CN107474891A - 一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及清洁燃料制备技术领域，具体涉及一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法。本发明首先以含有大量可燃性粗纤维的牛粪为原料，利用淤泥中富含的微生物对牛粪进行降解，同时使牛粪和淤泥本身中大分子有机物转化为小分子有机物，利用葡萄和酵母粉发酵，得到富含植物醇的发酵液，利用无水硫酸酸钠吸取发酵液中的水分，提高植物醇浓度，接着在高温条件下利用氧化钙和氢氧化钠和发酵液中的有机羧酸发生脱羧反应，是有机羧酸脱羧释放出二氧化碳，自身则转化为燃烧效率更高的烃类物质，再用高燃烧值的反应液浸泡多孔燃料坯体，另外多孔坯体制成的生物质燃料，其表面积巨大，燃烧时可与氧气充分接触，使用时燃烧充分且不会产生有毒气体和灰分。
Description
技术领域
本发明涉及清洁燃料制备技术领域，具体涉及一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法。
背景技术
人类普遍使用的石油、煤炭、天然气化石能源是不可再生的，全球储量有限，并且会排放大量的温室气体和污染物。随着全球石油资源的过度开采利用，石化资源己经面临衰竭的危险，而石化燃油在使用过程中排放的二氧化碳等温室气体以及其他废气污染也成为人类面临的巨大挑战，严重破坏了生态平衡。石化能源枯竭和生态环境恶化等一系列问题日益突出，使得清洁替代燃料的开发和应用步伐大大加快。
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，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。
因此发明一种燃烧热值高且燃烧过程中产生的灰分少的新型生物质燃料，对清洁燃料制备技术领域具有积极的意义。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前常见生物质燃料普遍存在热值低、耗量大，燃烧不充分、灰渣多的问题，提供了一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）在温室中挖建一个处理池，将牛粪和河底淤泥混合后得到沤制底物，并将沤制底物倒入处理池中，静置沤制；
（2）待上述沤制结束后，向处理池中加入聚丙烯酰胺，搅拌混合后静置陈化，抽取上层液体后得到下层沉淀物，将沉淀物和过氧化钠以及水混合后立即注入模具中，静置发泡后冷冻干燥，得到多孔燃料坯体，备用；
（3）收集葡萄园中掉落的葡萄，用去离子水冲洗后粉碎处理，得到葡萄粉碎物，将葡萄粉碎物用紫外灯照射灭菌，得到灭菌葡萄粉碎物；
（4）将上述灭菌葡萄粉碎物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入酵母粉，密封发酵后过滤发酵产物得发酵滤液；
（5）将无水硫酸钠和上述发酵滤液混合后放置在摇床上振荡反应，反应结束后过滤分离得到滤液，将滤液和氧化钙以及氢氧化钠混合后倒入带有回流装置的三口烧瓶中，加热升温，回流反应，得到反应液；
（6）将上述反应液和备用的多孔燃料坯体混合后超声振荡浸渍，浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，用冷冻干燥机冷冻干燥后即得低灰分高燃烧值生物燃料。
步骤（1）中所述的温室的温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70%，处理池的长度为2～3m、宽度为1～2m，深度为0.8～1.5m，牛粪和河底淤泥的质量比为3:1，静置沤制时间为15～20天。
步骤（2）中所述的聚丙烯酰胺的加入量为牛粪质量的1%，搅拌混合时间为20～30min，静置陈化时间为12～14h。
步骤（3）中所述的紫外灯照射灭菌的时间为40～60min。
步骤（4）中所述的酵母粉的加入量为灭菌葡萄粉碎物质量的3～5%，密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为20～30天。
步骤（5）中所述的无水硫酸钠和发酵滤液的质量比为1:5，振荡反应时间为15～20min，滤液和氧化钙以及氢氧化钠的质量比为10:1:1，加热升温的温度为160～200℃，回流反应时间为1～2h。
步骤（6）中所述的反应液和多孔燃料坯体的质量比为10:1，超声振荡浸渍的功率为200～300W，超声振荡浸渍的时间为3～5h。
本发明的有益效果是：
本发明首先以含有大量可燃性粗纤维的牛粪为原料，利用淤泥中富含的微生物对牛粪进行降解，同时使牛粪和淤泥本身中大分子有机物转化为小分子有机物，并去除其中无机杂质，在增加沤制产物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，从而减少燃烧过程中产生的灰渣含量，接着利用葡萄和酵母粉发酵，得到富含植物醇的发酵液，利用无水硫酸酸钠吸取发酵液中的水分，提高植物醇浓度，接着在高温条件下利用氧化钙和氢氧化钠和发酵液中的有机羧酸发生脱羧反应，是有机羧酸脱羧释放出二氧化碳，自身则转化为燃烧效率更高的烃类物质，最终得到高燃烧值的反应液，再用高燃烧值的反应液浸泡多孔燃料坯体，使得最终制成的生物燃料的热值增加，另外多孔坯体制成的生物质燃料，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，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。具体实施方式
