CN108559569B - 一种致密型生物质燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：(1)将粉碎后的生物质原料加入80～120℃的碱性溶液中蒸煮1～2h，烘干后备用；(2)向步骤(1)中烘干后的生物质原料中加入花生油，混合均匀后，生物质原料和花生油的混合物经过热压成型和冷却后，得到致密型生物质燃料。本发明先用80～120℃的碱性溶液处理生物质燃料，经过处理后的生物质原料中的木质素分子被不同程度的降解，在后续的压制过程中具有更好的流动性和粘性；花生油中含有大量的不饱和脂肪酸，在较高的温度和压力下，其同样具有很好的流动性和胶黏性，可以快速填充纤维素间的空隙，将生物质原料和花生油紧密结合在一起，增大生物质燃料的致密性。

Description

一种致密型生物质燃料的制备方法
技术领域
本发明涉及生物质燃料领域，具体涉及一种致密型生物质燃料的制备方法。
背景技术
生物质燃料是将生物质原料(主要是农作物秸秆、农产品加工剩余物及林业剩余物)经过干燥、粉碎、调配等预处理后压缩成型的燃料。成型后的燃料密度大于1000kg/m3,燃烧值达3500～5000kcal/kg，能源密度与中质烟煤相当，输送、储存方便，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域。
近些年来，利用林木加工废弃物，秸杆等粉碎加工后制成生物质燃料的研究和应用也逐渐增加，目前生物质能源主要通过直接挤压成型直接形成条状、颗粒状或块状，成型厚度和压实密度互相制约，存在着燃烧时间短，热量不高的缺陷。为了提升生物质成型燃料的燃烧时间和热量，增大生物质成型燃料的致密性是行之有效的方法。但是，在目前的制造工艺上，一般通过增大成型压力、提高成型温度和改进成型机具等方式进行改善，然而这些方式均属于从外部因素方面对生物质成型燃料进行致密性提升，随之而来会造成庞大的设备开发成本、能耗成本和维护成本等问题，造成生物质成型燃料的成本剧增，不利于其应用推广。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出了具有成本低廉、致密性高等特点的致密型生物质燃料的制备方法。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
S1.原料预处理：将粉碎后的生物质原料加入80～120℃的碱性溶液中蒸煮1～2h，将处理后的生物质原料烘干后备用；
S2.混料成型：向步骤S1中烘干后的生物质原料中加入花生油，混合均匀后，将生物质原料和花生油的混合物经过热压成型和冷却后，得到所述的致密型生物质燃料。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本技术方案先在80～120℃用碱性溶液预处理生物质燃料，碱液在该温度下释放-OH，-OH首先进入生物质细胞壁的木质素中，破坏木质素之间的吡喃环，拆开与木质素相互缠结的纤维素和半纤维素，木质素与半纤维素的空间立体网状结构被破坏；当在80～120℃的环境下加热一段时间，木质素会大量分解，纤维素和半纤维素部分分解，剩下的部分纤维将起到连接作用，且生物质原料分解产生的糖类物质也具有粘结作用。经过预处理后的生物质原料中的木质素分子已被不同程度的降解，在生物质燃料的压制过程中具有更好的流动性和粘性；加入花生油，花生油中含有大量的不饱和脂肪酸，在较高的温度和压力下，不饱和脂肪酸同样具有很好的流动性和胶黏性，可以快速填充纤维素间的空隙，将生物质原料和花生油紧密结合在一起，增大了生物质燃料的致密性。另外，本发明用到的碱性溶液和花生油，相对于设备开发和维护的成本，成本更加低廉。
具体实施方式
本实施例提供了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)原料预处理：将生物质原料清洁去除杂质后粉碎，粉碎至粒径为1～5mm的小颗粒，将粉碎后的生物质原料加入到碱性溶液中，混合均匀后在80～120℃条件下加热蒸煮1～2h，将生物质原料和碱性溶液过滤分离，将生物质原料沥干并烘干至含水率为5～8％后，备用；
