CN109810741A - 一种复合生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种复合生物质颗粒燃料，包括以下质量份数的制备原料：稻壳65～75份；甘蔗渣15～25份；香蕉叶纤维5～15份。甘蔗渣具有一定硬度，可作为颗粒燃料内部骨架，同时甘蔗渣中的剩余糖分具有粘合及提高热值的作用，使压制过后的生物质燃料连接更稳定；香蕉叶纤维柔软有韧性，适当比例的香蕉叶纤维可将稻壳颗粒与甘蔗渣缠绕束缚，在颗粒燃料内部形成缠绕作用，从而使稻壳颗粒之间构成一个稳定的“固体桥”。甘蔗渣和香蕉叶纤维的加入起到了加固支撑生物质颗粒内部成型的重要作用及粘合效果，而且本发明提供的复合生物质颗粒燃料成型率高、热值高、灰分低、含硫量少。

Description

一种复合生物质颗粒燃料及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物能源技术领域，具体涉及一种复合生物质颗粒燃料及其制备方法和应用。

背景技术

生物质颗粒燃料以农林物废弃物，如稻壳等为原料，经预处理粉碎后，送入固化成型机中，在机械外力的作用下，压缩成固体颗粒燃料，可作为燃料替代煤、燃油等进行燃烧。

我国作为水稻种植大国，每年产生的稻壳数量巨大，但加工废弃物之一的稻壳，经济利用价值较低，在压制成生物质颗粒燃料时，难以成型，造成稻壳生物质颗粒燃料品质较差，成型效果差且灰分含量高，在后期运输过程中易破碎，难以推广应用。

目前以稻壳为原料的生物质颗粒燃料为提高其成型效果和热值，往往会添加一定量的非生物质类，例如煤、油脂、碳粉、粘合剂等。但此类生物质颗粒燃料具有以下缺陷：第一，制备工艺复杂；第二，在燃烧使用过程中，会产生环境污染问题；第三，其燃烧后剩余物含有杂质，不能重复利用，最终被填埋进垃圾场，既增加环境负担，又占用大量土地，且难以实现资源循环闭环利用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合生物质颗粒燃料及其制备方法和应用，本发明提供的复合生物质颗粒燃料成型率高、抗碎性高、在运输过程中稳定性高，同时热值高，且灰分低、含硫量少，绿色环保。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种复合生物质颗粒燃料，包括以下质量份数的制备原料：

稻壳65～75份；

甘蔗渣15～25份；

香蕉叶纤维5～15份。

优选地，所述稻壳的粒度为0.05～0.1mm，含水率≤18％。

优选地，所述甘蔗渣的长度为10～20mm。

优选地，所述甘蔗渣的含水率≤20％。

优选地，所述香蕉叶纤维的长度为10～40mm。

优选地，所述香蕉叶纤维的含水率≤18％。

本发明还提供了上述技术方案所述复合生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：

将稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维进行混合，得到混合物料；

将所得混合物料进行压制成型，得到复合生物质颗粒燃料。

优选地，所述甘蔗渣是将榨汁后的甘蔗废弃物经切割和干燥得到。

优选地，所述香蕉叶纤维是将香蕉叶依次经干燥、揉碾和分离纤维得到。

优选地，所述混合的温度为35～45℃。

本发明提供了一种复合生物质颗粒燃料，包括以下质量份数的制备原料：稻壳65～75份；甘蔗渣15～25份；香蕉叶纤维5～15份。本发明以稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维为原料制备复合生物质颗粒燃料，其中，甘蔗渣具有一定硬度，可作为颗粒燃料内部骨架，同时甘蔗渣中的剩余糖分具有粘合及提高热值的作用，使压制过后的生物质燃料连接更稳定；香蕉叶纤维柔软有韧性，适当比例的香蕉叶纤维可将稻壳颗粒与甘蔗渣缠绕束缚，在颗粒燃料内部发生缠绕作用，从而使稻壳颗粒之间构成一个稳定的“固体桥”；甘蔗渣和香蕉叶纤维的加入起到了加固支撑生物质颗粒内部成型的重要作用及粘合效果。如本发明实施例所示，本发明提供的复合生物质颗粒燃料抗碎性达到98.5％，热值达18114kJ/kg，灰分低至1.5％，含硫量≤0.1％，均优于国标值，表明本发明提供的复合生物质颗粒燃料成型率高、热值高、灰分低、含硫量少。而且由于没有额外添加其他有机助剂，在复合生物质颗粒燃料燃烧后，其灰烬含有大量矿物元素，呈弱碱性(pH＝8～9)，可以作为土壤改良剂还田进行土壤修复，避免灰烬占用大量土地资源，绿色环保。

