CN112094679A - 一种高燃烧性能生物质颗粒燃料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，先将氧化铁通过原位法负载在泥炭上形成泥炭‑氧化铁复合材料，再与松香乳液混合，经过干燥、粉碎，将得到的泥炭‑氧化铁复合材料与生物质主料、抗结渣剂以合适的比例混合，制粒，得到高燃烧性能生物质颗粒燃料。本发明的生物质颗粒燃料具有燃烧速率高、热值高、燃烧完全、不易结渣的优点，燃烧性能得到显著的提升。
Description
技术领域
本发明涉及生物质颗粒燃料技术领域，尤其涉及一种高燃烧性能生物质颗粒燃料及其制备方法。
背景技术
随着经济的飞速发展，对能源的需求逐渐增加，但是，由于石化能源的存量优先，且石化能源的使用会加剧温室气体排放，导致全球性的气候变化问题，寻找可替代石化能源的新型清洁能源成为解决能源问题的焦点。生物质具有原料丰富、环保可持续的优点，得到广泛的应用。其中生物质颗粒燃料是固态的生物质能源，是利用机械力将农作物秸秆、花生壳、锯末等生物质废弃物压缩或挤压得到的尺寸均一的颗粒状固体成型燃料，具有便于使用、运输、储存的优点，是煤的潜在替代燃料。与传统的石化燃料相比，生物质颗粒燃料具有经济、环保、安全的优点，但是也存在燃烧性能欠佳的问题，其燃烧速率低、热值低、不易燃烧完全、灰分高易结渣，成为生物质颗粒燃料发展的主要阻碍。
发明内容
基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种高燃烧性能生物质颗粒燃料及其制备方法。
本发明提出的一种高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将泥炭与三价铁盐的水溶液混合均匀，然后将pH调至4.5-5.5，充分搅拌反应后过滤、干燥，在惰性气氛下于300-350℃保温煅烧，冷却后得到泥炭-氧化铁复合材料；
S2、将步骤S1所述泥炭-氧化铁复合材料与松香乳液混合均匀，然后干燥、粉碎，得到松香改性泥炭-氧化铁复合材料；
S3、将步骤S2所述松香改性泥炭-氧化铁复合材料与生物质主料、抗结渣剂混合，制粒，得到高燃烧性能生物质颗粒燃料。
优选地，所述步骤S3中，生物质主料、松香改性泥炭-氧化铁复合材料、抗结渣剂的质量比为(80-100)：(10-20)：(2-5)。
优选地，所述步骤S1中，泥炭与三价铁盐的水溶液的质量比为1：(10-20)。
优选地，所述步骤S1中，三价铁盐的水溶液的浓度为0.05-0.1mol/L；优选地，所述三价铁盐为氯化铁、硝酸铁或其组合。
优选地，所述步骤S2中，泥炭-氧化铁复合材料与松香乳液的质量比为1：(8-10)。
优选地，所述步骤S2中，松香乳液的固含量为0.5-1％。
优选地，所述步骤S3中，制粒的方法为：在60-80MPa、70-100℃条件下挤压成型制粒。
优选地，所述生物质主料为农作物秸秆、稻壳、花生壳、锯末中的至少一种；优选地，所述生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比(1-3):(0.5-1.5):(0.5-1.5)组成。
优选地，所述抗结渣剂为碳酸钙、氧化钙、氧化铝中的至少一种。
一种高燃烧性能生物质颗粒燃料，由所述的制备方法制得。
本发明的有益效果如下：
本发明将泥炭与铁盐的水溶液混合后通过调节pH，使氢氧化铁负载在泥炭上，再通过保温煅烧脱水，从而形成具有高孔隙、高比表面积的泥炭-氧化铁复合材料，然后负载松香，形成松香改性泥炭-氧化铁复合材料，与生物质主料、抗结渣剂混合，制粒，最后得到生物质颗粒燃料。氧化铁作为氧载体，在燃烧时可以提供氧气，从而有助于燃烧完全，通过煅烧后具有高孔隙的泥炭对氧化铁进行原位负载，使氧化铁能够均匀地负载在具有高孔隙的载体上，在燃烧时有利于氧气在颗粒内部迅速扩散，更进一步地提高燃烧效率，促进燃烧完全，提高发热量，降低灰分含量；松香具有易燃性和高热值，与氧化铁、高孔隙的泥炭复合后，能在氧气环境中迅速燃烧，提高材料的易燃烧性，更好地提高燃烧效率和发热量，促进燃烧完全。因此，本发明的生物质颗粒燃料具有燃烧速率高、热值高、燃烧完全、不易结渣的优点，燃烧性能得到显著的提升。
具体实施方式
下面，通过具体实施例对本发明的技术方案进行详细说明。
实施例1
一种高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将泥炭与浓度为0.05mol/L的硝酸铁的水溶液按质量比为1：10混合均匀，然后将pH调至4.5，充分搅拌反应后过滤、干燥，在惰性气氛下于300℃保温煅烧，冷却后得到泥炭-氧化铁复合材料；
S2、将步骤S1所述泥炭-氧化铁复合材料与固含量为0.5％松香乳液按质量比为1：8混合均匀，然后干燥、粉碎，得到松香改性泥炭-氧化铁复合材料；
S3、将生物质主料、松香改性泥炭-氧化铁复合材料、碳酸钙按质量比为80：10：2混合均匀，在60MPa、70℃条件下挤压成型制粒，得到高燃烧性能生物质颗粒燃料；其中，生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比1:1.5:1.5组成。
实施例2
一种高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将泥炭与浓度为0.06mol/L的硝酸铁的水溶液按质量比为1：15混合均匀，然后将pH调至5，充分搅拌反应后过滤、干燥，在惰性气氛下于320℃保温煅烧，冷却后得到泥炭-氧化铁复合材料；
S2、将步骤S1所述泥炭-氧化铁复合材料与固含量为0.8％松香乳液按质量比为1：9混合均匀，然后干燥、粉碎，得到松香改性泥炭-氧化铁复合材料；
