CN108485747A - 一种无烟秸秆燃料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无烟秸秆燃料及其制备方法，原料组分如下：秸秆、秸秆处理剂、石蜡、松节油、磷酸氢钙、酒石酸氢钾、白灰、木炭渣，制备方法如下：1）将秸秆破碎后放入氨水中进行浸泡；2）将浸泡后的秸秆放入秸秆处理剂中，在磁场环境下进行超声波振荡；3）将物料在酸性环境下加入磷酸氢钙、酒石酸氢钾进行膨化处理；4）将物料放入碳化炉中加热处理后破碎成颗粒；5）将石蜡加热溶化后加入松节油、白灰、木炭渣，混合搅拌后加入4）中的颗粒进行振荡分散；6）将物料干燥后经高温挤压即可制得秸秆燃料。本发明制备的秸秆燃料具有燃烧充分、彻底，利用率高，并且在燃烧过程中无烟雾，不会对环境造成污染，具有广泛的应用前景。

Description

一种无烟秸秆燃料及其制备方法
技术领域
本发明属于新能源燃料技术领域，具体涉及一种无烟秸秆燃料及其制备方法。
背景技术
随着能源与环境所面临的形式越来越严峻，改变能源消费结构，防治大气污染已成为社会和经济可持续发展所面临的重要课题。新能源的开发利用受到越来越多的关注，其中生物质新能源作为一种清洁能源，具有制备简单、投入低、收益大的优点，备受瞩目。
秸秆是一种常见的农业生产废料，现阶段，我国的秸秆资源利用率低，大量秸秆丢弃或焚烧，不仅对环境造成极大的污染，而且也是一种资源的浪费，因此将秸秆制成燃料，不仅可以缓解能源危机，改善能源消费结构，而且还可以减少大气污染。现有的秸秆燃料在存储过程中，因碰撞或堆积破碎，在燃烧过程中容易造成燃烧不充分，无法将热量最大程度的释放，造成秸秆燃料利用率低，同时会出现大量烟雾。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种无烟秸秆燃料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无烟秸秆燃料，按重量份组分如下：秸秆50-80份、秸秆处理剂20-30份、石蜡15-25份、松节油5-10份、磷酸氢钙2-3份、酒石酸氢钾3-5份、白灰5-10份、木炭渣5-15份。
优选地，一种无烟秸秆燃料，其中秸秆是由玉米秸秆、水稻秸秆和花生秸秆按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。
优选地，一种无烟秸秆燃料，其中秸秆处理剂的制备方法如下：
1）取聚酯二元醇10-20份、异佛尔酮二异氰酸酯5-10份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至80-100℃，加热时间1-2h，待反应结束后降温至60-80℃，加入二羟甲基丙酸2-4份，继续反应2-3h；
2）待反应结束后再次加热至100-120℃，加入二丁基二月桂酸锡2-3份，混合搅拌后继续反应1-2h，在反应过程中缓慢滴加二甘醇5-10份，滴加速度为0.2-0.5份/min；
3）待2）中的反应结束后，加入丙酮5-15份，进行放入恒温水浴中进行超声波振荡扩散，水浴温度为50-80℃，功率为400-500W，振荡时间15-25min；
4）待振荡结束后降温冷却至40-50℃，加入三乙胺3-5份、纤维素酶2-5份，混合搅拌后再加入清水20-30份进行高速搅拌乳化，转速为600-700r/min，搅拌时间5-15min，待搅拌结束后减压蒸馏回收丙酮，即可制得秸秆处理剂。
优选地，一种无烟秸秆的制备方法，具体步骤如下：
1）取秸秆50-80份，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛，将粉碎后的颗粒加入浓度为10-15%的氨水溶液中进行浸泡，浸泡30-50min；
2）待浸泡结束后，将秸秆取出加入到20-30份秸秆处理剂中，混合后置于磁感应强度为5000-7000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为80-120℃，振荡功率为400-600W，振荡时间15-25min，制得初料；
3）将初料加入到纯净水中，加热至50-80℃，加入0.5-1mol/L的稀硫酸溶液，调节pH为5-6，再加入磷酸氢钙2-3份、酒石酸氢钾3-5份，加热至120-150℃，在1500-2000r/min下进行高速搅拌15-30min；
4）将3）中的的物料放入炭化炉中，在氮气保护下加热至150-200℃，加热20-30min，再将温度升至500-600℃，加热15-35min，最后再将温度升至800-900℃，加热20-30min，将制得的碳化物破碎成100-200目的颗粒；
