CN110331016A - 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，包括如下步骤：（1）填料制备、（2）秸秆处理、（3）秸秆填充混合处理、（4）成品生物质燃料制备。本发明制备方法工艺简单，能够快速的进行推广应用，制得的生物质燃料的燃烧性能好，绿色环保，极具市场竞争力和经济效益。

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的加工技术领域，具体涉及一种生物质燃料的制备方法。
背景技术
以植物废弃物为原料加工的生物质燃料已经得到了普遍的应用，但是由于单纯植物废弃物制成的颗粒燃料热值低，因此只能作为低能燃料使用，对热量要求较高的场合不适用，尤其是不能达到环保的技术要求。如专利文件CN107384501A公开了一种生物质燃料及其生产工艺，其单纯的使用花生壳和玉米秸秆制备生物质燃料，虽然充分利用了植物废弃物，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，不能达到环保的技术要求。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种生物质燃料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
（1）填料制备：
a.将硝酸锌、尿素、蒸馏水混合投入到搅拌罐中，不断搅拌均匀后得混合液A备用；
b.将操作a制得的混合液A投入到反应釜内，同时向反应釜内添加片层石墨烯，搅拌均匀后对反应釜进行加热处理，保持反应釜内的温度为90~95℃，保温处理4~6h后得混合液B备用；
c.将操作b制得的混合液B放入到离心机内进行离心处理，随后用蒸馏水对离心物进行洗涤3~4遍后得混合物C备用；
d.将操作c所得的混合物C放入到干燥箱内干燥处理18~22h后取出备用；
e.将操作d处理后的混合物C放入到马弗炉中进行煅烧处理，煅烧5~6h后取出得填料备用；
（2）秸秆处理：
先将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，然后将粉碎后的秸秆投入到酶解溶液中，加热保持酶解溶液的温度为30~33℃，酶解处理1~1.5h后将粉碎后的秸秆捞出备用；
（3）秸秆填充混合处理：
将步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆共同混合投入到搅拌机内进行搅拌混合处理，混合均匀后得混合料D备用；
（4）成品生物质燃料制备：
将步骤（3）制得的混合料D投入到成型机内进行挤压成型处理，随后再将成型的物料放入到干燥箱内干燥处理，控制物料的水含量不大于12%后取出即得成品生物质燃料。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的混合液A中硝酸锌的浓度为0.1~0.15mol/L、尿素的浓度为0.4~0.5mol/L。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的片层石墨烯的加入量是混合液A总质量的10~15%。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的向反应釜内添加片层石墨烯的同时，还添加了硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠；所述的硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠的添加量分别对应是片层石墨烯总质量的25~30%、5~8%、3~6%、2~4%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的离心处理时控制离心机内的离心转速为3000~3500转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为80~85℃。
进一步的，步骤（1）操作e中所述的煅烧处理时控制马弗炉内的温度为460~480℃，期间控制马弗炉内为无氧环境。
进一步的，步骤（2）中所述的酶解溶液中各物质及对应重量份为：2~4份半纤维素酶、3~5份纤维素酶、0.5~1份单宁酶、90~100份蒸馏水。
进一步的，步骤（3）中所述的步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆进行混合处理时对应的重量比为0.4~0.6%。
进一步的，步骤（4）中所述的干燥处理时所用的干燥箱为真空干燥箱，控制真空干燥箱内的温度为70~75℃。
