CN108300520B - 一种提高秸秆在油中含量的方法 - 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油中含量的方法，包括以下步骤：(1)对收集的秸秆进行烘干脱水，然后粉碎至中位粒度(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0.5‑3MPa，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，粉碎至中位粒度(D50)粒径为30‑50μm，得秸秆粉末；(4)将步骤(3)的秸秆粉末与油按比例进行配比混合、研磨制浆，得到浓度为30‑60wt％的浆液。本发明提供的方法使得秸秆在油中的固含量达到30‑60wt％，而浆液的粘度仅为500‑1400mPa·s(50℃)，浆液的成浆性好，流动性高，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。

Description

一种提高秸秆在油中含量的方法
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油中含量的方法。
背景技术
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，中国每年仅农作物秸秆和农产品谷壳等就有7亿多吨，大量秸秆被就地焚烧或者随处丢弃，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。植物秸秆热裂解技术可以将低品位的生物质能转化为高品质的液体燃料或者气体燃料。纤维素作为生物质最主要的组成部分，对其进行热裂解有助于提高我国生物质能源的转化利用水平，促进生物质能源的开发和利用。当前石油资源日益重质化劣质化，重质劣质石油主要经进一步焦化、催化裂化或加氢裂化来生产轻质馏分油，因原料品质差造成加工成本较高。此外工业和生活中的废油，如废润滑油、地沟油等不能得到很好的回收利用，也是造成能源紧张的一个重要原因，上述油品的一个共同的特点就是成分复杂。研究发现，上述油品中的中环烷烃等组分可以和植物秸秆中的纤维素相互作用、促进热裂解，从而提高液体油收率。
为此，中国专利文献CN103242871A公开了一种重油-生物质加氢共液化工艺，该工艺通过将经过干燥的生物质预粉碎至40-100目后再与重油混合形成浆料，其中生物质(秸秆)占重油的5-20％，并向此浆料中加入催化剂和硫化剂，而后置于浆态床加氢反应器中，控制反应温度为370℃-430℃，氢分压为4-8MPa，进行加氢热裂解反应，反应产物经分馏后得到生物油和焦炭。该工艺通过将重油与秸秆混合进行加氢液化，可使秸秆的转化率达到90wt％以上且油相收率在70wt％以上，实现了秸秆中生物质能源的高效转化。但该工艺中将粉碎后的秸秆与重油直接进行混合，浆料中秸秆的含量较低，从而导致加氢装置的利用效率较低。因此，为了提高装置的利用率，如何提高“秸秆+油”浆液中秸秆的固含量成为本领域技术人员面临的一个亟待解决的技术难题。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的“秸秆+油”浆液中秸秆的固含量低缺陷，从而提供一种提高秸秆在油中含量的方法。
一种提高秸秆在油中含量的方法，包括以下步骤：
原料预处理：收集秸秆并控制含水率低于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0.5-3MPa，压缩温度为30-60℃；
粉碎：将压缩成型后的秸秆再次粉碎处理，粉碎至中位粒度D50粒径为30-50μm，得秸秆粉末；
制浆：将秸秆粉末与油按比例进行配比混合、研磨制浆，得到浓度为30-60wt％的浆液。优选的，浆液的浓度为55-60wt％。
进一步地，采用烘干脱水控制秸秆含水率，所述烘干脱水温度为50-70℃，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，压缩再粉碎至秸秆的堆密度为400-500kg/m3。
进一步地，所述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。可以采用锤片式磨机、球磨机、棒磨机、超微粉碎机或气流粉碎机等进行粉碎。
进一步地，所述研磨制浆为搅拌制浆、分散制浆、乳化制浆、剪切制浆、均质制浆或胶体磨制浆。研磨制浆采用的设备可以为搅拌机、混合机、分散机、乳化机、剪切机、均质机、研磨机或胶体磨等。
进一步地，所述研磨制浆的时间为8-15分钟。
进一步地，所述制浆步骤中秸秆粉末与油的质量比为30-50:50-70。
进一步地，所得浆液的粘度为500-1400mPa·s(50℃)。
进一步地，所述油为地沟油、酸败油、废润滑油、废机油、重油、渣油、洗油、蒽油等中的一种或多种。
进一步地，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、糖料作物秸秆等中的一种或多种，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油中含量的方法，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，使得秸秆在油中的固含量达到30-60wt％，而浆液的粘度仅为500-1400mPa·s(50℃)。该工艺通过各步骤的配合，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.本发明提供的提高秸秆在油中含量的方法，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，从而降低浆液的粘度，增加浆液整体的流动性。
具体实施方式
实施例1
一种提高秸秆在油中含量的方法，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60℃，烘干时间为4h,然后采用球磨机粉碎至中位粒度(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3MPa，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，粉碎至中位粒度(D50)粒径为50μm，得秸秆粉末，其堆密度为400kg/m3；
(4)将步骤(3)的30kg秸秆粉末与70kg地沟油混合、采用搅拌机研磨制浆，研磨制浆时间为8min，得到浓度为30wt％的浆液。
实施例2
一种提高秸秆在油中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的小麦秸秆进行烘干脱水，烘干温度为55℃，烘干时间为4.5h，然后采用锤片式磨粉碎至中位粒度(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0.5MPa，压缩温度为60℃；
(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，粉碎至中位粒度(D50)粒径为30μm，得秸秆粉末，其堆密度为300kg/m3；
(4)将步骤(3)的50kg秸秆粉末与50kg洗油混合、研磨制浆，得到浓度为50wt％的浆液。
实施例3
一种提高秸秆在油中含量的方法，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50℃，烘干脱水时间为5h，然后采用气流粉碎机粉碎至中位粒度(D50)粒径为200μm；
(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1MPa，压缩温度为40℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆采用气流粉碎机再次粉碎处理，粉碎至中位粒度(D50)粒径为40μm，得秸秆粉末，其堆密度为350kg/m3；
