CN109097131A - 一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法 - Google Patents

一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法，属于生物质燃料的加工领域，本发明采用分段式烘焙炭化技术结合水热浆化对竹屑进行处理，炭化过程中竹屑中的纤维素、半纤维素、木质素等有机物大分子分解成小分子化合物和固体焦炭，实现将低热值生物质转化为高热值生物质炭，采用不同的加热温度的保温，有利于木质素、半纤维素和纤维素结构的的分段降解，最大程度的提升烘焙后的竹屑炭化的能量，且节省预加工的能量消耗，水热加热有利于竹纤维的或木质素的软化，溢流出具有粘合作用，提升成型粘度，同时具有增加生物质燃烧后的有机质的含量，提高后续的体用率。

Description

一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法
技术领域
本发明属于生物质燃料加工技术领域，具体涉及一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法。
背景技术
竹类加工、运用过程中产生了大量的竹类废弃物，目前竹类下脚料的利用率仅有35～40％左右，这些竹类废弃物被随意丢弃，或腐烂霉变、或直接掩埋和焚烧，处理方式技术含量不高。不仅易对环境造成污染，且对竹类废弃物资源造成极大的浪费，因此，对竹类资源综合利用具有极大的经济效益和社会效益，采用竹材废弃物制备生物质固体燃料，可提高竹材的工业化利用率，有利于搭建资源节约型竹产业。
生物质固体成型技术是将原料经干燥、粉碎到一定粒度后，在一定的温湿度和压力下，使生物质原料发生机械变形和塑化变形，形成形状规则、密度大、能值高、强度大的固体成型燃料的技术。相比生物质气化、液化技术，生物质固体成型技术具有工艺简单，易产业化，制备的固体成型燃料储存、运输、使用方便，燃烧效率高，清洁环保等优点。目前的秸秆纤维类的生物质材料多是对农作物的秸秆进行的研究，而竹的含碳量交农作物秸秆较高，且一定含水率条件下，木质素的软化点较低，软化后形成的胶体物质，在竹材颗粒燃料成型过程中起到黏接剂功能，可黏附和聚合竹材颗粒，但经过炭化后的竹炭，由于孔隙率较大不利于挤压成型，导致制备的生物质燃料的易松散，不利于运输使用。
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制备生物质燃料竹屑的预处理方法，通过烘焙炭化和水热浆化相结合的方法，解决了现有技术中竹屑炭化后难以成型的缺点。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法，该方法包括烘焙炭化，水热浆化，混合，具体步骤如下：
1)烘焙炭化：将收集到的竹制品下脚料的竹屑进行筛捡除去碎石杂质，然后将竹屑与碳酸氢钠混合研磨10-20min，将研磨的竹屑进行无氧烘焙，无氧烘焙的工艺条件如下：温度为150-200℃，升温速率为3-7℃/min，保温30-50min，然后调整温度至260-300℃，升温速率为2-5℃/min，保温40-60min，最后调整温度至300-330℃，升温速率为1-4℃/min，保温20-30min，得炭化竹屑；炭化过程中竹屑中的纤维素、半纤维素、木质素等有机物大分子分解成小分子化合物和固体焦炭，实现将低热值生物质转化为高热值生物质炭，由于木质素具有较高的热稳定性，与半纤维素和纤维素相比，木质素在热处理过程中更难降解，采用不同的加热温度的保温，有利于木质素、半纤维素和纤维素结构的的分段降解，最大程度的提升烘焙后的竹屑炭化的能量，且节省预加工的能量消耗；
2)水热浆化：重新取竹制品下脚料的竹屑进行高速粉碎，然后加入预处理活性污泥，高速搅拌，加入水并加热搅拌至浆化，浆化料，提升成型粘度，同时具有增加生物质燃烧后的有机质的含量；
3)混合：将炭化竹屑进行粉碎，加入浆化料，高速搅拌混合均匀，得半成品料。
优选的，所述碳酸氢钠的添加量为竹屑的10-15％，受热以分解，在分解的过程中产生的CO2对竹屑的烘焙炭化气氛进行加热和保护作用，节省能源，同时有利于烘焙炭化无氧环境的充分进行。
优选的，所述研磨采用球磨，转速为500-700r/min。
优选的，所述的预处理活性污泥的添加量为竹屑的13-21％，预处理活性污泥的处理工艺如下：将活性污泥与交联剂超声处理30-40min，其中，交联剂的添加量为活性污泥的0.5-1.2％，活性污泥复含丰富的有机质，有助于燃烧，同时添加的交联剂AlCl3不仅具有交联作用，易分解，在后续的挤压成型中更有利于成型的稳定性。
优选的，所述交联剂为AlCl3。
与现有技术相比，本发明有益效果是:
1.本发明采用分段式烘焙炭化技术，炭化过程中竹屑中的纤维素、半纤维素、木质素等有机物大分子分解成小分子化合物和固体焦炭，实现将低热值生物质转化为高热值生物质炭，由于木质素具有较高的热稳定性，与半纤维素和纤维素相比，木质素在热处理过程中更难降解，采用不同的加热温度的保温，有利于木质素、半纤维素和纤维素结构的的分段降解，最大程度的提升烘焙后的竹屑炭化的能量，且节省预加工的能量消耗。
2.本发明采用水热浆化对竹屑进行处理，并添加交联的活性污泥，一边面加热有利于竹纤维的或木质素的软化，溢流出具有粘合作用，提升成型粘度，同时具有增加生物质燃烧后的有机质的含量，提高后续的体用率。
3.本发明采用交联剂对活性污泥进行预处理，活性污泥复含丰富的有机质，有助于燃烧，同时添加的交联剂AlCl3不仅具有交联作用，易分解，在后续的挤压成型中更有利于成型的稳定性。
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
一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法，该方法包括烘焙炭化，水热浆化，混合，具体步骤如下：
1)烘焙炭化：将收集到的竹制品下脚料的竹屑进行筛捡除去碎石杂质，然后将竹屑与碳酸氢钠，在球磨转速为600r/min混合研磨15min，受热以分解，在分解的过程中产生的CO2对竹屑的烘焙炭化气氛进行加热和保护作用，节省能源，同时有利于烘焙炭化无氧环境的充分进行，且碳酸氢钠的添加量为竹屑的13％，将研磨的竹屑进行无氧烘焙，无氧烘焙的工艺条件如下：温度为180℃，升温速率为5℃/min，保温45min，然后调整温度至280℃，升温速率为4℃/min，保温50min，最后调整温度至320℃，升温速率为3℃/min，保温25min，得炭化竹屑；炭化过程中竹屑中的纤维素、半纤维素、木质素等有机物大分子分解成小分子化合物和固体焦炭，实现将低热值生物质转化为高热值生物质炭，由于木质素具有较高的热稳定性，与半纤维素和纤维素相比，木质素在热处理过程中更难降解，采用不同的加热温度的保温，有利于木质素、半纤维素和纤维素结构的分段降解，最大程度的提升烘焙后的竹屑炭化的能量，且节省预加工的能量消耗；
2)水热浆化：重新取竹制品下脚料的竹屑进行高速粉碎成粒径200目，然后加入预处理活性污泥，预处理活性污泥的添加量为竹屑的18％，高速搅拌，加入水并逐渐加热搅拌至浆化，浆化料，提升成型粘度，同时具有增加生物质燃烧后的有机质的含量；其中预处理活性污泥的处理工艺如下：将活性污泥与交联剂为AlCl3粉末在功率200w，频率1000Hz下超声处理35min，其中，交联剂的添加量为活性污泥的0.85％，活性污泥复含丰富的有机质，有助于燃烧，同时添加的交联剂AlCl3不仅具有交联作用，易分解，在后续的挤压成型中更有利于成型的稳定性；
3)混合：将炭化竹屑进行粉碎成粒度在150-200目，加入浆化料，高速搅拌混合均匀，得半成品料，其中，炭化竹屑的添加量为浆化料量的2倍。
实施例2
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中，无氧烘焙的工艺条件如下：温度为150℃，升温速率为3℃/min，保温30min，然后调整温度至260℃，升温速率为2℃/min，保温40min，最后调整温度至300℃，升温速率为1℃/min，保温20min，炭化竹屑的添加量为浆化料量的1.8倍。
实施例3
本实施例同实施例1，不同的是本实施例中无氧烘焙的工艺条件如下：温度为200℃，升温速率为7℃/min，保温50min，然后调整温度至300℃，升温速率为5℃/min，保温60min，最后调整温度至330℃，升温速率为4℃/min，保温30min，预处理活性污泥的添加量为竹屑的13％。
性能测试：
将半成品料，进行压缩成8×8×15cm的生物质燃料块，同时采用正常方法粉碎后的颗粒压缩进行对比，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。
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 (5)

