CN108517235B - 一种木屑生物质燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种木屑生物质燃料，包括以下重量份原料：木屑60份、助剂14份、凹凸棒粉6份、稀土矿物4份、增氧剂2份、增氧协效剂0.3份、生物沥青8份、蓝藻藻泥3.5份、硫酸铵1.5份,所述助剂为聚阴离子纤维素。本发明的一种木屑生物质燃料，制备的生物质燃料，燃烧效率高，稳定性好，不易被氧化，可充分燃烧，能够减少有害气体产生，同时原料配比经过多组实验论证，最终得出最优的配比，继而木屑生物质燃料性能最优，具有较高的使用价值和良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及生物质燃料技术领域，具体涉及一种木屑生物质燃料及其制备方法。
背景技术
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；随着国际原油价格不断攀升，化石能源面临着不可再生性，以及使用后产生的大气污染、温室气体排放等不良因数为各国所重视，而生物质能源开发利用是解决能源枯竭和环境问题的有效途径。
现有技术中，制备的生物质燃料热值低，效率差，同时易氧化，限制了生物质燃料的技术发展，中国专利文献“(申请号：2017108489556)”公开了一种木屑生物质燃料的制备方法，包括以下步骤：a、干燥步骤；b、混合制粒步骤；c、压缩步骤，该专利文献制备的木屑生物质燃料燃烧效率、热值不是很高，仍需进一步的改善。
发明内容
本发明的目的在于提供一种木屑生物质燃料，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种木屑生物质燃料，其特征在于，所述木屑生物质燃料包括以下重量份的原料：
木屑60份、助剂14份、凹凸棒粉6份、稀土矿物4份、增氧剂2份、增氧协效剂0.3份、生物沥青8份、蓝藻藻泥3.5份、硫酸铵1.5份,所述助剂为聚阴离子纤维素,所述稀土矿物为氟碳铈矿；所述木屑为松木屑、杉木屑、杨木屑、果木屑中的一种或多种的组合；所述增氧剂为高锰酸钾，其中木屑、凹凸棒粉、氟碳铈矿、高锰酸钾的质量比为(7～9)：(4～6)：(2～4)：1；增氧协效剂的制备方法为由1-溴-3,5-二甲基金刚烷11.3g和氢氧化镁2.3g溶解在100毫升THF中得到溶液，向该溶液中加入4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚3.2g和马来酸酐1.6g，80℃下反应1h，所得体系烘干得增氧协效剂。
步骤：
(1)将木屑、生物沥青、蓝藻藻泥置于微波真空干燥设备中进行干燥处理，真空度为0.02-0.06MPa，功率为1000-1600w，先在温度为35-45℃干燥8-10天，再在温度为45-55℃干燥6-8天，随后将温度设为55-65℃下干燥3-5天，得到含水率为11-13％的木屑混合物；
(2)将步骤一得到的木屑混合物加入到高速粉碎机中进行粉碎，转速为1000-1200r/min，粉碎时间为1-2min，将粉碎后木屑、助剂送入到高速细粉碎机中进行二次粉碎，粉碎条件为转速为2000-2200r/min，粉碎时间为45-55s,得到混合物A；
(3)将凹凸棒粉、稀土矿物、增氧剂、增氧协效剂、硫酸铵加入到研磨机中进行研磨，研磨至粒径为1-3mm，得到混合物B；
(4)、将步骤(2)得到混合物A、步骤(3)得到混合物B送入到高速混合机中进行混合，转速600-700r/min，搅拌时间1-2h，得到混合物C；
