CN105505505A

CN105505505A - 一种生物质燃料及其制作方法

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Publication number: CN105505505A
Application number: CN201510953811.8A
Authority: CN
Inventors: 杨鹏
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-12-16
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明提供了一种生物质燃料及其制作方法，属于生物燃料领域。该方法包括以下步骤：1)将生物质造粒、定型，制得定型料。2)采用微波干燥技术对所述定型料进行干燥，所述干燥的时间为5～30分钟，每克定型料的微波输入功率为0.055～0.56W，即得生物质燃料。由于采用微波干燥的方式，通过上述方法制作的生物质燃料，克服了现有的生物质燃料的干燥不彻底，干燥不均匀，干燥能耗大的问题。此外，由于生物质燃料的含水率大大降低，其单位热值提高。

Description

一种生物质燃料及其制作方法

技术领域

本发明涉及生物燃料领域，具体而言，涉及一种生物质燃料的制作方法。

背景技术

化石燃料的大量使用和开采，由此引发大量的环境问题。另一方面，由于化石的不断消耗，其储量的不断减少，也导致了化石燃料的使用成本增加。人们迫切需求一种新型燃料来逐步减少甚至替代现有的化石燃料。其中，生物质燃料是一种前景广阔的选择。生物质是一种可再生能源，而且其来源十分广阔。生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，它包括植物、动物和微生物等等。目前，代表性的生物质有农作物、农作物废弃物、木材、木材废弃物、秸秆、树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料。生物质具有可再生性、低污染性、来源广泛分布性等优点。当前，生物质燃料的生产过程使其还普遍存在水分含量高的缺点，从而导致了生物质燃料不易储存、燃烧时热损耗大的问题。有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种生物质燃料的制作方法，所述生物质燃料的制作方法可以改善现有生物质燃料含水量高的问题，从而可以提高生物质燃料燃烧效率，改善其储存的便利性。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种生物质燃料的制作方法，包括以下步骤：

1)将生物质造粒、定型，制得定型料；

2)采用微波干燥技术对所述定型料进行干燥，所述干燥的时间为5～30分钟，每克定型料的微波输入功率为0.055～0.56W，即得生物质燃料。

现有的生物质燃料产生过程中通常采用滚筒、锅炉来进行干燥，将生物质放入滚筒中通过电阻丝等间接加热方式来干燥生物质，即先加热滚筒，然后通过高温滚筒的热辐射对生物质加热，最后将干燥后的生物质制作为颗粒、成型。但是，现有的加热方式往往存在加热不充分，加热不均匀的问题，滚筒受热不均难以同时加热大量的生物质，从而生物质的干燥效率大大下降。此外，滚筒加热存在热损耗、传热速度慢的问题，从而导致热量的浪费。生物质的干燥效果差、含水率高，导致制作的生物质燃料不容易点燃，燃烧效率低。

本发明采用微波加热的方式，微波直接作用于生物质，生物质吸收微波能将其转换成热能，使生物质整体同时升温。生物质中的水分子、挥发分受微波振动，相互碰撞、摩擦产生热能，从而快速从生物质中脱离。微波覆盖生物质，其中的水分子、挥发分同时运动、碰撞，所产生的热量也是在整个生物质内同时产生，实现快速、高效的干燥，干燥更加的彻底和均匀。

通过微波加热生物质燃料，可以去除生物质里面的水分，提高生物质燃料的热值。生物质燃料的能量密度提高，生物质燃料的物流成本降低，从而增大了生物质燃料的利用范围。

优选地，微波作用于生物质的温度为200～400℃。在该温度下，微波作用于生物质，可以去除生物质里的挥发分(VOCs，挥发性有机物)，破坏生物质里面的木质素和半纤维素，使得处理后的生物质燃料再次接触到水时，不会散架。

优选地，在所述造粒之后和定型之前，还包括：将所述生物质初步干燥至含水量为3％～15％(重量百分比)。

对生物质颗粒进行干燥以降低其含水率，利于将生物质制作定型。水分含量过高，在成型时生物质体积大，生物质颗粒之间的接触面积小，成型牢固程度低，并且后期干燥时，水分的去除导致其体积变化大，容易松散、破裂。水分含量过低，则使得生物质颗粒之间的范德华力降低，生物质颗粒相互连接不牢固，不利于成型。

