CN105018161A - 一种利用生物质烘焙制备的浆体燃料及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用生物质烘焙制备的浆体燃料及其应用，它包含生物质低温烘焙后的固体和液体产物、甲醇及添加剂，添加剂包括分散剂和稳定剂。分散剂选用木质素磺酸钠，用量为干基重量的2%；稳定剂选用羧甲基纤维素钠，用量为干基重量的0.1%。本发明利用生物质低温烘焙后得到的固体产物和液体产物混合制浆，克服了传统生物质水煤浆存在的缺陷，并通过利用甲醇替代水作为溶剂，提高了所得浆体燃料的热值。最佳的高位热值可以达到22.80MJ/kg，为缓解石油短缺的能源安全问题提供了一种新的思路。
Description
技术领域
本发明涉及浆体燃料的生产技术领域，具体涉及一种利用生物质烘焙产物制备的浆体燃料，本发明由天津师范大学博士基金（52XB1111）资助。
背景技术
随着社会经济的发展和人们生活水平的不断提高，人类对于能源的消耗日益加大，我国的能源状况是富煤贫油，近十几年来，我国的石油消耗呈快速增长趋势，对国际石油的依赖度不断走高。水煤浆是20世纪70年代兴起的煤基液态燃料，是由煤、水和化学添加剂按一定的要求配制成的混合物，具有较好的流动性和稳定性，易于储存，可雾化燃烧，是一种燃烧效率较高和低污染的较廉价的洁净燃料，可代替重油燃料使用，缓解石油短缺的能源安全问题。
生物质是一种贮存太阳能的可再生物质，具有环境友好和可再生双重属性。我国生物质资源丰富，是煤炭、石油和天然气等化石燃料的理想替代品，有巨大的发展潜力。生物质水煤浆是将生物质经过一定的处理掺混进入水煤浆中形成可以连续流动的浆体，它将煤炭和生物质的利用结合到一起，是一个符合我国国情的清洁能源利用技术。但是生物质大部分由纤维素、半纤维素、木质素等构成，可磨性极差，掺混进入对粒度要求很高的水煤浆中是一个极大的挑战，并且生物质的孔隙较多，含水量高、吸水强、成浆浓度低进一步限制了大规模的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，提供一种利用生物质烘焙产物制备浆体燃料的方法，通过将生物质低温烘焙后得到的半焦和焦油混合制浆，并用甲醇替代水作为溶剂，得到具有较高热值的生物质炭醇基浆体燃料。
为了实现上述目的本发明所采用的技术方案是：一种利用生物质烘焙产物制备的浆体燃料，包含生物质低温烘焙后的固体和液体产物、甲醇及添加剂，添加剂包括分散剂和稳定剂。分散剂选用木质素磺酸钠，用量为干基重量的2%；稳定剂选用羧甲基纤维素钠，用量为干基重量的0.1%。
一种利用生物质烘焙产物制备浆体燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将生物质原料破碎，在290℃惰性气氛下烘焙1h，得到固体产物和液体产物；
步骤2：取固体产物粉碎至粒径3mm以下，置于烘箱中以105℃干燥3h；
步骤3：将干燥后的样品分成两份，置于ND7型行星式球磨机中分别研磨15min和30min，得到不同粒径分布的粗粉和细粉。将相等质量的粗粉和细粉混合，得到级配的固体产物粉体；
步骤4：将固体产物粉体和步骤1中所得的液体产物按比例进行配比，得到固液混合物；
步骤5：在步骤4得到的固液混合物中加入甲醇和分散剂，使用电动搅拌器，以1200r/min的转速搅拌15min，然后再加入稳定剂，以同样的条件搅拌15min；
步骤6：搅拌结束后对浆体进行过滤，滤除杂质，静置3min，即得到浆体燃料。
步骤4中所述的固液比为3:1。
步骤5中所述的分散剂为木质素磺酸钠，稳定剂为羧甲基纤维素钠。
步骤5中添加的木质素磺酸钠为干基重量的2%，添加的羧甲基纤维素钠为干基重量的0.1%。
