CN104357123B - 蓝藻固体成型燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓝藻固体成型燃料及其制备方法,其中蓝藻固体成型燃料以蓝藻为原料,将蓝藻干燥至含水率为8%~15%,然后加入脱硝防霉剂进行挤压成型,得到蓝藻固体成型燃料。其制备方法包括干燥、粉碎、加脱硝防霉剂、挤压成型步骤。本发明的方法简便易行、成本低、能耗低、节能环保、处理效率高、便于大规模工业化生产等特点,生产出来的固体燃料具有储运方便、热值高、成型率高、破碎率低、不易霉变、燃烧效率高、污染少、适应范围广等特点。
Description
技术领域
本发明涉及固体成型燃料技术领域,尤其涉及一种蓝藻固体成型燃料及其制备方法。
背景技术
富营养化水体爆发藻类形成水华,是一个全球性问题。近二十几年来,随着工农业迅速发展,人口剧增,城镇化加速,大量未经有效处理的生活污水和工农业生产废水排入江河湖海,使水环境受到严重污染,许多水体的富营养化程度加剧。而水体富营养化导致许多淡水湖泊水华泛滥、海湾赤潮频发,大量蓝藻释放的有毒物质(藻毒素)、蓝藻死亡后释放的致臭物质和有机物使得局部水质和空气质量严重恶化,严重危及渔业和饮用水安全,破坏了景观水体的水质。目前主要通过打捞以控制蓝藻生长,改善水体水质,提升水质生态环境。
打捞蓝藻所得的富藻的含水率一般为95%~99%,在蓝藻爆发期间,仅太湖每天就有数千吨的蓝藻被打捞或过滤处理。打捞出来的蓝藻由于含水率过高,给运输、贮存带来很大的成本,也给最终处置带来极大的困难;而且蓝藻极易腐烂,腐烂后产生恶臭,给周围环境带来诸多不良影响,故必须快速处理蓝藻。如果直接将蓝藻进行填埋,则占用了日益紧缺的土地资源;由于蓝藻含水率较高,亦不适合焚烧处置。而且蓝藻中含有大量蓝藻毒素,蓝藻毒素是细胞内毒素,细胞破裂释放出来并表现毒性,主要由铜绿微囊藻、鱼腥藻、颤藻以及绿色微囊藻等产生,对环境造成很大的影响。蓝藻毒性煮沸后不失活,具有热稳定性。抗pH值变化,易溶于水、甲醇或丙酮。常温下不与酸碱反应。在水中是中性或带负电荷的分子团,是一种分子量低、无免疫原性的毒素。堆肥难以去除蓝藻中的毒素,而燃烧可以彻底去除蓝藻毒素。
目前,国内外对蓝藻能源化利用已有一些研究,《一种新型高效利用蓝藻太阳能产氢的方法及其应用》(申请号:201310478463.4)和《自带微生物燃料电池电源的蓝藻浓度监测系统》(申请号:201010273631.2)的专利利用蓝藻在太阳能下产氢,《一种利用水华蓝藻厌氧发酵产氢的方法》(申请号:201210086578.4)的专利在高速震荡6~48h以诱导产生氢气,收集氢气较困难,目前难以规模化利用。《一种实现蓝藻资源化的方法》(申请号:200810023019.2)的专利利用蓝藻制成微生物燃料电池,燃料电池目前处于研发阶段,难以推广应运。《蓝藻、芦苇和水稻秸秆干法厌氧发酵制沼气的工艺》(申请号:201410334984.7)的专利利用蓝藻、芦苇和水稻秸秆干法发酵20~40天制备沼气,沼气往往不稳定,且耗时长。《一种蓝藻制取生物油的方法》(申请号:201310714860.7)将干燥后粉碎的蓝藻在400~600℃下反应(以氮气为保护气体),最后的经气固分离,冷凝得到生物柴油,在生物油的过程中能耗很高。由于蓝藻中的蓝藻的蛋白质含量高达57.9~69.4%,N含量为7.88~10.02%,直接用作固体燃料会产生严重的氮氧化物污染,故蓝藻很少被直接用作固体燃料。因此,研究污染低和能耗低的蓝藻能源化利用技术具有重要的研究和实践价值。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足,提供一种不易霉变、便于储运、成本低、燃料燃烧效率高、污染少的蓝藻固体成型燃料,还提供了一种制备工艺简单、生产周期短、运行成本低的蓝藻固体成型燃料的制备方法。
为解决上述技术问题,提供了一种蓝藻固体成型燃料,蓝藻固体成型燃料以蓝藻为原料,将蓝藻干燥至含水率为8%~15%,然后加入脱硝防霉剂进行挤压成型,得到蓝藻固体成型燃料。
作为一个总的技术构思,本发明还提供了上述的蓝藻固体成型燃料制备方法,包括以下步骤:
(1)将蓝藻干燥至含水率为8%~15%;
(2)再将干燥后的蓝藻粉碎并过筛得到蓝藻原料,然后按蓝藻原料质量的5%~8%添加脱硝防霉剂,得到蓝藻干化原料;
(3)将蓝藻干化原料进行机械挤压成型得到蓝藻固体成型燃料。
