CN110331015A - 一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明主要涉及生物质颗粒燃料加工技术领域，公开了一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，包括：粉碎、浸湿、混合、成型、干燥；本发明提供的利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，方法简单，原料来源广泛，能够变废为宝，保护环境；将秸秆粉碎后加水进行浸湿，能够充分软化秸秆中的纤维和木质素，利于糖分的浸出，提高粉碎秸秆间的结合能力，避免生物质燃料出现松散状况；浸湿后向秸秆粉碎料中加入纳米二氧化钛和石墨烯，能够增加生物质燃料的多孔性，增加燃料与氧气的接触面积，燃烧时能够快速传递热量，保持高温，使燃料充分燃烧，提高热值，避免出现结渣和结焦现象，减少二氧化硫和三氧化硫排放，提高燃料的燃烧性能。

Description

一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法
技术领域
本发明主要涉及生物质颗粒燃料加工技术领域，尤其涉及一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法。
背景技术
秸秆是农业产生的废弃物，全国年生产秸秆超过6亿吨，目前绝大多数地区都是将这些废弃物进行就低燃烧，产生的雾霾对环境造成很大的危害；生物质颗粒燃料，是以木屑、竹屑、树枝、秸秆、植物壳等为原料，经过专业机械、特殊工艺，无任何化学添加剂，高压低温压缩成型的颗粒状燃料，能够将农业废弃料充分用作燃烧。
现有专利文件CN107384501A公开了一种生物质燃料及其生产工艺，单纯的使用花生壳和玉米秸秆制备生物质燃料，但是得到的生物质燃料的燃烧热值低，影响燃料的燃烧性能；专利文件CN109370675A公开了一种环保生物质燃料及其制备方法，具体公开了在生物质原料中加入环烷酸铈盐、防结焦添加剂、促燃烧剂、粘结剂等，含有的化学成分有柠檬酸钾、富马酸钠、酒石酸钠等，虽然能够减少二氧化硫和三氧化硫的排放，但是加入的添加剂在高温燃烧的过程也会发生分解，产生有害成分，同样会对环境产生危害，而专利文件却忽略了多种添加剂带来的不利影响。
发明内容
为了弥补已有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法。
一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将秸秆粉碎至粒径为2~6mm，得粉碎料；
（2）浸湿：向粉碎料中加水，搅拌均匀，调节含水量为32~34%，堆放，覆膜密封，静置2~3d，能够充分软化秸秆中的纤维和木质素，利于糖分的浸出，提高粉碎秸秆间的结合能力，避免生物质燃料出现松散状况，得浸湿料；
（3）混合：向浸湿料中加入改性纳米二氧化钛和石墨烯，搅拌均匀，能够增加生物质燃料的多孔性，增加燃料与氧气的接触面积，燃烧时能够快速传递热量，保持高温，使燃料充分燃烧，提高热值，避免出现结渣和结焦现象，减少二氧化硫和三氧化硫排放，提高燃料的燃烧性能，更加绿色环保，得混合料；
（4）成型：将混合料置于成型机中，挤压成型，稍高的温度能够促进粉碎秸秆间的结合，避免燃料发生散碎，提高燃料的加工性能，同时能够减少秸秆中的水分，使成型后的燃料保持适当的水分，得成型料；
（5）干燥：将成型料置于冷冻干燥机中，冷冻干燥至含水量为11~13%，进一步去除燃料中残留的水分，同时能够增加燃料的多孔性，提高燃料与氧气的接触面积，使燃料充分燃烧，提高燃料的热值，得高热值生物质颗粒燃料。
所述步骤（2）的堆放，温度为36~38℃，环境湿度为87~89%。
所述步骤（3）的改性纳米二氧化钛，添加量为粉碎料重量的2.2~2.8%；所述改性纳米二氧化钛的制备方法，将纳米二氧化钛置于加热釜中，以3~4℃/min的速度加热至130~150℃，保温8~10min，继续升高温度至540~580℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量0.06~0.08%的碳酸铈，保温搅拌30~40min，自然降温至100~120℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量3~5%的食盐溶液，保温搅拌至无水分，得改性纳米二氧化钛。