本发明优化改善了传统生物质燃料的制备方法，有效的提升了生物质燃料的使用品质。本发明方法选用了秸秆材料作为生物质基体，如玉米秸秆、大豆秸秆、高粱秸秆等等，在对秸秆处理时先进行了粉碎，便于后续的处理，随后进行了酶解处理，利用酶解溶液中的酶进行了酶解，酶解处理能够松散秸秆纤维结构，利于后续的充分燃烧及填料的填充，并能够糜化纤维，便于燃料的粘合及成型，常规技术中多是直接对此加工成的燃料进行燃烧及使用，但使用品质不佳；本发明还特制添加了一种填料成分，此填料是一种片层石墨烯为载体的填充有纳米氧化锌的颗粒成分，制备时是在氢氧化锌反应生成过程中添加了片层石墨烯等成分，以片层石墨烯为负载沉淀的载体，在片层石墨烯内生成了较大量的氢氧化锌成分，同时又吸附了硅烷偶联剂等，最后经过煅烧处理，氢氧化锌分解形成大量的纳米氧化锌，此纳米氧化锌填充固定于片层石墨烯内部及表面上，即能起到提升秸秆间的粘结的作用，又能起到改善生物质燃料燃烧的效果，在燃料燃烧时，此填料明显的提高了整体的比表面积，也即提升了燃料与氧气间的接触面积，利于燃烧的进行，同时片层石墨烯和纳米氧化锌能够起到吸附固定有害杂质成分的作用，纳米氧化锌还能提高热量的传导效率及均匀性，利于燃料的充分燃烧，延长了燃烧时长。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明制备方法工艺简单，能够快速的进行推广应用，制得的生物质燃料的燃烧性能好，绿色环保，极具市场竞争力和经济效益。
具体实施方式
实施例1
一种生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
（1）填料制备：
a.将硝酸锌、尿素、蒸馏水混合投入到搅拌罐中，不断搅拌均匀后得混合液A备用；
b.将操作a制得的混合液A投入到反应釜内，同时向反应釜内添加片层石墨烯，搅拌均匀后对反应釜进行加热处理，保持反应釜内的温度为90℃，保温处理4h后得混合液B备用；
c.将操作b制得的混合液B放入到离心机内进行离心处理，随后用蒸馏水对离心物进行洗涤3遍后得混合物C备用；
d.将操作c所得的混合物C放入到干燥箱内干燥处理18h后取出备用；
e.将操作d处理后的混合物C放入到马弗炉中进行煅烧处理，煅烧5h后取出得填料备用；
（2）秸秆处理：
先将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，然后将粉碎后的秸秆投入到酶解溶液中，加热保持酶解溶液的温度为30℃，酶解处理1h后将粉碎后的秸秆捞出备用；
（3）秸秆填充混合处理：
将步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆共同混合投入到搅拌机内进行搅拌混合处理，混合均匀后得混合料D备用；
（4）成品生物质燃料制备：
将步骤（3）制得的混合料D投入到成型机内进行挤压成型处理，随后再将成型的物料放入到干燥箱内干燥处理，控制物料的水含量不大于12%后取出即得成品生物质燃料。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的混合液A中硝酸锌的浓度为0.1mol/L、尿素的浓度为0.4mol/L。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的片层石墨烯的加入量是混合液A总质量的10%。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的向反应釜内添加片层石墨烯的同时，还添加了硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠；所述的硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠的添加量分别对应是片层石墨烯总质量的25%、5%、3%、2%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的离心处理时控制离心机内的离心转速为3000转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为80℃。
进一步的，步骤（1）操作e中所述的煅烧处理时控制马弗炉内的温度为460℃，期间控制马弗炉内为无氧环境。
进一步的，步骤（2）中所述的酶解溶液中各物质及对应重量份为：2份半纤维素酶、3份纤维素酶、0.5份单宁酶、90份蒸馏水。
进一步的，步骤（3）中所述的步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆进行混合处理时对应的重量比为0.4%。
进一步的，步骤（4）中所述的干燥处理时所用的干燥箱为真空干燥箱，控制真空干燥箱内的温度为70℃。
实施例2
一种生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
（1）填料制备：
a.将硝酸锌、尿素、蒸馏水混合投入到搅拌罐中，不断搅拌均匀后得混合液A备用；
b.将操作a制得的混合液A投入到反应釜内，同时向反应釜内添加片层石墨烯，搅拌均匀后对反应釜进行加热处理，保持反应釜内的温度为93℃，保温处理5h后得混合液B备用；
c.将操作b制得的混合液B放入到离心机内进行离心处理，随后用蒸馏水对离心物进行洗涤3遍后得混合物C备用；
d.将操作c所得的混合物C放入到干燥箱内干燥处理20h后取出备用；
e.将操作d处理后的混合物C放入到马弗炉中进行煅烧处理，煅烧5.6h后取出得填料备用；
（2）秸秆处理：
先将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，然后将粉碎后的秸秆投入到酶解溶液中，加热保持酶解溶液的温度为32℃，酶解处理1.2h后将粉碎后的秸秆捞出备用；
