CN108587720A - 一种生物燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物燃料制备技术领域，提供了一种生物燃料及其制备方法。一种生物燃料的制备方法，包括如下步骤：将造纸植物残渣粉末与污水处理厂产生的含水率为70％以下的污泥按质量比为1.5～4:1进行混合得到初级燃料；将所述初级燃料进行造粒得生物燃料。该方法操作简单，成本低，将废弃物重新利用，实现了资源的节约并同时避免了环境污染，同时通过该方法制得的生物燃料具有不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型、不易松散的特点。

Description

一种生物燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物燃料制备技术领域，具体而言，涉及一种生物燃料及其制备方法。

背景技术

在以秸秆为原料的制浆过程中，会产生大量的废弃物(包括：麦纹、玉米芯、稻穗等)，对生产环境造成很大的影响。目前最为直接的是采取掩埋的方法处理，这样就会增加企业的生产成本，同时还会对环境造成污染。而且，污水处理过程产生的污泥通常的处理方式也是掩埋处理，同样会对环境造成污染。

鉴于此，特提出本申请。

发明内容

本发明提供了一种生物燃料的制备方法，旨在改善造纸厂的造纸植物残渣和污水处理厂的污泥直接填埋浪费资源并且对环境污染造成污染的问题，而且该制备方法简单，成本低。

本发明还提供了一种生物燃料，其为再生能源，具有不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型、不易松散的特点。

本发明是这样实现的：

一种生物燃料的制备方法，包括如下步骤：

将造纸植物残渣粉末与污水处理厂产生的含水率为70％以下的污泥按质量比为1.5～4:1进行混合得到初级燃料；将初级燃料进行造粒得生物燃料。

一种生物燃料，采用上述的制备方法制得。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的生物燃料的制备方法，由于制作原料采用的是造纸厂制造纸浆剩下的植物残渣和污水处理厂排出的污泥，能够实现废物重新利用，节约了污水处理厂和造纸厂的成本，在有效控制造纸植物残渣和污泥对环境污染的同时，实现废弃物的无害化处理，也有效避免了资源的浪费；而且以污水处理厂排出的污泥和造纸植物残渣粉末为原料制备的生物燃料的发热值也较高；而将合适配比的污泥和植物残渣粉末进行混合使得制得的生物燃料不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型，成型后不易松散。并且，本发明提出的方法制得的生物燃料便于运输，制备过程不需要使用重油等高发热量的物质添加，也不需要进行发酵，制备工艺简单，生产效率高，生产成本低。

本发明通过上述设计得到的生物燃料，采用本发明提供的生物燃料的制备方法制得，其为再生能源，具有不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型、不易松散的特点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例提供一种生物燃料的制备方法具体说明。

一种生物燃料的制备方法，包括如下步骤：

S1、将造纸植物残渣粉末与污水处理厂产生的含水率为70％以下的污泥按质量比为1.5～4:1进行混合。

具体地，将造纸厂生产纸浆后残留的植物残渣，如麦纹、玉米芯和稻穗等进行收集，晾干后通过筛网筛去其中的灰尘和石子等杂质。

然后将上述造纸植物残渣加入粉碎机中进行粉碎。粉碎后过孔径为3mm的筛网，筛选出粒径小于或等于3mm的颗粒。将遗留在筛网上粒径大于3mm的颗粒继续加入粉碎机中粉碎，如此反复使得所有粉碎后的颗粒粒径均小于或等于3mm。

然后将不同等级粒径颗粒进行混合得到植物残渣粉末。具体地，将所有粒径均小于或等于3mm的颗粒过孔径为1mm的筛网，将粒径小于或等于1mm的颗粒筛出并放置于第一容器中，将粒径大于1mm同时小于或等于3mm的颗粒置于第二容器中。然后取出一部分第一容器中的植物残渣粉末颗粒和第二容器中的植物残渣粉末颗粒进行混合得到植物残渣粉末反应料，此植物残渣粉末中植物颗粒粒径大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占植物残渣粉末总重量的50％～90％。

