CN105969454A - 一种抗结渣生物质成型燃料及其制作方法 - Google Patents

一种抗结渣生物质成型燃料及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种抗结渣生物质成型燃料，以预处理后的玉米秸秆为原料进行为期10‑20d的厌氧发酵可提高成型燃料的机械耐久性，以碳酸镁作为抗结渣剂，在燃烧过程中Mg元素与玉米秸秆中固有的、能引起结渣的Si、K、Na 等元素发生了反应，生成了新的化合物K2Mg(SO4)2而使其具有抗结渣性能，制备的成型燃料具有抗结渣、结合牢固、燃烧效果充分等优点。本发明技术方案既解决了农林废弃物的处理难题，又缓解了目前燃料能源的紧缺难题，既具有显著的社会效益，又具有显著的经济效益。

Description

一种抗结渣生物质成型燃料及其制作方法
技术领域
本发明涉及生物质燃料技术领域，尤其涉及一种抗结渣生物质成型燃料及其制作方法。
背景技术
生物质能因其可再生、资源丰富、环境友好而成为世界第四大能源，也是唯一可以运输与储存的清洁可再生能源，主要是利用现代化的生物质能源技术将农业废弃物、采伐剩余物、畜禽粪便、城市固体废物、生活污水和工业有机废水等原料加工成生物质颗粒燃料、生物柴油、生物燃料乙醇等终端产品。生物质燃料在后期利用过程中几乎没有SO2排出，减少了其利用过程中产生的烟气所引起的酸雨及温室效应的危害，使得生物质能源拥有了更为广阔的应用前景和发展空间，因而发展生物质燃料已成为人类解决能源问题和改善环境的一个重要手段和发展方向。中国是农业大国，生物质资源丰富，每年农作物秸秆的产量超过7亿t，其中可利用量约为5.055亿t，占中国生物质资源总量的50%-60%，因此，对其转化利用具有重要意义。农作物秸秆等原料存在结构松散、密度小、分布不集中、热效率低、不便运输和存储等诸多缺陷，不利于大规模利用，利用机械力将生物质压缩或挤压成为密度较大、热效率高，便于运输存储的固体燃料是目前较为先进的一种生物质利用方式。
《秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料试验》一文针对秸秆压缩成型存在设备磨损严重和厌氧发酵面临的抗生物降解屏障，提出了一种秸秆厌氧发酵改性制备成型燃料的思路并进行了试验研究。文中以玉米秸秆为原料，对原料分别进行为期10d 和20 d 的厌氧发酵，发酵后的沼渣经粉碎和干燥后于100℃、6 MPa 条件下压缩成直径10 mm 的颗粒燃料。试验结果表明：秸秆厌氧发酵后，保留在沼渣中的能量大于转移到沼气中的能量，秸秆沼渣的能源价值高，然而发酵20 d 后秸秆灰分含量是未发酵秸秆的3 倍，可能会使其结渣性增强，且文中制得的成型燃料热值仅比原料提高了5.82%左右，无法满足高炉或有高热值需求的场所，且用于小型炊事炉时存在点不着火、点火时间长和烟气污染等问题，燃烧效率低，需要加以改性以获得高热值、抗结渣的新型生物质成型燃料。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种抗结渣生物质成型燃料及其制作方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种抗结渣生物质成型燃料，由下列重量份的原料制成：玉米秸秆100、刨花20-21、花生壳18-20、碳酸镁6-8、二丁基萘磺酸钠0.4-0.6、柠檬酸5-7、高锰酸钾3-4、二氧化锰0.9-1.2、氧化钠4-5、蛭石8-9、焙烧菱铁矿19-21、适量水。
所述的一种抗结渣生物质成型燃料的制作方法，包括以下步骤：
（1）将高锰酸钾加水搅拌至完全溶解，加入蛭石浸渍10-12小时，取出于105℃烘箱中烘干研磨成粉，加入氧化钠、柠檬酸超声研磨10-15分钟，制得助燃剂；
（2）将焙烧菱铁矿用5-10wt%盐酸溶液浸泡1-2小时，用热水洗涤至无氯离子，加水于80-100℃下超声波处理8-10分钟，烘干，加入二氧化锰于750-780℃下焙烧2-4小时，冷却至室温研磨制得改性焙烧菱铁矿；
（3）将玉米秸秆用60-70℃的热水浸泡10-12小时，过滤投入发酵池内，控制发酵池温度在30-50℃，湿度为50-60%，厌氧发酵处理20-30小时，加入改性焙烧菱铁矿、花生壳搅拌均匀隔绝空气继续发酵10-20天，过滤烘干，放入粉碎机中粉碎至60-80目；
（4）将步骤（3）物料、刨花搅拌混匀，加入助燃剂、水及其它剩余成分混匀，送入挤压成型机，以6MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料。
本发明的优点是：本发明以预处理后的玉米秸秆为原料进行为期10-20d的厌氧发酵后秸秆半纤维素和纤维素的相对含量降低，木质素相对含量增加，挥发分含量减少，苯醇抽提物下降可提高成型燃料的机械耐久性，最后将沼渣经干燥粉碎后复合抗结渣剂和助燃剂及其他有效成分于6MPa条件下压缩成型，该制备过程成型快所需压力小有助于降低设备磨损；本发明以碳酸镁作为抗结渣剂，在燃烧过程中Mg元素与玉米秸秆中固有的、能引起结渣的Si、K、Na 等元素发生了反应，生成了新的化合物K2Mg(SO4)2而使其具有抗结渣性能，制备的成型燃料具有抗结渣、结合牢固、燃烧效果充分等优点。本发明技术方案既解决了农林废弃物的处理难题，又缓解了目前燃料能源的紧缺难题，既具有显著的社会效益，又具有显著的经济效益。
具体实施方式
一种抗结渣生物质成型燃料，由下列重量份的原料制成：玉米秸秆100、刨花20、花生壳18、碳酸镁6、二丁基萘磺酸钠0.4、柠檬酸5、高锰酸钾3、二氧化锰0.9、氧化钠4、蛭石8、焙烧菱铁矿19、适量水。
所述的一种抗结渣生物质成型燃料的制作方法，包括以下步骤：
（1）将高锰酸钾加水搅拌至完全溶解，加入蛭石浸渍10-12小时，取出于105℃烘箱中烘干研磨成粉，加入氧化钠、柠檬酸超声研磨10-15分钟，制得助燃剂；
（2）将焙烧菱铁矿用5-10wt%盐酸溶液浸泡1-2小时，用热水洗涤至无氯离子，加水于80-100℃下超声波处理8-10分钟，烘干，加入二氧化锰于750-780℃下焙烧2-4小时，冷却至室温研磨制得改性焙烧菱铁矿；
（3）将玉米秸秆用60-70℃的热水浸泡10-12小时，过滤投入发酵池内，控制发酵池温度在30-50℃，湿度为50-60%，厌氧发酵处理20-30小时，加入改性焙烧菱铁矿、花生壳搅拌均匀隔绝空气继续发酵10-20天，过滤烘干，放入粉碎机中粉碎至60-80目；
（4）将步骤（3）物料、刨花搅拌混匀，加入助燃剂、水及其它剩余成分混匀，送入挤压成型机，以6MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料。
使用本发明生产的生物质成型燃料的技术参数指标如下：
（1）松弛密度为1.153g/cm3；
（2）沼渣木质素质量分数增加了33.4%；
（3）硫含量：0.351%；
（4）灰分：6.45%；
（5）热值：25.32MJ/kg。

