CN108753405A - 秸秆生物质燃料的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及生物质燃料生产技术领域，更具体涉及一种秸秆生物质燃料的制备方法；对大豆蛋白依次进行热处理、碱处理和交联处理得到改性大豆蛋白胶粘剂，将改性大豆蛋白胶粘剂与农作物秸秆混合喂入成型设备中，在常温下压制成型，得到块状燃料；本发明的有益效果在于：提供一种秸秆生物质燃料的制备方法，使用天然胶粘剂替代木质素使松散的秸秆粘结，在压力作用下即可挤压成型，制得的秸秆生物质燃料质地紧密、机械强度高。由于秸秆纤维之间并不依靠木质素来粘结，因此不仅可常温压制，而且对秸秆的粉碎程度要求低，有助于降低工艺难度、减少劳动强度、降低生产成本，为生物质固体燃料的推广使用创造有利条件。
Description
技术领域
本发明涉及生物质燃料生产技术领域，更具体涉及一种秸秆生物质燃料的制备方法。
背景技术
我国废弃物资源丰富，每年的生产活动会产生数亿吨的农作物秸秆，这些废弃物密度小、体积蓬松、堆积量大，销毁处理时不仅需要一定的人力、物力，而且还会污染环境，通过生物质致密成型技术可以将废弃农作物秸秆转化为高附加值的生物质成型燃料。
成型是生物质致密成型技术中的关键工艺之一。现有技术中，基于农作物秸秆中所含的木质素为非晶体结构，在温度达到70～187℃时开始软化，因此采用热压工艺即可将松散的秸秆压缩、并通过软化的木质素粘结成棒状、粒状或块状成型燃料。该技术的不足之处在于：一、木质素的软化点与秸秆原料中的含水率相关，如果原料中含水率较高，如高于15％时，木质素的软化点会降低，实际热压温度也会随之降低，致使产品强度大幅下降，储运过程中产品表面容易开裂，燃烧后发烟现象严重。二、当待加工秸秆粒径过大时，物料间的热传导较差，使用常规温度难以实现有效粘结，因此该成型工艺要求秸秆的颗粒不宜过大。因此为制得较高品质的生物质固体燃料，现有技术需要通过提高粉碎成都来减小物料粒径，通过在烘干和热压工序中提高加热温度或加热时间来降低物料或产品中的含水率，如此不仅增大了劳动强度且能源消耗大，生物质燃料的生产成本高，推广应用难度大。
发明内容
根据以上现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出一种生物质成型固体燃料及其生产方法，通过引入改性大豆蛋白胶粘剂，使秸秆在常温下即可受压成型，降低了生物质燃料的生产成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种秸秆生物质燃料的制备方法，对大豆蛋白依次进行热处理、碱处理和交联处理得到改性大豆蛋白胶粘剂，将改性大豆蛋白胶粘剂与农作物秸秆混合喂入成型设备中，在常温下压制成型，得到块状燃料。
在上述技术方案中，农业秸秆类废弃物包括但不限于玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、花生秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆。热处理时，大豆蛋白发生热变性，分子由原来的卷曲紧密结构舒展开来，内部的疏水基团暴露在外部，溶解度降低。此外，蛋白质分子受热后，可能发生缔合作用，粘度增加。碱处理促使蛋白质分子内氢键断裂，有助于大豆蛋白的解聚，提高蛋白质的溶解度，暴露出极性和非极性基团，提高胶接强度并提高耐水性。经交联处理后，可以得到机械性能、粘结性能良好的改性大豆蛋白胶粘剂，其可以实现与农作物秸秆的有效粘结，在压力作用下，可以得到质地紧密、机械强度高的生物质固体燃料。
为平衡粘结强度和原料成本，所述农作物秸秆与改性大豆蛋白胶粘剂按照10：1-5的体积比例混合压制成型。
具体的方案为，所述改性大豆蛋白胶粘剂的制备方法如下：
a)在超声波和热环境下，将大豆蛋白投入碱溶液中进行碱处理，得改性大豆蛋白；
b)在含水溶液中，将改性大豆蛋白、甲醛、苯酚、十二烷基苯磺酸钠混合搅拌5分钟，之后加入硅油，在85-95℃下搅拌反应1-2小时，对所得反应产物进行冷却、过滤和微波干燥处理，得到改性大豆蛋白胶粘剂。
超声波处理和微波干燥均能加剧大豆蛋白分子运动，促使形成粘度更高的改性大豆蛋白胶粘剂。
进一步的，所述步骤a)中大豆蛋白与碱溶液的混合比例为1:2-10，碱溶液的PH≤11。
进一步的，所述步骤a)的处理温度为50-80℃，处理时间为2-4小时。
进一步的，所述大豆蛋白选自大豆浓缩蛋白、大豆压缩蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的至少一种。
进一步的，所述碱溶液选自氢氧化钙溶液、氢氧化镁溶液、氢氧化锌溶液、氨水中的至少一种。
进一步的，所述步骤b)中反应物料的配比如下：改性大豆蛋白60份、甲醛5-20份、苯酚5-20份、十二烷基苯磺酸钠0.5-5份、硅油10-15滴。
本发明的有益效果在于：提供一种秸秆生物质燃料的制备方法，使用天然胶粘剂替代木质素使松散的秸秆粘结，在压力作用下即可挤压成型，制得的秸秆生物质燃料质地紧密、机械强度高。由于秸秆纤维之间并不依靠木质素来粘结，因此不仅可常温压制，而且对秸秆的粉碎程度要求低，有助于降低工艺难度、减少劳动强度、降低生产成本，为生物质固体燃料的推广使用创造有利条件。
具体实施方式
下面通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
实施例1：改性大豆蛋白胶粘剂的制备
a)在超声波和50-80℃环境下，将100L大豆浓缩蛋白投入PH为10.2的氢氧化钙溶液中处理3小时，得改性大豆蛋白；