(5)将步骤(4)得到的混合物C送入到压辊式成型机进行压缩，压缩压力为12-16Mpa，即得木屑生物质燃料。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明的一种木屑生物质燃料及其制备方法，木屑与蓝藻藻泥经过干燥，再粉碎混合，作为本发明的基料，添加的助剂为聚阴离子纤维素使木屑颗粒与蓝藻藻泥粘接效果好，在燃烧过程中，通过加入的助剂可以使燃料在高温条件下依然可以很好的粘接在一起，使燃烧的温度集中，提高燃烧效率，生物沥青能够降低燃料燃烧的着火温度，并能够扩大有效燃烧温度区间，提高燃料燃烧时稳定性和持续性，木屑生物质中过高的碱金属尤其K和无机非金属Cl形成的KCL导致生物质锅炉积灰结焦腐蚀，加入(NH)2SO4在燃烧过程中改变碱金属和氯元素析出，同时提高了碱金属化学熔点，改善结焦和腐蚀现象；作为燃料燃烧时聚阴离子纤维素，是由天然纤维素经化学改性而制得的水溶性纤维素醚类衍生物，是一种重要的水溶性纤维素，其粘度比羧甲基纤维素钠高一倍，稳定性、耐高温性也比羧甲基纤维素钠强，同时使用聚阴离子纤维素可以减少成本，而常规加入的助剂为羧甲基纤维素钠，本方案明显的使木屑颗粒粘接效果优于其他方案，提高了燃烧效率，还节约成本，此外本方案中通过研究木屑、聚阴离子纤维素的质量比的改变，以此达到木屑颗粒稳定性、粘接效果最优，继而使燃烧效率、热效率、热值达到最佳。
(2)本发明的一种木屑生物质燃料及其制备方法，加入的凹凸棒粉中含有铁离子，可以起到助燃的效果，增加燃烧效率，加入的氟碳铈矿具有蜡质和玻璃光泽性能，通过研磨机进行研磨，能够很好地起到润滑作用，降低生物质燃料与发动机摩擦，保护发动机，加入的高锰酸钾释放出氧气，使木屑在燃烧时可以充分的燃烧，也避免了燃烧过程不充分产生的有害气体，凹凸棒粉、高锰酸钾、氟碳铈矿三者相互配合起到协同作用，极大的提高了燃烧效率和热值，保护了发动机，达到最佳的热值、燃烧效率、热效率、等性能。
(3)本发明的一种木屑生物质燃料及其制备方法，在微波真空干燥设备进行干燥，先在温度为35-45℃，再在温度为45-55℃，随后将温度设为55-65℃下干燥，采用阶梯式提高温度，而常规方法采用高温直接进行干燥，易使木屑碳化，导致性能变差，产生的热值降低，木屑通过二次粉碎将助剂与木屑搅拌混合，将凹凸棒粉、稀土矿物、增氧剂、增氧协效剂加入到研磨机中进行研磨，然后再混合，充分的将几者原料混合，使最终的木屑生物质燃料性能最佳。
(4)本发明的一种木屑生物质燃料及其制备方法，制备的生物质燃料，燃烧效率高，稳定性好，不易被氧化，可充分燃烧，能够减少有害气体产生，同时原料配比经过多组实验论证，最终得出最优的配比，继而木屑生物质燃料性能最优。
(5)本发明的所涉及原料只要主要成份相近，其他厂家的产品也可以相互替代，对产品性能影响不大。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种木屑生物质燃料，其特征在于，所述木屑生物质燃料包括以下重量份的原料：
木屑60份、助剂14份、凹凸棒粉6份、稀土矿物4份、增氧剂2份、增氧协效剂0.3份、生物沥青8份、蓝藻藻泥3.5份、硫酸铵1.5份,所述助剂为聚阴离子纤维素(PAC-lv),所述稀土矿物为氟碳铈矿；所述木屑为松木屑；所述增氧剂为高锰酸钾；增氧协效剂的制备方法为由1-溴-3,5-二甲基金刚烷11.3g和氢氧化镁2.3g溶解在100毫升THF中得到溶液，向该溶液中加入4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚3.2g和马来酸酐1.6g，80℃下反应1h，所得体系烘干得增氧协效剂。
步骤：
(1)将木屑、生物沥青、蓝藻藻泥置于微波真空干燥设备中进行干燥处理，真空度为0.02MPa，功率为1000w，先在温度为35℃干燥8天，再在温度为45℃干燥6天，随后将温度设为55℃下干燥3天，得到含水率为11-13％的木屑混合物；
(2)将步骤(1)得到的木屑混合物加入到高速粉碎机中进行粉碎，转速为1000r/min，粉碎时间为1min，将粉碎后木屑、助剂送入到高速细粉碎机中进行二次粉碎，粉碎条件为转速为2000r/min，粉碎时间为45s,得到混合物A；
