CN106590798B - 一种无灰高热值生物质燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，属于生物质燃料制备技术领域。本发明首先利用黄牛瘤胃中富含的微生物对高纤维含量的棉麻杆和玉米进行初步降解，再用沼气液进行深层降解，使大分子有机物转化为小分子有机物，并去除其中无机杂质，在增加腐殖质中有机碳含量的同时又减短了有机物炭链长度以提高燃烧效率，再以植物醇为挥发性可燃物和腐殖质复配，利用黄油作为植物醇固化剂，在开孔发泡剂的作用下得到表面具有丰富孔隙的生物质燃料，本发明制备的无灰高热值生物质燃料燃烧充分，燃烧后未出现灰渣；燃烧值高，燃烧值达到24.62MJ/kg以上；在燃烧时不会产生有毒气体，不会腐蚀燃烧设备，具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，属于生物质燃料制备技术领域。
背景技术
生物质燃料是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物（如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等），主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型如块状、颗粒状等的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。到目前为止，各个国家或地区开发利用生物质作为燃料主要集中在三个方面，一是将生物质材料降解为液体燃料，二是将生物质材料气化成可燃气体，三是加工成便于运输和贮存的一定形状燃料并提高其燃烧效率。前两种方法主要是通过生物降解、化学反应方式，会产生氢、沼气、乙醇等，生产成本相对较高，因此没有大量应用于生产和日常生活。而第三种方式需采用压缩成型技术，一方面解决环境保护问题，另一方面又能生产代用燃料，近年来越来越受到人们的广泛重视。但目前生物质燃料普遍存在热值低、耗量大，燃烧不充分、灰渣多等问题，且制备过程中普遍加入了强氧化剂，燃烧过程中会产生微量甲醛，危害人体健康，所产生的烟气严重腐蚀燃烧设备，燃烧利用率和燃料效率不高难以达到城市环保低碳的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前生物质燃料普遍存在燃烧热值低、耗量大，在使用过程中燃烧不充分、灰渣多，燃烧时所产生的烟气严重腐蚀燃烧设备，危害人类安全的问题，提供了一种用棉麻杆和玉米喂牛，收集牛粪并用沼气液浸泡转化成淤泥，再从淤泥中提取腐殖质，利用浒苔和玉米须水解发酵制备可燃植物醇，最后将植物醇、腐殖质和开孔发泡剂复配注模，最终制得生物质燃料的方法。本发明首先利用黄牛瘤胃中富含的微生物对高纤维含量的棉麻杆和玉米进行初步降解，再用沼气液进行深层降解，使大分子有机物转化为小分子有机物，并去除其中无机杂质，在增加腐殖质中有机碳含量的同时又减短了有机物碳链长度以提高燃烧效率，再以植物醇为挥发性可燃物和腐殖质复配，利用黄油作为植物醇固化剂，在开孔发泡剂的作用下得到表面具有丰富孔隙的生物质燃料，其表面积巨大，燃烧时可与氧气充分接触，燃烧充分无灰分产生。本发明制得的生物质燃料燃烧值高，用量少，使用时燃烧充分且不会产生有毒气体和灰分，对人体和环境无任何危害，具有广阔的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
（1）按掺杂量为5～10%将棉麻杆掺入青贮玉米中喂养黄牛，持续喂养15～20天，收集喂养期间黄牛排出的粪便，将牛粪放在阳光下曝晒10～15天，得到干牛粪；
（2）挖建一个边长为10m，深1m的正方形反应池，将1000～2000kg上述得到的干牛粪转入反应池中，再向池中通入40～50t沼气池中的沼气液，在25～35℃下自然发酵20～30天直至牛粪转化为淤泥；
（3）捞取反应池中牛粪转化成的淤泥，将淤泥和十二水合硫酸铝钾按质量比为100:1混合后静置12～14h使其固液分层，抽取上层液体后得到下层腐殖质，备用；
（4）按质量比为2:1将浒苔和玉米须混合后放入组织粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，将干酵母粉和质量分数为50%葡萄糖溶液按质量比为1:10混合后在36～38℃的水浴条件下保温活化1～2h，得到活化酵母液，备用；
