CN108251175A - 一种提高秸秆在水中固含量的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质再利用技术领域，具体涉及一种提高秸秆在水中固含量的方法。该方法包括以下步骤：(1)对收集的秸秆进行烘干脱水，然后粉碎至中位(D50)粒径为100‑300μm；(2)将步骤(1)粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为2‑5MPa，压缩温度为30‑60℃；(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为30‑50μm，得秸秆粉末；(4)将步骤(3)的秸秆粉末与水按比例进行配比混合、研磨制浆，得到浓度为35‑50wt％的浆液。通过提供的方法制备得到的秸秆浆液固含量高，粘度低，固含量好。

Description

一种提高秸秆在水中固含量的方法
技术领域
本发明属于生物质再利用技术领域，具体涉及一种提高秸秆在水中固含量的方法。
背景技术
当前全球石油需求不断增长与化石能源目渐枯竭的矛盾日益突出，能源供给形势越来越紧张，国际市场原油价格持续大幅上涨，能源的多元化、可再生化和清洁化已成为人类社会发展的必然选择，开发生物质能源是解决全球能源危机的方向之一，作为新型替代能源的生物质能源在世界各国发展迅速。
秸秆是世界上最丰富最廉价的生物质能源，但却未得到充分的利用，大量秸秆被就地焚烧或者随处丢弃，燃烧利用率很低，这不仅浪费了宝贵的资源且污染环境，还会带来很多危害，如引发火灾、造成大气污染、破坏土壤环境等，对人类赖以生存的生态环境造成严重的影响。秸秆被随处丢弃焚烧的主要原因是：单位质量的物质体积较为庞大，运输成本过高；随着生活水平的提高，用秸秆当作燃料进行燃烧的功率和效率达不到人们需求的水平。如果可以将秸秆转化为液体燃料，则既可以消除运输出现的问题，也可以提高燃烧效率。
为此，中国专利文献CN 103102253A公开了一种秸秆液化分离综合利用的方法，包括如下步骤：将粉碎后的秸秆加水混合搅拌制浆，得到固液比为1∶50～1∶2的秸秆浆液；将秸秆浆液在高压釜中进行液化反应，保留反应混合物，通过固液分离器进行固液分离，得到混合物的固相物和水相物，采用有机溶剂对固相物进行萃取，分离得到有机相物和固体残渣，通过减压蒸馏除去有机相中的有机溶剂即得到生物油，剩余的固体残渣作为土壤改良剂。该技术以秸秆为原料，以绿色溶剂水作为反应介质，在相对温和的条件下，将秸秆液化为生物油和固体残渣，该生物油热值较高，可以作为低级燃料直接使用。该技术实现了秸秆向液体燃料的转化，提高了秸秆的利用效率，但是采用常规方法将秸秆与水混合，秸秆浆料中的秸秆固含量较低，从而导致生产效率不高和水资源的浪费，因此秸秆浆料的固含量成为一个主要考察指标，如何提高秸秆在水中的固含量成为我们面临的一个重要问题。
发明内容
为此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的秸秆在水中固含量低的缺陷，从而提供一种提高秸秆在水中固含量的方法。
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
原料预处理：收集秸秆并控制其含水率低于2wt％，然后粉碎至中位粒径为100-300μm；
压缩：将粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为2-5MPa，压缩温度为30-60℃；
粉碎：将压缩成型后的秸秆再次粉碎处理，粉碎至中位粒径为30-50μm，得秸秆粉末；
制浆：将秸秆粉末与水按比例进行配比混合、研磨制浆，得到浓度为35-50wt％的浆液。
进一步地，采用烘干脱水控制含水率，所述烘干脱水温度为70-110℃，烘干脱水时间为3-5h。
进一步地，所述压缩成型为压片成型、压块成型或压条成型。进一步地，可以采用压片机、压块机或压条机进行压缩成型。
进一步地，压缩后秸秆被再次粉碎至堆密度为400-800kg/m3。
进一步地，粉碎过程为锤片式磨粉碎、球磨粉碎、棒磨粉碎、超微粉碎或气流粉碎。可采用锤片式磨机、球磨机、棒磨机、超微粉碎机或气流粉碎机等粉碎设备。
进一步地，所述研磨制浆步骤为搅拌制浆、分散制浆、乳化制浆、剪切制浆、均质制浆或胶体磨制浆。可选用搅拌机、混合机、分散机、乳化机、剪切机、均质机、研磨机或胶体磨等进行研磨制浆，但不限于上述设备。
进一步地，所述研磨制浆的时间为2-8分钟。
进一步地，所述制浆步骤中秸秆粉末与水的质量比为35-50:50-65。
进一步地，所得浆液的粘度为400-800mPa·s(50℃)。
优选的，所述秸秆为包括粮食作物秸秆、油料作物秸秆、棉秆、烟秸秆、麻类秸秆、糖料作物秸秆，其中粮食作物秸秆包括水稻、小麦、大麦、玉米、大豆、蚕豌豆、薯类秸秆等，油料作物秸秆包括花生、油菜籽、芝麻秸秆等、棉秆、烟秸秆、麻类秸秆和糖料作物秸秆主要为甘蔗秸秆。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的提高秸秆在水中固含量的方法，通过对秸秆进行脱水、粉碎、压缩、再粉碎、研磨制浆这一工艺流程，使得秸秆在水中的固含量达到35-50wt％，而浆液的粘度仅为400-800mPa·s(50℃)。该方法通过各步骤的配合，尤其是对两次粉碎步骤中粒度的控制、以及压缩和研磨制浆步骤的控制，能够使秸秆物料粒子在机械作用下产生机械镶嵌，纤维素、木质素结构被破坏并且相互缠绕，颗粒间的空隙大幅缩小，物料之间结合紧密，这种做法可以驱赶大量孔隙中的空气，从而使得本发明所得浆液固含量提高的同时，浆液的粘度降低、流动性好，便于输送，满足后续处理工艺的进料要求，提高装置的利用效率，而且工艺简单，不需要额外的添加剂，大大降低了原料的运输费用，经济环保。