1.一种制备生物质燃料竹屑的预处理方法，其特征在于，该方法包括烘焙炭化，水热浆化，混合，具体步骤如下：
1)烘焙炭化：将收集到的竹制品下脚料的竹屑进行筛捡除去碎石杂质，然后将竹屑与碳酸氢钠混合研磨10-20min，将研磨的竹屑进行无氧烘焙，无氧烘焙的工艺条件如下：温度为150-200℃，升温速率为3-7℃/min，保温30-50min，然后调整温度至260-300℃，升温速率为2-5℃/min，保温40-60min，最后调整温度至300-330℃，升温速率为1-4℃/min，保温20-30min，得炭化竹屑；
2)水热浆化：重新取竹制品下脚料的竹屑进行高速粉碎，然后加入预处理活性污泥，高速搅拌，加入水并加热搅拌至浆化，浆化料；
3)混合：将炭化竹屑进行粉碎，加入浆化料，高速搅拌混合均匀，得半成品料。
2.根据权利要求1所述的制备生物质燃料竹屑的预处理方法，其特征在于，所述碳酸氢钠的添加量为竹屑的10-15％。
3.根据权利要求1所述的制备生物质燃料竹屑的预处理方法，其特征在于，所述研磨采用球磨，转速为500-700r/min。
4.根据权利要求1所述的制备生物质燃料竹屑的预处理方法，其特征在于，所述的预处理活性污泥的添加量为竹屑的13-21％，预处理活性污泥的处理工艺如下：将活性污泥与交联剂超声处理30-40min，其中，交联剂的添加量为活性污泥的0.5-1.2％。
5.根据权利要求4所述的制备生物质燃料竹屑的预处理方法，其特征在于，所述交联剂为AlCl3。
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