CN110982570B - 一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：步骤一，改性基碳的制备：将秸秆先进行粉碎，然后送入炭化炉中进行煅烧，煅烧温度为1000‑1300℃，随后再以离子束流大小为1000‑3000pA的Ga+离子进行溅射处理，然后再与环烷酸铈盐混合，再在氮气和氧气的气流下进行升温、退火，现将温度升至500℃，然后退火至350℃，保温10‑20min，再冷却至室温，即可。本发明的防潮助剂以蒙脱土分散液为基体，向其中加入木质素和纤维素进行超分散，蒙脱土具有片层结构，同时具有很强的阻隔性能，从而将颗粒燃料进行包覆达到很好的防潮效果。

Description

一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法
技术领域
本发明涉及生物质颗粒燃料技术领域，具体涉及一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法。
背景技术
生物质是利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物通称为生物质，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，生物质是太阳能以化学能形式贮存在生物质中的能量形式，即以生物质为载体的能量，具有可再生和低污染的双重特点，被认为是未来可再生能源的重要组成部分，生物质能的高效开发利用，对解决能源、生态环境问题将起到十分积极的作用。
生物质燃料是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)，主要区别于化石燃料，在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺。
现有生物质颗粒燃料不具备防潮功能，容易受潮，同时热值不是很高，因而需要进一步的改善；中国专利文献CN108913260A公开了一种生物质燃料颗粒，由如下重量份的物质制成：75-80份秸秆粉末、10～15份锯末、8～13份椰壳粉、6～10份树茎、7～10份煤矸石粉、25～30份动物粪便、5～8份花生壳粉、1～4份茶叶渣、6～9份添加剂，该燃料采用的原料较为常规，该燃料不具备防潮功能，受潮后热值会明显降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，改性基碳的制备：将秸秆先进行粉碎，然后送入炭化炉中进行煅烧，煅烧温度为1000-1300℃，随后再以离子束流大小为1000-3000pA的Ga+离子进行溅射处理，然后再与环烷酸铈盐混合，再在氮气和氧气的气流下进行升温、退火，先将温度升至500℃，然后退火至350℃，保温10-20min，再冷却至室温，即可；
步骤二，防潮助剂的制备：将纤维素加入到蒙脱土分散液中先超声分散20-30min，超声功率为200-300W，随后再以100-300r/min的转速进行搅拌20-30min，随后再加入蒸汽爆破处理的木质素，继续搅拌10-20min，搅拌结束，备用；
步骤三，原料的称取：步骤一制备的改性基碳65-75份、催化助剂20-30份、步骤二制备的防潮助剂35-45份、增氧剂4-8份、促燃剂1-3份；
步骤四，基体的制备：将步骤一制备的改性基碳、催化助剂、增氧剂、促燃剂依次加入到压辊式环模生物质颗粒成型机中进行压制成型，成型机功率为100-110KW，转速为250-350r/min，压制结束得到6-10cm的圆柱体基体；
步骤五：颗粒燃料的制备：将步骤四圆柱体基体通过喷涂工艺喷涂步骤二制备的防潮助剂，喷涂厚度为1-2mm，喷涂结束，再干燥，即得本发明的生物质颗粒燃料。
优选地，所述催化助剂的制备方法为：将γ-Al2 O3载体先置于稀土溶液中浸泡反应20-30min，浸泡温度为80-90℃，浸泡结束，再水洗、干燥，再采用热活化处理，热活化处理结束，得到催化助剂。
优选地，所述稀土溶液为氯化镧、稀盐酸按照重量比1:9配制而成，配制中采用100-200r/min的转速搅拌20-30min。
优选地，所述热活化处理先将γ-Al2O3载体以3-5℃/min从室温升至120-140℃，保温15-25min，随后再将温度以5-9℃/min的速率降至室温。