上述的制备方法,优选的,步骤(1)中蓝藻采用热干燥或太阳能干燥。
上述的制备方法,优选的,步骤(2)中蓝藻原料的粒径≤6mm。
上述的制备方法,优选的,步骤(2)中脱硝防霉剂为有机钙。
上述的制备方法,优选的,有机钙为甲酸钙、苯甲酸钙、醋酸钙、丙酸钙中的一种或多种。
上述的制备方法,优选的,蓝藻干化原料的机械挤压成型压强为25MPa~65MPa,成型温度为70℃~85℃。
上述的制备方法,优选的,蓝藻成型燃料的热值范围为18MJ/kg~22MJ/kg。
上述的制备方法,优选的,蓝藻固体成型燃料为颗粒状、棒状或多边棱柱体。
上述的制备方法,优选的,蓝藻固体成型燃料为圆柱体。圆柱体的蓝藻固体成型燃料可以是圆心设有孔的圆柱体蓝藻固体成型燃料,也可以是圆心未设孔的圆柱体蓝藻固体成型燃料。
上述的制备方法,优选的,圆柱体为圆心设有单孔或多孔的圆柱体。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明先将蓝藻干燥至含水率为8%~15%,再机械挤压成型的工艺技术制备蓝藻固体成型燃料,充分利用蓝藻形成新的燃料产品,并解决了蓝藻的处理处置问题,制得的蓝藻固体成型燃料具有热值高、强度高、性质均一和燃烧效率高等特点,而且使蓝藻得到了有效利用,在经济上、环保上、资源利用上和技术上实现了重大突破。
(2)本发明的蓝藻固体成型燃料的热值在18MJ/kg~22MJ/kg,高于一般生物质燃料,大约相当于国内中质煤的热值,清洁、环保,是化石能源的最佳替代产品;而且应运范围广,可用于发电锅炉、工业锅炉、取暖锅炉、宾馆、家庭取暖、餐饮等领域。
(3)本发明提供的蓝藻固体成型燃料的制备方法,处理速率快,经济效益好,简便易行,制备成本低,便于大规模工业化生产等特点,实现了蓝藻的无害化处理和资源化利用,可有效解决大量蓝藻的处理处置问题。
(4)本发明在蓝藻干基中添加脱硝防霉添加剂,不仅能够防止蛋白质含量高的蓝藻在储运过程中发生霉变,而且能够取得良好的脱硝效果,减少蓝藻燃烧过程中对大气的污染。
(5)本发明采用的脱硝防霉添加剂为有机钙,具体为甲酸钙、苯甲酸钙、醋酸钙、丙酸钙等有机钙,不仅具有防腐的效果,可用于食品和饲料工业。与此同时,甲酸钙、苯甲酸钙、醋酸钙、丙酸钙等有机钙具有良好的脱硝效果,醋酸钙及丙酸钙在高温下分解析出碳氢类还原性物质CHi、CO、H2等,有助于还原氮氧化物为N2,且多孔的钙基对脱硝过程起到了催化还原NO的效果。有机钙的脱硝率可高达70%。如果有机钙仅仅只作为防腐剂只要蓝藻干重的0.1%~2%。但由于蓝藻中含有大量的氮,当有机钙的添加量达到蓝藻干重的5%~8%,可以起到良好的脱硝效果。
(6)本发明的蓝藻中的蛋白质含量达57%以上,蛋白质在加热至70℃~85℃的温度下发生变性而起到了粘结剂的作用,所以不需要添加额外的粘结剂,从而降低了生产成本。
(7)由于蓝藻中蛋白质含量高,纤维素含量少,在蓝藻固体成型燃料的制备过程中也具有效率高、能耗低、产量高等特点;固体成型燃料燃烧后,蓝藻中的有机质、毒素得到彻底清除,蓝藻的体积和重量大大减少。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,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、完整的描述。
图1为本发明实施例5中不同脱硝防霉剂添加量对蓝藻固体成型燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度的影响曲线图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述,但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例
以下实施例中所采用的材料和仪器均为市售。
实施例1:
本实施例的蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至10%。
2、粉碎:将蓝藻粉碎并过筛,得蓝藻原料,蓝藻原料的粒径≤5mm。
3、加入脱硝防霉剂:按蓝藻原料质量的8%添加丙酸钙,并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为60MPa,成型温度为80℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻清洁固体成型燃料为颗粒状,颗粒破碎率为2%,含水率为8%,热值为19.25MJ/kg,固体成型燃料密度为1045kg/m3。该蓝藻固体成型燃料锅炉燃烧后NOX的排放浓度为325mg/Nm3。
