CN109082324A - 一种生物质煤炭的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于生物质碳化技术领域，特别涉及一种生物质煤炭的制备方法。本发明首先通过混合溶剂对植物粉末进行浸泡，通过浸泡使粉末内部进行部分软化，并且通过溶剂的浸润增加了可燃性能，随后再进行蒸汽爆破，通过蒸汽爆破提高粉末内部的孔隙率，破坏内部秸秆，使其部分降解，增加可燃性，随后再与菌液进行混合，通过对混合物中的菌液提取，增加了粉末内部的有机质含量，提高了内部部分微量金属元素，促进燃烧，同时利用微生物对粉末的微量降解及降解硫含量，增加了燃烧效率，增强热力值，并且再通过沉淀法形成磁性颗粒，增强了储存的稳定性能，最后与煤炭灰、添加颗粒进行混合，获得了高热值的生物质煤炭。

Description

一种生物质煤炭的制备方法
技术领域
本发明属于生物质碳化技术领域，特别涉及一种生物质煤炭的制备方法。
背景技术
随着世界经济的发展、人口的剧增和人民生活水平的不断提高，世界能源需求量持续增大，导致石油价格飞速增长，能源的供应不足已经成为制约国家经济发展的瓶颈。能源是左右可持续发展进程的关键因素之一。目前，我国面临着常规能源资源的约束、过分依赖煤炭资源，在能源的使用过程中存在着污染严重、能源利用效率低等问题。为了减轻我国使用化石能源对环境造成的影响，同时减少对化石能源的依赖，需要改变能源生产和消费方式，开发利用生物质能等可再生的清洁能源对建立可持续的能源系统，促进国民经济发展和环境保护具有重大意义。生物质作为一种可再生资源，使用过程中几乎不产生污染，同时起着保护和改善生态环境的重要作用，是理想的可再生能源之一，对其大力开发利用潜力无限。但由于生物质具有体积大、重量轻、易着火、分布面积广、收获具有季节性等特点，给生物质收集、运输、储藏、防火等造成了很大的困难，影响了生物质的大规模使用。而目前国内外普遍使用的生物质成型压缩技术制造的生物质成型燃料，虽然解决了生物质收集、运输、储藏、防火等技术难题，但生物质成型颗粒长期存放时，不防水，易松散，稳定性欠佳，大规模直接应用于发电时需要对炉膛结构进行大规模改造。
发明内容
本发明所要解决的技术问题：针对目前生物煤炭的的热力值不足，储存时稳定性差的问题，提供一种生物质煤炭的制备方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下所述的技术方案是：
一种生物质煤炭的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）植物粉末与混合溶剂按质量比2～8:3混合均匀，进行蒸汽爆破处理，收集爆破物，过滤，收集过滤物，将过滤物与菌液按质量比4～7:3混合均匀，静置；
（2）待静置结束后，过滤，收集滤渣，干燥，按质量比4～9:1将干燥物与助剂混合均匀，再加入干燥物质量4～6倍的水，调节pH至5.0～5.5，再加入助剂质量2～4倍的氢氧化钠，搅拌，静置；
（3）在静置结束后，加热，冷却，再加入干燥物1～3％聚乙二醇，使用浓硫酸调节pH至1.0～1.5，混合，过滤，洗涤，干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入碳化炉内碳化，在无氧状态下于900～1100℃下碳化，将碳化物、煤炭灰、添加颗粒按质量比14～16:7:1，混合均匀，挤压成型，即得生物质煤炭。
所述步骤（1）中植物粉末为将小麦秸秆、玉米秸秆、丝瓜络按质量比5～8:4～7:1放入粉碎机中进行粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得植物粉末。
所述步骤（1）中混合溶剂为乙醇溶液、乙二醇按质量比3～7:1混合而成。
所述步骤（1）中菌液的制备方法为将葡萄糖溶液、腐殖土、泥炭土按质量比15～20:3:2～5，混合均匀，自然放置，搅拌30～35h，过滤，收集滤液，即得菌液。
所述步骤（1）中蒸汽爆破处理条件为：2.0～2.3MPa，维持压力15～20s。
所述步骤（2）中助剂为氯化铁、硫酸亚铁按质量比2～3:1，混合而成。
所述步骤（4）中添加颗粒为将甲酸、电石渣、聚乙烯蜡按质量比1:5～7:2，混合均匀，粉碎，过筛，即得添加颗粒。
本发明与其他方法相比，有益技术效果是：
（1）本发明首先通过混合溶剂对植物粉末进行浸泡，通过浸泡使粉末内部进行部分软化，并且通过溶剂的浸润增加了可燃性能，随后再进行蒸汽爆破，通过蒸汽爆破提高粉末内部的孔隙率，破坏内部秸秆，使其部分降解，增加可燃性，随后再与菌液进行混合，通过对混合物中的菌液提取，增加了粉末内部的有机质含量，提高了内部部分微量金属元素，促进燃烧，同时利用微生物对粉末的微量降解及降解硫含量，增加了燃烧效率，增强热力值，并且再通过沉淀法形成磁性颗粒，同时在沉淀过程中，由于浓硫酸的作用，使其形成磁性颗粒-碳的催化剂，进一步增加燃烧性能，提高热力值，增强了储存的稳定性能，最后与煤炭灰、添加颗粒进行混合，获得了高热值的生物质煤炭；
（2）本发明在热解过程中，由于加入了甲醇，再与粉末通过浓硫酸的作用，促使甲醇燃烧产生一氧化碳，进行进一步燃烧，增加了生物质内部的碳含量，提高了热值。
具体实施方式