上述对造纸植物残渣进行破碎、筛选、分级以及混合得到植物残渣粉末，且植物残渣粉末中植物颗粒粒径大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占植物残渣粉末颗粒总重量的50％～100％的目的是：根据污泥的附着能力，当与植物残渣粉末颗粒粒径大于1mm且小于或等于3mm时植物残渣粉末颗粒与污泥相互附着作用更好，使燃料不易松散。而当植物颗粒粒径大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占植物残渣粉末颗粒总重量的50％～90％时，能保证生物燃料内部具有一定的燃烧间隙的前提下，颗粒更紧实不易松散。选用的植物颗粒粒径过大在造粒时可能影响生物燃料的成型。植物残渣粉末颗粒粒径小于1mm的过多超过50％则制得的块状或颗粒状生物燃料易松散，而小于10％则会降低生物燃料的易燃程度。

向污水处理厂排出的污泥中添加污泥质量0.2％～0.8％的过氧化氢并搅拌均匀，以破坏污泥中微生物的细胞结构，达到灭菌的效果，同时使得微生物细胞内的水释放出来，有利于后续压滤脱水。过氧化氢加入后1～2h后再向污泥中添加占污泥质量1％～5％氧化钙粉末并搅拌均匀。由于添加氧化钙之前加入的过氧化氢破坏了微生物细胞结构使得微生物细胞中的硫释放出，再添加完过氧化氢后添加氧化钙能使氧化钙对污泥中的硫进行充分作用。优选地，为使氧化钙对污泥中的硫作用更快，固硫效果更好，氧化钙粉末的粒径小于或等于100μm。

添加完氧化钙后将污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

然后将造纸植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥按质量比为1.5～4:1进行混合，搅拌均匀，得到初级燃料。污泥和植物残渣粉末的配比在上述范围内时有利于后续造粒过程生物燃料的成型，污泥量不宜过少，污泥量过少则难以成型，且成型后易松散，污泥也不宜过多，污泥过多则制得的生物燃料每公斤发热量较少且还存在不易燃烧或不易燃烧完全的问题。

S2、将初级燃料进行造粒得生物燃料。

将S1步骤中制得的初级生物燃料加入至造粒机中进行造粒得到生物燃料。经造粒机制造的生物燃料呈颗粒状或块状，尺寸无任何限制。造粒后的生物燃料易于运输和燃烧。

进一步地，将得到的生物燃料进行烘干处理，具体为：将生物燃料置于温度20～50摄氏度的条件下，烘干2.5～6h。烘干过程温度不宜过高，过高可能会使生物燃料中部分可燃物质燃烧。也不宜过低，过低降低烘干效率。需要说明的是，在本发明中，生物燃料还可以选择在晴天时于太阳下晒干。

上述制备生物燃料的方法，由于制作原料采用的是造纸厂制造纸浆剩下的植物残渣和污水处理厂排出的污泥，能够实现废物重新利用，有效避免了资源的浪费，同时，避免了污泥和植物残渣直接填埋造成的环境污染；而且污水处理厂排出的污泥的发热值为2000-2500大卡/公斤；造纸植物残渣的发热值为3000-3800大卡/公斤，以上述两者为原料制备的生物燃料的发热值也较高；而将合适配比的污泥和植物残渣粉末进行混合使得制得的生物燃料不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型，且成型后不易松散。

一种生物燃料，采用本发明提供的生物燃料的制备方法制得，其具有不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型的特点。

以下结合具体实施例对本发明提供的一种生物燃料及其制备方法进行具体说明。

实施例1

本实施例提供的一种生物燃料及其制备方法。

一种生物燃料的制备方法，其包括如下步骤：

将造纸植物残渣通过筛网去除灰尘和石子等杂质后按上述S1内容进行粉碎、筛分、分级和混合得到造纸植物残渣粉末，该造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的50％。

取污水处理厂排出的污泥适量，向其中加入占该污泥重量0.2％的过氧化氢充分搅拌后反应1h，再向污泥中加入占污泥重量1％的氧化钙粉末，这些氧化钙粉末的粒径均小于或等于100μm。添加完氧化钙粉末后将这些污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

将植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥进行混合按质量比为1.5:1进行混合并搅拌均匀得到初级生物燃料。然后将初级生物燃料置于造粒机中造粒得到生物燃料，该生物燃料的粒径为4～6cm。然后将该生物燃料置于温度为40摄氏度的条件下烘干2.5h。

实施例2

一种生物燃料的制备方法，其包括如下步骤：

将造纸植物残渣通过筛网去除灰尘和石子等杂质后按上述S1内容进行粉碎、筛分、分级和混合得到造纸植物残渣粉末，该造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的60％。

