CN108753399A - 一种低结渣率的生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低结渣率的生物质颗粒燃料及其制备方法，原料组分如下：油料作物秆、玉米秸秆、碎木屑、花生壳、树皮、厩肥、石蜡、松节油、生物处理剂、燃料添加剂，制备方法如下：1）生物原料破碎后制成预选料；2）预选料经氨水浸泡后放入生物处理剂中进行振荡分散处理，制成初料；3）生物添加剂加入初料中，经碳化处理后研磨成粉末；4）粉末放入清水中，混合后再加入硝酸进行搅拌、静置；5）静置后的沉淀物取出用去离子水多次清洗；6）石蜡加热溶化后加入松节油，再加入5）中沉淀物，搅拌后经超声波振荡，然后进行干燥，倒入造粒机中挤压即可。本发明制备的生物质燃料是一种高热值、低结渣率的清洁能源，应用前景广泛。

Description

一种低结渣率的生物质颗粒燃料及其制备方法

技术领域

本发明属于生物燃料技术领域，具体涉及一种低结渣率的生物质颗粒燃料及其制备方法。

背景技术

生物燃料泛指由生物质组成或萃取的固体、液体或气体燃料。可以替代由石油制取的汽油和柴油，是可再生能源开发利用的重要方向。所谓的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，即一切有生命的可以生长的有机物质。它包括、动物和微生物。不同于石油、煤炭、核能等传统燃料，这新兴的燃料是可再生燃料。生物燃料泛指由生物体组成或转化的固体、液体或气体燃料，它是可再生能源开发利用的重要方向，具有良好的可贮藏性和可运输性。

目前制备的生物质燃料，普遍存在热值低、燃烧不充分的现象，并且在锅炉燃烧中，产生的灰分在高温状态下呈软化状态，碰到受热面后，由于冷却而粘结在受热面上，形成结焦，不仅影响燃烧效率，同时对锅炉的使用也会造成影响。

发明内容

本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种低结渣率的生物质颗粒燃料及其制备方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种生物质颗粒燃料，按重量份组分如下：油料作物秆50-80份、玉米秸秆5-15份、碎木屑10-20份、花生壳5-10份、树皮15-30份、厩肥5-15份、石蜡15-20份、松节油5-15份、生物处理剂20-30份、燃料添加剂15-30份。

优选地，一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其中油料作物秆是由大豆秆、花生秆、芝麻杆、棉花杆按照1:1:2:2的重量配比混合制备而成的。

优选地，一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其中碎木屑是由松木、杉木、杨木的木屑按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。

优选地，一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其中树皮是由杨树皮、桑树皮、柳树皮按照1:2:2的重量配比混合制备而成的。

优选地，一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其中生物处理剂的制备方法如下：

1）取聚酯二元醇10-20份、聚丙烯酸酯5-12份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至90-120℃，加热时间1-2h，待反应结束后降温至50-70℃，加入二羟甲基丙酸2-5份，继续反应2-3h；

2）待反应结束后再次加热至150-180℃，加入辛酸亚锡2-5份、二丁基二月桂酸锡1-4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50-80%的乙醇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40-50℃，功率为200-400W，振荡时间15-25min；

4）待振荡结束后，加入三乙胺3-5份、纤维素酶2-5份，混合后进行高速搅拌乳化，转速为500-800r/min，搅拌时间10-30min，待搅拌结束后减压蒸馏回收乙醇，即可制得生物处理剂。

优选地，一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其中燃料添加剂的制备方法如下：

1）取高岭土粉末5-15份、膨润土5-10份，混合后研磨成粉末状，过50目筛，加入清水30-50份，在300-400W的超声波下进行振荡分散，振荡时间20-30min；

2）待振荡结束后静置3-5h，去除上清液，将底部固体物取出，晾干后放入电炉中进行加热，加热温度为1000-1200℃，加热时间2-3h；

3）待加热结束后，取出产物，研磨成粉末状，过100目筛，然后加入20-30%的盐酸50-80份，进行超声波水浴振荡，水浴温度为50-80℃，振荡功率为500-700W，振荡时间30-50min，待振荡结束后即可制得燃料添加剂。