生物质原料为松木木屑、秸秆、植物壳体中的任意一种或几种混合。秸秆可以为玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆，植物壳体可以为稻壳、麦壳、花生壳等。优选地，生物质原料为松木木屑，相对于植物秸秆，松木木屑中钾、钠含量较少，生物质颗粒燃料燃烧的干净充分，不易引发锅炉设备的积灰、积渣。
由于生物质原料的粒径越小，在后续的热压中越容易形成致密的生物质燃料，但是粒径越小，粉碎生物质原料耗费的时间和成本越高，所以综合考虑，选择将生物质原料粉碎至粒径为1～5mm的小颗粒。
碱性溶液可以为氢氧化钠、氢氧化钙、或者氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，作为优选，碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，因为经过预处理后的生物质原料表面会附着部分Ca2+或Na+，Ca2+可以改善生物质燃料的积灰和结渣现象，但是氢氧化钙的溶解度不大，所以选择氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液，由于Na+会对设备有腐蚀作用，所以氢氧化钠的加入量不宜过多，作为进一步优选，氢氧化钠和氢氧化钙的质量比为1：2～4。
(2)混料成型：向步骤(1)中烘干后的生物质原料中加入花生油，花生油的加入量为生物质原料重量的2～6％，将花生油和生物质原料混合均匀，然后将混合后的生物质原料和花生油在温度为80～100℃，压力为50～150Mpa的条件下经过热压成型和冷却后，即得到致密型生物质燃料。
花生油含不饱和脂肪酸80％以上，其中含油酸41.2％，亚油酸37.6％；另外还含有软脂酸，硬脂酸和花生酸等饱和脂肪酸19.9％。选择花生油的加入量为烘干后的生物质原料重量的3～6％，一方面是为了保证花生中的不饱和脂肪酸可以充分填充纤维素间的空隙，另一方面是为了避免花生油加入太多，不利于生物质燃料的存贮。
生物质原料的化学成分以纤维素、半纤维素和木质素为主，纤维素和半纤维素受到挤压加工后会发生搭桥，木质素具有软化点，当温度为80～100℃时，其粘结力开始增加，在一定的压力下，木质素可以作为粘结剂，把木质素和其他物质粘结在一起，从而保证了生物质颗粒燃料良好的成型性。
选择50～150Mpa的压力，一方面是为了保证在制备生物质颗粒燃料的时候有良好的成型性，另一方面是为了节省能耗。
实施例1：
本实施例提供了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制溶液：称取0.1kg氢氧化钠和0.2kg氢氧化钙，加入10kg水后，搅拌混合均匀，即得到氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液；
(2)原料预处理：将10kg松木木屑清洁去除杂质后粉碎，粉碎至粒径为5mm的小颗粒，将粉碎后的松木木屑加入到氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液中，搅拌混合均匀后在温度为80℃时加热蒸煮2h，加热后，过滤掉滤液，将松木木屑沥干，然后烘干至含水率为8％后备用；
(3)混料成型：向步骤(2)中烘干后的松木木屑中加入0.2kg花生油，将花生油和烘干后的松木木屑混合均匀，然后将混合后的松木木屑和花生油在温度为100℃，压力为50Mpa的条件下经过热压成型和冷却后，即得到致密型生物质燃料。
实施例2：
本实施例提供了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制溶液：称取0.1kg氢氧化钠和0.3kg氢氧化钙，加入10kg水后，搅拌混合均匀，即得到氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液；
(2)原料预处理：将10kg松木木屑和水稻秸秆的混合物清洁去除杂质后粉碎，粉碎至粒径为3mm的小颗粒，将粉碎后的松木木屑和水稻秸秆的混合物加入到氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液中，搅拌混合均匀后在温度为100℃时加热蒸煮1.5h，加热后，过滤掉滤液，将松木木屑和水稻秸秆的混合物沥干，然后烘干至含水率为6％后备用；