在温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70%的温室中挖建一个长度为2～3m、宽度为1～2m，深度为0.8～1.5m的处理池，按质量比为3:1将牛粪和河底淤泥混合后得到沤制底物，并将沤制底物倒入处理池中，静置沤制15～20天；待上述沤制结束后，向处理池中加入牛粪质量1%的聚丙烯酰胺，搅拌混合20～30min后静置陈化12～14h，抽取上层液体后得到下层沉淀物，按质量比为10:1:5将沉淀物和过氧化钠以及水混合后立即注入模具中，静置发泡20～30min后冷冻干燥，得到多孔燃料坯体，备用；收集葡萄园中掉落的葡萄，用去离子水冲洗3～5次后放入组织粉碎机粉碎处理2～4h，得到葡萄粉碎物，将葡萄粉碎物用紫外灯照射灭菌40～60min，得到灭菌葡萄粉碎物；将上述灭菌葡萄粉碎物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入灭菌葡萄粉碎物质量3～5%的酵母粉，密封罐口，在35～45℃下密封发酵20～30天后过滤发酵产物得发酵滤液；按质量比为1:5将无水硫酸钠和上述发酵滤液混合后放置在摇床上振荡反应15～20min，反应结束后过滤分离得到滤液，将滤液和氧化钙以及氢氧化钠按质量比为10:1:1混合后倒入带有回流装置的三口烧瓶中，加热升温至160～200℃，回流反应1～2h，得到反应液；将上述反应液和备用的多孔燃料坯体按质量比为10:1混合后用超声振荡仪以200～300W的功率超声振荡浸渍3～5h，浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，用冷冻干燥机冷冻干燥后即得低灰分高燃烧值生物燃料。
实例1
在温度为30℃，空气相对湿度为60%的温室中挖建一个长度为2m、宽度为1m，深度为0.8m的处理池，按质量比为3:1将牛粪和河底淤泥混合后得到沤制底物，并将沤制底物倒入处理池中，静置沤制15天；待上述沤制结束后，向处理池中加入牛粪质量1%的聚丙烯酰胺，搅拌混合20min后静置陈化12h，抽取上层液体后得到下层沉淀物，按质量比为10:1:5将沉淀物和过氧化钠以及水混合后立即注入模具中，静置发泡20min后冷冻干燥，得到多孔燃料坯体，备用；收集葡萄园中掉落的葡萄，用去离子水冲洗3次后放入组织粉碎机粉碎处理2h，得到葡萄粉碎物，将葡萄粉碎物用紫外灯照射灭菌40min，得到灭菌葡萄粉碎物；将上述灭菌葡萄粉碎物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入灭菌葡萄粉碎物质量3%的酵母粉，密封罐口，在35℃下密封发酵20天后过滤发酵产物得发酵滤液；按质量比为1:5将无水硫酸钠和上述发酵滤液混合后放置在摇床上振荡反应15min，反应结束后过滤分离得到滤液，将滤液和氧化钙以及氢氧化钠按质量比为10:1:1混合后倒入带有回流装置的三口烧瓶中，加热升温至160℃，回流反应1h，得到反应液；将上述反应液和备用的多孔燃料坯体按质量比为10:1混合后用超声振荡仪以200W的功率超声振荡浸渍3h，浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，用冷冻干燥机冷冻干燥后即得低灰分高燃烧值生物燃料。
实例2
在温度为35℃，空气相对湿度为65%的温室中挖建一个长度为2.5m、宽度为1.5m，深度为1.2m的处理池，按质量比为3:1将牛粪和河底淤泥混合后得到沤制底物，并将沤制底物倒入处理池中，静置沤制17天；待上述沤制结束后，向处理池中加入牛粪质量1%的聚丙烯酰胺，搅拌混合25min后静置陈化13h，抽取上层液体后得到下层沉淀物，按质量比为10:1:5将沉淀物和过氧化钠以及水混合后立即注入模具中，静置发泡25min后冷冻干燥，得到多孔燃料坯体，备用；收集葡萄园中掉落的葡萄，用去离子水冲洗4次后放入组织粉碎机粉碎处理3h，得到葡萄粉碎物，将葡萄粉碎物用紫外灯照射灭菌50min，得到灭菌葡萄粉碎物；将上述灭菌葡萄粉碎物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入灭菌葡萄粉碎物质量4%的酵母粉，密封罐口，在40℃下密封发酵25天后过滤发酵产物得发酵滤液；按质量比为1:5将无水硫酸钠和上述发酵滤液混合后放置在摇床上振荡反应17min，反应结束后过滤分离得到滤液，将滤液和氧化钙以及氢氧化钠按质量比为10:1:1混合后倒入带有回流装置的三口烧瓶中，加热升温至180℃，回流反应1.5h，得到反应液；将上述反应液和备用的多孔燃料坯体按质量比为10:1混合后用超声振荡仪以250W的功率超声振荡浸渍4h，浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，用冷冻干燥机冷冻干燥后即得低灰分高燃烧值生物燃料。
实例3