5）取石蜡15-25份，加热至40-50℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油5-10份、白灰5-10份、木炭渣5-15份，混合搅拌均匀，然后再加入4）中的颗粒，进行超声波振荡分散，功率为300-500W，振荡时间为10-20min；
6）将5）中的物料真空干燥后，经150-200℃的高温挤压后即可制得秸秆燃料。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1.本发明制备的无烟秸秆燃料，将经氨水浸泡后的秸秆放入秸秆处理剂中，进行超声波振荡，可以使得木质素与纤维素和半纤维素之间的化学键断裂，促进纤维素和半纤维的降解，提供木质素的利用率，从而达到高热值的目的。
2.本发明制备的无烟秸秆燃料，在酸性环境下加入磷酸氢钙和酒石酸氢钾，加热后进行高速搅拌，可以提高秸秆的蓬松度，再进行碳化后，可以是燃料的到成分燃烧，提高利用率。
具体实施方式
下面结合具体实施方法对本发明做进一步的说明。
实施例1
一种无烟秸秆燃料，按重量份组分如下：秸秆50份、秸秆处理剂20份、石蜡15份、松节油5份、磷酸氢钙2份、酒石酸氢钾3份、白灰5份、木炭渣5份。
作为优选，其中秸秆是由玉米秸秆、水稻秸秆和花生秸秆按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。
一种无烟秸秆燃料的制备方法，具体步骤如下：
1）取聚酯二元醇10-份、异佛尔酮二异氰酸酯5份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至80℃，加热时间1h，待反应结束后降温至60℃，加入二羟甲基丙酸2份，继续反应2h；
2）待反应结束后再次加热至100℃，加入二丁基二月桂酸锡2份，混合搅拌后继续反应1h，在反应过程中缓慢滴加二甘醇5份，滴加速度为0.2份/min；
3）待2）中的反应结束后，加入丙酮5份，进行放入恒温水浴中进行超声波振荡扩散，水浴温度为50℃，功率为400W，振荡时间15min；
4）待振荡结束后降温冷却至40℃，加入三乙胺3份、纤维素酶2份，混合搅拌后再加入清水20份进行高速搅拌乳化，转速为600r/min，搅拌时间5min，待搅拌结束后减压蒸馏回收丙酮，即可制得秸秆处理剂；
5）取秸秆50份，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛，将粉碎后的颗粒加入浓度为10%的氨水溶液中进行浸泡，浸泡30min；
6）待浸泡结束后，将秸秆取出加入到20份秸秆处理剂中，混合后置于磁感应强度为5000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为80℃，振荡功率为400W，振荡时间15min，制得初料；
7）将初料加入到纯净水中，加热至50℃，加入0.5mol/L的稀硫酸溶液，调节pH为5，再加入磷酸氢钙2份、酒石酸氢钾3份，加热至120℃，在1500r/min下进行高速搅拌15min；
8）将7）中的的物料放入炭化炉中，在氮气保护下加热至150℃，加热20min，再将温度升至500℃，加热1min，最后再将温度升至800℃，加热20min，将制得的碳化物破碎成100目的颗粒；
9）取石蜡15份，加热至40℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油5份、白灰5份、木炭渣5份，混合搅拌均匀，然后再加入8）中的颗粒，进行超声波振荡分散，功率为300W，振荡时间为10min；
10）将9）中的物料真空干燥后，经150℃的高温挤压后即可制得秸秆燃料。
实施例2
一种无烟秸秆燃料，按重量份组分如下：秸秆60份、秸秆处理剂25份、石蜡20份、松节油7份、磷酸氢钙2份、酒石酸氢钾4份、白灰7份、木炭渣10份。
作为优选，其中秸秆是由玉米秸秆、水稻秸秆和花生秸秆按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。
一种无烟秸秆燃料的制备方法，具体步骤如下：
1）取聚酯二元醇15份、异佛尔酮二异氰酸酯7份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至90℃，加热时间1.5h，待反应结束后降温至70℃，加入二羟甲基丙酸3份，继续反应2.5h；
2）待反应结束后再次加热至110℃，加入二丁基二月桂酸锡2份，混合搅拌后继续反应1.5h，在反应过程中缓慢滴加二甘醇7份，滴加速度为0.3份/min；