一种低结渣率的生物质颗粒燃料的制备方法，具体步骤如下：

1）取油料作物秆50-80份、玉米秸秆5-15份、碎木屑10-20份、花生壳5-10份、树皮15-30份、厩肥5-15份，晒干后破碎成碎末状，制得预选料；

2）将预选料加入浓度为10-15%的氨水溶液中浸泡20-40min，将初料取出加入到20-30份生物处理剂中，混合后置于磁感应强度为5000-6000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为60-90℃，振荡功率为300-500W，振荡时间10-30min，制得初料；

3）取燃料添加剂15-30份，加入初料，混合搅拌后放入炭化炉中，在氮气保护下加热至100-200℃，升温速度为10℃/min，加热20-30min，再将温度升至500-600℃，升温速度为15℃/min，加热15-35min，最后再将温度升至800-900℃，升温速度为20℃/min，加热20-30min，将制得的碳化物破碎成粉末，过100-200目筛；

4）取清水50-80份，加入3）中的碳化物粉末，混合后再加入3-5mol/L的硝酸10-15份，进行搅拌，转速为100-300r/min，搅拌时间15-30min，待搅拌结束后静置1-2h；

5）待静置结束后，去除上清液，取出底部沉淀的固体粉末，使用150-200份去离子水清洗4-6次；

6）取石蜡15-20份，加热至40-50℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油5-15份混合搅拌均匀，然后再加入5）中的固体粉末，进行超声波振荡分散，功率为300-500W，振荡时间为10-20min，待振荡结束后进行干燥，将干料倒入造粒机中，经过150-180℃的高温挤压即可制得。

本发明相比现有技术具有以下优点：

1.本发明制备的生物质颗粒燃料，将经氨水浸泡后的初料放入生物处理剂中，进行超声波振荡，可以加快木质素与纤维素和半纤维素之间的化学键断裂，提供木质素的利用率，达到高热值的目的，提高燃烧效率。

2.本发明制备的生物质颗粒燃料，将初料加入到燃料添加剂中，混合搅拌后放入炭化炉中，在高温碳化过程中，可以有效的抑制钙、钾、钠、镁等元素的析出，从而降低燃料中碱酸氧化物的比值，提高燃烧过程中生成物的熔点，同时还能够促进碱金属向气态迁移，减少低熔点碱金属的生成量，从而达到降低结渣率的目的。

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

一种生物质颗粒燃料，按重量份组分如下：油料作物秆50份、玉米秸秆5份、碎木屑10份、花生壳5份、树皮15份、厩肥5份、石蜡15份、松节油5份、生物处理剂20份、燃料添加剂15份。

作为优选，其中油料作物秆是由大豆秆、花生秆、芝麻杆、棉花杆按照1:1:2:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中碎木屑是由松木、杉木、杨木的木屑按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中树皮是由杨树皮、桑树皮、柳树皮按照1:2:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中生物处理剂的制备方法如下：

1）取聚酯二元醇10份、聚丙烯酸酯5份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至90℃，加热时间1h，待反应结束后降温至50℃，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150℃，加入辛酸亚锡2份、二丁基二月桂酸锡1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50%的乙醇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40℃，功率为200W，振荡时间15min；

4）待振荡结束后，加入三乙胺3份、纤维素酶2份，混合后进行高速搅拌乳化，转速为500r/min，搅拌时间10min，待搅拌结束后减压蒸馏回收乙醇，即可制得生物处理剂。

作为优选，其中燃料添加剂的制备方法如下：

1）取高岭土粉末5份、膨润土5份，混合后研磨成粉末状，过50目筛，加入清水30份，在300W的超声波下进行振荡分散，振荡时间20min；

2）待振荡结束后静置3h，去除上清液，将底部固体物取出，晾干后放入电炉中进行加热，加热温度为1000℃，加热时间2h；

3）待加热结束后，取出产物，研磨成粉末状，过100目筛，然后加入20%的盐酸50份，进行超声波水浴振荡，水浴温度为50℃，振荡功率为500W，振荡时间30min，待振荡结束后即可制得燃料添加剂。