所述食盐溶液，质量百分浓度为1.7~2.1%。
所述步骤（3）的石墨烯，石墨烯的添加量为粉碎料重量的0.07~0.09%。
所述步骤（4）的挤压成型，压强为65~70MPa，温度为72~78℃。
所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法制备得到的高热值生物质颗粒燃料。
所述高热值生物质颗粒燃料的使用方法，将高热值生物质颗粒燃料燃烧后，产生的碳灰可直接作为肥料施于土壤中。
本发明的优点是：本发明提供的利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，方法简单，原料来源广泛，能够变废为宝，保护环境；将秸秆粉碎后加水进行浸湿，能够充分软化秸秆中的纤维和木质素，利于糖分的浸出，提高粉碎秸秆间的结合能力，避免生物质燃料出现松散状况；浸湿后向秸秆粉碎料中加入改性纳米二氧化钛和石墨烯，能够增加生物质燃料的多孔性，增加燃料与氧气的接触面积，燃烧时能够快速传递热量，保持高温，使燃料充分燃烧，提高热值，避免出现结渣和结焦现象，减少二氧化硫和三氧化硫排放，提高燃料的燃烧性能，更加绿色环保；混合后进行挤压成型，稍高的温度能够促进粉碎秸秆间的结合，避免燃料发生散碎，提高燃料的加工性能，同时能够减少秸秆中的水分，使成型后的燃料保持适当的水分；成型后将燃料进行冷冻干燥，进一步去除燃料中残留的水分，同时能够增加燃料的多孔性，提高燃料与氧气的接触面积，使燃料充分燃烧，提高燃料的热值。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明。
实施例1
一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将秸秆粉碎至粒径为2~6mm，得粉碎料；
（2）浸湿：向粉碎料中加水，搅拌均匀，调节含水量为32~34%，堆放，温度为36℃，环境湿度为87%，覆膜密封，静置2d，能够充分软化秸秆中的纤维和木质素，利于糖分的浸出，提高粉碎秸秆间的结合能力，避免生物质燃料出现松散状况，得浸湿料；
（3）混合：向浸湿料中加入改性纳米二氧化钛和石墨烯，所述的改性纳米二氧化钛，添加量为粉碎料重量的2.2%；所述改性纳米二氧化钛的制备方法，将纳米二氧化钛置于加热釜中，以3℃/min的速度加热至130℃，保温8min，继续升高温度至540℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量0.06%的碳酸铈，保温搅拌30min，自然降温至100℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量3%的食盐溶液，保温搅拌至无水分，得改性纳米二氧化钛；所述食盐溶液，质量百分浓度为1.7%；石墨烯的添加量为粉碎料重量的0.07%；搅拌均匀，能够增加生物质燃料的多孔性，增加燃料与氧气的接触面积，燃烧时能够快速传递热量，保持高温，使燃料充分燃烧，提高热值，避免出现结渣和结焦现象，减少二氧化硫和三氧化硫排放，提高燃料的燃烧性能，更加绿色环保，得混合料；
（4）成型：将混合料置于成型机中，挤压成型，压强为65MPa，温度为72℃，稍高的温度能够促进粉碎秸秆间的结合，避免燃料发生散碎，提高燃料的加工性能，同时能够减少秸秆中的水分，使成型后的燃料保持适当的水分，得成型料；
（5）干燥：将成型料置于冷冻干燥机中，冷冻干燥至含水量为11~13%，进一步去除燃料中残留的水分，同时能够增加燃料的多孔性，提高燃料与氧气的接触面积，使燃料充分燃烧，提高燃料的热值，得高热值生物质颗粒燃料。
所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法制备得到的高热值生物质颗粒燃料。
所述高热值生物质颗粒燃料的使用方法，将高热值生物质颗粒燃料燃烧后，产生的碳灰可直接作为肥料施于土壤中。
实施例2
一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将秸秆粉碎至粒径为2~6mm，得粉碎料；
