料的约占15％，作为工业原料约占2％，被废弃或直接燃烧的约占33％。直接废弃造成大量的资源浪费，直接燃烧会产生大量的粉尘，造成环境污染，因此有必要开发新的利用方式。
发明内容
本发明提出一种生物质碳颗粒，具有高发热量、低污染的特点，解决了现有技术中对褐煤、药渣、秸秆等利用不够的缺点，同时还提出了所述生物质碳颗粒的制备方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种生物质碳颗粒，包括以下重量份的组分：褐煤100份、秸秆1-5份、木屑1-5份、药渣10-20份、重油渣0-5份、橡胶0-5份。
进一步的，所述褐煤的颗粒大小≥4目，所述橡胶的颗粒度≥30目。
进一步的，所述的生物碳颗粒的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将所述秸秆、所述木屑和所述药渣放入破碎机中破碎，得到碎片混合物；
S2、将S1所得的碎片混合物加入水进行发酵，控制发酵时间，得到碱性发酵物；
S3、将S2得到的碱性发酵物加入褐煤、重油渣和橡胶粉进行搅拌混合，混合完毕后放入碳化颗粒机中成型，控制成型温度和成型压力，得到生物质碳颗粒。
进一步的，S1中碎片混合物的尺寸≤5cm。
进一步的，S2中的水用量为6-15份，发酵时间为4-7个月。
进一步的，S3中成型温度为200-230℃，成型压力为1.5-3MPa。
秸秆、木屑和药渣形成的碱性发酵物中含有大量的有机碱与褐煤中的腐殖酸进行中和，增加褐煤的粘结性能，使生物质碳颗粒更容易成型，提高生物质碳颗粒的硬度。
秸秆、木屑和药渣形成的碱性发酵物中含有部分未发酵的碳纤维，部分未发酵的碳纤维经搅拌后均匀的与褐煤混合，在成型后，加强生物质碳颗粒的抗拉强度，方便生物质碳颗粒运输和储存。生物质碳颗粒燃烧时，由于碳纤维的燃点低，比褐煤更快的燃烧完毕，此时生物质碳颗粒形成空腔结构，有利于生物质碳颗粒内部气体的流通，增加生物质碳颗粒的产热量。
秸秆、木屑和药渣形成的碱性发酵物中含有硝酸盐和亚硝酸盐，硝酸盐和亚硝酸盐在生物质碳颗粒中可以起助燃作用，提高生物质碳颗粒的产热量。
秸秆、木屑和药渣形成的碱性发酵物中含有丰富的钙、镁、钠、钾等元素，形成的生物质碳颗粒燃烧时，部分钙元素形成氧化钙，部分镁元素形成氧化镁，部分钠元素形成碳酸钠，部分钾元素形成碳酸钾，氧化钙、氧化镁、碳酸钠和碳酸钾均能固定褐煤和橡胶中硫元素，减小生物质碳颗粒燃烧时二氧化硫的产生。
相对现有技术，本发明具有以下优点：
(1)本发明提出的生物质碳颗粒包括褐煤、秸秆、木屑和药渣，充分利用自然资源、变废为宝，同时生物质碳颗粒中还可以加入重油渣和橡胶粉，充分缓解重油渣和橡胶粉带来的污染问题。
(2)本发明提出的生物质碳颗粒具有运输和储存的方便的特点，燃烧时具有发热量高和二氧化硫排放低的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明生物质碳颗粒的工艺流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
生物质碳颗粒的检测标准：参照《煤中全水分的测定方法》GB/T211-2007；参照《煤的工业分析方法》GB/T212-2008；参照《煤的发热量测定方法》GB/T213-2008；参照《煤中全硫的测定方法》GB/T214-2007。
实施例1
一种生物质碳颗粒，包括以下重量份的组分：褐煤100份、秸秆5份、木屑5份、药渣20份。
进一步的，所述褐煤的颗粒大小≥4目，所述橡胶的颗粒度≥30目。
进一步的，所述的生物碳颗粒的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将所述秸秆、所述木屑和所述药渣放入破碎机中破碎，得到尺寸小于等于5cm的碎片混合物；
S2、将S1所得的碎片混合物加入15份水进行发酵，发酵4个月，得到碱性发酵物；
S3、将S2得到的碱性发酵物加入褐煤进行搅拌混合，混合完毕后放入碳化颗粒机中成型，控制成型温度为200℃，成型压力为1.5MPa，得到生物质碳颗粒。
得到的生物质碳颗粒检测参数如下：
收到基全水分Mt：19.36％；
空气干燥基水分Mad：4.83％；
空气干燥基全硫含量St,ad：0.34％；
收到基发热量Qy：18.35MJ/kg(4389cal/g)。
生物质碳颗粒燃烧后，31.7％硫变成二氧化硫或者粉尘进入空气中，68.3％硫被固定在煤渣中。
本实施例制得的生物质碳颗粒储存十二月后，各参数无明显变化。
实施例2
一种生物质碳颗粒，包括以下重量份的组分：褐煤100份、秸秆3份、木屑3份、药渣15份。
进一步的，所述褐煤的颗粒大小≥4目，所述橡胶的颗粒度≥30目。
进一步的，所述的生物碳颗粒的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将所述秸秆、所述木屑和所述药渣放入破碎机中破碎，得到尺寸小于等于5cm的碎片混合物；