植物粉末为将小麦秸秆、玉米秸秆、丝瓜络按质量比5～8:4～7:1放入粉碎机中进行粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得植物粉末；
混合溶剂为乙醇溶液、乙二醇按质量比3～7:1混合而成；
菌液的制备方法为将葡萄糖溶液、腐殖土、泥炭土按质量比15～20:3:2～5，混合均匀，自然放置，搅拌30～35h，过滤，收集滤液，即得菌液；
助剂为氯化铁、硫酸亚铁按质量比2～3:1，混合而成；
添加颗粒为将甲酸、电石渣、聚乙烯蜡按质量比1:5～7:2，混合均匀，粉碎，过300目筛，即得添加颗粒；
一种生物质煤炭的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）植物粉末与混合溶剂按质量比2～8:3混合均匀，进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理条件为：2.0～2.3MPa，维持压力15～20s，收集爆破物，过滤，收集过滤物，将过滤物与菌液按质量比4～7:3混合均匀，静置34h；
（2）待静置结束后，过滤，收集滤渣，干燥，按质量比4～9:1将干燥物与助剂混合均匀，再加入干燥物质量4～6倍的水，调节pH至5.0～5.5，再加入助剂质量2～4倍的氢氧化钠，搅拌20min，静置2h；
（3）在静置结束后，加热至70～80℃，加热2h，冷却至室温，再加入干燥物1～3％聚乙二醇，使用浓硫酸调节pH至1.0～1.5，混合1h，过滤，使用水洗涤，干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入碳化炉内碳化，在无氧状态下于900～1100℃下碳化30～60min，将碳化物、煤炭灰、添加颗粒按质量比14～16:7:1，混合均匀，挤压成型，即得生物质煤炭。
实施例1
植物粉末为将小麦秸秆、玉米秸秆、丝瓜络按质量比8:7:1放入粉碎机中进行粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得植物粉末；
混合溶剂为乙醇溶液、乙二醇按质量比7:1混合而成；
菌液的制备方法为将葡萄糖溶液、腐殖土、泥炭土按质量比20:3:5，混合均匀，自然放置，搅拌35h，过滤，收集滤液，即得菌液；
助剂为氯化铁、硫酸亚铁按质量比3:1，混合而成；
添加颗粒为将甲酸、电石渣、聚乙烯蜡按质量比1:7:2，混合均匀，粉碎，过300目筛，即得添加颗粒；
一种生物质煤炭的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）植物粉末与混合溶剂按质量比8:3混合均匀，进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理条件为：2.3MPa，维持压力20s，收集爆破物，过滤，收集过滤物，将过滤物与菌液按质量比7:3混合均匀，静置34h；
（2）待静置结束后，过滤，收集滤渣，干燥，按质量比9:1将干燥物与助剂混合均匀，再加入干燥物质量6倍的水，调节pH至5.5，再加入助剂质量4倍的氢氧化钠，搅拌20min，静置2h；
（3）在静置结束后，加热至80℃，加热2h，冷却至室温，再加入干燥物3％聚乙二醇，使用浓硫酸调节pH至1.5，混合1h，过滤，使用水洗涤，干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入碳化炉内碳化，在无氧状态下于1100℃下碳化60min，将碳化物、煤炭灰、添加颗粒按质量比16:7:1，混合均匀，挤压成型，即得生物质煤炭。
实施例2
植物粉末为将小麦秸秆、玉米秸秆、丝瓜络按质量比7:6:1放入粉碎机中进行粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得植物粉末；
混合溶剂为乙醇溶液、乙二醇按质量比5:1混合而成；
菌液的制备方法为将葡萄糖溶液、腐殖土、泥炭土按质量比18:3:4，混合均匀，自然放置，搅拌33h，过滤，收集滤液，即得菌液；
助剂为氯化铁、硫酸亚铁按质量比2.5:1，混合而成；
添加颗粒为将甲酸、电石渣、聚乙烯蜡按质量比1:6:2，混合均匀，粉碎，过300目筛，即得添加颗粒；
一种生物质煤炭的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）植物粉末与混合溶剂按质量比6:3混合均匀，进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理条件为：2.1MPa，维持压力15s，收集爆破物，过滤，收集过滤物，将过滤物与菌液按质量比5:3混合均匀，静置34h；
（2）待静置结束后，过滤，收集滤渣，干燥，按质量比7:1将干燥物与助剂混合均匀，再加入干燥物质量5倍的水，调节pH至5.5，再加入助剂质量3倍的氢氧化钠，搅拌20min，静置2h；
（3）在静置结束后，加热至75℃，加热2h，冷却至室温，再加入干燥物2％聚乙二醇，使用浓硫酸调节pH至1.5，混合1h，过滤，使用水洗涤，干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入碳化炉内碳化，在无氧状态下于1000℃下碳化50min，将碳化物、煤炭灰、添加颗粒按质量比14:7:1，混合均匀，挤压成型，即得生物质煤炭。