（2）浸湿：向粉碎料中加水，搅拌均匀，调节含水量为32~34%，堆放，温度为37℃，环境湿度为88%，覆膜密封，静置3d，能够充分软化秸秆中的纤维和木质素，利于糖分的浸出，提高粉碎秸秆间的结合能力，避免生物质燃料出现松散状况，得浸湿料；
（3）混合：向浸湿料中加入改性纳米二氧化钛和石墨烯，所述的改性纳米二氧化钛，添加量为粉碎料重量的2.5%；所述改性纳米二氧化钛的制备方法，将纳米二氧化钛置于加热釜中，以3.5℃/min的速度加热至140℃，保温9min，继续升高温度至560℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量0.07%的碳酸铈，保温搅拌35min，自然降温至110℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量4%的食盐溶液，保温搅拌至无水分，得改性纳米二氧化钛；所述食盐溶液，质量百分浓度为1.9%；石墨烯的添加量为粉碎料重量的0.08%；搅拌均匀，能够增加生物质燃料的多孔性，增加燃料与氧气的接触面积，燃烧时能够快速传递热量，保持高温，使燃料充分燃烧，提高热值，避免出现结渣和结焦现象，减少二氧化硫和三氧化硫排放，提高燃料的燃烧性能，更加绿色环保，得混合料；
（4）成型：将混合料置于成型机中，挤压成型，压强为68MPa，温度为75℃，稍高的温度能够促进粉碎秸秆间的结合，避免燃料发生散碎，提高燃料的加工性能，同时能够减少秸秆中的水分，使成型后的燃料保持适当的水分，得成型料；
（5）干燥：将成型料置于冷冻干燥机中，冷冻干燥至含水量为11~13%，进一步去除燃料中残留的水分，同时能够增加燃料的多孔性，提高燃料与氧气的接触面积，使燃料充分燃烧，提高燃料的热值，得高热值生物质颗粒燃料。
所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法制备得到的高热值生物质颗粒燃料。
所述高热值生物质颗粒燃料的使用方法，将高热值生物质颗粒燃料燃烧后，产生的碳灰可直接作为肥料施于土壤中。
实施例3
一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，包括以下步骤：
（1）粉碎：将秸秆粉碎至粒径为2~6mm，得粉碎料；
（2）浸湿：向粉碎料中加水，搅拌均匀，调节含水量为32~34%，堆放，温度为38℃，环境湿度为89%，覆膜密封，静置3d，能够充分软化秸秆中的纤维和木质素，利于糖分的浸出，提高粉碎秸秆间的结合能力，避免生物质燃料出现松散状况，得浸湿料；
（3）混合：向浸湿料中加入改性纳米二氧化钛和石墨烯，所述的改性纳米二氧化钛，添加量为粉碎料重量的2.8%；所述改性纳米二氧化钛的制备方法，将纳米二氧化钛置于加热釜中，以4℃/min的速度加热至150℃，保温10min，继续升高温度至580℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量0.08%的碳酸铈，保温搅拌40min，自然降温至120℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量5%的食盐溶液，保温搅拌至无水分，得改性纳米二氧化钛；所述食盐溶液，质量百分浓度为2.1%；石墨烯的添加量为粉碎料重量的0.09%；搅拌均匀，能够增加生物质燃料的多孔性，增加燃料与氧气的接触面积，燃烧时能够快速传递热量，保持高温，使燃料充分燃烧，提高热值，避免出现结渣和结焦现象，减少二氧化硫和三氧化硫排放，提高燃料的燃烧性能，更加绿色环保，得混合料；
（4）成型：将混合料置于成型机中，挤压成型，压强为70MPa，温度为78℃，稍高的温度能够促进粉碎秸秆间的结合，避免燃料发生散碎，提高燃料的加工性能，同时能够减少秸秆中的水分，使成型后的燃料保持适当的水分，得成型料；
（5）干燥：将成型料置于冷冻干燥机中，冷冻干燥至含水量为11~13%，进一步去除燃料中残留的水分，同时能够增加燃料的多孔性，提高燃料与氧气的接触面积，使燃料充分燃烧，提高燃料的热值，得高热值生物质颗粒燃料。
所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法制备得到的高热值生物质颗粒燃料。
所述高热值生物质颗粒燃料的使用方法，将高热值生物质颗粒燃料燃烧后，产生的碳灰可直接作为肥料施于土壤中。
对比例1
去除步骤（2），其余方法，同实施例1。
对比例2
