CN109082323A - 一种生物质燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质燃料的制备方法，属于生物质燃料的加工领域，本制备方法采用两次粉碎工艺：第一次采用研磨对秸秆进行物理处理，有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，二次粉碎采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力，结合两次压缩工艺，且第二次压缩采用冷压缩工艺，具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点，制备出的生物质燃料的低位发热量远大于标准的13.7M.J.Kg‑1。

Description

一种生物质燃料的制备方法
技术领域
本发明属于生物质燃料加工技术领域，具体涉及一种生物质燃料的制备方法。
背景技术
生物质资源是极其丰富的清洁可再生资源，以其可再生性、永续性、多样性、对环境友好性和对人类的亲和性等重要特点而倍受人们青睐，生物质燃料根据利用形式的不同被分为固态技术农林废弃物直然或压缩成型，液态技术制备生物乙醇、甲醇或生物柴油，气态技术生物沼气、垃圾沼气和木质气，目前生物质的燃料的制备方法大多是采用如下模式：生物质收集，粉碎，预压，压缩，加热或粘结剂，保型，切割和包装出售。虽然大致的模式如此，但各个步骤的工艺的操作和参数的不同都将会影响生物燃料的最后的成型品质和燃烧的品质，目前生物质燃料的面临最大的问题就是提高成型的粘结力的同时，也不破坏燃烧品质。
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燃料的制备方法，通过对粉碎工艺和压缩成型工艺的控制，解决了现有技术中散落和燃烧品质差的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种生物质燃料的制备方法，该制备方法包括粉碎，脱水，预压，调配压缩，保型和包装，具体步骤如下：
1)粉碎：将收集到的植物秸秆采用两次粉碎工艺进行粉碎成粒径为20-60目，其中，两次粉碎工艺参数如下:第一次粉碎采用研磨式粉碎，研磨的压力为5-12Mpa，粉碎成粒径5-8mm，二次粉碎采用球磨粉碎，球磨转速为800-1000r/min；第一次采用研磨对秸秆进行物理处理，有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，二次粉碎采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力。
2)脱水：将粉碎后的颗粒，在温度为80-100℃，进料量为0.75-1.5kg/min，干空气的流量为0.31-0.75kg/s下进行立体气流干燥，干燥至含水量为20-25％；
3)预压：将干燥的颗粒进行预热压缩；
4)调配：将预热压缩的燃料与混料进行混合，并加热至100-110℃，保温1-3min；
5)压缩：将加热后的燃料置于压缩机中进行冷压缩成型；
6)保型和包装：将压缩后的燃料进行保型、包装。
优选的，所述预热压缩的温度为110-130℃，压力为3-7Mpa。
优选的，所述混料为质量比为5-6：2-3:0.5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，其中，蛭石粉的粒度为200-300目，混料的添加量为燃料量的30-40％，混料中的酒精具有增加湿度为后续冷压缩成型提供帮助，同时酒精具有提高生物质燃料的燃烧值的作用，提高整个燃料的燃烧品质，且环保无污染，淀粉在加热状态下粘度增加，具有粘合左右，提高粘合性能，蛭石粉受热易膨胀，提高燃料在燃烧时与空气的接触量，提高燃烧率和充分燃烧效率。
优选的，所述冷压缩成型采用锥辊式成型机，在压缩过程中存在如下关系：F1＝F2·tanx且4°≤x≤8°，其中，F1为压缩机的主推动力，F2为压缩腔壁的向心反作用压力，x为压缩机内壁的倾斜角，冷压缩成型具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点，且F2为18-30Mpa。
与现有技术相比，本发明有益效果是:
1.本发明采用冷压缩成型具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点。
2.本发明采用生物质燃料和混合共混后进行压缩成型，混料中的酒精具有增加湿度为后续冷压缩成型提供帮助，同时酒精具有提高生物质燃料的燃烧值的作用，提高整个燃料的燃烧品质，且环保无污染，淀粉在加热状态下粘度增加，具有粘合左右，提高粘合性能，蛭石粉受热易膨胀，提高燃料在燃烧时与空气的接触量，提高燃烧率和充分燃烧效率。
3.本发明采用两次粉碎工艺，第一次采用研磨对秸秆进行物理处理，有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，二次粉碎采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力。
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
一种生物质燃料的制备方法，该制备方法包括粉碎，脱水，预压，调配压缩，保型和包装，具体步骤如下：
1)粉碎：将收集到的植物秸秆先进行切割成5-7cm的秸秆段，有利于后续的粉碎工艺，然后将切割成段的秸秆置于研磨式粉碎机中，在研磨压力10Mpa下进行研磨，然后过6mm的筛进行筛分，不符合规格的重新研磨粉碎，提高原料的利用率，研磨有利于破木质素和纤维素的结构，起到预软化木质素和纤维素的作用，同时有利于后续的压缩成型的粘结，提升压缩效率，将第一次研磨后的颗粒置于球磨机中进行二次球磨粉碎，球磨转速为900r/min；采用球磨，有利于固体颗粒表面易出现裂纹，有利于后续压缩成型颗粒之间的粘附和嵌合，提高粘结力，最后将粉碎处理后的颗粒进行收集；
2)脱水：将收集后的颗粒，置于立体气流干燥机中，在温度为90℃，进料量为1.2kg/min，干空气的流量为0.5kg/s下进行立体气流干燥，干燥过程中采用顺流操作，入口处气温高而原料温度大，能充分利用气体的热能，故热效率高，将颗粒干燥至含水量为20-25％；
3)预压：将干燥后的颗粒输送到压缩区域内，在温度120℃，压力为5Mpa下采用螺旋推进器将干燥颗粒推进成型模具进行热预压，此时较低压力传递至生物质颗粒中，使原先松散堆积的固体颗粒排列结构开始改变，生物质内部空隙率减少，有利于提高粘合力；
4)调配：将预热压缩的燃料与由质量比为5.5：2：0.5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物混料进行混合，混料的添加量为燃料的36.5％，然后加热至105℃，保温1min，其中，蛭石粉的粒度为300目，混料中的酒精具有增加湿度为后续冷压缩成型提供帮助，同时酒精具有提高生物质燃料的燃烧值的作用，提高整个燃料的燃烧品质，且环保无污染，淀粉在加热状态下粘度增加，具有粘合左右，提高粘合性能，蛭石粉受热易膨胀，提高燃料在燃烧时与空气的接触量，提高燃烧率和充分燃烧效率；
5)压缩：将经过调配后的颗粒置于压缩机中进行冷压缩成型，在压缩的过程中采用锥辊式成型机，且压缩机的主推动力的主推动力F1与压缩腔壁的向心反作用压力F2和锥辊式成型机内模的倾斜角x存在F1＝F2·tanx且x＝6°，F2＝25Mpa倾斜角在4°到8°之间压缩后的生物质燃料具有粘结性能好且不影响燃烧效率，其中F1与要压缩的生物质燃料块的密度和直径以及表面摩擦力有关，F2是机械的内壁的最大承受能力，通过这个公式有利于减少对压缩机械的内壁的损伤，延长使用寿命，冷压缩成型具有原料适用性广，设备系统简单，可移动性强，颗粒成型能耗低、成本低的优点；同时锥辊式成型机在保持力的稳定下，具有易脱模，能耗小的优点；
6)保型和包装：将压缩后的燃料进行切割、保型、包装，既得生物质燃料，由于是冷压缩，无需冷却，提高生产效率。
实施例2
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中步骤(1)粉碎中，第一次粉碎的研磨压力为5Mpa，粒径为8mm，二次球磨的转速为1000r/min；步骤(2)脱水的温度为100℃，进料量为0.75kg/min，干空气的流量为0.75kg/s，步骤(3)预压的温度为130℃，压力为3Mpa，混料为质量比为5：2:0.5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，其中，蛭石粉的粒度为300目，混料的添加量为燃料量的40％。