一种低结渣率的生物质颗粒燃料的制备方法，具体步骤如下：

1）取油料作物秆50份、玉米秸秆5份、碎木屑10份、花生壳5份、树皮15份、厩肥5份，晒干后破碎成碎末状，制得预选料；

2）将预选料加入浓度为10%的氨水溶液中浸泡20min，将初料取出加入到20份生物处理剂中，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60℃，振荡功率为300W，振荡时间10min，制得初料；

3）取燃料添加剂15份，加入初料，混合搅拌后放入炭化炉中，在氮气保护下加热至100℃，升温速度为10℃/min，加热20min，再将温度升至500℃，升温速度为15℃/min，加热15min，最后再将温度升至800℃，升温速度为20℃/min，加热20min，将制得的碳化物破碎成粉末，过100目筛；

4）取清水50份，加入3）中的碳化物粉末，混合后再加入3mol/L的硝酸10份，进行搅拌，转速为100r/min，搅拌时间15min，待搅拌结束后静置1h；

5）待静置结束后，去除上清液，取出底部沉淀的固体颗粒，使用150份去离子水清洗4次；

6）取石蜡15份，加热至40℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油5份混合搅拌均匀，然后再加入5）中的固体粉末，进行超声波振荡分散，功率为300W，振荡时间为10min，待振荡结束后进行干燥，将干料倒入造粒机中，经过150℃的高温挤压即可制得。

实施例2

一种生物质颗粒燃料，按重量份组分如下：油料作物秆60份、玉米秸秆10份、碎木屑15份、花生壳7份、树皮20份、厩肥10份、石蜡17份、松节油10份、生物处理剂25份、燃料添加剂20份。

作为优选，其中油料作物秆是由大豆秆、花生秆、芝麻杆、棉花杆按照1:1:2:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中碎木屑是由松木、杉木、杨木的木屑按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中树皮是由杨树皮、桑树皮、柳树皮按照1:2:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中生物处理剂的制备方法如下：

1）取聚酯二元醇15份、聚丙烯酸酯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1.5h，待反应结束后降温至60℃，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160℃，加入辛酸亚锡3份、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70%的乙醇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45℃，功率为300W，振荡时间20min；

4）待振荡结束后，加入三乙胺4份、纤维素酶3份，混合后进行高速搅拌乳化，转速为600r/min，搅拌时间20min，待搅拌结束后减压蒸馏回收乙醇，即可制得生物处理剂。

作为优选，其中燃料添加剂的制备方法如下：

1）取高岭土粉末10份、膨润土7份，混合后研磨成粉末状，过50目筛，加入清水40份，在350W的超声波下进行振荡分散，振荡时间25min；

2）待振荡结束后静置4h，去除上清液，将底部固体物取出，晾干后放入电炉中进行加热，加热温度为1100℃，加热时间2.5h；

3）待加热结束后，取出产物，研磨成粉末状，过100目筛，然后加入25%的盐酸60份，进行超声波水浴振荡，水浴温度为70℃，振荡功率为600W，振荡时间40min，待振荡结束后即可制得燃料添加剂。

一种低结渣率的生物质颗粒燃料的制备方法，具体步骤如下：

1）取油料作物秆60份、玉米秸秆10份、碎木屑15份、花生壳7份、树皮20份、厩肥10份，晒干后破碎成碎末状，制得预选料；

2）将预选料加入浓度为12%的氨水溶液中浸泡30min，将初料取出加入到25份生物处理剂中，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70℃，振荡功率为400W，振荡时间20min，制得初料；

3）取燃料添加剂20份，加入初料，混合搅拌后放入炭化炉中，在氮气保护下加热至150℃，升温速度为10℃/min，加热25min，再将温度升至550℃，升温速度为15℃/min，加热205min，最后再将温度升至850℃，升温速度为20℃/min，加热25min，将制得的碳化物破碎成粉末，过150目筛；

4）取清水60份，加入3）中的碳化物粉末，混合后再加入4mol/L的硝酸12份，进行搅拌，转速为200r/min，搅拌时间20min，待搅拌结束后静置1.5h；

5）待静置结束后，去除上清液，取出底部沉淀的固体粉末，使用180份去离子水清洗5次；

6）取石蜡17份，加热至45℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油10份混合搅拌均匀，然后再加入5）中的固体粉末，进行超声波振荡分散，功率为400W，振荡时间为15min，待振荡结束后进行干燥，将干料倒入造粒机中，经过170℃的高温挤压即可制得。