优选地，所述初步干燥的方法为：所述生物质颗粒于气流干燥机中初步干燥。

在气流干燥机中，生物质颗粒分散于热气流中，生物质颗粒随同热气流于管道中向前流动，最后再通过离心分离设备与气流分离。由于生物质颗粒可以充分分散于热气流中，热力流与生物质颗粒的接触面积大，干燥的有效面积大，可以缩短对生物质颗粒的干燥时间。

优选地，步骤1)中利用造粒机将生物质粉碎为颗粒。造粒机制作生物质颗粒的速度快、效率高，而且粒径相对更均匀。

优选地，粉碎后的所述生物质颗粒的粒径为5～20mm。粒径过大，则生物质颗粒之间的接触不充分，成型后空隙率高，生物质燃料密度降低。粒径过小，则生物质颗粒的加工难度增加，加工成本上升；另外，生物质颗粒之间的相互作用更强，不利于水分、挥发分的去除。

优选地，所述定型料是通过挤压成型制作而成，所述定型料的密度为0.7～2g/cm³。挤压成型使得生物质颗粒紧密结合，形成致密的定型料。该定型料具有稳定的几何形状，保持较好的结构强度，方便于运输、储存。

优选地，所述挤压成型的压力为60～100Mpa。挤压成型可以在一定程度上将生物质颗粒间的空气赶出，在一定程度上提高定型料的致密度。此外，将少量被挤压出的水分去除，降低孔隙间的水分。生物质材料中的木质素塑化，具有一定的流动性和粘性，降低挤压设备的功耗，同时还使得生物质颗粒之间的凝聚更牢固。

优选地，步骤1)中进行定型时加入粘结剂，所述定型料中含有3～10％(重量百分比)的粘结剂。通过添加粘结剂可以提高生物质颗粒堆积的紧密和牢固性，从而改善定型料的机械强度和防水等性能。粘结剂含量过高使得生物质燃料的单位产热量降低，不利于生物质燃料的使用；粘结剂含量过低，对生物质颗粒的粘结作用弱，定型料容易发生破碎。

优选地，所述粘结剂为聚环氧乙烷。生物质原料的成型过程中，生物质颗粒与液体接触，在其表面会发生电荷的吸附现象，使生物质颗粒表面带电荷，相应地，在液体表面会形成相反电荷的扩散层，从而在生物质颗粒表面和液体内部产生电动势。由于该电动势的存在，会阻碍生物质颗粒之间相互靠近，对生物质颗粒的压缩成型起排斥作用，降低生物质颗粒成型后的牢固程度。聚环氧乙烷则可以起到中和该电动势的作用，减小生物质颗粒之间的排斥作用，使得生物质颗粒之间结合更牢固，更抗摔。

优选地，所述定型料为棒状、块状、蜂窝状结构。

优选地，所述生物质包括玉米秸轩、水稻秸轩、小麦秸杆、豆秸、木屑中的一种或多种。

优选地，步骤2)中对所述定型料进行干燥时，还包括：通过红外传感器检测所述定型料的温度。

通过红外传感器检测定型料的温度，从而可以根据其温度，调整微波的输入功率，以便实现微波能量的优化利用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)干燥速度高，微波直接作用于生物质燃料中的水分、挥发分，使其运动、碰撞产热，不需热传导进行干燥，从而提高了干燥效率。

(2)热损耗少，由于将生物质燃料中的水分、挥发分物质去除的更加彻底，生物质燃料燃烧时，由水分、挥发分物质消耗的热量少，从而时生物质燃料燃烧产生的热能能够更加充分利用。另一方面，微波携带能力直接作用于生物质中的水分、挥发分，减少了热传导过程，从而减少了热传导过程中能量的耗散，减少热损失。

(3)干燥更加均匀，现有通过热传导的干燥方式，热能在干燥设备内的传导不均匀，进而由干燥设备传导给生物质的热能也不均匀。微波加热的干燥方式，微波直接覆盖生物质，并且作用其含有的水分、挥发分，使生物质表面、内部均产生热量，实现均匀干燥。

(4)干燥温度可控性高，通过改变微波的输入波长和输入量可以快速改变干燥温度。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

本实施例提供了一种生物质燃料的制作方法，包括以下步骤：

将玉米秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，玉米秸秆颗粒的平均粒径为17mm。然后将玉米秸秆颗粒放入挤压机中于60Mpa压力下挤压形成棒状的玉米秸秆生物质燃料,其密度为1g/cm³，然后将该生物质燃料放入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度为200℃。