本发明还提供了上述技术方案所述复合生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：将稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维进行混合，得到混合物料；将所得混合物料进行压制成型，得到复合生物质颗粒燃料。本发明提供的制备方法操作简单、反应条件温和，而且没有额外添加有机溶剂和其他助剂，绿色环保，适宜大规模工业化生产。

具体实施方式

本发明提供了一种复合生物质颗粒燃料，包括以下质量份数的制备原料：

稻壳65～75份；

甘蔗渣15～25份；

香蕉叶纤维5～15份。

在本发明中，按重量份数计，所述复合生物质颗粒燃料的制备原料包括稻壳65～75份，优选为70～75份。在本发明中，所述稻壳的粒度优选为0.05～0.1mm，更优选为0.06～0.1mm；所述稻壳的含水率优选≤18％，更优选为10～18％，最优选为15～18％。在本发明中，稻壳的粒径过大会导致其难以成型，颗粒间空隙增加，抗碎性下降；粒度过小会导致能耗增加，且抗碎性下降。稻壳的水分过高会导致复合生物质颗粒燃料内部结构松散，水分过低会导致复合生物质颗粒燃料难以成型。本发明通过控制稻壳的粒度和含水率，能够提高复合生物质颗粒燃料的成型率、抗碎性，降低能耗。

在本发明中，按重量份数计，所述复合生物质颗粒燃料的制备原料包括甘蔗渣15～25份，优选为20～25份。在本发明中，所述甘蔗渣的长度优选为10～20mm，更优选为12～20mm；所述甘蔗渣的含水率优选≤20％，更优选为10～20％，最优选为15～20％。在本发明中，所述甘蔗渣优选将榨汁后的甘蔗废弃物经切割和干燥预处理得到。甘蔗在制取蔗糖及果汁过程中经过碾压，易结块，因此需要对甘蔗废弃物进行切割和干燥预处理。本发明优选采用切割刀进行切割；采用恒温旋转干燥器进行干燥，所述干燥的温度优选为40～60℃，更优选为45～60℃；本发明对于所述干燥的时间没有特殊限定，能够保证所述甘蔗渣的含水率符合要求即可。在本发明中，所述恒温旋转干燥器的转速优选为40～60rpm，更优选为50～60rpm，最优选为60rpm。本发明采用恒温旋转干燥器，在旋转的状态下进行干燥，能够使甘蔗渣不结块、结构松散，从而提高复合生物质颗粒燃料的成型率。

在本发明中，甘蔗渣具有一定硬度，可作为颗粒燃料内部骨架，甘蔗渣的长度过小，则无骨架支撑作用，颗粒燃料易碎；甘蔗渣的长度过长，会导致其难以压制成颗粒，抗碎性下降。本发明通过控制甘蔗渣的长度和含水率，能够提高复合生物质颗粒燃料的成型率、抗碎性，同时甘蔗渣中含有的剩余糖分可充当粘合剂并提高燃料热值，通过对农林废弃物甘蔗渣的利用，可提高甘蔗经济附加值及降低农业废弃物对环境的污染。

在本发明中，按重量份数计，所述复合生物质颗粒燃料的制备原料包括香蕉叶纤维5～15份，优选为10～15份。在本发明中，所述香蕉叶纤维的长度优选为10～40mm，更优选为20～30mm；所述所述香蕉叶纤维的含水率优选≤18％，更优选为10～18％，最优选为15～18％。在本发明中，所述香蕉叶纤维优选是将香蕉叶依次经干燥、揉碾和分离纤维预处理得到。本发明对于所述干燥的温度和时间没有特殊限定，能够保证香蕉叶纤维的含水率符合要求即可。在本发明中，所述揉碾和分离纤维优选在纤维打散机中进行。经干燥、揉碾和分离纤维预处理得到的香蕉叶纤维能够很好缠绕到稻壳和甘蔗渣中，从而提高复合生物质颗粒燃料的抗碎性和运输过程中的稳定性。