步骤（3）中的改性纳米二氧化钛改为纳米二氧化钛，其余方法，同实施例1。
对比例3
去除步骤（3）中的石墨烯，其余方法，同实施例1。
对比例4
步骤（5）中的冷冻干燥改为烘干，其余方法，同实施例1。
对比例5
现有专利文件CN107384501A公开了一种生物质燃料及其生产工艺。
对比例6
现有专利文件CN109370675A公开了一种环保生物质燃料及其制备方法。
实施例和对比例燃料的燃烧性能：
根据GB212-91和GB213-96所规定的的方法，分别取实施例和对比例的燃料适量，对各组燃料进行燃烧测试，检测各组燃料的着火温度、持续燃烧时间及燃烧产生的热量，实施例和对比例燃料的燃烧性能见表1。
表1：实施例和对比例燃料的燃烧性能
项目 着火温度/(℃) 持续燃烧时间/(min) 热值(kJ/kg)
实施例1 191 38 32894
实施例2 188 39 32975
实施例3 190 39 32936
对比例1 189 31 27158
对比例2 221 28 26744
对比例3 216 23 26021
对比例4 195 32 27363
对比例5 206 24 31202
对比例6 217 28 28161
从表1的结果表明，实施例的利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，着火温度低，持续燃烧时间长，产生的热值明显较对比例高，说明本发明提供的利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法具有很好的加工性能。

Claims (8)

1.一种利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）粉碎：将秸秆粉碎至粒径为2~6mm，得粉碎料；
（2）浸湿：向粉碎料中加水，搅拌均匀，调节含水量为32~34%，堆放，覆膜密封，静置2~3d，得浸湿料；
（3）混合：向浸湿料中加入改性纳米二氧化钛和石墨烯，搅拌均匀，得混合料；
（4）成型：将混合料置于成型机中，挤压成型，得成型料；
（5）干燥：将成型料置于冷冻干燥机中，冷冻干燥至含水量为11~13%，得高热值生物质颗粒燃料。
2.根据权利要求1所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，其特征在于，所述步骤（2）的堆放，温度为36~38℃，环境湿度为87~89%。
3.根据权利要求1所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，其特征在于，所述步骤（3）的改性纳米二氧化钛，添加量为粉碎料重量的2.2~2.8%；所述改性纳米二氧化钛的制备方法，将纳米二氧化钛置于加热釜中，以3~4℃/min的速度加热至130~150℃，保温8~10min，继续升高温度至540~580℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量0.06~0.08%的碳酸铈，保温搅拌30~40min，自然降温至100~120℃，向加热釜中加入纳米二氧化钛重量3~5%的食盐溶液，保温搅拌至无水分，得改性纳米二氧化钛。
4.根据权利要求3所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，其特征在于，所述食盐溶液，质量百分浓度为1.7~2.1%。
5.根据权利要求1所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，其特征在于，所述步骤（3）的石墨烯，石墨烯的添加量为粉碎料重量的0.07~0.09%。
6.根据权利要求1所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法，其特征在于，所述步骤（4）的挤压成型，压强为65~70MPa，温度为72~78℃。
7.一种权利要求1~6任一项所述利用秸秆制备高热值生物质颗粒燃料的方法制备得到的高热值生物质颗粒燃料。
8.一种权利要求7所述高热值生物质颗粒燃料的使用方法，其特征在于，将高热值生物质颗粒燃料燃烧后，产生的碳灰可直接作为肥料施于土壤中。
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