CN108624377A - 一种高热值生物质燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质燃料制备技术领域，具体涉及一种高热值生物质燃料的制备方法。本发明首先将甘蔗渣、桦木屑等生物质垃圾混合粉碎干燥，再进行高温链解，将分解所得的滤液与乙醇发生酯化反应，将分解所得的滤渣放于马弗炉中进行高温高压炭化，最后将炭化固体与酯化液体和煤炭混合得到高热值生物质燃料，高温链解会伴随有大量的羧酸产生，反应后的液体生物质燃料密度降低，羧酸的去除有效提高了燃料的热值，在高温高压的条件下，粘接后的生物质燃料内部结构紧密，使燃料燃烧时间更长，体积减小，利于运输，再经过高温炭化处理使生物质燃料内部纤维之间的作用力大大提高，从而延长了燃烧时间，具有广阔的应用前景。

Description

一种高热值生物质燃料的制备方法
技术领域
本发明属于生物质燃料制备技术领域，具体涉及一种高热值生物质燃料的制备方法。
背景技术
化石燃料的大量使用和开采，由此引发大量的环境问题。另一方面，由于化石的不断消耗，其储量的不断减少，也导致了化石燃料的使用成本增加。人们迫切需求一种新型燃料来逐步减少甚至替代现有的化石燃料。其中，生物质燃料是一种前景广阔的选择。
生物质是一种可再生能源，而且其来源十分广阔。生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，它包括植物、动物和微生物等等。生物质具有可再生性、低污染性、来源广泛分布性等优点。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（如木屑、树木枝桠材、玉米秸秆、稻秆稻壳等），主要区别于化石燃料。根据研究表明，生物质成型燃料能量与中质煤相当，燃烧火力持久，黑烟少，炉膛温度高，CO2零排放，且储存、运输和使用非常方便，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。
生物质燃料主要分为固态燃料、液态燃料和气态燃料，固态燃料由农作物的秸秆、薪柴、压缩块状燃料、压缩颗粒燃料等；液态燃料有生物质酒精、生物质燃油等；气态燃料主要为生物质裂解沼气。目前针对中小型炉具的生物质燃料主要为压缩块状燃料和压缩颗粒燃料。
虽然，生物质燃料在能源系统中具有非常重要的作用，但是其自身还存在一些缺陷，比如：
（1）目前大部分生物质燃料存在燃烧值低、燃烧时间短、燃烧速度慢、燃烧不充分的问题；（2）生物质燃料的生产过程使其还普遍存在水分含量高的缺点，从而导致了生物质燃料不易储存、燃烧时热损耗大的问题；
（3）在生物质燃烧过程中，因生物质含有较多的水分和碱性金属物质（尤其是农作物秸秆），燃烧时易引起积灰结渣损坏燃烧床，还可能发生烧结现象。在燃烧利用过程中，高的碱金属含量是引起锅炉受热面积灰、结渣和腐蚀的重要因素，会直接造成锅炉寿命和热效率降低等，同时高的碱金属含量还易引起床料的聚团、结渣破坏床内的流化，使燃烧工况恶化，极大的限制了生物质燃料的使用；
（4）成型的生物质燃料在燃烧过程中会因燃烧不充分而产生烟雾，对人的身体和环境造成危害。
因此，亟待发明出一种含水率低、燃烧值高、燃烧时间长，且燃烧后并无有害气体的排放，不会腐蚀燃烧设备的生物质燃料及其制备方法。
发明内容
本发明主要解决的技术问题，针对目前生物质燃料热值低、燃烧时间短的缺陷，提供了一种高热值生物质燃料的制备方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
（1）将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎1～2h后放入烘干箱中干燥结束后取出，得到干燥混合物；
（2）将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下加热，高温反应，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；
（3）将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量5～8%的浓硫酸，并加热升温至70～80℃，反应2～3h后滴加氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；
（4）将备用的滤渣用质量分数为30%的乙醇溶液清洗3～5次后放入烘干箱中干燥，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热并加压，静置60～80min，再升温，恒温静置2～3h后，出料得到炭化固体；
（5）按重量份数计，将20～23份上述的炭化固体、8～12份备用的改性液体和5～7份戊酸烷基酯放入烘箱中，搅拌混合后出料，即得高热值生物质燃料。
步骤（1）中所述的烘干箱的温度为120～130℃，干燥时间为5～6h。
步骤（2）中所述的马弗炉中加热温度至570～600℃，高温反应时间为30～40s。
步骤（3）中所述的浓硫酸质量分数为85～95%，氢氧化钠溶液质量分数为15～25%。
步骤（4）中所述的烘箱中温度为100～105℃，干燥时间为30～50min，马弗炉中预热温度为200～230℃，压力为2.0～2.5MPa，升温温度至400～450℃。
步骤（5）中所述的搅拌转速为600～700r/min，搅拌时温度为120～130℃，搅拌混合时间为40～50min。
