CN105112118A - 一种用于生物质燃料的原料前处理技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于生物质燃料的原料前处理技术，该技术将秸秆粉碎破裂成粉末，菌剂浓度0.1%-5%，使功能微生物菌剂与秸秆粉末混合均匀，调整发酵堆含水量达到30%-60%，堆置发酵16-48小时后机械挤压成型，形成生物质燃料棒，本发明应用此方法处理的秸秆生物质原料制作燃料棒时，能有效缩短处理时间并且不需额外添加黏结剂。以微发酵原理，利用功能微生物菌剂使秸秆软化和部分降解，强化燃料的固化成型效果，使其压缩比提升10-25%，燃烧效率提升5-15%，并且燃烧时不产生结焦结渣现象。

Description

一种用于生物质燃料的原料前处理技术

技术领域

本发明涉及生物技术和生物质能源领域，具体为一种用于生物质燃料的原料前处理技术。

背景技术

每年大量产生的农作物秸秆等农业副产物，蕴藏着丰富的生物质能源和大量的氮、磷、钾养分，是一个宝贵的生物资源库；但是，如不加以合理有效的处理和利用，也会成为一个巨大的环境污染源，给周边环境带来持续的环境压力，严重制约着现代农业的可持续发展。

相对于如今大量使用的煤炭、天然气、石油基燃料等一次性能源，生物质能是由植物的光合作用固定的太阳能，是一种典型的可再生能源。我国每年燃煤超过7亿吨，释放出大量SO₂，这些SO₂形成的酸雨已使近三分之一的国土面积受到危害。由于秸秆生物质中硫的含量仅是煤炭的十分之一左右，利用农作物秸秆制备的生物质燃料，可以作为一种可再生能源，减少人们对化石燃料的依赖，变废为宝，节约能源，同时大幅降低SO₂的排放，减少环境污染。随着我国经济的进一步发展，对能源多样化的需求进一步增强，生物质能源作为一种绿色可再生能源，是我国能源多样化和国民经济可持续发展的重大战略方向之一。但是秸秆生物质是一种能量密度比较低的资源，由于其分散度较大、自然堆积体积庞大，收集和运输都比较困难。

如何利用秸秆等废弃生物质资源开发燃烧效率高、洁净、方便的优质燃料来替代传统化石燃料，提高秸秆的附加值，对改善我国能源结构、促进工业、农业可持续发展具有重要意义。生物质致密固化直接燃烧技术是解决农作物秸秆问题、进行能源转化及综合利用的一种高效技术，是指将经过粉碎具有一定粒度的秸秆等生物质原料，进行前处理，在一定的压力和温度下将其挤压制成密度较大、形状规则的成型燃料的加工技术。制成的生物质燃料成本低、直燃效率高、无需热能转换等特点,可以替代燃煤进行推广应用，实现秸秆生物质能源利用的产业化和规模化。

目前生物质致密成型工艺主要有湿压成型、热压成型、碳化成型和常温成型等四种基本类型。其中常用的湿压成型工艺是在常温下加水使原料湿润、皱裂并进而部分降解后，添加粘结剂混合均匀后压制成致密成型燃料。纤维原料经一定程度的软化和腐化后，虽然会损失一定能量，但与一般干原料相比，其挤压、加压性能会有明显改善，并可减少压制设备的损耗。但这种简单加水让其自然腐化的方式，起效慢且不均匀，腐化大约需要15天左右，耗时长，不加黏结剂时压制成型效果差，成品密度低，而添加粘结剂会使燃料棒燃烧时出现严重的结焦结渣现象。

为提升秸秆生物质燃料湿压成型工艺的原料预处理效果，避免秸秆生物质燃料棒燃烧时产生结焦结渣现象，我们采用添加生物功能菌剂替代前述工艺对秸秆原料进行前处理，有效克服了其不利影响。生物菌剂主要由真菌、放线菌、芽孢杆菌等组成，生长代谢过程中产生多种酶类使生物质中的木质素与纤维素和半纤维素解离并部分降解，解除木质素和纤维素、半纤维素组成的空间立体网状结构，破坏细胞壁从而消除其原始弹性。通过对木质素、纤维素、半纤维素的部分解离和降解，产生的糖类物质、果胶、单宁等物质具有一定的粘结作用，使处理后的秸秆原料在成型过程中无需添加黏结剂即可达到理想的成型效果，成品燃烧效率大幅提升，燃烧过程不产生结焦结渣现象；另外，通过这种方法，避免了外源不易降解化学物质（化学粘结剂）的带入，消除了燃烧后灰分作为肥料原料施用的风险。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于生物质燃料的原料前处理技术，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于生物质燃料的原料前处理技术，将秸秆粉碎破裂成粉末，菌剂浓度0.1%-5%，使功能微生物菌剂与秸秆粉末混合均匀，调整发酵堆含水量达到30%-60%，堆置发酵16-48小时后机械挤压成型，形成生物质燃料棒。