通过微波干燥后，玉米秸秆形成的生物质燃料中的水分被迅速去除。由于水分减少，生物质燃料更容易点燃和燃烧，且燃烧时的由水分消耗的热能大大减少，从而提高燃烧时热能的利用效率。玉米秸秆颗粒重5克，微波输入功率0.275W，干燥时间为5分钟。玉米秸秆在上述方法处理前的含水率为8％(重量百分数)，处理后的含水率为5％，经过上述方法处理前的热值为10MJ/T，处理后的生物质燃料的热值为15MJ/T。

实施例2

首先，将玉米秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，玉米秸秆颗粒的平均粒径为5mm。将玉米秸秆颗粒放置于烘房内烘干至含水率为10％(重量百分数)。

其次，将干燥后的玉米秸秆颗粒放入挤压机中于73Mpa压力下通过挤压形成棒状的玉米秸秆生物质燃料，其密度为1.5g/cm³。

最后，将该生物质燃料放入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度为220℃。

本实施例中，玉米秸秆颗粒重10克，微波输入功率0.55W，干燥时间为7分钟。玉米秸秆在通过上述方法处理前的含水率为30％(重量百分数)，处理后的含水率为5％，处理前的热值为10MJ/T，处理后的热值为15MJ/T。

由于秸秆的含水量的差异，当在进行微波干燥时，可能会导致秸秆的干燥程度差异较大，从而影响干燥均匀性。因此，可以对秸秆预先进行初步干燥，可使其保持相对均衡的含水率。本实施例中，在玉米秸秆切割成段后，玉米秸秆段进行初步干燥，使玉米秸秆段的含水量为10％(重量百分数)。初步干燥的方式有多种，例如，将玉米秸秆段放置于干燥、通风的空间内，通过自然风干。或者放置于阳光下进行干燥。为了提高干燥的效率、缩短玉米秸秆生物质燃料的制作周期，可以将玉米秸秆段放置于烘房内，通过加热烘干。

实施例3

首先，将玉米秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，玉米秸秆颗粒的平均粒径为15mm。将玉米秸秆颗粒放置于烘房内烘干至含水率为3％(重量百分数)。

其次，将干燥后的玉米秸秆颗粒放入挤压机中于82Mpa压力下通过挤压形成棒状的玉米秸秆生物质燃料，其密度为1.4g/cm³。

最后，将该生物质燃料放入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度为246℃。

本实施例中，玉米秸秆颗粒重20克，微波输入功率1.4W，干燥时间为10分钟。玉米秸秆处理前的含水率为20％(重量百分数)，处理后的含水率为4.8％，处理前的热值为10MJ/T，处理后的热值为16MJ/T。

实施例4

首先，将水稻秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，水稻秸秆颗粒的平均粒径为20mm。将水稻秸秆颗粒放置于气流干燥机内烘干至含水率为15％(重量百分数)。

其次，将干燥后的水稻秸秆颗粒放入螺旋挤压机中，于60Mpa压力，200℃条件下，制作为柱状的水稻秸秆生物质燃料，其密度为1g/cm³。

最后，将该生物质燃料放入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度为270℃。

本实施例中，水稻秸秆颗粒重30克，微波输入功率1.8W，干燥时间为9分钟。水稻秸秆处理前的含水率为22％(重量百分数)，处理后的含水率为4％，处理前的热值为8.6MJ/T，处理后的热值为16.6MJ/T。

实施例5

首先，将小麦秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，水稻秸秆颗粒的平均粒径为20mm，再将水稻秸秆颗粒放置于气流干燥机内烘干至含水率为12％(重量百分数)。

其次，将水稻秸秆颗粒和膨润土(膨润土和水稻秸秆颗粒的重量比为1:20)，通过均质机充分混合，然后注入螺旋挤压机中，于76Mpa压力，247℃条件下，制作为柱状的水稻秸秆生物质燃料，其密度为2g/cm³。

最后，将该生物质燃料放入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度为317℃。

本实施例中，水稻秸秆颗粒重50克，微波输入功率5W，干燥时间为8分钟。水稻秸秆经过上述方法处理前的含水率为22％(重量百分数)，处理后的含水率为3.4％，处理前的热值为7.3MJ/T，处理后的热值为20MJ/T。