一种的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎1～2h后放入烘干箱中，在120～130℃的条件下干燥5～6h，干燥结束后取出，得到干燥混合物；
（2）将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下，加热温度至570～600℃，高温反应30～40s，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；
（3）将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量5～8%的质量分数为85～95%的浓硫酸，并加热升温至70～80℃，反应2～3h后滴加质量分数为15～25%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；
（4）将备用的滤渣用酒精清洗3～5次后放入烘干箱中，在100～105℃的条件下干燥30～50min，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热温度至200～230℃，加压至2.0～2.5MPa，静置60～80min，再升温至400～450℃，恒温静置2～3h，出料得到炭化固体；
（5）按重量份数计，将20～23份上述的炭化固体、8～12份备用的改性液体和5～7份戊酸烷基酯放入烘箱中，在搅拌转速为600～700r/min，温度为120～130℃的条件下搅拌混合并干燥40～50min后出料，即得高热值生物质燃料。
本发明的有益效果是：
（1）本发明首先将甘蔗渣、桦木屑等生物质垃圾混合粉碎干燥，干燥结束后放入马弗炉中高温裂解，再将裂解所得的滤液与乙醇发生酯化反应，将裂解所得的滤渣放于马弗炉中进行高温高压炭化，最后将炭化固体与酯化液体混合得到高热值生物质燃料，本发明将甘蔗渣、桦木屑等生物质干燥后进行高温裂解，分解所得液体生物质燃料和固体生物质燃料，分解所得液体生物质燃料中多以酯为主，但是高温裂解会伴随有大量的羧酸产生，因此加入乙醇在浓硫酸的催化条件下进行酯化反应，反应后的液体生物质燃料密度降低，结构疏松使燃料燃烧能够更加充分，羧酸的去除也有效提高了燃料的热值，而固体生物质燃料经过炭化后，再加入戊酸烷基酯，可以燃烧时产生氧气，促进其燃烧更加充分，混合使燃料的整体热值得到提高；
（2）本发明将生物质高温裂解所得的固体生物质燃料进行软化处理，在高温高压的条件下，生物质中的木质素会发生软化并紧密粘接，粘接后的生物质燃料内部结构紧密，使燃料燃烧时间更长，体积减小，利于运输，再经过高温炭化处理使生物质燃料内部纤维之间的作用力大大提高，从而延长了燃烧时间，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎1～2h后放入烘干箱中，在120～130℃的条件下干燥5～6h，干燥结束后取出，得到干燥混合物；将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下，加热温度至570～600℃，高温反应30～40s，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量5～8%的质量分数为85～95%的浓硫酸，并加热升温至70～80℃，反应2～3h后滴加质量分数为15～25%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；将备用的滤渣用质量分数为30%的乙醇溶液清洗3～5次后放入烘干箱中，在100～105℃的条件下干燥30～50min，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热温度至200～230℃，加压至2.0～2.5MPa，静置60～80min，再升温至400～450℃，恒温静置2～3h，出料得到炭化固体；按重量份数计，将20～23份上述的炭化固体、8～12份备用的改性液体和5～7份戊酸烷基酯放入烘箱中，在搅拌转速为600～700r/min，温度为120～130℃的条件下搅拌混合40～50min后出料，即得高热值生物质燃料。
将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎1h后放入烘干箱中，在120℃的条件下干燥5h，干燥结束后取出，得到干燥混合物；将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下，加热温度至570℃，高温反应30s，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量5%的质量分数为85%的浓硫酸，并加热升温至70℃，反应2h后滴加质量分数为15%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；将备用的滤渣用质量分数为30%的乙醇溶液清洗3次后放入烘干箱中，在100℃的条件下干燥30min，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热温度至200℃，加压至2.0MPa，静置60min，再升温至400℃，恒温静置2h，出料得到炭化固体；按重量份数计，将20份上述的炭化固体、8份备用的改性液体和5份戊酸烷基酯放入烘箱中，在搅拌转速为600r/min，温度为120℃的条件下搅拌混合40min后出料，即得高热值生物质燃料。