优选地，所述蒙脱土分散液的制备方法为将蒙脱土先煅烧10-20min，煅烧温度为1200-1500℃，随后再置于电场频率为75Hz，电池强度34v/m的电场中作用10-20s，作用结束，加入到去离子水中超声分散形成分散液，超声分散的功率为120-150W。
优选地，所述蒸汽爆破处理的木质素具体步骤为：将木质素送入蒸汽爆破机物料仓中，通入饱和蒸汽，压力为1.0-1.5MPa，时间为100-120s，随后进行泄压，即可。
优选地，所述增氧剂为硝酸镁、高锰酸钾、硝酸钾、双氧水中的一种或多种的组合。
优选地，所述促燃剂为氢氧化镁、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钾、偏铝酸钠中的一种或多种的组合物。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明的防潮助剂以蒙脱土分散液为基体，向其中加入木质素和纤维素进行超分散，蒙脱土具有片层结构，同时具有很强的阻隔性能，从而将颗粒燃料进行包覆达到很好的防潮效果，燃料在燃烧初步阶段纤维素会软化形成流动态，从而会流动到蒙脱土包覆的颗粒燃料中，促进颗粒燃料膨胀，从而将防潮助剂中的蒙脱土进行破裂，阻止了蒙脱土对燃料燃烧的干扰，而加入的木质素经过蒸汽爆破处理处理后，比表面积大，同时随着纤维素进入颗粒燃料内与γ-Al2O3起到互配效果，γ-Al2 O3是比表面积大的催化助剂，从而促进燃料燃烧，而木质素为热塑性高分子，在燃烧中能够形成黏弹体，且因为比表面积大更能促进原料在燃烧时更紧密，进而使原料不易分散，燃烧更充分，从而提高了燃料的热值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例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：
本实施例的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，改性基碳的制备：将秸秆先进行粉碎，然后送入炭化炉中进行煅烧，煅烧温度为1000℃，随后再以离子束流大小为1000pA的Ga+离子进行溅射处理，然后再与环烷酸铈盐混合，再在氮气和氧气的气流下进行升温、退火，先将温度升至500℃，然后退火至350℃，保温10min，再冷却至室温，即可；
步骤二，防潮助剂的制备：将纤维素加入到蒙脱土分散液中先超声分散20min，超声功率为200W，随后再以100r/min的转速进行搅拌20-30min，随后再加入蒸汽爆破处理的木质素，继续搅拌10min，搅拌结束，备用；
步骤三，原料的称取：步骤一制备的改性基碳65份、催化助剂20份、步骤二制备的防潮助剂35份、增氧剂4份、促燃剂1份；
步骤四，基体的制备：将步骤一制备的改性基碳、催化助剂、增氧剂、促燃剂依次加入到压辊式环模生物质颗粒成型机中进行压制成型，成型机功率为100KW，转速为250r/min，压制结束得到6cm的圆柱体基体；
步骤五：颗粒燃料的制备：将步骤四圆柱体基体通过喷涂工艺喷涂步骤二制备的防潮助剂，喷涂厚度为1mm，喷涂结束，再干燥，即得本发明的生物质颗粒燃料。
本实施例的催化助剂的制备方法为：将γ-Al 2O3载体先置于稀土溶液中浸泡反应20min，浸泡温度为80℃，浸泡结束，再水洗、干燥，再采用热活化处理，热活化处理结束，得到催化助剂。
本实施例的稀土溶液为氯化镧、稀盐酸按照重量比1:9配制而成，配制中采用100r/min的转速搅拌20min。
本实施例的热活化处理先将γ-Al2O3载体以3℃/min从室温升至120℃，保温15min，随后再将温度以5℃/min的速率降至室温。
本实施例的蒙脱土分散液的制备方法为将蒙脱土先煅烧10min，煅烧温度为1200℃，随后再置于电场频率为75Hz，电池强度34v/m的电场中作用10s，作用结束，加入到去离子水中超声分散形成分散液，超声分散的功率为120W。
本实施例的蒸汽爆破处理的木质素具体步骤为：将木质素送入蒸汽爆破机物料仓中，通入饱和蒸汽，压力为1.0MPa，时间为100s，随后进行泄压，即可。
本实施例的增氧剂为硝酸镁。
本实施例的促燃剂为氢氧化镁。
实施例2：