在温度为40℃，空气相对湿度为70%的温室中挖建一个长度为3m、宽度为2m，深度为1.5m的处理池，按质量比为3:1将牛粪和河底淤泥混合后得到沤制底物，并将沤制底物倒入处理池中，静置沤制20天；待上述沤制结束后，向处理池中加入牛粪质量1%的聚丙烯酰胺，搅拌混合30min后静置陈化14h，抽取上层液体后得到下层沉淀物，按质量比为10:1:5将沉淀物和过氧化钠以及水混合后立即注入模具中，静置发泡30min后冷冻干燥，得到多孔燃料坯体，备用；收集葡萄园中掉落的葡萄，用去离子水冲洗5次后放入组织粉碎机粉碎处理4h，得到葡萄粉碎物，将葡萄粉碎物用紫外灯照射灭菌60min，得到灭菌葡萄粉碎物；将上述灭菌葡萄粉碎物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入灭菌葡萄粉碎物质量5%的酵母粉，密封罐口，在45℃下密封发酵30天后过滤发酵产物得发酵滤液；按质量比为1:5将无水硫酸钠和上述发酵滤液混合后放置在摇床上振荡反应20min，反应结束后过滤分离得到滤液，将滤液和氧化钙以及氢氧化钠按质量比为10:1:1混合后倒入带有回流装置的三口烧瓶中，加热升温至200℃，回流反应2h，得到反应液；将上述反应液和备用的多孔燃料坯体按质量比为10:1混合后用超声振荡仪以300W的功率超声振荡浸渍5h，浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，用冷冻干燥机冷冻干燥后即得低灰分高燃烧值生物燃料。
对比例 以云南某公司生产的低灰分高燃烧值生物燃料作为对比例 对本发明制得的低灰分高燃烧值生物燃料和对比例中的低灰分高燃烧值生物燃料进行性能检测，检测结果如表1所示： 1、测试方法：
灰分测试按GB/T20828-2007的规定进行检测；
热值测试按GB T 384-2002的标准进行检测；
燃烧率测试采用燃烧率测试仪进行检测；
热效率测试采用固体燃料热效率测试法进行检测。
表1
根据表1中数据可知，本发明制得的本发明的低灰分高燃烧值生物燃料比对比例中的燃料灰分少了0.007%～0.010%，热值高出至少17 MJ/kg，燃烧率高出4％～6％，热效率高出6％～8％，具有广阔的运用前景。
Claims (7)
1.一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）在温室中挖建一个处理池，将牛粪和河底淤泥混合后得到沤制底物，并将沤制底物倒入处理池中，静置沤制；
（2）待上述沤制结束后，向处理池中加入聚丙烯酰胺，搅拌混合后静置陈化，抽取上层液体后得到下层沉淀物，将沉淀物和过氧化钠以及水混合后立即注入模具中，静置发泡后冷冻干燥，得到多孔燃料坯体，备用；
（3）收集葡萄园中掉落的葡萄，用去离子水冲洗后粉碎处理，得到葡萄粉碎物，将葡萄粉碎物用紫外灯照射灭菌，得到灭菌葡萄粉碎物；
（4）将上述灭菌葡萄粉碎物装入发酵罐中，再向发酵罐中加入酵母粉，密封发酵后过滤发酵产物得发酵滤液；
（5）将无水硫酸钠和上述发酵滤液混合后放置在摇床上振荡反应，反应结束后过滤分离得到滤液，将滤液和氧化钙以及氢氧化钠混合后倒入带有回流装置的三口烧瓶中，加热升温，回流反应，得到反应液；
（6）将上述反应液和备用的多孔燃料坯体混合后超声振荡浸渍，浸渍结束后，过滤分离得到滤渣，用冷冻干燥机冷冻干燥后即得低灰分高燃烧值生物燃料。
2.根据权利要求1所述的一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的温室的温度为30～40℃，空气相对湿度为60～70%，处理池的长度为2～3m、宽度为1～2m，深度为0.8～1.5m，牛粪和河底淤泥的质量比为3:1，静置沤制时间为15～20天。
3.根据权利要求1所述的一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的聚丙烯酰胺的加入量为牛粪质量的1%，搅拌混合时间为20～30min，静置陈化时间为12～14h。
4.根据权利要求1所述的一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的紫外灯照射灭菌的时间为40～60min。
5.根据权利要求1所述的一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的酵母粉的加入量为灭菌葡萄粉碎物质量的3～5%，密封发酵的温度为35～45℃，密封发酵的时间为20～30天。
6.根据权利要求1所述的一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的无水硫酸钠和发酵滤液的质量比为1:5，振荡反应时间为15～20min，滤液和氧化钙以及氢氧化钠的质量比为10:1:1，加热升温的温度为160～200℃，回流反应时间为1～2h。
7.根据权利要求1所述的一种低灰分高燃烧值生物燃料的制备方法，其特征在于：步骤（6）中所述的反应液和多孔燃料坯体的质量比为10:1，超声振荡浸渍的功率为200～300W，超声振荡浸渍的时间为3～5h。
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| CN114989874A (zh) * | 2022-07-04 | 2022-09-02 | 宁夏瑞创源新能源科技有限公司 | 一种葡萄枝沼渣生物质颗粒燃料制备工艺 |
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