实施例3
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中步骤(1)粉碎中，第一次粉碎的研磨压力为12Mpa，粒径为5mm，二次球磨的转速为800r/min；步骤(2)脱水的温度为80℃，进料量为1.5kg/min，干空气的流量为0.31kg/s，步骤(3)预压的温度为110℃，压力为7Mpa，混料为质量比为6：3:0.5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，混料的添加量为燃料量的30％。
实施例4
本实施例同实施例1不同的是本实施例中F1＝F2·tan4，F2为20Mpa。
实施例5
本实施例同实施例1不同的是本实施例中F1＝F2·tan8，F2为30Mpa。
实施例6
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中中步骤(1)粉碎中，第一次粉碎的研磨压力为5Mpa，粒径为8mm，二次球磨的转速为1000r/min；步骤(2)脱水的温度为100℃，进料量为0.75kg/min，干空气的流量为0.75kg/s，步骤(3)预压的温度为130℃，压力为3Mpa，混料为质量比为5：2:0.5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，其中，蛭石粉的粒度为300目，混料的添加量为燃料量的40％，F1＝F2·tan8，F2为15Mpa。
性能测试：
按NY/T 1881.7-2010的规定计算成型燃料密度，按GB/T 30727-2014的规定测定成型燃料的发热量，成型燃料的基本性能要求，按GB/T 28731-2012的规定计算固体生物质燃料试样水分统计量和空气干燥基灰分统计量，测试的标准和结果如下：本发明实施例的制备的生物质燃料整体性能达到标准，且低位发热量远大于标准的13.7M.J.Kg-1
测试项目 标准 本发明
成型密度/g.cm<sup>-3</sup> ≥1.11 1.33±0.15
抗跌碎性/％ ≥91 94.5±2.4
含水量/％ ≥13 16.7±1.7
灰分含量/％ ≤10 7.89±1.1
低位发热量/M.J.Kg<sup>-1</sup> ≥13.7 21.89±1.86
外观 表面光滑 表面光滑
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 (4)

1.一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，该制备方法包括粉碎，脱水，预压，调配压缩，保型和包装，具体步骤如下：
1)粉碎：将收集到的植物秸秆采用两次粉碎工艺进行粉碎成粒径为20-60目，其中，两次粉碎工艺参数如下:第一次粉碎采用研磨式粉碎，研磨的压力为5-12Mpa，粉碎成粒径5-8mm，二次粉碎采用球磨粉碎，球磨转速为800-1000r/min；
2)脱水：将粉碎后的颗粒，在温度为80-100℃，进料量为0.75-1.5kg/min，干空气的流量为0.31-0.75kg/s下进行立体气流干燥，干燥至含水量为20-25％；
3)预压：将干燥的颗粒进行预热压缩；
4)调配：将预热压缩的燃料与混料进行混合，并加热至100-110℃，保温1-3min；
5)压缩：将加热后的燃料置于压缩机中进行冷压缩成型；
6)保型和包装：将压缩后的燃料进行保型、包装。
2.根据权利要求1所述的生物质燃料的制备方法，其特征在于，所述预热压缩的温度为110-130℃，压力为3-7Mpa。
3.根据权利要求1所述的生物质燃料的制备方法，其特征在于，所述混料为质量比为5-6：2-3:0.5的乙醇、淀粉和蛭石粉的混合物，其中，蛭石粉的粒度为200-300目，混料的添加量为燃料量的30-40％。
4.根据权利要求1所述的生物质燃料的制备方法，其特征在于，所述冷压缩成型采用锥辊式成型机，在压缩过程中存在如下关系：F1＝F2·tanx且4°≤x≤8°，其中，F1为压缩机的主推动力，F2为压缩腔壁的向心反作用压力，x为压缩机内壁的倾斜角，且F2为18-30Mpa。
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