将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎1h后放入烘干箱中，在125℃的条件下干燥5h，干燥结束后取出，得到干燥混合物；将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下，加热温度至585℃，高温反应35s，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量7%的质量分数为85～95%的浓硫酸，并加热升温至75℃，反应2h后滴加质量分数为20%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；将备用的滤渣用质量分数为30%的乙醇溶液清洗4次后放入烘干箱中，在103℃的条件下干燥40min，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热温度至215℃，加压至2.3MPa，静置70min，再升温至425℃，恒温静置2h，出料得到炭化固体；按重量份数计，将22份上述的炭化固体、10份备用的改性液体和6份戊酸烷基酯放入烘箱中，在搅拌转速为650r/min，温度为140℃的条件下搅拌混合45min后出料，即得高热值生物质燃料。
将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎2h后放入烘干箱中，在130℃的条件下干燥6h，干燥结束后取出，得到干燥混合物；将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下，加热温度至600℃，高温反应40s，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量8%的质量分数为95%的浓硫酸，并加热升温至80℃，反应3h后滴加质量分数为25%的氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；将备用的滤渣用质量分数为30%的乙醇溶液清洗5次后放入烘干箱中，在105℃的条件下干燥50min，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热温度至230℃，加压至2.5MPa，静置80min，再升温至450℃，恒温静置3h，出料得到炭化固体；按重量份数计，将23份上述的炭化固体、12份备用的改性液体和7份戊酸烷基酯放入烘箱中，在搅拌转速为700r/min，温度为130℃的条件下搅拌混合50min后出料，即得高热值生物质燃料。
对比例以合肥市某公司生产的生物质燃料作为对比例
对本发明制得的高热值生物质燃料和对比例中的生物质燃料进行检测，检测结果如表1所示：
参照欧盟CEN/TS335固体生物质燃料技术规范进行测定。
表1性能测定结果
由表1数据可知，本发明制得的高热值生物质燃料热效率和热值较高，具有节能效果，同时含硫量低，对环境友好，具有广阔的使用前景。

Claims (6)

1.一种高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于具体制备步骤为：
（1）将任意质量比重的甘蔗渣、桦木屑、稻壳、稻杆、麦秸放入粉碎机中粉碎1～2h后放入烘干箱中干燥结束后取出，得到干燥混合物；
（2）将上述干燥混合物放入马弗炉中，在氩气保护状态下加热，高温反应，反应结束后自然冷却至室温取出固液混合物，将固液混合物进行过滤得到滤液和滤渣，备用；
（3）将上述滤液与无水乙醇按质量比为3:1搅拌混合得到混合液，向混合液中加入混合液质量5～8%的浓硫酸，并加热升温至70～80℃，反应2～3h后滴加氢氧化钠溶液调节pH值至中性得到改性液体，备用；
（4）将备用的滤渣用质量分数为30%的乙醇溶液清洗3～5次后放入烘干箱中干燥，干燥结束后将滤渣放入马弗炉中，在氩气的保护下，预热并加压，静置60～80min，再升温，恒温静置2～3h后，出料得到炭化固体；
（5）按重量份数计，将20～23份上述的炭化固体、8～12份备用的改性液体和5～7份戊酸烷基酯放入烘箱中，搅拌混合后出料，即得高热值生物质燃料。
2.根据权利要求1所述的一种高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述的烘干箱的温度为120～130℃，干燥时间为5～6h。
3.根据权利要求1所述的一种高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的马弗炉中加热温度至570～600℃，高温反应时间为30～40s。
4.根据权利要求1所述的一种高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的浓硫酸质量分数为85～95%，氢氧化钠溶液质量分数为15～25%。
5.根据权利要求1所述的一种高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（4）中所述的烘箱中温度为100～105℃，干燥时间为30～50min，马弗炉中预热温度为200～230℃，压力为2.0～2.5MPa，升温温度至400～450℃。
6.根据权利要求1所述的一种高热值生物质燃料的制备方法，其特征在于：步骤（5）中所述的搅拌转速为600～700r/min，搅拌时温度为120～130℃，搅拌混合时间为40～50min。
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