S3、将生物质主料、松香改性泥炭-氧化铁复合材料、碳酸钙按质量比为85：12：3混合均匀，在70MPa、80℃条件下挤压成型制粒，得到高燃烧性能生物质颗粒燃料；其中，生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比2:1:1组成。
实施例3
一种高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将泥炭与浓度为0.1mol/L的硝酸铁的水溶液按质量比为1：20混合均匀，然后将pH调至5.5，充分搅拌反应后过滤、干燥，在惰性气氛下于350℃保温煅烧，冷却后得到泥炭-氧化铁复合材料；
S2、将步骤S1所述泥炭-氧化铁复合材料与固含量为1％松香乳液按质量比为1：10混合均匀，然后干燥、粉碎，得到松香改性泥炭-氧化铁复合材料；
S3、将生物质主料、松香改性泥炭-氧化铁复合材料、碳酸钙按质量比为100：20：5混合均匀，在80MPa、100℃条件下挤压成型制粒，得到高燃烧性能生物质颗粒燃料；其中，生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比3:0.5:0.5组成。
对比例1
一种生物质颗粒燃料的制备方法，将生物质主料、泥炭、碳酸钙按质量比为85：12：3混合均匀，在70MPa、80℃条件下挤压成型制粒，得到生物质颗粒燃料；其中，生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比2:1:1组成。
对比例2
一种生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将泥炭与浓度为0.06mol/L的硝酸铁的水溶液按质量比为1：15混合均匀，然后将pH调至5，充分搅拌反应后过滤、干燥，在惰性气氛下于320℃保温煅烧，冷却后得到泥炭-氧化铁复合材料；
S2、将生物质主料、泥炭-氧化铁复合材料、碳酸钙按质量比为85：12：3混合均匀，在70MPa、80℃条件下挤压成型制粒，得到生物质颗粒燃料；其中，生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比2:1:1组成。
对比例3
一种生物质颗粒燃料的制备方法，包括以下步骤：
S1、将泥炭与固含量为0.8％松香乳液按质量比为1：9混合均匀，然后干燥、粉碎，得到松香改性泥炭；
S3、将生物质主料、松香改性泥炭、碳酸钙按质量比为85：12：3混合均匀，在70MPa、80℃条件下挤压成型制粒，得到生物质颗粒燃料；其中，生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比2:1:1组成。
将实施例2以及对比例1-3制得的生物质颗粒燃料进行性能测试，其中发热量测试参照GB/T 213；灰分含量测试参照GB/T 212；点燃时间采用锥形量热仪进行测定。结果如表1所示：
表1生物质颗粒燃料性能测试结果
由此可见，本发明制备的生物质颗粒燃料与对比例1的常规制备方法制备得到的生物质颗粒燃料相比，发热量得到大幅度提高，同时点燃时间缩短，灰分含量降低，燃烧性能得到全方位的改善。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将泥炭与三价铁盐的水溶液混合均匀，然后将pH调至4.5-5.5，充分搅拌反应后过滤、干燥，在惰性气氛下于300-350℃保温煅烧，冷却后得到泥炭-氧化铁复合材料；
S2、将步骤S1所述泥炭-氧化铁复合材料与松香乳液混合均匀，然后干燥、粉碎，得到松香改性泥炭-氧化铁复合材料；
S3、将步骤S2所述松香改性泥炭-氧化铁复合材料与生物质主料、抗结渣剂混合，制粒，得到高燃烧性能生物质颗粒燃料。
2.根据权利要求1所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，生物质主料、松香改性泥炭-氧化铁复合材料、抗结渣剂的质量比为(80-100)：(10-20)：(2-5)。
3.根据权利要求1或2所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，泥炭与三价铁盐的水溶液的质量比为1：(10-20)。
4.根据权利要求1-3任一项所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，三价铁盐的水溶液的浓度为0.05-0.1mol/L；优选地，所述三价铁盐为氯化铁、硝酸铁或其组合。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，泥炭-氧化铁复合材料与松香乳液的质量比为1：(8-10)。
6.根据权利要求1-5任一项所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，松香乳液的固含量为0.5-1％。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，制粒的方法为：在60-80MPa、70-100℃条件下挤压成型制粒。
8.根据权利要求1-7任一项所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述生物质主料为农作物秸秆、稻壳、花生壳、锯末中的至少一种；优选地，所述生物质主料由小麦秸秆、花生壳、锯末按质量比(1-3):(0.5-1.5):(0.5-1.5)组成。
9.根据权利要求1-8任一项所述的高燃烧性能生物质颗粒燃料的制备方法，其特征在于，所述抗结渣剂为碳酸钙、氧化钙、氧化铝中的至少一种。
10.一种高燃烧性能生物质颗粒燃料，其特征在于，由权利要求1-9任一项所述制备方法制得。
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