在本发明中，香蕉叶纤维的长度过长会导致其难以压制成颗粒，抗碎性下降；长度过短会导致无缠绕效果，抗碎性下降。香蕉叶纤维的含水率过高会导致颗粒燃料内部结构松散，且存储过程易霉变开裂；含水率过低会导致难以成型。香蕉叶纤维柔软有韧性，适当长度和比例的香蕉叶纤维可将稻壳颗粒与甘蔗渣缠绕束缚，使稻壳颗粒之间构成一个稳定的“固体桥”，提高复合生物质颗粒燃料的成型率、抗碎性，提高运输过程中复合生物质颗粒燃料的稳定性。

本发明还提供了上述技术方案所述复合生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：

将稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维进行混合，得到混合物料；

将所得混合物料进行压制成型，得到复合生物质颗粒燃料。

本发明将稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维进行混合，得到混合物料。在本发明中，所述稻壳优选经干燥和粉碎预处理得到。本发明对于所述干燥的温度和时间没有特殊限定，能够保证所述稻壳的含水率符合要求即可。本发明对于所述粉碎的方法和采用的设备没有特殊限定，能够保证所述稻壳的粒度符合要求即可。

在本发明中，所述混合优选在中温旋转筒中进行；所述中温旋转筒的转速优选为40～60rpm，更优选为50rpm。在本发明中，所述混合的温度优选为35～45℃，更优选为37～42℃，最优选为40℃；所述混合的时间优选为1～60min，更优选为20min。本发明在该条件下进行混合，能够保证稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维充分混合均匀，从而提高得到的复合生物质颗粒染料的成型率和抗碎性。

得到混合物料后，本发明将所得混合物料进行压制成型，得到复合生物质颗粒燃料。在本发明中，所述压制成型优选在压制机中进行。混合物料经过压制成型，物料从松散状态变为致密状态，从而有利于提高成型率、抗碎性和在运输过程中的稳定性。

在本发明中，所述压制成型后，优选还包括将压制成型所得颗粒燃料筛选、包装，得到复合生物质颗粒燃料成品。在本发明中，所述筛选优选在振筛机中进行，所述振筛机的功率优选为370W，电压优选为220V；所述振动机的振动时间优选为1～30min，更优选为10min。通过筛选，能够去除杂质及未成型的稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维原料，同时去除破碎物料。在本发明中，所述包装的方式优选为密封装袋。本发明将复合生物质颗粒燃料进行密封装袋，能够避免复合生物质颗粒燃料在运输过程中破碎。

本发明提供的制备方法得到的复合生物质颗粒燃料，各项指标均达到国标要求，而且由于没有额外添加其他有机助剂，在复合生物质颗粒燃料燃烧后，其灰烬含有大量矿物元素，呈弱碱性(pH＝8～9)，可以作为土壤改良剂还田进行土壤修复，避免灰烬占用大量土地资源，安全环保。

下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

预处理：将稻壳废弃物进行干燥和粉碎，得到粒径为0.1mm、含水率为15％的稻壳；将榨汁后的甘蔗废弃物经切割刀进行切割，然后在恒温旋转干燥器中进行干燥使其结构松散，其中恒温旋转干燥器的温度为60℃，转速为60rpm，得到长度为20mm、含水率为18％的甘蔗渣；将香蕉叶进行干燥，然后在纤维打散机中进行揉碾和分离纤维，得到长度为30mm、含水率为17％的香蕉叶纤维；

混合：以质量份数计，在中温旋转筒中加入70份稻壳、25份甘蔗渣和5份香蕉叶纤维，在40℃、转速为50rpm条件下混合均匀，得到混合物料；

压制成型：将混合物料经压制机进行压制成型；

筛选、包装：将压制成型所得颗粒燃料经过振筛机进行筛选，密封装袋，得到复合生物质颗粒燃料成品，其中振筛机的功率为370W，电压为220V；振动时间为10min。

实施例2

按照实施例1的制备方法制备复合生物质燃料，与实施例1的不同之处在于，将65份稻壳、20份甘蔗渣和15份香蕉叶纤维进行混合。

实施例3

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，将70份稻壳、20份甘蔗渣和10份香蕉叶纤维进行混合。

实施例4

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，将75份稻壳、15份甘蔗渣和10份香蕉叶纤维进行混合。

实施例5

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，将70份稻壳、15份甘蔗渣和15份香蕉叶纤维进行混合。