3）待2）中的反应结束后，加入丙酮10份，进行放入恒温水浴中进行超声波振荡扩散，水浴温度为70℃，功率为450W，振荡时间20min；
4）待振荡结束后降温冷却至45℃，加入三乙胺4份、纤维素酶3份，混合搅拌后再加入清水25份进行高速搅拌乳化，转速为650r/min，搅拌时间10min，待搅拌结束后减压蒸馏回收丙酮，即可制得秸秆处理剂；
5）取秸秆60份，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛，将粉碎后的颗粒加入浓度为12%的氨水溶液中进行浸泡，浸泡40min；
6）待浸泡结束后，将秸秆取出加入到25份秸秆处理剂中，混合后置于磁感应强度为6000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为100℃，振荡功率为500W，振荡时间20min，制得初料；
7）将初料加入到纯净水中，加热至70℃，加入0.5mol/L的稀硫酸溶液，调节pH为5.5，再加入磷酸氢钙2份、酒石酸氢钾4份，加热至130℃，在1800r/min下进行高速搅拌20min；
8）将7）中的的物料放入炭化炉中，在氮气保护下加热至170℃，加热25min，再将温度升至550℃，加热25min，最后再将温度升至850℃，加热25min，将制得的碳化物破碎成100目的颗粒；
9）取石蜡20份，加热至45℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油7份、白灰7份、木炭渣10份，混合搅拌均匀，然后再加入8）中的颗粒，进行超声波振荡分散，功率为400W，振荡时间为15min；
10）将9）中的物料真空干燥后，经170℃的高温挤压后即可制得秸秆燃料。
实施例3
一种无烟秸秆燃料，按重量份组分如下：秸秆80份、秸秆处理剂30份、石蜡25份、松节油10份、磷酸氢钙3份、酒石酸氢钾5份、白灰10份、木炭渣15份。
作为优选，其中秸秆是由玉米秸秆、水稻秸秆和花生秸秆按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。
一种无烟秸秆燃料的制备方法，具体步骤如下：
1）取聚酯二元醇20份、异佛尔酮二异氰酸酯10份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至100℃，加热时间2h，待反应结束后降温至80℃，加入二羟甲基丙酸4份，继续反应3h；
2）待反应结束后再次加热至120℃，加入二丁基二月桂酸锡3份，混合搅拌后继续反应2h，在反应过程中缓慢滴加二甘醇10份，滴加速度为0.5份/min；
3）待2）中的反应结束后，加入丙酮15份，进行放入恒温水浴中进行超声波振荡扩散，水浴温度为80℃，功率为500W，振荡时间25min；
4）待振荡结束后降温冷却至50℃，加入三乙胺5份、纤维素酶5份，混合搅拌后再加入清水30份进行高速搅拌乳化，转速为700r/min，搅拌时间15min，待搅拌结束后减压蒸馏回收丙酮，即可制得秸秆处理剂；
5）取秸秆80份，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛，将粉碎后的颗粒加入浓度为15%的氨水溶液中进行浸泡，氨水研磨颗粒即可，浸泡50min；
6）待浸泡结束后，将秸秆取出加入到30份秸秆处理剂中，混合后置于磁感应强度为7000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为120℃，振荡功率为600W，振荡时间25min，制得初料；
7）将初料加入到纯净水中，加热至80℃，加入1mol/L的稀硫酸溶液，调节pH为6，再加入磷酸氢钙3份、酒石酸氢钾5份，加热至150℃，在2000r/min下进行高速搅拌30min；
8）将7）中的的物料放入炭化炉中，在氮气保护下加热至200℃，加热30min，再将温度升至600℃，加热35min，最后再将温度升至900℃，加热30min，将制得的碳化物破碎成200目的颗粒；
9）取石蜡25份，加热至50℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油10份、白灰10份、木炭渣15份，混合搅拌均匀，然后再加入8）中的颗粒，进行超声波振荡分散，功率为500W，振荡时间为20min；
10）将9）中的物料真空干燥后，经200℃的高温挤压后即可制得秸秆燃料。
对比例1：制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于秸秆没有经过氨水浸泡过。