实施例3

一种生物质颗粒燃料，按重量份组分如下：油料作物秆80份、玉米秸秆15份、碎木屑20份、花生壳10份、树皮30份、厩肥15份、石蜡20份、松节油15份、生物处理剂30份、燃料添加剂30份。

作为优选，其中油料作物秆是由大豆秆、花生秆、芝麻杆、棉花杆按照1:1:2:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中碎木屑是由松木、杉木、杨木的木屑按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中树皮是由杨树皮、桑树皮、柳树皮按照1:2:2的重量配比混合制备而成的。

作为优选，其中生物处理剂的制备方法如下：

1）取聚酯二元醇20份、聚丙烯酸酯12份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至120℃，加热时间2h，待反应结束后降温至70℃，加入二羟甲基丙酸5份，继续反应3h；

2）待反应结束后再次加热至180℃，加入辛酸亚锡5份、二丁基二月桂酸锡4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80%的乙醇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℃，功率为400W，振荡时间25min；

4）待振荡结束后，加入三乙胺5份、纤维素酶5份，混合后进行高速搅拌乳化，转速为800r/min，搅拌时间30min，待搅拌结束后减压蒸馏回收乙醇，即可制得生物处理剂。

作为优选，其中燃料添加剂的制备方法如下：

1）取高岭土粉末15份、膨润土10份，混合后研磨成粉末状，过50目筛，加入清水50份，在400W的超声波下进行振荡分散，振荡时间30min；

2）待振荡结束后静置5h，去除上清液，将底部固体物取出，晾干后放入电炉中进行加热，加热温度为1200℃，加热时间3h；

3）待加热结束后，取出产物，研磨成粉末状，过100目筛，然后加入30%的盐酸80份，进行超声波水浴振荡，水浴温度为80℃，振荡功率为700W，振荡时间50min，待振荡结束后即可制得燃料添加剂。

一种低结渣率的生物质颗粒燃料的制备方法，具体步骤如下：

1）取油料作物秆80份、玉米秸秆15份、碎木屑0份、花生壳10份、树皮30份、厩肥15份，晒干后破碎成碎末状，制得预选料；

2）将预选料加入浓度为15%的氨水溶液中浸泡40min，将初料取出加入到30份生物处理剂中，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90℃，振荡功率为500W，振荡时间30min，制得初料；

3）取燃料添加剂30份，加入初料，混合搅拌后放入炭化炉中，在氮气保护下加热至200℃，升温速度为10℃/min，加热30min，再将温度升至600℃，升温速度为15℃/min，加热35min，最后再将温度升至900℃，升温速度为20℃/min，加热30min，将制得的碳化物破碎成粉末，过200目筛；

4）取清水80份，加入3）中的碳化物粉末，混合后再加入5mol/L的硝酸15份，进行搅拌，转速为300r/min，搅拌时间30min，待搅拌结束后静置2h；

5）待静置结束后，去除上清液，取出底部沉淀的固体粉末，使用200份去离子水清洗6次；

6）取石蜡20份，加热至50℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油15份混合搅拌均匀，然后再加入5）中的固体粉末，进行超声波振荡分散，功率为500W，振荡时间为20min，待振荡结束后进行干燥，将干料倒入造粒机中，经过180℃的高温挤压即可制得。

对比例1：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生物处理剂进行处理。

对比例2：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燃料添加剂浸泡。

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生物处理剂和燃料添加剂处理。

实验例：生物质颗粒燃料的性能研究

分别对实施例1-3和对比例1-3提供的生物质颗粒燃料进行性能测试，结果如表一所示：

表一

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2	对比例3
							热值（大卡）	5120	5100	5110	4231	4158	4210
结渣率（%）	1.8	1.9	1.8	8.5	8.7	8.6
							灰分（%）	2.1	2.3	2.2	9.8	10.3	10.8

从表一可以看出，实施例1-3提供的生物质颗粒燃料性能明显优于对比例1-3，由此可见，本发明制备的生物质颗粒燃料性能优异，具有高热值、低结渣率和灰分少的优点。

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 (7)