对比例1:
一种蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至10%。
2、粉碎:再将蓝藻粉碎并过筛,得蓝藻原料,蓝藻原料的粒径≤5mm。
3、加入脱硝防霉剂:按蓝藻原料质量的8%添加防腐剂(山梨酸),并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为60MPa,成型温度为80℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻清洁固体成型燃料为颗粒状,颗粒破碎率为2%,含水率为8%,热值为19.87MJ/kg,固体成型燃料密度为1034kg/m3。该蓝藻固体成型燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度为1463mg/Nm3。
实施例2:
本实施例的蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至12%。
2、粉碎:再将蓝藻粉碎并过筛;得蓝藻原料,蓝藻原料粒径≤3mm。
3、加入脱硝防霉剂:按蓝藻原料质量的6%添加甲酸钙,并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为65MPa,成型温度为85℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻清洁固体成型燃料为棒状,燃料破碎率为3%,含水率为10%,热值为22MJ/kg,固体成型燃料密度为1107kg/m3。该蓝藻固体成型燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度为383mg/Nm3。
实施例3:
本实施例的蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至8%。
2、粉碎:再将蓝藻粉碎并过筛;得蓝藻原料,蓝藻原料粒径≤4mm。
3、加入脱硝防霉剂:按蓝藻原料质量的5%添加苯甲酸钙,并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为30MPa,成型温度为70℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻清洁固体成型燃料为多边棱柱体,燃料破碎率为3%,含水率为7%,热值为21.43MJ/kg,固体成型燃料密度为1018kg/m3。该蓝藻固体成型燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度为412mg/Nm3。
实施例4:
本实施例的蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至13%。
2、粉碎:再将蓝藻粉碎并过筛;得蓝藻原料,蓝藻原料粒径≤4mm。
3、加入脱硝防霉剂:按蓝藻原料质量的8%添加丙酸钙,并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为25MPa,成型温度为78℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻清洁固体成型燃料为圆柱体(该圆柱体中心没有孔),燃料破碎率为3%,含水率为12%,热值为20.34MJ/kg,蓝藻固体成型燃料燃料密度为1025kg/m3。该固体燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度为284mg/Nm3。
实施例5:
本实施例的蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至15%。
2、粉碎:再将蓝藻粉碎并过筛;得蓝藻原料,蓝藻原料粒径≤5mm。
