CN108485745A - 一种高热值生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高热值生物质颗粒燃料，包括以下重量份组分：小麦秸秆30‑40份、玉米秸秆40‑60份、玉米芯35‑45份、松枝18‑26份、松针10‑16份、牛粪25‑37份、马粪13‑15份、助燃剂25‑33份、固硫剂5‑7份、复合酶8‑12份、酿酒酵母菌6‑8份、丙酮丁醇梭菌4‑5份。所述助燃剂包括以下重量百分数组分：高锰酸钾19‑27％、硝酸钾17‑20％、二氧化锰6‑8％、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯20‑40％、十八烷醇基聚氧乙烯醚18‑25％；所述复合酶包括纤维素酶、木质素酶、漆酶及糖化酶。本发明通过利用生物质原料与微生物作用发酵出乙醇、丙酮、丁醇，并协同助燃剂，明显提高了燃料的整体热值和燃烧效率。

Description

一种高热值生物质颗粒燃料及其制备方法
技术领域
本发明涉及生物质废弃物循环利用技术领域，具体涉及一种高热值生物质颗粒燃料及其制备方法。
背景技术
生物质成型燃料是秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等农林废物经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成块状或颗粒状的新型清洁燃料，可替代燃煤或燃油，节约不可再生的化石能源，降低企业能耗成本。现有的生物质燃料热值普遍较低，燃烧效率不高，难以充分燃烧，仅适用于小型炊具、小型机电厂的供热、供能，仍达不到高炉、高热值场所的供能标准。
申请号为CN201410814638.9的专利，公开一种新型环保生物质燃料，主要原料包括：木屑、秸秆、甘蔗渣、棉籽壳、油茶壳、糠醛渣、脱氯剂、脱水剂，该生物质燃料成型效果较好、燃烧产物中氯气含量低，但是其可燃物成分主要为纤维素，热值偏低，且燃烧后易产生大量灰分物质，污染环境。申请号为CN201611054007.7，公开一种绿色环保生物质颗粒燃料，采用生物质聚酯包裹生物质材料、煤粉及添加剂，燃烧污染小，并保证运输过程中，颗粒不会破裂，但是也抑制了氧气扩散至内部结构中，具有阻燃作用，致使燃烧效率不高。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种高热值生物质颗粒燃料及其制备方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种高热值生物质颗粒燃料，包括以下重量份组分：小麦秸秆30-40份、玉米秸秆40-60份、玉米芯35-45份、松枝18-26份、松针10-16份、牛粪25-37份、马粪13-15份、助燃剂25-33份、固硫剂5-7份、复合酶8-12份、酿酒酵母菌6-8份、丙酮丁醇梭菌4-5份；
其中，助燃剂包括以下重量百分数组分：高锰酸钾19-27％、硝酸钾17-20％、二氧化锰6-8％、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯20-40％、十八烷醇基聚氧乙烯醚18-25％；复合酶由纤维素酶、木质素酶、漆酶、糖化酶按照2：(1.2-1.6)：(0.8-1.4)：(2-3)的重量比混合而成。
优选的是，所述固硫剂包括纳米碳酸钙、氢氧化钡、氧化锌、过氧化钾的一种或多种。
本发明还提供上述一种高热值生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：粉碎小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、松枝和松针，过20-40目筛后，置于40-50℃复合酶水溶液中水浴6-10h，接种酿酒酵母菌和丙酮丁醇梭菌，在28-36℃无氧条件下，发酵10-16d，制得发酵产物；
步骤二：粉碎牛粪、马粪至30-50目，在100-120℃、1.2-1.8MPa下，干燥至含水量介于6-10％，制得干化粪粒；