1.一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其特征在于，按重量份组分如下：油料作物秆50-80份、玉米秸秆5-15份、碎木屑10-20份、花生壳5-10份、树皮15-30份、厩肥5-15份、石蜡15-20份、松节油5-15份、生物处理剂20-30份、燃料添加剂15-30份。

2.如权利要求1所述的一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其特征在于，油料作物秆是由大豆秆、花生秆、芝麻杆、棉花杆按照1:1:2:2的重量配比混合制备而成的。

3.如权利要求1所述的一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其特征在于，碎木屑是由松木、杉木、杨木的木屑按照1:1:2的重量配比混合制备而成的。

4.如权利要求1所述的一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其特征在于，树皮是由杨树皮、桑树皮、柳树皮按照1:2:2的重量配比混合制备而成的。

5.如权利要求1所述的一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其特征在于，生物处理剂的制备方法如下：

1）取聚酯二元醇10-20份、聚丙烯酸酯5-12份，混合后放入充满氮气的干燥容器中，加热至90-120℃，加热时间1-2h，待反应结束后降温至50-70℃，加入二羟甲基丙酸2-5份，继续反应2-3h；

2）待反应结束后再次加热至150-180℃，加入辛酸亚锡2-5份、二丁基二月桂酸锡1-4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50-80%的乙醇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40-50℃，功率为200-400W，振荡时间15-25min；

4）待振荡结束后，加入三乙胺3-5份、纤维素酶2-5份，混合后进行高速搅拌乳化，转速为500-800r/min，搅拌时间10-30min，待搅拌结束后减压蒸馏回收乙醇，即可制得生物处理剂。

6.如权利要求1所述的一种低结渣率的生物质颗粒燃料，其特征在于，燃料添加剂的制备方法如下：

1）取高岭土粉末5-15份、膨润土5-10份，混合后研磨成粉末状，过50目筛，加入清水30-50份，在300-400W的超声波下进行振荡分散，振荡时间20-30min；

2）待振荡结束后静置3-5h，去除上清液，将底部固体物取出，晾干后放入电炉中进行加热，加热温度为1000-1200℃，加热时间2-3h；

3）待加热结束后，取出产物，研磨成粉末状，过100目筛，然后加入20-30%的盐酸50-80份，进行超声波水浴振荡，水浴温度为50-80℃，振荡功率为500-700W，振荡时间30-50min，待振荡结束后即可制得燃料添加剂。

7.一种如权利要求1所述的低结渣率的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

1）取油料作物秆50-80份、玉米秸秆5-15份、碎木屑10-20份、花生壳5-10份、树皮15-30份、厩肥5-15份，晒干后破碎成碎末状，制得预选料；

2）将预选料加入浓度为10-15%的氨水溶液中浸泡20-40min，将预选料取出加入到20-30份生物处理剂中，混合后置于磁感应强度为5000-6000GS的磁场环境下进行超声波水浴振荡分散，水浴温度为60-90℃，振荡功率为300-500W，振荡时间10-30min，制得初料；

3）取燃料添加剂15-30份，加入初料，混合搅拌后放入炭化炉中，在氮气保护下加热至100-200℃，升温速度为10℃/min，加热20-30min，再将温度升至500-600℃，升温速度为15℃/min，加热15-35min，最后再将温度升至800-900℃，升温速度为20℃/min，加热20-30min，将制得的碳化物破碎成粉末，过100-200目筛；

4）取清水50-80份，加入3）中的碳化物粉末，混合后再加入3-5mol/L的硝酸10-15份，进行搅拌，转速为100-300r/min，搅拌时间15-30min，待搅拌结束后静置1-2h；

5）待静置结束后，去除上清液，取出底部沉淀的固体粉末，使用150-200份去离子水清洗4-6次；

6）取石蜡15-20份，加热至40-50℃，待石蜡完全溶化后，再加入松节油5-15份混合搅拌均匀，然后再加入5）中的固体粉末，进行超声波振荡分散，功率为300-500W，振荡时间为10-20min，待振荡结束后进行干燥，将干料倒入造粒机中，经过150-180℃的高温挤压即可制得。