2.本发明通过控制原料压缩的温度、压力及再粉碎的粒度等参数，可是实现调整浆液的粘度。随着压缩压力和温度的提高，物料内部孔隙结构被破坏得更加彻底，所含水分大大减少，物料间结合得更为致密，压缩后物料堆密度高，更有利于运输。同时随着再粉碎粒度的控制，在配浆时固液结合更好，从而降低浆料粘度，增加浆液整体的流动性。
具体实施方式
实施例1
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的玉米秸秆进行烘干脱水，烘干温度为70℃，烘干时间为5h，然后采用球磨机粉碎至中位(D50)粒径为100μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的秸秆采用压片机进行压缩成型，压缩压力为5MPa，压缩温度为30℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆采用球磨机再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为50μm，得秸秆粉末，其堆密度为700kg/m3；
(4)将步骤(3)的50kg秸秆粉末与50kg水混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆时间为2min，得到浓度为50wt％的浆液。
实施例2
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的花生秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用超微粉碎机粉碎至中位(D50)粒径为300μm；
(2)将步骤(1)粉碎后的秸秆采用压条机进行压缩成型，压缩压力为2MPa，压缩温度为60℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆采用超微粉碎机再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为30μm，得秸秆粉末，其堆密度为300kg/m3；
(4)将步骤(3)的35kg秸秆粉末与65kg水混合、采用乳化机进行研磨制浆，研磨制浆时间为6min，得到浓度为35wt％的浆液。
实施例3
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的棉秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为50℃，烘干脱水时间为5h，然后采用锤片式磨粉碎至中位(D50)粒径为150μm；
(2)采用压条机将步骤(1)粉碎后的秸秆采用压片机进行压缩成型，压缩压力为4MPa，压缩温度为50℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆采用锤片式磨再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为45μm，得秸秆粉末，其堆密度为800kg/m3；
(4)将步骤(3)的40kg秸秆粉末与60kg水混合、采用均质机研磨制浆，研磨制浆时间4min，得到浓度为40wt％的浆液。
实施例4
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的小麦秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为70℃，烘干脱水时间为3h，然后用球磨机将秸秆粉碎至中位(D50)粒径为200μm；
(2)采用压片机将步骤(1)粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为3MPa，压缩温度为40℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆用超微粉碎机再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为40μm，得秸秆粉末，其堆密度为400kg/m3；
(4)将步骤(3)的40kg秸秆粉末与60kg水混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆时间为5min，得到浓度为40wt％的浆液。
实施例5
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的烟秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为60℃，烘干脱水时间为4h，然后用球磨机将秸秆粉碎至中位(D50)粒径为200μm；
(2)采用压片机将步骤(1)粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为3MPa，压缩温度为40℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆用超微粉碎机再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为30μm，得秸秆粉末，其堆密度为550kg/m3；
