CN108949287B - 一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂。通过在生物质成型燃料中加入载有催化剂和固钾剂的多孔陶瓷，使固钾剂与生物质成型燃料中的钾元素反应，生成高熔点的化合物固留在炉灰中，提高生物质成型燃料灰熔温度；多孔陶瓷上的催化剂，可以加速次亚磷酸铵与氯化钾反应，减少氯化钾以气态形式析出的量，可以提高生物质成型燃料的灰熔温度，降低碱金属对燃烧设备造成腐蚀和磨损，同时便于回收催化剂。

Description

一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法
技术领域
本发明涉及清洁能源利用领域，具体涉及一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法。
背景技术
生物质成型燃料是以农林剩余物为主原料，经切片-粉碎-除杂-精粉-筛选-混合-软化-调质-挤压-烘干-冷却-质检-包装等工艺，最后制成成型环保燃料。生物质成型燃料燃烧时无烟无味、清洁环保，其含硫量、灰分，含氮量等远低于煤炭，石油等，是一种环保清洁能源，享有"绿煤"的美誉。
由于生物质燃料中K、Na、Cl、Ca等元素含量较高，决定了生物质灰分熔点低的特性。植物的灰熔温度(软化温度ST) 一般约在850～1300℃的区间，不同的植物有不同的灰熔温度，如草本植物一般850～950℃，木本植物一般1030～1300℃不等，不同的树种也有不同的灰熔温度，如杉树1020℃，桉树1200℃，美国竹柳1300℃。生物质锅炉的炉膛中心温度基本都达到1150℃～1200℃。因此，大部分的生物质成型燃料都会出现结焦现象，生物质燃料专用燃烧机结焦现象更突出，不仅降低燃烧设备的热转换率，还会对设备造成腐蚀和磨损。为缓解结焦现象，多在生物质燃料中加入粉末状添加剂，由于添加剂分散度很高，添加剂中的贵金属等材料难以回收完全，大大增加生产成本。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供工艺简单、实用性强的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉30～35份、粉煤灰5～10份、铁粉2～4份、硼砂0.3～0.5份，将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀，制粒，焙烧，冷却至室温，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂，得到多孔陶瓷提熔剂，其中，催化剂与固钾剂的重量份比为：1:15～20，所述催化剂由以下重量份的组分组成：海绵铁20～25份、活性氧化铝5～10份、碳化硅2～4份，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.5～1.5；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
优选地，所述步骤（1）中的多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉32份、粉煤灰8份、铁粉3份、硼砂0.4份，将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至300目～350目，制粒，焙烧，冷却至室温，即得所述多孔陶瓷。
优选地，所述步骤（1）中的焙烧温度为900℃～950℃、焙烧时间为30min～35min、冷却至室温的冷却速率为8℃/s～12℃/s。
优选地，所述步骤（2）中的多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.03～1.05。
优选地，所述步骤（2）中以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:2～3的混合液中加入催化剂和固钾剂，浸泡8h～12h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至40℃～45℃，浸泡2h～5h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂。
优选地，所述步骤（3）中所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.9。
优选地，所述步骤（4）中混合燃料着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.40～0.45:1。
本发明一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂。通过在生物质成型燃料中加入载有催化剂和固钾剂的多孔陶瓷，使固钾剂与生物质成型燃料中的钾元素反应，生成高熔点的化合物固留在炉灰中，提高生物质成型燃料灰熔温度；多孔陶瓷上的催化剂，可以加速次亚磷酸铵与氯化钾反应，减少氯化钾以气态形式析出的量，可以提高生物质成型燃料的灰熔温度，降低碱金属对燃烧设备造成腐蚀和磨损，同时便于回收催化剂。
本发明一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，优化了制备多孔陶瓷的配方和制备工艺，制备得到的多孔陶瓷孔道分布均匀、气孔孔径为35μm～50μm、孔隙率达75%、热膨胀系数接近零，可增加多孔陶瓷负载催化剂和固钾剂的量，同时能使多孔陶瓷提熔剂性能稳定。
本发明一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，催化剂由海绵铁、活性氧化铝、碳化硅组成，在海绵铁中加入适量的活性氧化铝、碳化硅，可以加速次亚磷酸铵与氯化钾的反应速率，进一步提高生物质成型燃料的灰熔温度。
本发明一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在燃烧设备中的燃烧室内通入配比合理的氧气和氮气的混合气，有益于次亚磷酸铵与氯化钾的反应，从而达到提高生物质成型燃料灰熔温度的目的。
具体实施方式
下面的实施例可以帮助本领域的技术人员更全面地理解本发明，但不可以以任何方式限制本发明。
实施例1
一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉30份、粉煤灰5份、铁粉2份、硼砂0.3份；将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至300目，制粒，焙烧，焙烧温度为900℃、焙烧时间为30min；冷却至室温，冷却速率为8℃/s，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂，吸附催化剂和固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:2的混合液中加入催化剂和固钾剂，浸泡8h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至40℃，浸泡2h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂；多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.03，其中，催化剂与固钾剂的重量份比为：1:15，所述催化剂由以下重量份的组分组成：海绵铁20份、活性氧化铝5份、碳化硅2份，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.5；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.40:1，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例2
一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉35份、粉煤灰10份、铁粉4份、硼砂0.5份；将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至350目，制粒，焙烧，焙烧温度为950℃、焙烧时间为35min；冷却至室温，冷却速率为12℃/s，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂，吸附催化剂和固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:3的混合液中加入催化剂和固钾剂，浸泡12h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至45℃，浸泡5h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂；多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.05，其中，催化剂与固钾剂的重量份比为：1:20，所述催化剂由以下重量份的组分组成：海绵铁25份、活性氧化铝10份、碳化硅4份，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:1.5；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.45:1，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例3