(3)将凹凸棒粉、稀土矿物、增氧剂、增氧协效剂、硫酸铵加入到研磨机中进行研磨，研磨至粒径为1-3mm，得到混合物B；
(4)、将步骤(2)得到混合物A、步骤(3)得到混合物B送入到高速混合机中进行混合，转速600r/min，搅拌时间1h，得到混合物C；
(5)将步骤(4)得到的混合物C送入到压辊式成型机进行压缩，压缩压力为12Mpa，即得木屑生物质燃料。
实施例2：
一种木屑生物质燃料，其特征在于，所述木屑生物质燃料包括以下重量份的原料：
木屑60份、助剂14份、凹凸棒粉6份、稀土矿物4份、增氧剂2份、增氧协效剂0.3份、生物沥青8份、蓝藻藻泥3.5份、硫酸铵1.5份,所述助剂为聚阴离子纤维素,所述稀土矿物为氟碳铈矿；所述木屑为杉木屑；增氧协效剂的制备方法为由1-溴-3,5-二甲基金刚烷11.3g和氢氧化镁2.3g溶解在100毫升THF中得到溶液，向该溶液中加入4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚3.2g和马来酸酐1.6g，80℃下反应1h，所得体系烘干得增氧协效剂。
步骤：
(1)将木屑、生物沥青、蓝藻藻泥置于微波真空干燥设备中进行干燥处理，真空度为0.06MPa，功率为1600w，先在温度为45℃干燥10天，再在温度为55℃干燥8天，随后将温度设为65℃下干燥5天，得到含水率为13％的木屑混合物；
(2)将步骤(1)得到的木屑混合物加入到高速粉碎机中进行粉碎，转速为1200r/min，粉碎时间为2min，将粉碎后木屑、助剂送入到高速细粉碎机中进行二次粉碎，粉碎条件为转速为2200r/min，粉碎时间为55s,得到混合物A；
(3)将凹凸棒粉、稀土矿物、增氧剂、增氧协效剂、硫酸铵4加入到研磨机中进行研磨，研磨至粒径为3mm，得到混合物B；
(4)、将步骤(2)得到混合物A、步骤(3)得到混合物B送入到高速混合机中进行混合，转速700r/min，搅拌时间2h，得到混合物C；
(5)将步骤(4)得到的混合物C送入到压辊式成型机进行压缩，压缩压力为16Mpa，即得木屑生物质燃料。
实施例3：
一种木屑生物质燃料，其特征在于，所述木屑生物质燃料包括以下重量份的原料：
木屑60份、助剂14份、凹凸棒粉6份、稀土矿物4份、增氧剂2份、增氧协效剂0.3份、生物沥青8份、蓝藻藻泥3.5份、硫酸铵1.5份,所述助剂为聚阴离子纤维素,所述稀土矿物为氟碳铈矿；所述木屑为杨木屑；所述增氧剂为高锰酸钾；增氧协效剂的制备方法为由1-溴-3,5-二甲基金刚烷11.3g和氢氧化镁2.3g溶解在100毫升THF中得到溶液，向该溶液中加入4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚3.2g和马来酸酐1.6g，80℃下反应1h，所得体系烘干得增氧协效剂。
步骤：
(1)将木屑、生物沥青、蓝藻藻泥置于微波真空干燥设备中进行干燥处理，真空度为0.04MPa，功率为1300w，先在温度为40℃干燥9天，再在温度为50℃干燥7天，随后将温度设为60℃下干燥4天，得到含水率为11-13％的木屑混合物；
(2)将步骤(1)得到的木屑混合物加入到高速粉碎机中进行粉碎，转速为1100r/min，粉碎时间为1.5min，将粉碎后木屑、助剂送入到高速细粉碎机中进行二次粉碎，粉碎条件为转速为2100r/min，粉碎时间为50s,得到混合物A；
(3)将凹凸棒粉、稀土矿物、增氧剂、增氧协效剂、硫酸铵加入到研磨机中进行研磨，研磨至粒径为1-3mm，得到混合物B；
(4)、将步骤(2)得到混合物A、步骤(3)得到混合物B送入到高速混合机中进行混合，转速650r/min，搅拌时间1.5h，得到混合物C；
(5)将步骤(4)得到的混合物C送入到压辊式成型机进行压缩，压缩压力为12-16Mpa，即得木屑生物质燃料。