（3）秸秆填充混合处理：
将步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆共同混合投入到搅拌机内进行搅拌混合处理，混合均匀后得混合料D备用；
（4）成品生物质燃料制备：
将步骤（3）制得的混合料D投入到成型机内进行挤压成型处理，随后再将成型的物料放入到干燥箱内干燥处理，控制物料的水含量不大于12%后取出即得成品生物质燃料。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的混合液A中硝酸锌的浓度为0.14mol/L、尿素的浓度为0.46mol/L。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的片层石墨烯的加入量是混合液A总质量的12%。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的向反应釜内添加片层石墨烯的同时，还添加了硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠；所述的硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠的添加量分别对应是片层石墨烯总质量的28%、7%、4%、3%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的离心处理时控制离心机内的离心转速为3300转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为82℃。
进一步的，步骤（1）操作e中所述的煅烧处理时控制马弗炉内的温度为470℃，期间控制马弗炉内为无氧环境。
进一步的，步骤（2）中所述的酶解溶液中各物质及对应重量份为：3份半纤维素酶、4份纤维素酶、0.8份单宁酶、98份蒸馏水。
进一步的，步骤（3）中所述的步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆进行混合处理时对应的重量比为0.5%。
进一步的，步骤（4）中所述的干燥处理时所用的干燥箱为真空干燥箱，控制真空干燥箱内的温度为74℃。
实施例3
一种生物质燃料的制备方法，包括如下步骤：
（1）填料制备：
a.将硝酸锌、尿素、蒸馏水混合投入到搅拌罐中，不断搅拌均匀后得混合液A备用；
b.将操作a制得的混合液A投入到反应釜内，同时向反应釜内添加片层石墨烯，搅拌均匀后对反应釜进行加热处理，保持反应釜内的温度为95℃，保温处理6h后得混合液B备用；
c.将操作b制得的混合液B放入到离心机内进行离心处理，随后用蒸馏水对离心物进行洗涤4遍后得混合物C备用；
d.将操作c所得的混合物C放入到干燥箱内干燥处理22h后取出备用；
e.将操作d处理后的混合物C放入到马弗炉中进行煅烧处理，煅烧6h后取出得填料备用；
（2）秸秆处理：
先将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，然后将粉碎后的秸秆投入到酶解溶液中，加热保持酶解溶液的温度为33℃，酶解处理1.5h后将粉碎后的秸秆捞出备用；
（3）秸秆填充混合处理：
将步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆共同混合投入到搅拌机内进行搅拌混合处理，混合均匀后得混合料D备用；
（4）成品生物质燃料制备：
将步骤（3）制得的混合料D投入到成型机内进行挤压成型处理，随后再将成型的物料放入到干燥箱内干燥处理，控制物料的水含量不大于12%后取出即得成品生物质燃料。
进一步的，步骤（1）操作a中所述的混合液A中硝酸锌的浓度为0.15mol/L、尿素的浓度为0.5mol/L。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的片层石墨烯的加入量是混合液A总质量的15%。
进一步的，步骤（1）操作b中所述的向反应釜内添加片层石墨烯的同时，还添加了硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠；所述的硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠的添加量分别对应是片层石墨烯总质量的30%、8%、6%、4%。
进一步的，步骤（1）操作c中所述的离心处理时控制离心机内的离心转速为3500转/分钟。
进一步的，步骤（1）操作d中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为85℃。
进一步的，步骤（1）操作e中所述的煅烧处理时控制马弗炉内的温度为480℃，期间控制马弗炉内为无氧环境。
进一步的，步骤（2）中所述的酶解溶液中各物质及对应重量份为：4份半纤维素酶、5份纤维素酶、1份单宁酶、100份蒸馏水。
进一步的，步骤（3）中所述的步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆进行混合处理时对应的重量比为0.6%。