(4)将步骤(3)的35kg秸秆粉末与65kg水混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆的时间为8分钟，得到浓度为35wt％的浆液。
实施例6
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的甘蔗秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为60℃，烘干脱水时间为4h，然后用锤片式磨将秸秆粉碎至中位(D50)粒径为200μm；
(2)采用压条机将步骤(1)粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为3MPa，压缩温度为40℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆用气流粉碎机再次粉碎处理，粉碎至中位(D50)粒径为40μm，得秸秆粉末，堆密度为500kg/m3；
(4)将步骤(3)的35kg秸秆粉末与35kg水混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆的时间为2分钟，得到浓度为35wt％的浆液。
对比例1
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的烟秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为60℃，烘干脱水时间为4h，然后用球磨将秸秆粉碎至中位(D50)粒径为30μm，得秸秆粉末；
(2)将步骤(1)的35kg秸秆粉末与65kg水混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆的时间为8分钟，得到浓度为35wt％的混合物料(不成浆)。
对比例2
一种提高秸秆在水中固含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的烟秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为60℃，烘干脱水时间为4h，然后用球磨将秸秆粉碎至中位(D50)粒径为200μm；
(2)采用压片机将步骤(1)粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为3MPa，压缩温度为40℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆使用粗粉碎机再次粉碎处理，粉碎至粒径为1-3mm，得秸秆粉末；
(4)将步骤(3)的35kg秸秆粉末与65kg水按比例进行配比混合、采用分散机研磨制浆，研磨制浆的时间为8分钟，得到浓度为35wt％的浆液。
粘度测试：
对本发明实施例1-6所得浆液和对比例1-2所得浆液进行粘度测试，测试方法为：使用GB/T 18856.4-2008中规定的方法进行检测，采用油浴代替标准中的水浴进行加热恒温，以获得更高温度下的粘度数据，同时降低重复性限为20mPa·s。
具体测试结果见下表：
表1样品粘度测试结果
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：
原料预处理：收集秸秆并控制其含水率低于2wt％，然后粉碎至中位粒径为100-300μm；
压缩：将粉碎后的秸秆进行压缩成型，压缩压力为2-5MPa，压缩温度为30-60℃；
粉碎：将压缩成型后的秸秆再次粉碎处理，粉碎至中位粒径为30-50μm，得秸秆粉末；
制浆：将秸秆粉末与水按比例进行配比混合、研磨制浆，得到浓度为35-50wt％的浆液。
2.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，采用烘干脱水控制含水率，所述烘干脱水温度为70-110℃，烘干脱水时间为3-5h。
3.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，所述压缩成型为压片成型、压块成型或压条成型。
4.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，压缩后秸秆被再次粉碎至堆密度为400-800kg/m3。
5.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，粉碎过程为锤片式磨粉碎、球磨粉碎、棒磨粉碎、超微粉碎或气流粉碎。
6.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，所述研磨制浆步骤为搅拌制浆、分散制浆、乳化制浆、剪切制浆、均质制浆或胶体磨制浆。
7.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，所述研磨制浆的时间为2-8分钟。
8.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，所述制浆步骤中秸秆粉末与水的质量比为35-50:50-65。
9.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，所得浆液的粘度为400-800mPa·s(50℃)。
10.根据权利要求1所述的提高秸秆在水中固含量的方法，其特征在于，所述秸秆为粮食作物秸秆、油料作物秸秆、棉秆、烟秸秆、麻类秸秆或糖料作物秸秆中的一种或多种。
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