3、加入脱硝防霉剂:分别按蓝藻原料质量的0~10%添加醋酸钙,并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为55MPa,成型温度为75℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻固体成型燃料为颗粒状,监测本实施例固体燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度(参见图1)。从图1中可知,随着脱硝防霉剂醋酸钙的添加量增加,蓝藻固体成型燃料燃烧后NOX逐渐减少,当醋酸钙的添加量为蓝藻原料质量的5%时,NOX排放量逐渐趋于平衡。
实施例6:
本实施例的蓝藻固体成型燃料的制备方法,包括以下步骤:
1、干燥:对蓝藻进行干燥,将蓝藻的含水率降低至11%。
2、粉碎:再将蓝藻粉碎并过筛;得蓝藻原料,蓝藻原料粒径≤4mm。
3、加入脱硝防霉剂:按蓝藻原料质量的5%添加醋酸钙,并搅拌均匀,得到蓝藻干化原料。
4、成型:在成型压强为35MPa,成型温度为75℃的条件下,蓝藻干化原料通过成型机机械挤压成型,成为固体燃料。
5、冷却:将高温固体燃料在振动筛上筛掉未成型的碎末,并用使之温度降低到比室温高10℃以下,获得蓝藻清洁固体成型燃料。
本实施例所得的蓝藻固体成型燃料为圆柱体(该圆柱体中心没有孔),燃料破碎率为2%,含水率为9%,热值为18.91MJ/kg,固体成型燃料密度为1025kg/m3。该蓝藻固体成型燃料经锅炉燃烧后NOX的排放浓度为357mg/Nm3。
在实施例1至6中,步骤(3)中机械挤压成型的压强为25MPa~65MPa,成型温度为70℃~85℃,均可实施,并达到相同或相似的技术效果。
以上,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上,然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员,在不脱离本发明的精神实质和技术方案的情况下,都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰,或修改为等同变化的等效实施例。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰,均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (7)
1.一种蓝藻固体成型燃料,其特征在于,所述蓝藻固体成型燃料以蓝藻为原料,将蓝藻干燥至含水率为8%~15%,然后加入脱硝防霉剂进行挤压成型,挤压成型的压强为25MPa~65MPa,成型温度为70℃~85℃;所述蓝藻固体成型燃料为颗粒状、棒状、多边棱柱体或圆柱体;得到所述蓝藻固体成型燃料,所述脱硝防霉剂的添加量为干燥后的蓝藻质量的5%~8%,所述脱硝防霉剂为有机钙。
2.一种权利要求1所述的蓝藻固体成型燃料的制备方法,其特征在于,具体包括以下步骤:
(1)将蓝藻干燥至含水率为8%~15%;
(2)再将干燥后的蓝藻粉碎并过筛得到蓝藻原料,然后按所述蓝藻原料质量的5%~8%添加脱硝防霉剂,得到蓝藻干化原料;
(3)将所述蓝藻干化原料进行机械挤压成型得到所述蓝藻固体成型燃料;
所述步骤(2)中所述脱硝防霉剂为有机钙;
所述步骤(3)中所述机械挤压成型的压强为25MPa~65MPa,成型温度为70℃~85℃;所述蓝藻固体成型燃料为颗粒状、棒状、多边棱柱体或圆柱体。
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(1)中所述蓝藻采用热干燥或太阳能干燥。
4.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中所述蓝藻原料的粒径≤6mm。
5.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述有机钙为甲酸钙、苯甲酸钙、醋酸钙、丙酸钙中的一种或多种。
6.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,所述蓝藻固体成型燃料的热值范围为18MJ/kg~22MJ/kg。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,圆柱体的所述蓝藻固体成型燃料为圆心设有单孔或多孔的圆柱体。
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