对比例2：制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于秸秆没有经过秸秆处理剂处理。
对比例3：制备方法与实施例1基本相同，不同之处在于初料没有经过磷酸氢钙和酒石酸氢钾处理。
实验例：秸秆燃料燃烧情况研究。
实验组：使用实施例1提供的秸秆燃料，
对照组1：使用多比例1提供的秸秆燃料，
对照组2：使用多比例2提供的秸秆燃料，
对照组3：使用多比例3提供的秸秆燃料，
空白组：直接使用秸秆。
实验过程和结果
分别使用实施例1、对比例1-3提供的秸秆燃料和秸秆将1顿水从10℃加热至43℃，观察所使用的时间以及燃烧时烟雾情况，记录如表一所示：
表一
实验组 对照组1 对照组2 对照组3 空白组
时间 6min25s 7min12s 7min36s 8min05s 9min45s
烟雾情况 无烟雾 有少量烟雾 有少量烟雾 有少量烟雾 有大量黑烟
从表一可以看出，实验组烧水所用的时间最短，并且在燃烧过程中没有烟雾出现，由此可见，本发明制备的无烟秸秆燃料燃烧彻底、充分，利用率高，并且在燃烧过程中无烟雾出现，不会对环境造成污染。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种无烟秸秆燃料，其特征在于，按重量份组分如下：秸秆50-80份、秸秆处理剂20-30份、石蜡15-25份、松节油5-10份、磷酸氢钙2-3份、酒石酸氢钾3-5份、白灰5-10份、木炭渣5-15份。
2.如权利要求1所述的一种无烟秸秆燃料，其特征在于，其中秸秆是由玉米秸秆、水稻秸秆和花生秸秆按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。
3.如权利要求1所述的一种无烟秸秆燃料，其特征在于，秸秆处理剂的制备方法如下：
1）取聚酯二元醇10-20份、异佛尔酮二异氰酸酯5-10份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至80-100℃，加热时间1-2h，待反应结束后降温至60-80℃，加入二羟甲基丙酸2-4份，继续反应2-3h；
2）待反应结束后再次加热至100-120℃，加入二丁基二月桂酸锡2-3份，混合搅拌后继续反应1-2h，在反应过程中缓慢滴加二甘醇5-10份，滴加速度为0.2-0.5份/min；
3）待2）中的反应结束后，加入丙酮5-15份，进行放入恒温水浴中进行超声波振荡扩散，水浴温度为50-80℃，功率为400-500W，振荡时间15-25min；
4）待振荡结束后降温冷却至40-50℃，加入三乙胺3-5份、纤维素酶2-5份，混合搅拌后再加入清水20-30份进行高速搅拌乳化，转速为600-700r/min，搅拌时间5-15min，待搅拌结束后减压蒸馏回收丙酮，即可制得秸秆处理剂。
4.一种如权利要求1所述的无烟秸秆燃料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
1）取秸秆50-80份，晒干后放入粉碎机中粉碎，过100目筛，将粉碎后的颗粒加入浓度为10-15%的氨水溶液中进行浸泡，浸泡30-50min；
2）待浸泡结束后，将秸秆取出加入到20-30份秸秆处理剂中，混合后置于磁感应强度为5000-7000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为80-120℃，振荡功率为400-600W，振荡时间15-25min，制得初料；
3）将初料加入到纯净水中，加热至50-80℃，加入0.5-1mol/L的稀硫酸溶液，调节pH为5-6，再加入磷酸氢钙2-3份、酒石酸氢钾3-5份，加热至120-150℃，在1500-2000r/min下进行高速搅拌15-30min；
4）将3）中的的物料放入炭化炉中，在氮气保护下加热至150-200℃，加热20-30min，再将温度升至500-600℃，加热15-35min，最后再将温度升至800-900℃，加热20-30min，将制得的碳化物破碎成100-200目的颗粒；
5）取石蜡15-25份，加热至40-50℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油5-10份、白灰5-10份、木炭渣5-15份，混合搅拌均匀，然后再加入4）中的颗粒，进行超声波振荡分散，功率为300-500W，振荡时间为10-20min；
6）将5）中的物料真空干燥后，经150-200℃的高温挤压后即可制得秸秆燃料。
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