（5）将上述得到的混合粉碎物和蒸馏水按质量比为1:2混合后得到悬浮液，再向悬浮液中加入其总质量3～5%的复合酶，搅拌混合后静置水解8～10h，得到混合粉碎物水解液，所述的复合酶是由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶按等质量比混合得到；
（6）将上述混合粉碎物水解液灭菌后和步骤（4）中备用的活化酵母液依次装入发酵罐中，密封罐口后在38～48℃下厌氧发酵7～10天后过滤得到发酵液，再将发酵液转入带有冷凝管的烧瓶中，以60～70℃的温度蒸馏1～2h，收集冷凝提取液，即为可燃植物醇；
（7）将上述得到的可燃植物醇、黄油和步骤（3）备用的下层腐殖质以及开孔发泡剂按质量比为4:2:50:1依次装入反应釜中，再向反应釜中加入下层腐殖质总质量30%的去离子水，在50～60℃下保温搅拌反应1～2h得到浆料，将浆料注入蜂窝状不锈钢模具中，用真空冻干机冷冻干燥固化，固化后拆模即得无灰高热值生物质燃料，所述的开孔发泡剂是用十二烷基硫酸钠和邻苯二甲酸二辛酯按质量比为3:1混合制得。
本发明的应用方法：将本发明制备的无灰高热值生物质燃料通过轮窑顶部的通风口投入到窑内，在投料时沿着通风口的四周以顺时针方向投料，确保燃料在窑内分散均匀，控制窑炉的通风量为2.0～2.5m/s，燃烧温度为950～1000℃，待燃烧结束后，与同等的量投放其他生物质燃料燃烧相比，燃烧充分，轮窑内未出现灰渣，且其燃烧值高，燃烧值达到24.62MJ/kg以上，燃烧时间延长2～3h。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明制备的无灰高热值生物质燃料燃烧充分，燃烧后未出现灰渣；
（2）本发明制备的无灰高热值生物质燃料燃烧值高，燃烧值达到24.62MJ/kg以上；
（3）本发明制备的无灰高热值生物质燃料在燃烧时不会产生有毒气体，不会腐蚀燃烧设备，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
首先按掺杂量为5～10%将棉麻杆掺入青贮玉米中喂养黄牛，持续喂养15～20天，收集喂养期间黄牛排出的粪便，将牛粪放在阳光下曝晒10～15天，得到干牛粪；挖建一个边长为10m，深1m的正方形反应池，将1000～2000kg上述得到的干牛粪转入反应池中，再向池中通入40～50t沼气池中的沼气液，在25～35℃下自然发酵20～30天直至牛粪转化为淤泥；再捞取反应池中牛粪转化成的淤泥，将淤泥和十二水合硫酸铝钾按质量比为100:1混合后静置12～14h使其固液分层，抽取上层液体后得到下层腐殖质，备用；按质量比为2:1将浒苔和玉米须混合后放入组织粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，将干酵母粉和质量分数为50%葡萄糖溶液按质量比为1:10混合后在36～38℃的水浴条件下保温活化1～2h，得到活化酵母液，备用；将上述得到的混合粉碎物和蒸馏水按质量比为1:2混合后得到悬浮液，再向悬浮液中加入其总质量3～5%的复合酶，搅拌混合后静置水解8～10h，得到混合粉碎物水解液，所述的复合酶是由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶按等质量比混合得到；将上述混合粉碎物水解液灭菌后和备用的活化酵母液依次装入发酵罐中，密封罐口后在38～48℃下厌氧发酵7～10天后过滤得到发酵液，再将发酵液转入带有冷凝管的烧瓶中，以60～70℃的温度蒸馏1～2h，收集冷凝提取液，即为可燃植物醇；最后将上述得到的可燃植物醇、黄油和备用的下层腐殖质以及开孔发泡剂按质量比为4:2:50:1依次装入反应釜中，再向反应釜中加入下层腐殖质总质量30%的去离子水，在50～60℃下保温搅拌反应1～2h得到浆料，将浆料注入蜂窝状不锈钢模具中，用真空冻干机冷冻干燥固化，固化后拆模即得无灰高热值生物质燃料，所述的开孔发泡剂是用十二烷基硫酸钠和邻苯二甲酸二辛酯按质量比为3:1混合制得。
实例1
