CN107446643A - 一种高热量高强度生物质棒体燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆40‑60份、小麦秸秆15‑25份、芦栗残株3‑6份、细条芦笋2‑5份、艾架木1‑4份、竹料2‑5份、废木1‑4份、玉米穗轴2‑6份、玉米茎秆1‑4份、大麦秆2‑6份、煤粉4‑8份、白云石粉2‑5份、赤泥3‑6份、过氧化钙1‑5份、奈系中间沥青3‑6份、增强剂2‑8份、增氧剂2‑5份、助燃剂3‑6份、粘合剂4‑8份。本发明还提出上述一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法。本发明制备得到的生物质棒体燃料强度高，热量高。

Description

一种高热量高强度生物质棒体燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物燃料的技术领域，尤其涉及一种高热量高强度生物质棒体燃料及其制备方法。
背景技术
随着经济社会的发展，能源和环境问题已成为全球关注的焦点，传统的诸如煤、石油和天然气等化石能源由于日益枯竭带来的能源危机和其燃烧产生的污染问题日益突出，开发清洁的可再生能源迫在眉睫，生物质是一种多样性的能源资源，来源广泛，应用简单，作为一种有效的替代能源具有良好的应用前景，近些年来，利用林木加工废弃物，秸秆等粉碎加工后制成生物质固体燃料的研究和应用也逐渐增加，目前生物质能源主要通过直接挤压成型直接形成条状，颗粒状或块状，成型厚度越来越厚，压实密度越来越高，在引燃初期造成点燃难度大，据此造成的生物质燃料的完全程度大打折扣，甚至产生黑烟，进而造成燃烧时间短，热量不高的缺陷。故此现有技术亟需设计一种高热量高强度生物质棒体燃料来解决现有技术中的问题。
发明内容
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种高热量高强度生物质棒体燃料及其制备方法，制备得到的生物质燃料热量高，强度高。
本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆40-60份、小麦秸秆15-25份、芦栗残株3-6份、细条芦笋2-5份、艾架木1-4份、竹料2-5份、废木1-4份、玉米穗轴2-6份、玉米茎秆1-4份、大麦秆2-6份、煤粉4-8份、白云石粉2-5份、赤泥3-6份、过氧化钙1-5份、奈系中间沥青3-6份、增强剂2-8份、增氧剂2-5份、助燃剂3-6份、粘合剂4-8份。
优选地，所述增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比1-3：2-5：3-6混合而成。
优选地，所述增氧剂按如下工艺进行制备：将质量分数为25-35％的双氧水、尿素、六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至25-35℃，恒温搅拌5-15min，然后加入硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌5-15min，接着于冰水浴中冷却至0-5℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
优选地，所述增氧剂的制备工艺中，质量分数为25-35％的双氧水、尿素、六偏磷酸钠和硫酸钙石膏粉的重量比为6-12：1-3：2-6：3-5。
优选地，所述助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比1-3：2-4：3-5：1-3混合而成。
本发明的一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于2-3MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温1-3h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于20-50kPa下压制成型得到高热量高强度生物质棒体燃料。
优选地，S1中，干燥的温度为60-90℃，干燥的时间为2-4h。
优选地，S3中，高热量高强度生物质棒体燃料的含水率为10-25％。
本发明的本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料包括水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋份、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆、大麦秆、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增强剂、增氧剂、助燃剂和粘合剂。其中以水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋份、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆为基料，以煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙和奈系中间沥青作为助剂，以增强剂、增氧剂、助燃剂和粘合剂为辅助添加剂，其中赤泥和过氧化钙作为煤粉的固硫助燃剂，能够有效对硫元素进行固化，降低硫元素对环境的污染。添加的增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按一定比例混合而成，运用到本发明的生物质棒体燃料的制备，有效提高了生物质棒体燃料的强度，且进一步提高了其耐烧性能。添加的增氧剂通过将双氧水、尿素、六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温，恒温搅拌，然后加入硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌，接着于冰水浴中冷却，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂，过氧尿素在潮湿或者40℃以上时能分解产生氧气，在65-75℃时逐渐变软融化，活性氧含量迅速下降，在75-85℃熔融并放出活性氧，与水、酸类接触放出氧气，易溶于水、低级醇和乙二醇，乙醚或丙酮都可使过氧化氢从水中萃取出来，添加到生物质棒体燃料的制备中，使得增氧剂在生物质棒体燃料在燃烧时，能够使得增氧剂分解产生氧气，进一步促进了生物质棒体燃料的充分燃料，进一步提高了生物质棒体燃料的热量，避免了不完全燃烧造成的浪费和污染。添加的助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按一定比例混合而成，能够有效促进生物质棒体燃料的燃料，提高生物质棒体燃料的燃烧性能。本发明制备方法简单，制备得到的生物质棒体燃料强度高，热量高，耐烧性强。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做出详细说明，应当了解，实施例只用于说明本发明，而不是用于对本发明进行限定，任何在本发明基础上所做的修改、等同替换等均在本发明的保护范围内。