测试实施例与对比例的燃料的常规性能，包括热值GB-T 384-1981、热效率GB17954-2007、燃烧效率GB 16410-2007.、点燃时间GBT 8745-2001，采用六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法。
具体结果如下。通过改变木屑生物质燃料中原料的重量得到木屑生物质燃料的性能测试结果如下
表1实例的测试指标
对比例采用采用中国专利文献“(申请号：2017108489556)”公开了一种木屑生物质燃料的制备方法中具体实施例2所述的方法制备木屑生物质燃料。从上述的热值、热效率、燃烧效率及其点燃时间来看，本发明在各方面都优于对比实例，显示本发明具有良好的实用效果。
表2实例的测试指标(未加增氧协效剂)
从表2中可以发现，为加入增氧增效剂的材料在热值、热效率和燃烧效率方面均比未加入增氧增效剂有一点程度的下降，显示需要增加增氧增效剂。
表3实例的测试指标(加增氧协效剂，但未加马来酸酐)
从表3可以发现，马来酸酐起到部分提高热值、热效率及其燃烧效果的效果。
表4实例的测试指标(加增氧协效剂，但未加4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚)
从表4可以发现，4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚起到部分提高热值、热效率及其燃烧效果的效果。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (4)
1.一种木屑生物质燃料，其特征在于，所述木屑生物质燃料包括以下重量份的原料：木屑60份、助剂14份、凹凸棒粉6份、稀土矿物4份、增氧剂2份、增氧协效剂0.3份、生物沥青8份、蓝藻藻泥3.5份、硫酸铵1.5份, 所述助剂为聚阴离子纤维素,所述稀土矿物为氟碳铈矿,所述增氧协效剂的制备方法为由1-溴-3,5-二甲基金刚烷11.3g和氢氧化镁2.3g溶解在100毫升THF中得到溶液，向该溶液中加入4-溴-1-甲氧基-2-甲基茚3.2g和马来酸酐1.6g，80℃下反应1h，所得体系烘干得增氧协效剂。
2.根据权利要求1所述的木屑生物质燃料，其特征在于，所述木屑为松木屑、杉木屑、杨木屑、果木屑中的一种或多种的组合。
3.根据权利要求1所述的一种木屑生物质燃料，其特征在于，所述增氧剂为高锰酸钾。
4.如权利要求1-3任一项所述的木屑生物质燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将木屑、生物沥青、蓝藻藻泥置于微波真空干燥设备中进行干燥处理，真空度为0.02-0.06MPa，功率为1000-1600w，先在温度为35-45℃干燥8-10天，再在温度为45-55℃干燥6-8天，随后将温度设为55-65℃下干燥3-5天，得到含水率为11-13%的木屑混合物；
（2）将步骤一得到的木屑混合物加入到高速粉碎机中进行粉碎，转速为1000-1200r/min，粉碎时间为1-2min，将粉碎后木屑、助剂送入到高速细粉碎机中进行二次粉碎，粉碎条件为转速为2000-2200r/min，粉碎时间为45-55s ,得到混合物A；
（3）将凹凸棒粉、稀土矿物、增氧剂、增氧协效剂、硫酸铵加入到研磨机中进行研磨，研磨至粒径为1-3mm，得到混合物B；
（4）、将步骤（2）得到混合物A、步骤（3）得到混合物B送入到高速混合机中进行混合，转速600-700r/min，搅拌时间1-2h，得到混合物C；
（5）将步骤（4）得到的混合物C送入到压辊式成型机进行压缩，压缩压力为12-16MPa，即得木屑生物质燃料。
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