步骤三：研磨高锰酸钾、硝酸钾、二氧化锰至粉状，置于甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和十八烷醇基聚氧乙烯醚的混合液中，并超声分散10-15min，得到助燃剂；
步骤四：将发酵产物、干化粪粒、助燃剂、固硫剂混合均匀后，以18-24MPa压力压制成球状颗粒，即所述生物质颗粒燃料。
优选的是，所述超声频率为20-30KHZ、强度为320-380mW/cm2。
优选的是，所述球状颗粒密度为1.3-1.5g/cm3，直径为4-6cm。本发明的有益效果：
(1)本发明采用复合酶水解生物质原料，降解小麦秸秆、玉米秸秆及玉米芯中的纤维素、木质素和淀粉，有利于酿酒酵母菌和丙酮丁醇梭菌的进一步发酵转化，提高乙醇、丙酮、丁醇的产率，进而提高燃料的热值和燃烧效率，乙醇热值约30000kJ/kg，丙酮热值约61512kJ/kg，丁醇热值约38000kJ/kg，远远高出小麦秸秆、玉米秸秆和玉米芯的平均热值18500kJ/kg；
(2)本发明中助燃剂在加热或高温条件下能释放氧气，使燃料内部氧气供应充足，加速燃烧，采用超声空化处理助燃剂，使高锰酸钾、硝酸钾、二氧化锰等无机物均匀分散在甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和十八烷醇基聚氧乙烯醚的混合乳化剂中，二氧化锰为催化剂，加速高锰酸钾与硝酸钾的分解反应，提高燃料内层的氧气含量，使其充分燃烧，甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和十八烷醇基聚氧乙烯醚能与乙醇、丙酮、丁醇形成“油包水”型乳化结构，在燃烧过程中，油层与周围环境进行热交换，当乳化微粒内部的乙醇、丙酮、丁醇溶液温度超过所处压力下的热极限温度时，便急剧气化而发生微爆现象，微爆使油粒进一步雾化，进而使可燃物分子与氧气充分接触，进一步，提高燃料效率及燃烧速率。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
实施例1
步骤一：按照2：1.2：0.8：2的重量比混合纤维素酶、木质素酶、漆酶、糖化酶,得到复合酶，粉碎30份小麦秸秆、40份玉米秸秆、35份玉米芯、18份松枝和10份松针，过20目筛后，置于8份复合酶水溶液中，40℃水浴6h，接种6份酿酒酵母菌和4份丙酮丁醇梭菌，在28℃无氧条件下，发酵10d，制得发酵产物；
步骤二：粉碎25份牛粪、13份马粪至30目，在100℃、1.2MPa下，干燥至含水量介于6％，制得干化粪粒；
步骤三：研磨19％高锰酸钾、17％硝酸钾、6％二氧化锰至粉状，置于40％甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和18％十八烷醇基聚氧乙烯醚的混合液中，并超声分散10-15min，超声频率和强度分别为20-30KHZ、320-380mW/cm2，得到助燃剂；
步骤四：将发酵产物、干化粪粒与25份助燃剂、5份纳米碳酸钙混合均匀后，以18MPa压力压制成密度为1.3g/cm3、直径为4cm球状颗粒，即所述生物质颗粒燃料。
实施例2
步骤一：按照2：1.4：1.1：2.5的重量比混合纤维素酶、木质素酶、漆酶、糖化酶,得到复合酶，粉碎35份小麦秸秆、50份玉米秸秆、40份玉米芯、22份松枝和13份松针，过30目筛后，置于10份复合酶水溶液中，45℃水浴8h，接种7份酿酒酵母菌和4.5份丙酮丁醇梭菌，在32℃无氧条件下，发酵13d，制得发酵产物；
步骤二：粉碎31份牛粪、14份马粪至40目，在110℃、1.5MPa下，干燥至含水量介于8％，制得干化粪粒；
步骤三：研磨23％高锰酸钾、18.5％硝酸钾、7％二氧化锰至粉状，置于30％甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和21.5％十八烷醇基聚氧乙烯醚的混合液中，并超声分散12min，超声频率和强度分别为25KHZ、350mW/cm2，得到助燃剂；