(4)将步骤(3)的35kg秸秆粉末与65kg废机油、研磨制浆，得到浓度为35wt％的浆液。
实施例4
一种提高秸秆在油中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为70℃，烘干脱水时间为3h，然后采用超微粉碎机粉碎至中位粒度(D50)粒径为150μm；
(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50℃；
(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，粉碎至中位粒度(D50)粒径为35μm，得秸秆粉末，其堆密度为500kg/m3；
(4)将步骤(3)的45kg秸秆粉末与55kg酸败油混合、研磨制浆，得到浓度为45wt％的浆液。
实施例5
一种提高秸秆在油中含量的方法，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60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用超微粉碎机粉碎至中位粒度(D50)粒径为200μm；
(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2.5MPa，压缩温度为50℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆采用气流粉碎机再次粉碎处理，粉碎至中位粒度(D50)粒径为30μm，得秸秆粉末，其堆密度为500kg/m3；
(4)将步骤(3)的60kg秸秆粉末与40kg地沟油混合、采用胶体磨进行研磨制浆，研磨制浆的时间为15分钟，得到浓度为60wt％的浆液。
实施例6
一种提高秸秆在油中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的玉米秸秆和大豆秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为65℃，烘干脱水时间为5h，然后采用球磨粉碎至中位粒度(D50)粒径为250μm；
(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2.5MPa，压缩温度为35℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的秸秆采用棒磨再次粉碎处理，粉碎至中位粒度(D50)粒径为45μm，得秸秆粉末，其堆密度为480kg/m3；
(4)将步骤(3)的46kg秸秆粉末与54kg渣油混合、采用分散机进行研磨制浆，研磨制浆的时间为8分钟，得到浓度为46wt％的浆液。
实施例7
一种提高秸秆在油中含量的方法，包括以下步骤：
(1)对收集的秸秆进行烘干脱水，烘干脱水温度为70℃，烘干脱水时间为3h，然后采用超微粉碎机粉碎至中位粒度(D50)粒径为150μm；
(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50℃；
(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，粉碎至中位粒度(D50)粒径为35μm，得秸秆粉末，其堆密度为500kg/m3；
(4)将步骤(3)的55kg秸秆粉末与45kg酸败油混合、研磨制浆，得到浓度为55wt％的浆液。
对比例1
一种提高秸秆在油中含量的方法，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60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用超微粉碎机粉碎至中位粒度(D50)粒径为30μm，得秸秆粉末；
(2)将步骤(1)的50kg秸秆粉末与50kg地沟油混合、采用胶体磨进行研磨制浆，研磨制浆的时间为15分钟，得到浓度为50wt％的混合料(不成浆)。
对比例2
一种提高秸秆在油中含量的方法，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60℃，烘干脱水时间为4h，然后采用超微粉碎机粉碎至中位粒度(D50)粒径为200μm；
(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2.5MPa，压缩温度为50℃；
(3)将步骤(2)压缩成型后的50kg秸秆进行粗粉碎至粒径为1-3mm，然后与50kg地沟油按比例进行配比混合、采用胶体磨进行研磨制浆，研磨制浆的时间为15分钟，得到浓度为50wt％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
Figure BDA0001517952600000091
从表中数据可知，如果不对秸秆进行压缩，其是很难在油中分散成浆的。
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 (12)

1.一种提高秸秆在油中含量的方法，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0.5-3MPa，压缩温度为30-60℃；
粉碎：将压缩成型后的秸秆再次粉碎处理，粉碎至中位粒度D50粒径为30-50μm，得秸秆粉末；
制浆：将秸秆粉末与油按比例进行配比混合、研磨制浆，得到浓度为30-60wt％的浆液。
2.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，采用烘干脱水控制秸秆含水率，所述烘干脱水温度为50-70℃，烘干脱水时间为3-5h。
3.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，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所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，压缩再粉碎至秸秆的堆密度为400-500kg/m3。
5.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，所述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所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，所述研磨制浆为搅拌制浆、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所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，所述研磨制浆的时间为8-15分钟。
8.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，所述制浆步骤中秸秆粉末与油的质量比为30-50:50-70。
9.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，所得浆液的浓度为55-60wt％。
10.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，在50℃下测定时，所得浆液的粘度为500-1400mPa·s。
11.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，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、糖料作物秸秆中的一种或多种。
12.根据权利要求1所述的提高秸秆在油中含量的方法，其特征在于，所述油为地沟油、酸败油、废润滑油、渣油、洗油、蒽油中的一种或多种。
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