首先按掺杂量为10%将棉麻杆掺入青贮玉米中喂养黄牛，持续喂养20天，收集喂养期间黄牛排出的粪便，将牛粪放在阳光下曝晒15天，得到干牛粪；挖建一个边长为10m，深1m的正方形反应池，将2000kg上述得到的干牛粪转入反应池中，再向池中通入50t沼气池中的沼气液，在35℃下自然发酵30天直至牛粪转化为淤泥；再捞取反应池中牛粪转化成的淤泥，将淤泥和十二水合硫酸铝钾按质量比为100:1混合后静置14h使其固液分层，抽取上层液体后得到下层腐殖质，备用；按质量比为2:1将浒苔和玉米须混合后放入组织粉碎机中粉碎30min，得到混合粉碎物，将干酵母粉和质量分数为50%葡萄糖溶液按质量比为1:10混合后在38℃的水浴条件下保温活化2h，得到活化酵母液，备用；将上述得到的混合粉碎物和蒸馏水按质量比为1:2混合后得到悬浮液，再向悬浮液中加入其总质量5%的复合酶，搅拌混合后静置水解10h，得到混合粉碎物水解液，所述的复合酶是由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶按等质量比混合得到；将上述混合粉碎物水解液灭菌后和备用的活化酵母液依次装入发酵罐中，密封罐口后在48℃下厌氧发酵10天后过滤得到发酵液，再将发酵液转入带有冷凝管的烧瓶中，以70℃的温度蒸馏2h，收集冷凝提取液，即为可燃植物醇；最后将上述得到的可燃植物醇、黄油和备用的下层腐殖质以及开孔发泡剂按质量比为4:2:50:1依次装入反应釜中，再向反应釜中加入下层腐殖质总质量30%的去离子水，在60℃下保温搅拌反应2h得到浆料，将浆料注入蜂窝状不锈钢模具中，用真空冻干机冷冻干燥固化，固化后拆模即得无灰高热值生物质燃料，所述的开孔发泡剂是用十二烷基硫酸钠和邻苯二甲酸二辛酯按质量比为3:1混合制得。
将本发明制备的无灰高热值生物质燃料通过轮窑顶部的通风口投入到窑内，在投料时沿着通风口的四周以顺时针方向投料，确保燃料在窑内分散均匀，控制窑炉的通风量为2.5m/s，燃烧温度为1000℃，待燃烧结束后，与同等的量投放其他生物质燃料燃烧相比，燃烧充分，轮窑内未出现灰渣，且其燃烧值高，燃烧值达到24.78MJ/kg，燃烧时间延长3h。
实例2
首先按掺杂量为5%将棉麻杆掺入青贮玉米中喂养黄牛，持续喂养15天，收集喂养期间黄牛排出的粪便，将牛粪放在阳光下曝晒10天，得到干牛粪；挖建一个边长为10m，深1m的正方形反应池，将1000kg上述得到的干牛粪转入反应池中，再向池中通入40t沼气池中的沼气液，在25℃下自然发酵20天直至牛粪转化为淤泥；再捞取反应池中牛粪转化成的淤泥，将淤泥和十二水合硫酸铝钾按质量比为100:1混合后静置12h使其固液分层，抽取上层液体后得到下层腐殖质，备用；按质量比为2:1将浒苔和玉米须混合后放入组织粉碎机中粉碎20min，得到混合粉碎物，将干酵母粉和质量分数为50%葡萄糖溶液按质量比为1:10混合后在36℃的水浴条件下保温活化1h，得到活化酵母液，备用；将上述得到的混合粉碎物和蒸馏水按质量比为1:2混合后得到悬浮液，再向悬浮液中加入其总质量3%的复合酶，搅拌混合后静置水解8h，得到混合粉碎物水解液，所述的复合酶是由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶按等质量比混合得到；将上述混合粉碎物水解液灭菌后和备用的活化酵母液依次装入发酵罐中，密封罐口后在38℃下厌氧发酵7天后过滤得到发酵液，再将发酵液转入带有冷凝管的烧瓶中，以60℃的温度蒸馏1h，收集冷凝提取液，即为可燃植物醇；最后将上述得到的可燃植物醇、黄油和备用的下层腐殖质以及开孔发泡剂按质量比为4:2:50:1依次装入反应釜中，再向反应釜中加入下层腐殖质总质量30%的去离子水，在50℃下保温搅拌反应1h得到浆料，将浆料注入蜂窝状不锈钢模具中，用真空冻干机冷冻干燥固化，固化后拆模即得无灰高热值生物质燃料，所述的开孔发泡剂是用十二烷基硫酸钠和邻苯二甲酸二辛酯按质量比为3:1混合制得。
将本发明制备的无灰高热值生物质燃料通过轮窑顶部的通风口投入到窑内，在投料时沿着通风口的四周以顺时针方向投料，确保燃料在窑内分散均匀，控制窑炉的通风量为2.0m/s，燃烧温度为950℃，待燃烧结束后，与同等的量投放其他生物质燃料燃烧相比，燃烧充分，轮窑内未出现灰渣，且其燃烧值高，燃烧值达到26.62MJ/kg，燃烧时间延长2h。
实例3