优选的，所述功能微生物菌剂来源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放线菌、芽孢杆菌、酵母等秸秆分解菌组合；功能菌剂在秸秆原料发酵过程中可以产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶等分解酶系，对秸秆成分进行不同程度的降解，降低原料的原有刚性，同时产生具有粘结作用的分解物质，堆置发酵8小时后发酵堆温度上升，一般堆置16小时后即可达到70-80摄氏度，控制发酵堆中粗纤维降解率5-20%。

优选的，所述秸秆生物质原料来源包括但不限于水稻、小麦、玉米、高粱、豆类等农作物收获果实后形成的废弃物。

优选的，仅以加水堆置进行原料预处理制成燃料棒，其压缩比为10-13；而采用菌剂微发酵预处理制成燃料棒，其压缩比为11-15，相比较提升10-25%，同时易于成型。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、生物质燃料秸秆原料的预处理时间大幅缩短，从15天缩短为一至两天，生产效率大幅提高。

2、原料预处理后易于成型，压缩比提升10-25%。

3、以发酵预处理后秸秆压制成的燃料棒燃烧充分，燃烧效率提升5-15%。

4、全生产链条中无化学黏结剂添加，排除外源化学品的残留。

5、燃料棒在燃烧时无结焦结渣现象。

附图说明

图1为本发明生物质燃料棒的生产工艺流程图。

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。

实施例一：

1.秸秆的破碎

生物质原料通过破碎机被切割破碎成2-3cm长、蓬松的碎屑粉末，原料为水稻、小麦、玉米、高粱和豆类等农作物秸秆和其它纤维素、半纤维素和木质素含量高的原料，单一种或不同种生物质原料按一定比例组合进行破碎。

2.加水自然发酵

破碎后的秸秆粉末，堆置成发酵堆，调整发酵堆含水量在30-50%，进行自然发酵，当堆温上升至50度以上，秸秆部分腐化时为堆置发酵完成，一般发酵完成需要15天左右，粗纤维降解率5-15%。

3.压制成型

发酵完成的堆料，不添加化学黏结剂，直接输送至燃料棒生产线进行压制成型，用此种方法加工燃料棒，往往一次成型效果差，需要重复挤压，方能取得较好的成型效果。

4.密度、压缩比及燃烧值的测量

采用上述原料预处理方法压制成型的燃料棒，含水量为13-20%，密度为950-1150kg/m³，压缩比为10-13，干基燃烧值为3500-4200kcal/kg。

实施例二：

1.秸秆的破碎

秸秆通过破碎机被切割破碎成2-3cm长、蓬松的碎屑粉末。原料为水稻、小麦、玉米、高粱、豆类等农作物秸秆，单一种或不同种秸秆按一定比例组合进行破碎。

2.添加生物菌剂堆置微发酵

破碎后的秸秆粉末，堆置成发酵堆，喷淋功能菌剂，菌剂浓度0.1%-5%，使功能微生物菌剂与秸秆粉末等原料混合均匀，调整发酵堆含水量在30-50%，进行堆置发酵。当堆温上升至50度以上并维持至少8小时，秸秆部分腐化为堆置发酵完成，一般16-48小时左右发酵即可完成，粗纤维降解率5-20%。

3.压制成型

发酵完成的堆料，不添加化学黏结剂，直接输送至燃料棒生产线进行压制成型。用此种方法加工燃料棒，往往一次即可成型，效果好，无需返工。

4.密度、压缩比及燃烧值的测量

采用上述原料预处理方法压制成型的燃料棒，经测量计算，含水率为11-18%，密度为1150-1300kg/m³，压缩比为11-15，干基燃烧值为3600-4400kcal/kg，燃烧效率比未采用添加微生物菌剂发酵处理制成的燃料棒提高5-15%，无结渣现象。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种用于生物质燃料的原料前处理技术，将秸秆粉碎破裂成粉末，菌剂浓度0.1%-5%，使功能微生物菌剂与秸秆粉末混合均匀，调整发酵堆含水量达到30%-60%，堆置发酵16-48小时后机械挤压成型，形成生物质燃料棒。

2.根据权利要求1所述的一种用于生物质燃料的原料前处理技术，其特征在于：所述功能微生物菌剂来源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放线菌、芽孢杆菌、酵母等秸秆分解菌组合；功能菌剂在秸秆原料发酵过程中可以产生纤维素酶、半纤维素酶和木质素酶等分解酶系，对秸秆成分进行不同程度的降解，降低原料的原有刚性，同时产生具有粘结作用的分解物质，堆置发酵8小时后发酵堆温度上升，一般堆置16小时后即可达到70-80摄氏度，控制发酵堆中粗纤维降解率5-20%。

3.根据权利要求1所述的一种用于生物质燃料的原料前处理技术，其特征在于：所述秸秆生物质原料来源包括但不限于水稻、小麦、玉米、高粱、豆类等农作物收获果实后形成的废弃物。

4.根据权利要求1所述的一种用于生物质燃料的原料前处理技术，其特征在于：仅以加水堆置进行原料预处理制成燃料棒，其压缩比为10-13；而采用菌剂微发酵预处理制成燃料棒，其压缩比为11-15，相比较提升10-25%，同时易于成型。