b)向100L水中加入60kg改性大豆蛋白、10kg甲醛、20kg苯酚、3kg十二烷基苯磺酸钠，混合搅拌5分钟，之后加入10-15滴硅油，在85-95℃下搅拌反应1.5小时，对所得反应产物进行冷却、过滤和微波干燥处理，得到改性大豆蛋白胶粘剂。
经检测，所得改性大豆蛋白胶粘剂的粘度为1.82pa.s。
实施例2：改性大豆蛋白胶粘剂的制备
采用实施例1的方法，不同之处在于：所述步骤a)中的反应原料为100L大豆压缩蛋白和300L PH为9.8的氢氧化镁溶液。
经检测，所得改性大豆蛋白胶粘剂的粘度为1.61pa.s。
实施例3：改性大豆蛋白胶粘剂的制备
采用实施例1的方法，不同之处在于：所述步骤a)中的反应原料为100L脱脂大豆粉和300L PH为9.0的氨水。
经检测，所得改性大豆蛋白胶粘剂的粘度为1.62pa.s。
实施例4：秸秆生物质燃料的制备
取100kg玉米秸秆，经粉碎、除杂、烘干处理后，得到含水率为8-11％、粒径为30-50mm的玉米秸秆，取20kg实施例1制备得到的改性大豆蛋白胶粘剂，与玉米秸秆在容器内充分搅拌混合，之后喂入成型设备中，在常温、30MPa下压制成型，得到块状燃料。
经检测，所得秸秆生物质燃料性能如下：热值17.2MJ/kg；密度1.21kg/dm3，含水率8.4％，灰分0.18％。
实施例5：秸秆生物质燃料的制备
取100kg花生秸秆，经粉碎、除杂、烘干处理后，得到含水率为8-11％、粒径为30-50mm的花生秸秆，取30kg实施例2制备得到的改性大豆蛋白胶粘剂，与花生秸秆在容器内充分搅拌混合，之后喂入成型设备中，在常温、30MPa下压制成型，得到块状燃料。
经检测，所得秸秆生物质燃料性能如下：热值16.8MJ/kg；密度1.25kg/dm3，含水率9.1％，灰分0.22％。
实施例6：秸秆生物质燃料的制备
取100kg水稻秸秆，经粉碎、除杂、烘干处理后，得到含水率为8-11％、粒径为30-50mm的水稻秸秆，取20kg实施例3制备得到的改性大豆蛋白胶粘剂，与水稻秸秆在容器内充分搅拌混合，之后喂入成型设备中，在常温、30MPa下压制成型，得到块状燃料。
经检测，所得秸秆生物质燃料性能如下：热值17.4MJ/kg；密度1.18kg/dm3，含水率8.3％，灰分0.24％。
上面对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于，对大豆蛋白依次进行热处理、碱处理和交联处理得到改性大豆蛋白胶粘剂，将改性大豆蛋白胶粘剂与农作物秸秆混合喂入成型设备中，在常温下压制成型，得到块状燃料。
2.根据权利要求1所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述农作物秸秆与改性大豆蛋白胶粘剂按照10：1-5的体积比例混合压制成型。
3.根据权利要求1所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述改性大豆蛋白胶粘剂的制备方法如下：
a)在超声波和热环境下，将大豆蛋白投入碱溶液中进行碱处理，得改性大豆蛋白；
b)在含水溶液中，将改性大豆蛋白、甲醛、苯酚、十二烷基苯磺酸钠混合搅拌5分钟，之后加入硅油，在85-95℃下搅拌反应1-2小时，对所得反应产物进行冷却、过滤和微波干燥处理，得到改性大豆蛋白胶粘剂。
4.根据权利要求3所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤a)中大豆蛋白与碱溶液的混合比例为1:2-10，碱溶液的PH≤11。
5.根据权利要求4所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤a)的处理温度为50-80℃，处理时间为2-4小时。
6.根据权利要求4所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述大豆蛋白选自大豆浓缩蛋白、大豆压缩蛋白、脱脂大豆粉、大豆粕、豆饼中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述碱溶液选自氢氧化钙溶液、氢氧化镁溶液、氢氧化锌溶液、氨水中的至少一种。
8.根据权利要求4所述的秸秆生物质燃料的制备方法，其特征在于：所述步骤b)中反应物料的配比如下：改性大豆蛋白60份、甲醛5-20份、苯酚5-20份、十二烷基苯磺酸钠0.5-5份、硅油10-15滴。
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| IT8621500A0 (it) * | 1985-08-19 | 1986-08-19 | Hans E Sylvest | Procedimento per la fabbricazione di mattonelle di paglia. |
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-
2018
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| IT8621500A0 (it) * | 1985-08-19 | 1986-08-19 | Hans E Sylvest | Procedimento per la fabbricazione di mattonelle di paglia. |
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
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