进一步的，步骤（4）中所述的干燥处理时所用的干燥箱为真空干燥箱，控制真空干燥箱内的温度为75℃。
对比实验例1
本对比实验例1与实施例2相比，区别仅在于在步骤（3）秸秆填充混合处理中，用等质量份的片层石墨烯取代步骤（1）制得的填料成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实验例2
本对比实验例2与实施例2相比，区别仅在于在步骤（3）秸秆填充混合处理中，用等质量份的纳米氧化锌取代步骤（1）制得的填料成分，除此外的方法步骤均相同。
对比实验例3
本对比实验例3与实施例2相比，区别仅在于省去了填料的制备及后续对应的使用，除此外的方法步骤均相同。
对比实验例4
现有专利文件CN107384501A公开的一种生物质燃料及其生产工艺，具体选用其实施例11的技术方案。
为了对比本发明效果，对上述实施例2、对比实验例1、对比实验例2、对比实验例3、对比实验例4对应的方法制得的生物质燃料进行性能测试，所用的秸秆具体选用玉米秸秆，各组对应的数据如下表1所示：
表1
注：上表1中所述的着火温度、热值和灰分值对应参照GB212-91和GB213-96所规定的的方法进行测定。
由上表1可以看出，本发明方法制得的生物质燃料的热值高，燃烧效果好，极具市场竞争力和实用价值。

Claims (10)

1.一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）填料制备：
a.将硝酸锌、尿素、蒸馏水混合投入到搅拌罐中，不断搅拌均匀后得混合液A备用；
b.将操作a制得的混合液A投入到反应釜内，同时向反应釜内添加片层石墨烯，搅拌均匀后对反应釜进行加热处理，保持反应釜内的温度为90~95℃，保温处理4~6h后得混合液B备用；
c.将操作b制得的混合液B放入到离心机内进行离心处理，随后用蒸馏水对离心物进行洗涤3~4遍后得混合物C备用；
d.将操作c所得的混合物C放入到干燥箱内干燥处理18~22h后取出备用；
e.将操作d处理后的混合物C放入到马弗炉中进行煅烧处理，煅烧5~6h后取出得填料备用；
（2）秸秆处理：
先将秸秆投入到粉碎机内进行粉碎处理，然后将粉碎后的秸秆投入到酶解溶液中，加热保持酶解溶液的温度为30~33℃，酶解处理1~1.5h后将粉碎后的秸秆捞出备用；
（3）秸秆填充混合处理：
将步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆共同混合投入到搅拌机内进行搅拌混合处理，混合均匀后得混合料D备用；
（4）成品生物质燃料制备：
将步骤（3）制得的混合料D投入到成型机内进行挤压成型处理，随后再将成型的物料放入到干燥箱内干燥处理，控制物料的水含量不大于12%后取出即得成品生物质燃料。
2.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作a中所述的混合液A中硝酸锌的浓度为0.1~0.15mol/L、尿素的浓度为0.4~0.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作b中所述的片层石墨烯的加入量是混合液A总质量的10~15%。
4.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作b中所述的向反应釜内添加片层石墨烯的同时，还添加了硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠；所述的硅烷偶联剂、焦磷酸钠、十二烷基三甲基溴化铵、乙二胺四乙酸二钠的添加量分别对应是片层石墨烯总质量的25~30%、5~8%、3~6%、2~4%。
5.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作c中所述的离心处理时控制离心机内的离心转速为3000~3500转/分钟。
6.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作d中所述的干燥处理时控制干燥箱内的温度为80~85℃。
7.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（1）操作e中所述的煅烧处理时控制马弗炉内的温度为460~480℃，期间控制马弗炉内为无氧环境。
8.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述的酶解溶液中各物质及对应重量份为：2~4份半纤维素酶、3~5份纤维素酶、0.5~1份单宁酶、90~100份蒸馏水。
9.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（3）中所述的步骤（1）制得的填料与步骤（2）处理后的秸秆进行混合处理时对应的重量比为0.4~0.6%。
10.根据权利要求1所述的一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中所述的干燥处理时所用的干燥箱为真空干燥箱，控制真空干燥箱内的温度为70~75℃。
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