取污水处理厂排出的污泥适量，向其中加入占该污泥重量0.8％的过氧化氢充分搅拌后反应2h，再向污泥中加入占污泥重量5％的氧化钙粉末，这些氧化钙粉末的粒径均小于或等于100μm。添加完氧化钙粉末后将这些污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

将植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥进行混合按质量比为4:1进行混合并搅拌均匀得到初级生物燃料。然后将初级生物燃料置于造粒机中造粒得到生物燃料，该生物燃料的粒径为9～11cm。然后将该生物燃料置于温度为50摄氏度的条件下烘干6h。

实施例3

一种生物燃料的制备方法，其包括如下步骤：

将造纸植物残渣通过筛网去除灰尘和石子等杂质后按上述S1内容进行粉碎、筛分、分级和混合得到造纸植物残渣粉末，该造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的90％。

取污水处理厂排出的污泥适量，向其中加入占该污泥重量0.3％的过氧化氢充分搅拌后反应1.2h，再向污泥中加入占污泥重量2％的氧化钙粉末，这些氧化钙粉末的粒径均小于或等于100μm。添加完氧化钙粉末后将这些污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

将植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥进行混合按质量比为2:1进行混合并搅拌均匀得到初级生物燃料。然后将初级生物燃料置于造粒机中造粒得到生物燃料，该生物燃料的粒径为1.8～2.2cm。然后将该生物燃料置于温度为45摄氏度的条件下烘干4h。

实施例4

一种生物燃料的制备方法，其包括如下步骤：

将造纸植物残渣通过筛网去除灰尘和石子等杂质后按上述S1内容进行粉碎、筛分、分级和混合得到造纸植物残渣粉末，该造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的70％。

取污水处理厂排出的污泥适量，向其中加入占该污泥重量0.3％的过氧化氢充分搅拌后反应1.5h，再向污泥中加入占污泥重量3％的氧化钙粉末，这些氧化钙粉末的粒径均小于或等于100μm。添加完氧化钙粉末后将这些污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

将植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥进行混合按质量比为3:1进行混合并搅拌均匀得到初级生物燃料。然后将初级生物燃料置于造粒机中造粒得到生物燃料，该生物燃料的粒径为0.9～1.1cm。然后将该生物燃料置于温度为48摄氏度的条件下烘干5h。

实施例5

一种生物燃料的制备方法，其包括如下步骤：

将造纸植物残渣通过筛网去除灰尘和石子等杂质后按上述S1内容进行粉碎、筛分、分级和混合得到造纸植物残渣粉末，该造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的80％。

取污水处理厂排出的污泥适量，向其中加入占该污泥重量0.4％的过氧化氢充分搅拌后反应1.8h，再向污泥中加入占污泥重量4％的氧化钙粉末，这些氧化钙粉末的粒径均小于或等于100μm。添加完氧化钙粉末后将这些污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

将植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥进行混合按质量比为2.8:1进行混合并搅拌均匀得到初级生物燃料。然后将初级生物燃料置于造粒机中造粒得到生物燃料，该生物燃料的粒径为0.9～1.1cm。然后将该生物燃料置于温度为41摄氏度的条件下烘干3.5h。

对比例1

本对比例与实施例2的操作条件基本相同，唯一不同的是植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥进行混合按质量比为4:0.9。

对比例2

本对比例与实施例1的操作条件基本相同，唯一不同的是造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的40％。

对比例3

本对比例与实施例1的操作条件基本相同，唯一不同的是造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于1mm。

对比例4

本对比例与实施例3的操作条件基本相同，唯一不同的是造纸植物残渣粉末中的所有颗粒粒径均小于3mm，其中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的100％。

实验例

将实施例1-5和对比例1-4制得的生物燃料分别编号依次为1-9号，然后取1-9号生物燃料分别两份，每份质量为1kg。将一份1-9号生物燃料置于风速为12m/s的环境下进行风化实验。记录1-9号生物燃料开始风化松散时间至表1。

表1各组生物燃料风化松散时间

将另一份1-9号生物燃料露天进行燃烧，测定放热量并记录每组燃烧结束所需时间至表2。

表2各组生物燃料燃烧放热量以及燃烧结束所需时间

分析表1可知，实施例1-5的生物燃料风化松散时间均在50小时左右，而对比例1-3风化松散时间明显要短于实施例1-5，通过6号风化松散时间能够看出，当污泥与造纸植物残渣粉末混合时污泥用量较少会使得制得的生物燃料更易松散；通过7号和8号风化松散时间能看出，当植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量较少也会使得生物燃料更易松散。所以，当污泥与造纸植物残渣粉末的配比为1:1.5～4时，既能保证制得的生物燃料热值足够且能保证固体不易松散；而当植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占造纸植物残渣粉末总重量的50％～90％时，生物燃料固体不易松散。