(3)混料成型：向步骤(2)中烘干后的松木木屑和水稻秸秆的混合物中加入0.5kg花生油，将花生油、烘干后的松木木屑和水稻秸秆的混合物混合均匀，然后将混合后花生油、松木木屑和水稻秸秆在温度为90℃，压力为100Mpa的条件下经过热压成型和冷却后，即得到致密型生物质燃料。
实施例3：
本实施例提供了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制溶液：称取0.1kg氢氧化钠和0.4kg氢氧化钙，加入10kg水后，搅拌混合均匀，即得到氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液；
(2)原料预处理：将10kg松木木屑和花生壳的混合物清洁去除杂质后粉碎，粉碎至粒径为4mm的小颗粒，将粉碎后的松木木屑和花生壳的混合物加入到氢氧化钠和氢氧化钙的混合溶液中，搅拌混合均匀后在温度为120℃时加热蒸煮1h，加热后，过滤掉滤液，将松木木屑和花生壳的混合物沥干，然后烘干至含水率为5％后备用；
(3)混料成型：向步骤(2)中烘干后的松木木屑和花生壳的混合物中加入0.6kg花生油，将花生油、烘干后的松木木屑和花生壳的混合物混合均匀，然后将混合后花生油、松木木屑和花生壳在温度为80℃，压力为100Mpa的条件下经过热压成型和冷却后，即得到致密型生物质燃料。
实施例4：
本实施例提供了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制溶液：称取0.15kg氢氧化钠，加入10kg水后，搅拌混合均匀，即得到氢氧化钠溶液；
(2)原料预处理：将10kg松木木屑清洁去除杂质后粉碎，粉碎至粒径为1mm的小颗粒，将粉碎后的松木木屑加入到氢氧化钠溶液中，搅拌混合均匀后在温度为90℃时加热蒸煮1h，加热后，过滤掉滤液，将松木木屑沥干，然后烘干至含水率为6％后备用；
(3)混料成型：向步骤(2)中烘干后的松木木屑中加入0.4kg花生油，将花生油、烘干后的松木木屑混合均匀，然后将混合后花生油和松木木屑在温度为80℃，压力为150Mpa的条件下经过热压成型和冷却后，即得到致密型生物质燃料。
实施例5：
本实施例提供了一种致密型生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
(1)配制溶液：称取0.3kg氢氧化钙，加入10kg水后，搅拌混合均匀，即得到氢氧化钙溶液；
(2)原料预处理：将10kg松木木屑清洁去除杂质后粉碎，粉碎至粒径为5mm的小颗粒，将粉碎后的松木木屑加入到氢氧化钙溶液中，搅拌混合均匀后在温度为100℃时加热蒸煮1h，加热后，过滤掉滤液，将松木木屑沥干，然后烘干至含水率为6％后备用；
(3)混料成型：向步骤(2)中烘干后的松木木屑中加入0.5kg花生油，将花生油、烘干后的松木木屑混合均匀，然后将混合后花生油和松木木屑在温度为90℃，压力为80Mpa的条件下经过热压成型和冷却后，即得到致密型生物质燃料。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种致密型生物质燃料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.原料预处理：将粉碎后的生物质原料加入至80～120℃的碱性溶液中蒸煮1～2h，将处理后的生物质原料烘干后备用；
S2.混料成型：向步骤S1中烘干后的生物质原料中加入花生油，混合均匀后，将生物质原料和花生油的混合物经过热压成型和冷却后，得到所述的致密型生物质燃料；
步骤S1中生物质原料粉碎至粒径为1～5mm的颗粒；
步骤S1中将生物质原料烘干至含水率为5～8％；
步骤S2中花生油的加入量为生物质原料重量的2～6％；
步骤S2中热压生物质原料和花生油的混合物的温度为80～100℃，压力为50～150Mpa；
所述步骤S1中的碱性溶液为氢氧化钠和/或氢氧化钙；
所述碱性溶液为氢氧化钠和氢氧化钙，且氢氧化钠和氢氧化钙的质量比为1：2～4。
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