本发明进一步公开了浆体燃料在制备高热值的生物质炭醇基浆体燃料方面的应用，实验结果显示：充分利用了生物质资源，且大大提高了制得浆体的热值。
本发明重点考察了：
（1）利用生物质烘焙得到的固体和液体产物制备浆体燃料的可行性
（2）利用甲醇替代水作为溶剂制备浆体燃料，以提高浆体燃料的热值
见下表：
本发明制备的浆体燃料所具有的理化性质：以甲醇和水制得的浆体的动态稳定性的SBdyn为75%。
本发明公开的利用生物质烘焙产物制备浆体燃料的制备方法与现有技术相比所具有的积极效果在于：充分利用生物质资源，节省了煤炭资源，利用甲醇替代水作为溶剂，提高了所得浆体燃料的热值。
本发明利用生物质低温烘焙后得到的固体产物和液体产物混合制浆，克服了传统生物质水煤浆存在的缺陷，并通过利用甲醇替代水作为溶剂，提高了所得浆体燃料的热值。不同浆体燃料热值如下表所示：
附图说明:
图1为浆体燃料的制备过程流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。本实施例中的生物质原料为常见的松木屑压缩成型的生物质固体燃料颗粒（有市售）；球磨机为ND7型行星式球磨机。
实施例1：
将生物质固体燃料颗粒破碎，在290℃惰性气氛下烘焙1h，收集固体产物和液体产物。取固体产物粉碎至粒径3mm以下，置于烘箱中以105℃干燥3h。将干燥后的样品分成两份，置于ND7型行星式球磨机中分别研磨15min和30min，得到不同粒径分布的粗粉和细粉。将相等质量的粗粉和细粉混合，得到级配的固体产物粉体。取45重量份该粉体，15重量份烘焙后的液体产物，混合得到固液混合物。向混合物中加入0.9重量份木质素磺酸钠和39.055重量份甲醇，在电动搅拌器中以1200r/min的转速搅拌15min后，再向其中加入0.045重量份羧甲基纤维素钠，以同样的转速搅拌15min。搅拌结束后将其过滤，静置3min，即得到浆体燃料。其燃料热值为21.14 MJ/kg。其中固体产物的质量含量为45 wt.%，液体产物的质量含量为15 wt.%，分散剂木质素磺酸钠的质量含量为固体产物含量的2%，稳定剂羧甲基纤维素钠的质量含量为固体产物含量的0.1%。
实施例2：
将生物质固体燃料颗粒破碎，在290℃惰性气氛下烘焙1h，收集固体产物和液体产物。取固体产物粉碎至粒径3mm以下，置于烘箱中以105℃干燥3h。将干燥后的样品分成两份，置于ND7型行星式球磨机中分别研磨15min和30min，得到不同粒径分布的粗粉和细粉。将相等质量的粗粉和细粉混合，得到级配的固体产物粉体。取40重量份该粉体，13.33重量份烘焙后的液体产物，混合得到固液混合物。向混合物中加入0.8重量份木质素磺酸钠和45.83重量份甲醇，在电动搅拌器中以1200r/min的转速搅拌15min后，再向其中加入0.04重量份羧甲基纤维素钠，以同样的转速搅拌15min。搅拌结束后将其过滤，静置3min，即得到浆体燃料。其燃料热值为21.40 MJ/kg。其中固体产物的质量含量为40 wt.%，液体产物的质量含量为13.33 wt.%，分散剂木质素磺酸钠的质量含量为固体产物含量的2%，稳定剂羧甲基纤维素钠的质量含量为固体产物含量的0.1%。
实施例3：
将生物质固体燃料颗粒破碎，在290℃惰性气氛下烘焙1h，收集固体产物和液体产物。取固体产物粉碎至粒径3mm以下，置于烘箱中以105℃干燥3h。将干燥后的样品分成两份，置于ND7型行星式球磨机中分别研磨15min和30min，得到不同粒径分布的粗粉和细粉。将相等质量的粗粉和细粉混合，得到级配的固体产物粉体。取35重量份该粉体，11.667重量份烘焙后的液体产物，混合得到固液混合物。向混合物中加入0.7重量份木质素磺酸钠和52.598重量份甲醇，在电动搅拌器中以1200r/min的转速搅拌15min后，再向其中加入0.035重量份羧甲基纤维素钠，以同样的转速搅拌15min。搅拌结束后将其过滤，静置3min，即得到浆体燃料。其燃料热值为21.71 MJ/kg。其中固体产物的质量含量为35 wt.%，液体产物的质量含量为11.667 wt.%，分散剂木质素磺酸钠的质量含量为固体产物含量的2%，稳定剂羧甲基纤维素钠的质量含量为固体产物含量的0.1%。