首先按掺杂量为7%将棉麻杆掺入青贮玉米中喂养黄牛，持续喂养17天，收集喂养期间黄牛排出的粪便，将牛粪放在阳光下曝晒12天，得到干牛粪；挖建一个边长为10m，深1m的正方形反应池，将1500kg上述得到的干牛粪转入反应池中，再向池中通入45t沼气池中的沼气液，在30℃下自然发酵25天直至牛粪转化为淤泥；再捞取反应池中牛粪转化成的淤泥，将淤泥和十二水合硫酸铝钾按质量比为100:1混合后静置13h使其固液分层，抽取上层液体后得到下层腐殖质，备用；按质量比为2:1将浒苔和玉米须混合后放入组织粉碎机中粉碎25min，得到混合粉碎物，将干酵母粉和质量分数为50%葡萄糖溶液按质量比为1:10混合后在37℃的水浴条件下保温活化2h，得到活化酵母液，备用；将上述得到的混合粉碎物和蒸馏水按质量比为1:2混合后得到悬浮液，再向悬浮液中加入其总质量4%的复合酶，搅拌混合后静置水解9h，得到混合粉碎物水解液，所述的复合酶是由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶按等质量比混合得到；将上述混合粉碎物水解液灭菌后和备用的活化酵母液依次装入发酵罐中，密封罐口后在40℃下厌氧发酵8天后过滤得到发酵液，再将发酵液转入带有冷凝管的烧瓶中，以65℃的温度蒸馏1h，收集冷凝提取液，即为可燃植物醇；最后将上述得到的可燃植物醇、黄油和备用的下层腐殖质以及开孔发泡剂按质量比为4:2:50:1依次装入反应釜中，再向反应釜中加入下层腐殖质总质量30%的去离子水，在55℃下保温搅拌反应2h得到浆料，将浆料注入蜂窝状不锈钢模具中，用真空冻干机冷冻干燥固化，固化后拆模即得无灰高热值生物质燃料，所述的开孔发泡剂是用十二烷基硫酸钠和邻苯二甲酸二辛酯按质量比为3:1混合制得。
将本发明制备的无灰高热值生物质燃料通过轮窑顶部的通风口投入到窑内，在投料时沿着通风口的四周以顺时针方向投料，确保燃料在窑内分散均匀，控制窑炉的通风量为2.2m/s，燃烧温度为980℃，待燃烧结束后，与同等的量投放其他生物质燃料燃烧相比，燃烧充分，轮窑内未出现灰渣，且其燃烧值高，燃烧值达到28.72MJ/kg，燃烧时间延长3h。
Claims (1)
1.一种无灰高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）按掺杂量为5～10%将棉麻杆掺入青贮玉米中喂养黄牛，持续喂养15～20天，收集喂养期间黄牛排出的粪便，将牛粪放在阳光下曝晒10～15天，得到干牛粪；
（2）挖建一个边长为10m，深1m的正方形反应池，将1000～2000kg上述得到的干牛粪转入反应池中，再向池中通入40～50t沼气池中的沼气液，在25～35℃下自然发酵20～30天直至牛粪转化为淤泥；
（3）捞取反应池中牛粪转化成的淤泥，将淤泥和十二水合硫酸铝钾按质量比为100:1混合后静置12～14h使其固液分层，抽取上层液体后得到下层腐殖质，备用；
（4）按质量比为2:1将浒苔和玉米须混合后放入组织粉碎机中粉碎20～30min，得到混合粉碎物，将干酵母粉和质量分数为50%葡萄糖溶液按质量比为1:10混合后在36～38℃的水浴条件下保温活化1～2h，得到活化酵母液，备用；
（5）将上述得到的混合粉碎物和蒸馏水按质量比为1:2混合后得到悬浮液，再向悬浮液中加入其总质量3～5%的复合酶，搅拌混合后静置水解8～10h，得到混合粉碎物水解液，所述的复合酶是由蛋白酶、淀粉酶、果胶酶和纤维素酶按等质量比混合得到；
（6）将上述混合粉碎物水解液灭菌后和步骤（4）中备用的活化酵母液依次装入发酵罐中，密封罐口后在38～48℃下厌氧发酵7～10天后过滤得到发酵液，再将发酵液转入带有冷凝管的烧瓶中，以60～70℃的温度蒸馏1～2h，收集冷凝提取液，即为可燃植物醇；
（7）将上述得到的可燃植物醇、黄油和步骤（3）备用的下层腐殖质以及开孔发泡剂按质量比为4:2:50:1依次装入反应釜中，再向反应釜中加入下层腐殖质总质量30%的去离子水，在50～60℃下保温搅拌反应1～2h得到浆料，将浆料注入蜂窝状不锈钢模具中，用真空冻干机冷冻干燥固化，固化后拆模即得无灰高热值生物质燃料，所述的开孔发泡剂是用十二烷基硫酸钠和邻苯二甲酸二辛酯按质量比为3:1混合制得。
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