本实施例的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，改性基碳的制备：将秸秆先进行粉碎，然后送入炭化炉中进行煅烧，煅烧温度为1300℃，随后再以离子束流大小为3000pA的Ga+离子进行溅射处理，然后再与环烷酸铈盐混合，再在氮气和氧气的气流下进行升温、退火，先将温度升至500℃，然后退火至350℃，保温20min，再冷却至室温，即可；
步骤二，防潮助剂的制备：将纤维素加入到蒙脱土分散液中先超声分散30min，超声功率为300W，随后再以300r/min的转速进行搅拌30min，随后再加入蒸汽爆破处理的木质素，继续搅拌10-20min，搅拌结束，备用；
步骤三，原料的称取：步骤一制备的改性基碳75份、催化助剂30份、步骤二制备的防潮助剂45份、增氧剂8份、促燃剂3份；
步骤四，基体的制备：将步骤一制备的改性基碳、催化助剂、增氧剂、促燃剂依次加入到压辊式环模生物质颗粒成型机中进行压制成型，成型机功率为110KW，转速为350r/min，压制结束得到10cm的圆柱体基体；
步骤五：颗粒燃料的制备：将步骤四圆柱体基体通过喷涂工艺喷涂步骤二制备的防潮助剂，喷涂厚度为2mm，喷涂结束，再干燥，即得本发明的生物质颗粒燃料。
本实施例的催化助剂的制备方法为：将γ-Al 2O3载体先置于稀土溶液中浸泡反应30min，浸泡温度为90℃，浸泡结束，再水洗、干燥，再采用热活化处理，热活化处理结束，得到催化助剂。
本实施例的稀土溶液为氯化镧、稀盐酸按照重量比1:9配制而成，配制中采用200r/min的转速搅拌20-30min。
本实施例的热活化处理先将γ-Al2O3载体以5℃/min从室温升至140℃，保温25min，随后再将温度以5-9℃/min的速率降至室温。
本实施例的蒙脱土分散液的制备方法为将蒙脱土先煅烧20min，煅烧温度为1500℃，随后再置于电场频率为75Hz，电池强度34v/m的电场中作用20s，作用结束，加入到去离子水中超声分散形成分散液，超声分散的功率为150W。
本实施例的蒸汽爆破处理的木质素具体步骤为：将木质素送入蒸汽爆破机物料仓中，通入饱和蒸汽，压力为1.5MPa，时间为120s，随后进行泄压，即可。
本实施例的增氧剂为高锰酸钾。
本实施例的促燃剂为氢氧化钠。
实施例3：
本实施例的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一，改性基碳的制备：将秸秆先进行粉碎，然后送入炭化炉中进行煅烧，煅烧温度为1150℃，随后再以离子束流大小为2000pA的Ga+离子进行溅射处理，然后再与环烷酸铈盐混合，再在氮气和氧气的气流下进行升温、退火，先将温度升至500℃，然后退火至350℃，保温15min，再冷却至室温，即可；
步骤二，防潮助剂的制备：将纤维素加入到蒙脱土分散液中先超声分散25min，超声功率为250W，随后再以200r/min的转速进行搅拌25min，随后再加入蒸汽爆破处理的木质素，继续搅拌15min，搅拌结束，备用；
步骤三，原料的称取：步骤一制备的改性基碳70份、催化助剂25份、步骤二制备的防潮助剂40份、增氧剂6份、促燃剂2份；
步骤四，基体的制备：将步骤一制备的改性基碳、催化助剂、增氧剂、促燃剂依次加入到压辊式环模生物质颗粒成型机中进行压制成型，成型机功率为105KW，转速为300r/min，压制结束得到8cm的圆柱体基体；
步骤五：颗粒燃料的制备：将步骤四圆柱体基体通过喷涂工艺喷涂步骤二制备的防潮助剂，喷涂厚度为1-2mm，喷涂结束，再干燥，即得本发明的生物质颗粒燃料。
本实施例的催化助剂的制备方法为：将γ-Al 2O3载体先置于稀土溶液中浸泡反应25min，浸泡温度为85℃，浸泡结束，再水洗、干燥，再采用热活化处理，热活化处理结束，得到催化助剂。
本实施例的稀土溶液为氯化镧、稀盐酸按照重量比1:9配制而成，配制中采用150r/min的转速搅拌25min。
本实施例的热活化处理先将γ-Al2O3载体以4℃/min从室温升至130℃，保温20min，随后再将温度以7℃/min的速率降至室温。
本实施例的蒙脱土分散液的制备方法为将蒙脱土先煅烧15min，煅烧温度为1350℃，随后再置于电场频率为75Hz，电池强度34v/m的电场中作用10-20s，作用结束，加入到去离子水中超声分散形成分散液，超声分散的功率为135W。
本实施例的蒸汽爆破处理的木质素具体步骤为：将木质素送入蒸汽爆破机物料仓中，通入饱和蒸汽，压力为1.25MPa，时间为110s，随后进行泄压，即可。
本实施例的增氧剂为硝酸钾。
本实施例的促燃剂为氢氧化钾。
对比例1.