一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉32份、粉煤灰8份、铁粉3份、硼砂0.4份；将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至320目，制粒，焙烧，焙烧温度为920℃、焙烧时间为33min；冷却至室温，冷却速率为10℃/s，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂，吸附催化剂和固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:2.5的混合液中加入催化剂和固钾剂，浸泡9h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至42℃，浸泡3h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂；多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.04，其中，催化剂与固钾剂的重量份比为：1:18，所述催化剂由以下重量份的组分组成：海绵铁22份、活性氧化铝8份、碳化硅3份，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.9；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.42:1，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
实施例4
一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉32份、粉煤灰8份、铁粉3份、硼砂0.4份；将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至320目，制粒，焙烧，焙烧温度为920℃、焙烧时间为33min；冷却至室温，冷却速率为10℃/s，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂，吸附催化剂和固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:2.5的混合液中加入催化剂和固钾剂，浸泡9h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至42℃，浸泡3h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂；多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.04，其中，催化剂与固钾剂的重量份比为：1:18，所述催化剂由以下重量份的组分组成：海绵铁22份、活性氧化铝8份、碳化硅3份，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.9；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入空气，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
对比例1
一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉32份、粉煤灰8份、铁粉3份、硼砂0.4份；将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至320目，制粒，焙烧，焙烧温度为920℃、焙烧时间为33min；冷却至室温，冷却速率为10℃/s，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附固钾剂，吸附固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:2.5的混合液中加入固钾剂，浸泡9h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至42℃，浸泡3h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂；多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.04，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.9；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.42:1，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
对比例2
将生物质成型燃料放入燃烧设备中着火燃烧，生物质成型燃料着火燃烧的步骤为：1)在燃烧设备中的燃烧室内通入12L/min的空气；2）在燃烧室内加入生物质成型燃料；3）着火燃烧；生物质成型燃料燃烧完毕即可。
下表1给出实施例1-4和对比例1-2中的生物质成型燃料燃烧得到的底灰的检测结果。
表1
项目 变形温度/℃ 软化温度/℃ 熔融温度/℃ 流动温度/℃
实施例1 1460 1464 1466 1468
实施例2 1462 1466 1469 1471
实施例3 1463 1468 1472 1474
实施例4 1433 1435 1440 1442
对比例1 1415 1417 1423 1425
对比例2 1352 1356 1359 1361
由表1给出的实施例1-4和对比例1-2中的生物质成型燃料燃烧得到的底灰的检测结果，可知，本发明一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，在海绵铁中加入适量的活性氧化铝、碳化硅，可以加速次亚磷酸铵与氯化钾的反应速率，提高生物质成型燃料的灰熔温度；在燃烧设备中的燃烧室内通入配比合理的氧气和氮气的混合气，有益于次亚磷酸铵与氯化钾的反应，从而达到提高生物质成型燃料灰熔温度的目的。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）制备多孔陶瓷：多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉30～35份、粉煤灰5～10份、铁粉2～4份、硼砂0.3～0.5份，将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀，制粒，焙烧，冷却至室温，即得所述多孔陶瓷；
（2）以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂，得到多孔陶瓷提熔剂，其中，催化剂与固钾剂的重量份比为：1:15～20，所述催化剂由以下重量份的组分组成：海绵铁20～25份、活性氧化铝5～10份、碳化硅2～4份，所述固钾剂为次亚磷酸铵；
（3）在生物质成型燃料中加入所述多孔陶瓷提熔剂，混合均匀，得到混合燃料，所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.5～1.5；
（4）将混合燃料放入燃烧设备中着火燃烧，即可提高生物质成型燃料的灰熔温度。
2.根据权利要求1所述的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的多孔陶瓷由以下重量份的组分组成：陶瓷微粉32份、粉煤灰8份、铁粉3份、硼砂0.4份，将陶瓷微粉、粉煤灰、铁粉、硼砂混合均匀并粉碎至300目～350目，制粒，焙烧，冷却至室温，即得所述多孔陶瓷。
3.根据权利要求1所述的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（1）中的焙烧温度为900℃～950℃、焙烧时间为30min～35min、冷却至室温的冷却速率为8℃/s～12℃/s。
4.根据权利要求1所述的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中的多孔陶瓷与多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：1:1.03～1.05。
5.根据权利要求1所述的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（2）中以多孔陶瓷为载体吸附催化剂和固钾剂的步骤为:1）在异丙醇和磷酸体积比为1:2～3的混合液中加入催化剂和固钾剂，浸泡8h～12h；2）在步骤1）中的混合液中加入多孔陶瓷，同时将混合液的温度加热至40℃～45℃，浸泡2h～5h；3）将步骤2）中混合液于500℃下焙烧4h，即得所述多孔陶瓷提熔剂。
6.根据权利要求1所述的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（3）中所述生物质成型燃料与所述多孔陶瓷提熔剂的重量份比为：100:0.9。
7.根据权利要求1所述的一种利用多孔陶瓷提高生物质成型燃料灰熔温度的方法，其特征在于，所述步骤（4）中混合燃料着火燃烧时在燃烧设备中的燃烧室内通入氧气和氮气的混合气体，所述混合气体中氧气和氮气的体积比为0.40～0.45:1。
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