实施例4：
将生物质固体燃料颗粒破碎，在290℃惰性气氛下烘焙1h，收集固体产物和液体产物。取固体产物粉碎至粒径3mm以下，置于烘箱中以105℃干燥3h。将干燥后的样品分成两份，置于ND7型行星式球磨机中分别研磨15min和30min，得到不同粒径分布的粗粉和细粉。将相等质量的粗粉和细粉混合，得到级配的固体产物粉体。取30重量份该粉体，10重量份烘焙后的液体产物，混合得到固液混合物。向混合物中加入0.6重量份木质素磺酸钠和59.37重量份甲醇，在电动搅拌器中以1200r/min的转速搅拌15min后，再向其中加入0.03重量份羧甲基纤维素钠，以同样的转速搅拌15min。搅拌结束后将其过滤，静置3min，即得到浆体燃料。其燃料热值为22.01 MJ/kg。其中固体产物的质量含量为30 wt.%，液体产物的质量含量为10 wt.%，分散剂木质素磺酸钠的质量含量为固体产物含量的2%，稳定剂羧甲基纤维素钠的质量含量为固体产物含量的0.1%。
实施例5
对比试验：
Claims (7)
1.一种浆体燃料，其特征在于它是由下述的重量份数的原料组成：
1-3mm生物质烘焙后的固体原料 25~60
生物质烘焙后的液体原料 5~30
甲醇 30~65
分散剂 0.5~3
稳定剂 ≤ 0.5；
所述的分散剂为木质素磺酸钠，稳定剂为羧甲基纤维素钠，固液比2:1~5:1。
2.权利要求1所述的浆体燃料，其特征在于它是由下述的重量份数的原料组成：
1-3mm生物质烘焙后的固体原料 25~50
生物质烘焙后的液体原料 5~30
甲醇 30~65
分散剂 0.5~3
稳定剂 ≤ 0.5 ；
所述的分散剂为木质素磺酸钠，稳定剂为羧甲基纤维素钠，固液比为3:1。
3.一种利用生物质烘焙产物制备浆体燃料的制备方法，其特征在于按如下的步骤进行：
（1）将生物质原料破碎，在290℃惰性气氛下烘焙1h，得到固体产物和液体产物；
（2）取固体产物粉碎至粒径1-3mm，置于烘箱中以105℃干燥3h；
（3）将干燥后的样品分成两份，置于球磨机中分别研磨15min和30min，得到不同粒径分布的粗粉和细粉，将相等质量的粗粉和细粉混合，得到级配的固体产物粉体；
（4）将固体产物粉体和步骤（1）中所得的液体产物按比例进行配比，得到固液混合物；所述的固液比为2:1~5:1；
（5）在步骤（4）得到的固液混合物中加入甲醇和分散剂，以1200r/min的转速搅拌15min，然后再加入稳定剂，以同样的条件搅拌15min；所述的分散剂为木质素磺酸钠，稳定剂为羧甲基纤维素钠；
（6）搅拌结束后对浆体进行过滤，滤除杂质，静置3min，即得到浆体燃料。
4.权利要求1所述的制备方法，其中步骤（5）中添加的木质素磺酸钠为干基重量的2%（w/w），添加的羧甲基纤维素钠为干基重量的0.1%（w/w）。
5.权利要求1所述的制备方法，其中所述的生物质指的是松木屑压缩成型的生物质固体燃料颗粒。
6.权利要求1所述的制备方法，其中步骤（3）得到不同粒径分布的粗粉和细粉指的是研磨15min得到的产物称为粗粉，研磨30min得到的产物称为细粉。
7.权利要求1所述浆体燃料在制备高热值的生物质炭醇基浆体燃料方面的应用。
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