燃烧时间越长表明越不易燃烧。分析表2可知，实施例1-5和对比例1-4的生物燃料放热均在3000大卡左右，而实施例1-5的生物燃料燃烧完全所需时间在26～28min内。9号生物燃料燃烧时间相对于3号生物燃料燃烧时间多3min，而对比例4相对比实施例3的生物燃料组份仅造纸植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒含量不同，故由此能看出，造纸植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒含量越多更不易燃烧。

综合表1和表2，以对比例1为例生物燃料中污泥含量较少时更易燃烧但液更易风化松散；以对比例2和对比例3为例，当生物燃料中的造纸植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒含量太少虽利于燃烧但更易风化松散；以对比例4为例，当生物燃料中的造纸植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒含量太多不易风化松散但不利于燃烧。故能够得出，当造纸植物残渣粉末与含水率在70％以下的污泥的质量比为1.5～4:1时既能保证制得的生物燃料的热量较高又能保证制得的生物燃料不易松散；当造纸植物残渣粉末中大于1mm且小于或等于3mm的颗粒含量占造纸植物残渣粉末总质量的50％～90％时，既能保证生物燃料不易松散，且能保证生物燃料易燃程度较高，燃烧中不易出现燃烧不完全的现象发生。

综上所述，本发明提供的制备生物燃料的方法，由于制作原料采用的是造纸厂制造纸浆剩下的植物残渣和污水处理厂排出的污泥，能够实现废物重新利用，节约了污水处理厂和造纸厂的成本，在有效控制造纸植物残渣和污泥对环境污染的同时，实现废弃物的无害化处理，也有效避免了资源的浪费；而且以污水处理厂排出的污泥和造纸植物残渣粉末为原料制备的生物燃料的发热值也较高；而将合适配比的污泥和植物残渣粉末进行混合使得制得的生物燃料不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型，成型后不易松散。并且，本发明提出的方法制得的生物燃料便于运输，制备过程不需要使用重油等高发热量的物质添加，也不需要进行发酵，制备工艺简单，生产效率高，生产成本低。

本发明提供的生物燃料，采用本发明提供的生物燃料的制备方法制得，其为再生能源，具有不仅发热量较高、不易出现难以燃烧或燃烧不完全的问题且易于成型、不易松散的特点。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种生物燃料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将造纸植物残渣粉末与污水处理厂产生的含水率为70％以下的污泥按质量比为1.5～4:1进行混合得到初级燃料；

将所述初级燃料进行造粒得生物燃料。

2.根据权利要求1所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，在将所述植物残渣粉末与所述污泥进行混合前还包括：向污水处理厂的污泥中添加占污泥质量0.2％～0.8％的过氧化氢。

3.根据权利要求2所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，向污水处理厂的污泥中添加完过氧化氢后再向污泥中添加占污泥质量1％～5％氧化钙粉末。

4.根据权利要求3所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，所述氧化钙粉末的粒径小于或等于100μm。

5.根据权利要求3所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，向污泥中添加完所述氧化钙粉末后将污泥置于厢式隔膜压滤机中脱水得到含水率在70％以下的污泥。

6.根据权利要求1所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，在将所述植物残渣粉末与所述污泥进行混合前还包括：将造纸植物残渣进行破碎，破碎至所有颗粒粒径均小于或等于3mm，然后将不同等级粒径颗粒进行混合得到所述植物残渣粉末，所述植物残渣粉末中植物残渣颗粒粒径大于1mm且小于或等于3mm的颗粒占所述植物残渣粉末总重量的50％～90％。

7.根据权利要求6所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，在将所述造纸植物残渣破碎前还包括筛出所述造纸植物残渣中的杂质。

8.根据权利要求1所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，造粒后还包括将制得的生物燃料进行烘干。

9.根据权利要求8所述的生物燃料的制备方法，其特征在于，烘干条件为温度40～50摄氏度，烘干时间为2.5～6h。

10.一种生物燃料，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的制备方法制得。