实施例3
植物粉末为将小麦秸秆、玉米秸秆、丝瓜络按质量比5:4:1放入粉碎机中进行粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得植物粉末；
混合溶剂为乙醇溶液、乙二醇按质量比3:1混合而成；
菌液的制备方法为将葡萄糖溶液、腐殖土、泥炭土按质量比15:3:2，混合均匀，自然放置，搅拌30h，过滤，收集滤液，即得菌液；
助剂为氯化铁、硫酸亚铁按质量比2:1，混合而成；
添加颗粒为将甲酸、电石渣、聚乙烯蜡按质量比1:5:2，混合均匀，粉碎，过300目筛，即得添加颗粒；
一种生物质煤炭的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
（1）植物粉末与混合溶剂按质量比2:3混合均匀，进行蒸汽爆破处理，蒸汽爆破处理条件为：2.0MPa，维持压力15s，收集爆破物，过滤，收集过滤物，将过滤物与菌液按质量比4:3混合均匀，静置34h；
（2）待静置结束后，过滤，收集滤渣，干燥，按质量比4:1将干燥物与助剂混合均匀，再加入干燥物质量4倍的水，调节pH至5.0，再加入助剂质量2倍的氢氧化钠，搅拌20min，静置2h；
（3）在静置结束后，加热至70℃，加热2h，冷却至室温，再加入干燥物1％聚乙二醇，使用浓硫酸调节pH至1.0，混合1h，过滤，使用水洗涤，干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入碳化炉内碳化，在无氧状态下于900℃下碳化30min，将碳化物、煤炭灰、添加颗粒按质量比14:7:1，混合均匀，挤压成型，即得生物质煤炭。
对比例
市售的生物质煤炭。
将实施例1、2、3和对比例制备的生物质煤炭分别取1kg放入密闭箱内12小时，按照《GB/T 213-2008》标准对热力值以及稳定性进行测试。其测试结果记录于表1。
表1:
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例
热力值（kcal/kg） 7906 7992 7903 6979
活化能（kJ/mol） 218 226 222 260
稳定性（%） 92 95 90 80
综上所述，由表1可知，本发明的生物质煤炭热值得到大幅提高，使得原料的燃烧性能加强，且煤炭本身的稳定性加强，运输过程中安全性提高，有较好的发展前景。

Claims (7)

1.一种生物质煤炭的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
（1）植物粉末与混合溶剂按质量比2～8:3混合均匀，进行蒸汽爆破处理，收集爆破物，过滤，收集过滤物，将过滤物与菌液按质量比4～7:3混合均匀，静置；
（2）待静置结束后，过滤，收集滤渣，干燥，按质量比4～9:1将干燥物与助剂混合均匀，再加入干燥物质量4～6倍的水，调节pH至5.0～5.5，再加入助剂质量2～4倍的氢氧化钠，搅拌，静置；
（3）在静置结束后，加热，冷却，再加入干燥物1～3％聚乙二醇，使用浓硫酸调节pH至1.0～1.5，混合，过滤，洗涤，干燥，收集干燥物；
（4）将干燥物放入碳化炉内碳化，在无氧状态下于900～1100℃下碳化，将碳化物、煤炭灰、添加颗粒按质量比14～16:7:1，混合均匀，挤压成型，即得生物质煤炭。
2.根据权利要求1所述生物质煤炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中植物粉末为将小麦秸秆、玉米秸秆、丝瓜络按质量比5～8:4～7:1放入粉碎机中进行粉碎，过筛，收集过筛颗粒，即得植物粉末。
3.根据权利要求1所述生物质煤炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中混合溶剂为乙醇溶液、乙二醇按质量比3～7:1混合而成。
4.根据权利要求1所述生物质煤炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中菌液的制备方法为将葡萄糖溶液、腐殖土、泥炭土按质量比15～20:3:2～5，混合均匀，自然放置，搅拌30～35h，过滤，收集滤液，即得菌液。
5.根据权利要求1所述生物质煤炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中蒸汽爆破处理条件为：2.0～2.3MPa，维持压力15～20s。
6.根据权利要求1所述生物质煤炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中助剂为氯化铁、硫酸亚铁按质量比2～3:1，混合而成。
7.根据权利要求1所述生物质煤炭的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）中添加颗粒为将甲酸、电石渣、聚乙烯蜡按质量比1:5～7:2，混合均匀，粉碎，过筛，即得添加颗粒。
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