具体实施方式中，水稻秸秆的重量份可以为40份、41份、42份、43份、44份、45份、46份、47份、48份、49份、50份、51份、52份、53份、54份、55份、56份、57份、58份、59份、60份；小麦秸秆的重量份可以为15份、16份、17份、18份、19份、20份、21份、22份、23份、24份、25份；芦栗残株的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份；细条芦笋的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；艾架木的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份；竹料的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；废木的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份；玉米穗轴的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份；玉米茎秆的重量份可以为1份、1.5份、2份、2.5份、3份、3.5份、4份；大麦秆的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份；煤粉的重量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份；白云石粉的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；赤泥的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份；过氧化钙的重量份可以为1份、2份、3份、4份、5份；奈系中间沥青的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份；增强剂的重量份可以为2份、3份、4份、5份、6份、7份、8份；增氧剂的重量份可以为2份、2.5份、3份、3.5份、4份、4.5份、5份；助燃剂的重量份可以为3份、3.5份、4份、4.5份、5份、5.5份、6份；粘合剂的重量份可以为4份、4.5份、5份、5.5份、6份、6.5份、7份、7.5份、8份。
实施例1
本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆50份、小麦秸秆20份、芦栗残株4.5份、细条芦笋3.5份、艾架木2.5份、竹料3.5份、废木2.5份、玉米穗轴4份、玉米茎秆2.5份、大麦秆4份、煤粉6份、白云石粉3.5份、赤泥4.5份、过氧化钙3份、奈系中间沥青4.5份、增强剂5份、增氧剂3.5份、助燃剂4.5份、粘合剂6份。
增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比2：3.5：4.5混合而成。
增氧剂按如下工艺进行制备：按重量份将9份质量分数为30％的双氧水、2份尿素、4份六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至30℃，恒温搅拌10min，然后加入4份硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌10min，接着于冰水浴中冷却至2.5℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比2：3：4：2混合而成。
本发明的一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a，其中，干燥的温度为75℃，干燥的时间为3h；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于2.5MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温2h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于35kPa下压制成型得到含水率为17.5％的高热量高强度生物质棒体燃料。
实施例2
本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆40份、小麦秸秆25份、芦栗残株3份、细条芦笋5份、艾架木1份、竹料5份、废木1份、玉米穗轴6份、玉米茎秆1份、大麦秆6份、煤粉4份、白云石粉5份、赤泥3份、过氧化钙5份、奈系中间沥青3份、增强剂8份、增氧剂2份、助燃剂6份、粘合剂4份。
增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比1：5：3混合而成。
增氧剂按如下工艺进行制备：按重量份将6份质量分数为35％的双氧水、1份尿素、6份六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至25℃，恒温搅拌15min，然后加入3份硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌15min，接着于冰水浴中冷却至0℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比1：4：3：3混合而成。
本发明的一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a，其中，干燥的温度为60℃，干燥的时间为4h；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于2MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温3h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于20kPa下压制成型得到含水率为25％的高热量高强度生物质棒体燃料。
实施例3
本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆60份、小麦秸秆15份、芦栗残株6份、细条芦笋2份、艾架木4份、竹料2份、废木4份、玉米穗轴2份、玉米茎秆4份、大麦秆2份、煤粉8份、白云石粉2份、赤泥6份、过氧化钙1份、奈系中间沥青6份、增强剂2份、增氧剂5份、助燃剂3份、粘合剂8份。
增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比3：2：6混合而成。
增氧剂按如下工艺进行制备：按重量份将12份质量分数为25％的双氧水、3份尿素、2份六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至35℃，恒温搅拌5min，然后加入5份硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌5min，接着于冰水浴中冷却至5℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比3：2：5：1混合而成。
本发明的一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a，其中，干燥的温度为90℃，干燥的时间为2h；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于3MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温1h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于50kPa下压制成型得到含水率为10％的高热量高强度生物质棒体燃料。