S2、将S1所得的碎片混合物加入10份水进行发酵，发酵4个月，得到碱性发酵物；
S3、将S2得到的碱性发酵物加入褐煤进行搅拌混合，混合完毕后放入碳化颗粒机中成型，控制成型温度为210℃，成型压力为2MPa，得到生物质碳颗粒。
得到的生物质碳颗粒检测参数如下：
收到基全水分Mt：18.81％；
空气干燥基水分Mad：4.32％；
空气干燥基全硫含量St,ad：0.41％
收到基发热量Qy：18.51MJ/kg(4427cal/g)。
生物质碳颗粒燃烧后，33.2％硫变成二氧化硫或者粉尘进入空气中，66.8％硫被固定在煤渣中。
本实施例制得的生物质碳颗粒储存十二月后，各参数无明显变化。
实施例3
一种生物质碳颗粒，包括以下重量份的组分：褐煤100份、秸秆1份、木屑1份、药渣10份。
进一步的，所述褐煤的颗粒大小≥4目，所述橡胶的颗粒度≥30目。
进一步的，所述的生物碳颗粒的制备方法，其包括以下步骤：
S1、将所述秸秆、所述木屑和所述药渣放入破碎机中破碎，得到尺寸小于等于5cm的碎片混合物；
S2、将S1所得的碎片混合物加入6份水进行发酵，发酵4个月，得到碱性发酵物；
S3、将S2得到的碱性发酵物加入褐煤进行搅拌混合，混合完毕后放入碳化颗粒机中成型，控制成型温度为230℃，成型压力为3MPa，得到生物质碳颗粒。
得到的生物质碳颗粒检测参数如下：
收到基全水分Mt：17.35％；
空气干燥基水分Mad：3.45％；
空气干燥基全硫含量St,ad：0.46％
收到基发热量Qy：18.87MJ/kg(4513cal/g)。
生物质碳颗粒燃烧后，34.7％硫变成二氧化硫或者粉尘进入空气中，65.3％硫被固定在煤渣中。
本实施例制得的生物质碳颗粒储存十二月后，各参数无明显变化。
实施例4
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：生物质碳颗粒中加入了5份橡胶粉。
得到的生物质碳颗粒检测参数如下：
收到基全水分Mt：18.64％；
空气干燥基水分Mad：4.65％；
空气干燥基全硫含量St,ad：0.55％；
收到基发热量Qy：19.03MJ/kg(4552cal/g)。
生物质碳颗粒燃烧后，32.6％硫变成二氧化硫或者粉尘进入空气中，67.4％硫被固定在煤渣中。
本实施例制得的生物质碳颗粒储存十二月后，各参数无明显变化。
实施例5
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：生物质碳颗粒中加入了5份重油渣。
得到的生物质碳颗粒检测参数如下：
收到基全水分Mt：18.75％；
空气干燥基水分Mad：4.69％；
空气干燥基全硫含量St,ad：0.38％；
收到基发热量Qy：19.18MJ/kg(4587cal/g)。
生物质碳颗粒燃烧后，32.1％硫变成二氧化硫或者粉尘进入空气中，67.9％硫被固定在煤渣中。
本实施例制得的生物质碳颗粒储存十二月后，各参数无明显变化。
实施例6
本实施例与实施例1基本相同，不同之处在于：生物质碳颗粒中加入了2.5份橡胶粉和2.5份重油渣。
得到的生物质碳颗粒检测参数如下：
收到基全水分Mt：18.71％；
空气干燥基水分Mad：4.67％；
空气干燥基全硫含量St,ad：0.47％；
收到基发热量Qy：19.11MJ/kg(4570cal/g)。
生物质碳颗粒燃烧后，32.3％硫变成二氧化硫或者粉尘进入空气中，67.7％硫被固定在煤渣中。
本实施例制得的生物质碳颗粒储存十二月后，各参数无明显变化。
本发明中还可以加入其他原料，如稻壳、树皮等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种生物质碳颗粒，其特征在于，包括以下重量份的组分：褐煤100份、秸秆1-5份、木屑1-5份、药渣10-20份、重油渣0-5份、橡胶0-5份。
2.根据权利要求1所述的生物质碳颗粒，其特征在于：所述褐煤的颗粒大小≥4目，所述橡胶的颗粒度≥30目。
3.根据权利要求1所述的生物碳颗粒的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、将所述秸秆、所述木屑和所述药渣放入破碎机中破碎，得到碎片混合物；
S2、将S1所得的碎片混合物加入水进行发酵，控制发酵时间，得到碱性发酵物；
S3、将S2得到的碱性发酵物加入褐煤、重油渣和橡胶粉进行搅拌混合，混合完毕后放入碳化颗粒机中成型，控制成型温度和成型压力，得到生物质碳颗粒。
4.根据权利要求3所述的生物碳颗粒的制备方法，其特征在于：S1中碎片混合物的尺寸≤5cm。
5.根据权利要求3所述的生物碳颗粒的制备方法，其特征在于：S2中的水用量为6-15份，发酵时间为4-7个月。
6.根据权利要求3所述的生物碳颗粒的制备方法，其特征在于：S3中成型温度为200-230℃，成型压力为1.5-3MPa。
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