由于水稻秸秆颗粒中加入膨润土再进行成型，膨润土的粘结性好，使得水稻秸秆颗粒之间的结合更加牢固，从而提高定型料的结构强度，在冷热条件下的结构稳定性更高。此外膨润土具有固形的作用，该水稻生物质燃料燃烧后，整体保持较好的结构完整性，其不容易产生粉尘，从而使得燃烧后的废物清理更加方便。

实施例6

首先，将小麦秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，水稻秸秆颗粒的平均粒径为18mm，再将水稻秸秆颗粒放置于烘房内烘干至含水率为10％(重量百分数)。

其次，将干燥后的水稻秸秆颗粒注入螺旋挤压机中，于100Mpa压力，300℃条件下，制作为柱状的水稻秸秆生物质燃料，其密度为0.7g/cm³。

最后，将该生物质燃料添加石灰(生物质燃料与石灰的质量比为1:25)，然后再注入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度为338℃。然后，在该柱状的生物质燃料表面喷涂一层聚环氧乙烯(分子量为35000，其性状为流动性粉末)。

本实施例中，水稻秸秆颗粒重100克，微波输入功率30W，干燥时间为15分钟。水稻秸秆经上述方法处理前的含水率为22％(重量百分数)，处理后的含水率为2.1％，处理前的热值为7.3MJ/T，处理后的热值为24MJ/T。

石灰作为粘结剂，增加水稻秸秆颗粒之间的粘附作用力，提高生物质燃料的结构强度。石灰相对较高的熔点，使得燃烧的后的生物质燃料可以保持其相对完整的外形，避免产生灰尘和粉粒。聚苯乙烯具有较好的防水性能，可以防止制得的生物质颗粒燃料在空气中吸水，从而避免其发生潮解的问题。石灰也可以使用煤灰、硅藻土等进行替代。

实施例7

首先，将小麦秸秆进行切割成段，然后放入造粒机中形成颗粒，木屑秸秆颗粒的平均粒径为12mm，再将木屑秸秆颗粒放置于烘房内烘干至含水率为9％(重量百分数)。

其次，将干燥后的木屑秸秆颗粒注入螺旋挤压机中，于86Mpa压力，264℃条件下，制作为柱状的木屑秸秆生物质燃料，其密度为1.2g/cm³。

最后，将该生物质燃料注入微波发生装置中利用微波进行干燥，微波干燥作用于生物质燃料的温度400℃，同时通过设置于微波发生装置内的红外传感器，检测生物质燃料温度。

红外传感器可以实时地检测微波发生装置内的生物质燃料的温度，通过检测的温度，控制微波的输入时间和输入的功率。通过逐渐提高微波的输入功率，可以使得生物质燃料中的水分缓慢的挥发，避免由于生物质燃料受热过快，导致大量水分同时大量挥发，从而可以避免生物质燃料结构完整性受到破坏。

本实施例中，木屑秸秆颗粒重500克，微波输入功率250W，干燥时间为30分钟。木屑秸秆在通过上述处理方法处理前的含水率为29％(重量百分数)，经过处理后的含水率为1.6％，处理前的热值为7MJ/T，处理后的热值为33MJ/T。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将生物质造粒、定型，制得定型料；

2)采用微波干燥技术对所述定型料进行干燥，所述干燥的时间为5～30分钟，每克所述定型料的微波输入功率为0.055～0.56W，即得生物质燃料。

2.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，在所述造粒之后和定型之前，还包括：将所述生物质初步干燥至含水量为3％～15％(重量百分比)。

3.根据权利要求2所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，所述初步干燥的方法为：所述生物质颗粒于气流干燥机中初步干燥。

4.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，所述定型料的粒径为5～20mm。

5.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，所述定型料是通过挤压成型制作而成，所述定型料的密度为0.7～2g/cm³。

6.根据权利要求5所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，所述挤压成型的压力为60～100Mpa。

7.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，步骤1)中定型时加入粘结剂，所述定型料中含有3～10％(重量百分比)的粘结剂。

8.根据权利要求7所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，所述粘结剂为聚环氧乙烷。

9.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制作方法，其特征在于，所述定型料为棒状、块状或蜂窝状结构；优选地，所述生物质包括玉米秸轩、水稻秸轩、小麦秸杆、豆秸、木屑中的一种或多种。

10.一种生物质燃料，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的生物质燃料的制作方法制得。