实施例4
本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆45份、小麦秸秆22份、芦栗残株4份、细条芦笋4份、艾架木2份、竹料4份、废木2份、玉米穗轴5份、玉米茎秆2份、大麦秆5份、煤粉5份、白云石粉4份、赤泥4份、过氧化钙4份、奈系中间沥青4份、增强剂7份、增氧剂3份、助燃剂5份、粘合剂5份。
增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比1.5：4：4混合而成。
增氧剂按如下工艺进行制备：按重量份将7份质量分数为32％的双氧水、1.5份尿素、5份六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至28℃，恒温搅拌12min，然后加入3.5份硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌12min，接着于冰水浴中冷却至1℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比1.5：3.5：3.5：2.5混合而成。
本发明的一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a，其中，干燥的温度为65℃，干燥的时间为3.5h；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于2.2MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温2.5h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于25kPa下压制成型得到含水率为20％的高热量高强度生物质棒体燃料。
实施例5
本发明提出的一种高热量高强度生物质棒体燃料，其原料按重量份包括：水稻秸秆55份、小麦秸秆18份、芦栗残株5份、细条芦笋3份、艾架木3份、竹料3份、废木3份、玉米穗轴3份、玉米茎秆3份、大麦秆3份、煤粉7份、白云石粉3份、赤泥5份、过氧化钙2份、奈系中间沥青5份、增强剂3份、增氧剂4份、助燃剂4份、粘合剂7份。
增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比2.5：3：5混合而成。
增氧剂按如下工艺进行制备：按重量份将11份质量分数为28％的双氧水、2.5份尿素、3份六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至32℃，恒温搅拌8min，然后加入4.5份硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌8min，接着于冰水浴中冷却至4℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比2.5：2.5：4.5：1.5混合而成。
本发明的一种高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a，其中，干燥的温度为85℃，干燥的时间为2.5h；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于2.8MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温1.5h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于45kPa下压制成型得到含水率为15％的高热量高强度生物质棒体燃料。
为了评估本发明所述高热量高强度生物质棒体燃料的具体技术效果，分别从热值、燃烧率和热率等方面对实施例1-5的具体燃烧性能进行测试，具体测试数据如表1所示：
表1 不同实施例具体燃烧性能测试数据
从表1可以看出，本发明制备所得的高热量高强度生物质棒体燃料热值在5700kcal/kg，热效率在93％以上，而传统的生物质成型燃料的具体燃烧性能为：热值在4500-4800kcal/kg，燃烧率在90-96％之间，热率在80-90％之间，相比之下，本发明的高热量高强度生物质棒体燃料在热值、燃烧率和热效率等燃烧性能指标均有显著的提升，具有广泛的前景。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高热量高强度生物质棒体燃料，其特征在于，其原料按重量份包括：水稻秸秆40-60份、小麦秸秆15-25份、芦栗残株3-6份、细条芦笋2-5份、艾架木1-4份、竹料2-5份、废木1-4份、玉米穗轴2-6份、玉米茎秆1-4份、大麦秆2-6份、煤粉4-8份、白云石粉2-5份、赤泥3-6份、过氧化钙1-5份、奈系中间沥青3-6份、增强剂2-8份、增氧剂2-5份、助燃剂3-6份、粘合剂4-8份。
2.根据权利要求1所述的高热量高强度生物质棒体燃料，其特征在于，所述增强剂由中间相炭微球、PAN基炭纤维和纳米氧化锆按重量比1-3：2-5：3-6混合而成。
3.根据权利要求1或2所述的高热量高强度生物质棒体燃料，其特征在于，所述增氧剂按如下工艺进行制备：将质量分数为25-35％的双氧水、尿素、六偏磷酸钠混合均匀，水浴加热升温至25-35℃，恒温搅拌5-15min，然后加入硫酸钙石膏粉混合均匀，恒温搅拌5-15min，接着于冰水浴中冷却至0-5℃，抽滤后将滤饼于室温下干燥得到增氧剂。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高热量高强度生物质棒体燃料，其特征在于，所述增氧剂的制备工艺中，质量分数为25-35％的双氧水、尿素、六偏磷酸钠和硫酸钙石膏粉的重量比为6-12：1-3：2-6：3-5。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高热量高强度生物质棒体燃料，其特征在于，所述助燃剂由氧化锰、碳酸钙、氧化铈和氧化镧按重量比1-3：2-4：3-5：1-3混合而成。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将水稻秸秆、小麦秸秆、芦栗残株、细条芦笋、艾架木、竹料、废木、玉米穗轴、玉米茎秆和大麦秆粉碎后进行干燥得到物料a；
S2、将物料a、煤粉、白云石粉、赤泥、过氧化钙、奈系中间沥青、增氧剂、助燃剂、增强剂和粘合剂混合均匀，然后置于反应釜中，于2-3MPa的初始压力，以3℃/min升温至600℃，并恒温进行发泡得到物料a，然后将物料a置于炭化炉中，在氮气气氛下，以2℃/min升温至1000℃，并恒温1-3h，得到物料b；
S3、将物料b放入成型机中于20-50kPa下压制成型得到高热量高强度生物质棒体燃料。
7.根据权利要求6所述的高热量高强度生物质棒体燃料的制备方法，其特征在于，S1中，干燥的温度为60-90℃，干燥的时间为2-4h。
8.根据权利要求6或7所述的高热量高强度生物质棒体燃料，其特征在于，S3中，高热量高强度生物质棒体燃料的含水率为10-25％。
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