步骤四：将发酵产物、干化粪粒与29份助燃剂、6份氢氧化钡混合均匀后，以21MPa压力压制成密度为1.4g/cm3、直径为4-6cm球状颗粒，即所述生物质颗粒燃料。
实施例3
步骤一：按照2：1.6：1.4：3的重量比混合纤维素酶、木质素酶、漆酶、糖化酶,得到复合酶，粉碎40份小麦秸秆、60份玉米秸秆、45份玉米芯、26份松枝和16份松针，过40目筛后，置于12份复合酶水溶液中，50℃水浴10h，接种8份酿酒酵母菌和5份丙酮丁醇梭菌，在36℃无氧条件下，发酵16d，制得发酵产物；
步骤二：粉碎37份牛粪、15份马粪至50目，在120℃、1.8MPa下，干燥至含水量介于10％，制得干化粪粒；
步骤三：研磨27％高锰酸钾、20％硝酸钾、8％二氧化锰至粉状，置于20％甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和25％十八烷醇基聚氧乙烯醚的混合液中，并超声分散15min，超声频率和强度分别为30KHZ、380mW/cm2，得到助燃剂；
步骤四：将发酵产物、干化粪粒与33份助燃剂、7份过氧化钾混合均匀后，以24MPa压力压制成密度为1.5g/cm3、直径为4-6cm球状颗粒，即所述生物质颗粒燃料。
对比例1
粉碎30份小麦秸秆、40份玉米秸秆、35份玉米芯、18份松枝、10份松针、25份牛粪、13份马粪至30目，烘干后，以18MPa压力压制成密度为1.3g/cm3、直径为4cm球状颗粒，即所述生物质颗粒燃料。
下表为实施例1-3和对比例1效果分析：
由上表可知，本发明生产出的生物质颗粒燃料中乙醇、丙酮、丁醇含量较高，进而提高了燃料的总体热值，且能够协同助燃剂，使燃烧效率大大提高。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (5)

1.一种高热值生物质颗粒燃料，其特征在于，包括以下重量份组分：小麦秸秆30-40份、玉米秸秆40-60份、玉米芯35-45份、松枝18-26份、松针10-16份、牛粪25-37份、马粪13-15份、助燃剂25-33份、固硫剂5-7份、复合酶8-12份、酿酒酵母菌6-8份、丙酮丁醇梭菌4-5份；
所述助燃剂包括以下重量百分数组分：高锰酸钾19-27％、硝酸钾17-20％、二氧化锰6-8％、甲基丙烯酸二乙氨基乙酯20-40％、十八烷醇基聚氧乙烯醚18-25％；
所述复合酶由纤维素酶、木质素酶、漆酶、糖化酶按照2：(1.2-1.6)：(0.8-1.4)：(2-3)的重量比混合而成。
2.根据权利要求1所述一种高热值生物质颗粒燃料，其特征在于，所述固硫剂包括纳米碳酸钙、氢氧化钡、氧化锌、过氧化钾的一种或多种。
3.如权利要求1-2任意一项所述一种高热值生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：粉碎小麦秸秆、玉米秸秆、玉米芯、松枝和松针，过20-40目筛后，置于40-50℃复合酶水溶液中水浴6-10h，接种酿酒酵母菌和丙酮丁醇梭菌，在28-36℃无氧条件下，发酵10-16d，制得发酵产物；
步骤二：粉碎牛粪、马粪至30-50目，在100-120℃、1.2-1.8MPa下，干燥至含水量介于6-10％，制得干化粪粒；
步骤三：研磨高锰酸钾、硝酸钾、二氧化锰至粉状，置于甲基丙烯酸二乙氨基乙酯和十八烷醇基聚氧乙烯醚的混合液中，并超声分散10-15min，得到助燃剂；
步骤四：将发酵产物、干化粪粒、助燃剂、固硫剂混合均匀后，以18-24MPa压力压制成球状颗粒，即所述生物质颗粒燃料。
4.根据权利要求3所述一种高热值生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述超声频率为20-30KHZ、强度为320-380mW/cm2。
5.根据权利要求5所述一种高热值生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述球状颗粒密度为1.3-1.5g/cm3，直径为4-6cm。
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