Claims (2)

1.一种抗结渣生物质成型燃料，其特征在于，由下列重量份的原料制成：玉米秸秆100、刨花20-21、花生壳18-20、碳酸镁6-8、二丁基萘磺酸钠0.4-0.6、柠檬酸5-7、高锰酸钾3-4、二氧化锰0.9-1.2、氧化钠4-5、蛭石8-9、焙烧菱铁矿19-21、适量水。
2.根据权利要求1所述的一种抗结渣生物质成型燃料的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
（1）将高锰酸钾加水搅拌至完全溶解，加入蛭石浸渍10-12小时，取出于105℃烘箱中烘干研磨成粉，加入氧化钠、柠檬酸超声研磨10-15分钟，制得助燃剂；
（2）将焙烧菱铁矿用5-10wt%盐酸溶液浸泡1-2小时，用热水洗涤至无氯离子，加水于80-100℃下超声波处理8-10分钟，烘干，加入二氧化锰于750-780℃下焙烧2-4小时，冷却至室温研磨制得改性焙烧菱铁矿；
（3）将玉米秸秆用60-70℃的热水浸泡10-12小时，过滤投入发酵池内，控制发酵池温度在30-50℃，湿度为50-60%，厌氧发酵处理20-30小时，加入改性焙烧菱铁矿、花生壳搅拌均匀隔绝空气继续发酵10-20天，过滤烘干，放入粉碎机中粉碎至60-80目；
（4）将步骤（3）物料、刨花搅拌混匀，加入助燃剂、水及其它剩余成分混匀，送入挤压成型机，以6MPa的成型压力挤压成直径为5-8mm，长度为3-8cm的圆柱形颗粒，干燥，出料。
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