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是未添加防潮助剂。
对比例2.
与实施例3的材料及制备工艺基本相同，唯有不同的是现有常规材料。
将实施例1-3及对比例1-2在湿度为20％的空气中放置12h，然后再进行性能测试；
实施例1-3及对比例1-2性能测试结果如下
Figure GDA0002973564020000061
Figure GDA0002973564020000071
从实施例1-3及对比例1-3得出，本发明实施例3热值可达到18874kj.kg-1，热效率可达到86％，而对比例2的热值为16543kj.kg-1，热效率为65％，可知本发明在潮湿环境仍具有很强的热值、热效率。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，改性基碳的制备：将秸秆先进行粉碎，然后送入炭化炉中进行煅烧，煅烧温度为1000-1300℃，随后再以离子束流大小为1000-3000pA的Ga+离子进行溅射处理，然后再与环烷酸铈盐混合，再在氮气和氧气的气流下进行升温、退火，先将温度升至500℃，然后退火至350℃，保温10-20min，再冷却至室温，即可；
步骤二，防潮助剂的制备：将纤维素加入到蒙脱土分散液中先超声分散20-30min，超声功率为200-300W，随后再以100-300r/min的转速进行搅拌20-30min，随后再加入蒸汽爆破处理的木质素，继续搅拌10-20min，搅拌结束，备用；所述的蒙脱土分散液的制备方法为将蒙脱土先煅烧10-20min，煅烧温度为1200-1500℃，随后再置于电场频率为75Hz，电池强度34v/m的电场中作用10-20s，作用结束，加入到去离子水中超声分散形成分散液，超声分散的功率为120-150W；
步骤三，原料的称取：步骤一制备的改性基碳65-75份、催化助剂20-30份、步骤二制备的防潮助剂35-45份、增氧剂4-8份、促燃剂1-3份；
步骤四，基体的制备：将步骤一制备的改性基碳、催化助剂、增氧剂、促燃剂依次加入到压辊式环模生物质颗粒成型机中进行压制成型，成型机功率为100-110KW，转速为250-350r/min，压制结束得到6-10cm的圆柱体基体；
步骤五：颗粒燃料的制备：将步骤四圆柱体基体通过喷涂工艺喷涂步骤二制备的防潮助剂，喷涂厚度为1-2mm，喷涂结束，再干燥，即得生物质颗粒燃料。
2.根据权利要求1所述的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述催化助剂的制备方法为：将γ-Al2 O3载体先置于稀土溶液中浸泡反应20-30min，浸泡温度为80-90℃，浸泡结束，再水洗、干燥，再采用热活化处理，热活化处理结束，得到催化助剂。
3.根据权利要求2所述的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述稀土溶液为氯化镧、稀盐酸按照重量比1:9配制而成，配制中采用100-200r/min的转速搅拌20-30min。
4.根据权利要求2所述的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述热活化处理先将γ-Al2O3载体以3-5℃/min从室温升至120-140℃，保温15-25min，随后再将温度以5-9℃/min的速率降至室温。
5.根据权利要求1所述的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述蒸汽爆破处理的木质素具体步骤为：将木质素送入蒸汽爆破机物料仓中，通入饱和蒸汽，压力为1.0-1.5MPa，时间为100-120s，随后进行泄压，即可。
6.根据权利要求1所述的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述增氧剂为硝酸镁、高锰酸钾、硝酸钾、双氧水中的一种或多种的组合。
7.根据权利要求1所述的一种具有防潮高热值功能的生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述促燃剂为氢氧化镁、氢氧化钠、氢氧化钾、醋酸钾、偏铝酸钠中的一种或多种的组合物。
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