对照例1

预处理：将稻壳废弃物进行干燥和粉碎，得到粒径为0.1mm、含水率为15％的稻壳；

压制成型：将100份稻壳经压制机进行压制成型；

筛选、包装：将压制成型所得稻壳颗粒燃料经过振筛机进行筛选，密封装袋，得到稻壳颗粒燃料成品，其中振筛机的功率为370W，电压为220V；振动时间为10min。

对照例2

预处理：将榨汁后的甘蔗废弃物经切割刀进行切割，然后在恒温旋转干燥器中进行干燥使其结构松散，其中恒温旋转干燥器的温度为60℃，转速为60rpm，得到长度为20mm、含水率为18％的甘蔗渣；

压制成型：将100份甘蔗渣经压制机进行压制成型；

筛选、包装：将压制成型所得甘蔗渣颗粒燃料经过振筛机进行筛选，密封装袋，得到甘蔗渣颗粒燃料成品，其中振筛机的功率为370W，电压为220V；振动时间为10min。

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，制备原料为100份甘蔗渣。

对照例3

将香蕉叶进行干燥，然后在纤维打散机中进行揉碾和分离纤维，得到长度为30mm、含水率为17％的香蕉叶纤维；

压制成型：将100份香蕉叶纤维经压制机进行压制；

得到的香蕉叶颗粒燃料无法压制成型。

对照例4

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，将30份稻壳、40份甘蔗渣和30份香蕉叶纤维进行混合。

对照例5

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，将50份稻壳和50份甘蔗渣进行混合。

对照例6

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，稻壳的粒度为2mm；甘蔗渣的长度为40mm；香蕉叶纤维的长度为50mm。

对照例7

按照实施例1的制备方法制备复合生物质颗粒燃料，与实施例1的不同之处在于，稻壳的含水率为25％；甘蔗渣的的含水率为25％；香蕉叶纤维的的含水率为20％。

测试例

按照DB21T 2786-2017和DB44 1052-2012-T的测试方法对实施例1～5和对照例1～7制备的复合生物质颗粒燃料进行性能测试，测试方法和性能如表1所示。

表1复合生物质颗粒燃料的性能测试

项目	抗碎性％	热值(kJ/kg)	灰分(％)	含硫量(％)
					DB21T 2786-2017	90	14	10	0.2
DB44 1052-2012-T	95	16.74	5	0.1
					实施例1	96.7	18114	3.3	0.1
实施例2	98.1	18003	3.1	0.09
					实施例3	98.5	18076	2.6	0.09
实施例4	97.6	17652	2.3	0.08
					实施例5	97.8	17138	1.5	0.07
对照例1	76	17231	3	0.1
					对照例2	43	18376	7	0.2
对照例3	35	13456	1	0.02
					对照例4	53	17012	2.7	0.14
对照例5	50	17622	5	0.15
					对照例6	48	18110	3.3	0.1
对照例7	52	10756	3.3	0.1

由表1可知，本发明提供的复合生物质颗粒燃料抗碎性达98.5％，热值达18114kJ/kg，灰分低至1.5％，含硫量低至0.07％，均优于国标值，相对于单独的稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维原料，或者是其中的两种原料制备的复合生物质颗粒燃料来说，抗碎性提高了26～181.4％，抗碎性显著提高，而且从整体效果来看，热值、灰分和含硫量均有所改善。本发明通过控制稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维三种原料的配比、长度和含水率，抗碎性提高了86％以上，同时热值也有所提高。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合生物质颗粒燃料，其特征在于，包括以下质量份数的制备原料：

稻壳65～75份；

甘蔗渣15～25份；

香蕉叶纤维5～15份。

2.根据权利要求1所述的复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述稻壳的粒度为0.05～0.1mm，所述稻壳的含水率≤18％。

3.根据权利要求1所述的复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述甘蔗渣的长度为10～20mm。

4.根据权利要求1或3所述的复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述甘蔗渣的含水率≤20％。

5.根据权利要求1所述的复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述香蕉叶纤维的长度为10～40mm。

6.根据权利要求1或5所述的复合生物质颗粒燃料，其特征在于，所述香蕉叶纤维的含水率≤18％。

7.权利要求1～6任一项所述的复合生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将稻壳、甘蔗渣和香蕉叶纤维进行混合，得到混合物料；

将所得混合物料进行压制成型，得到复合生物质颗粒燃料。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述甘蔗渣是将榨汁后的甘蔗废弃物经切割和干燥得到。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述香蕉叶纤维是将香蕉叶依次经干燥、揉碾和分离纤维得到。

10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述混合的温度为35～45℃。