CN113430027A - 一种生物质燃料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物质燃料，由以下方法制备而成：将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；将所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂混合，然后压制、切割，得到生物质燃料。本发明的生物质燃料能够充分燃烧、发热量高，同时烟气结渣率低。

Description

一种生物质燃料
技术领域
本发明属于生物质燃料技术领域，具体涉及一种生物质燃料。
背景技术
常见的生物质包括农业废弃物、油料作物、工业有机废弃物、木材加工废弃物、动物粪便等。生物质储量高、可再生，且燃烧释放的二氧化碳几乎与其生长时通过光合作用所吸收的二氧化碳相当，可认为燃烧生物质燃料时产生的二氧化碳为零。因此，生物质燃料的有效、充分转化不仅能解决资源浪费及污染问题，还能满足农村的燃料需求。中国专利CN103184087A公开了一种生物质燃料及其制备方法，包括以下步骤：将木屑、秸秆、山核桃壳、竹屑混匀后粉碎；进行烘干，并同时去除混合物中的石头、铁钉和铁丝；通过颗粒机，将粉末压缩成颗粒；冷却。该生物燃料结合牢固、燃烧效果稳定，但燃料的发热量及抗结渣性能有待改进。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种生物质燃料。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种生物质燃料，由以下方法制备而成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2将所述残渣粉末、抗结渣剂混合，然后压制、切割，得到呈颗粒状的所述生物质燃料。
优选的，一种生物质燃料，由以下方法制备而成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2将所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂混合，然后压制、切割，得到呈颗粒状的所述生物质燃料。
所述Z1过程中：所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆中的一种或者多种的混合物；优选的，所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆按质量比(1-10):(1-10):(1-10):(1-10)组成的混合物；所述烘干温度为65-75℃，烘干时长为1-5h；所述残渣粉末的纤维长度≤15mm。
所述Z2过程中：所述残渣粉末、抗结渣剂的质量比为(18-20):1；优选的，所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂的质量比为(18-20):1:(1-3)；所述压制的压力大小为10-15MPa，保压时长为25-45min；所述生物质燃料的尺寸为(1-3)mm×(1-3)mm×(1-3)mm。
所述功能助剂为膨润土、沸石、改性沸石、变性淀粉中至少两种；优选的，所述功能助剂为膨润土、改性沸石、变性淀粉按质量比1:(1-3):(5-10)组成的混合物。
所述改性沸石的制备方法为：将沸石、卡波姆940加入到二甲基亚砜中超声分散10-15min，所述卡波姆940、沸石与二甲基亚砜的质量比为1:(3-5):(30-50)；再加入甲氧甲基氨基吡啶、五乙烯六胺加热搅拌50-80min，所述甲氧甲基氨基吡啶、五乙烯六胺与沸石的质量比为(0.1-0.5):(1-3):10；再加入N-甲氨基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷继续搅拌10-20min，所述N-甲氨基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷与沸石的质量比为(0.05-0.1):10；过滤、干燥，得到改性沸石。所述超声分散的条件为20-30kHz、300-600W；所述加热搅拌的条件为70-80℃、80-100rpm。
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过600-800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过150-160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ(1.4-2.5)mm和Φ(4-6.2)mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为(1-3):(1-3)，球料比为(9-13):1，所述行星式球磨机的工作转速为500-800rpm，干磨时长为8-12h；所述矿石为白云石、霞石按质量比(1-3):(1-3)组成的混合物。
本发明采用两种特定尺寸的氧化铝磨球以特定方式对白云石和霞石干磨，得到了粉末粒径小、粒径分布集中、具有凹凸不平且比表面积很大的微观形貌的矿石粉末颗粒，这有利于后续与起泡剂、润湿剂的混合成型。本发明采用含有月桂酰谷氨酸钠的乙醇水溶液清洗所得矿石粉末由于运输、储藏、加工过程引入的油脂等杂质；其中，月桂酰谷氨酸钠中的负电位中心对于矿石粉末空腔中的杂质具有非常好的吸附力，它的加入可以使得矿石粉末在后续与起泡剂具有更好的相容性。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为20-25％，并且含有质量分数为1-3.2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:(7-10)L；所述乙醇水溶液的温度为恒温45-55℃；所述清洗过程中采用功率为300-340W、频率为31-38kHz的超声波辅助，清洗时长为100-140min；所述静置时长为4-7h，静置环境温度为20-30℃；所述离心速度为2000-5000rpm，离心时间为20-30min；所述烘干温度为80-88℃，烘干时长为5-8h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或者两种的混合物；优选的，所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比(1-2):(1-2)组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜中的一种或者两种的混合物；优选的，所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比(1-2):(1-2)组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为(10-15):(0.3-0.8):(0.7-1.8)；所述搅拌速率为30-90rpm，搅拌时长为10-25min。
更优选的，所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物。
聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯中，羟基与醚键之间的相对位向和具有高密度电子云的含氧杂环，使其可使所述矿石粉末与本发明所采用的起泡剂之间相容性提高；聚乙二醇二丙烯酸酯中的对称羧基及碳碳双键所构成的极性范围可使得所采用的起泡剂中的碱式碳酸铜能够更加均匀地分布在所述矿石粉末基体中。因此，本发明将该两种物质作为所述矿石粉末、起泡剂之间的润湿剂，可以改善矿石粉末中起泡剂的均匀分布情况，由此在烧结过程中使得矿石粉末中产生均匀细密的空腔，这有利于所制得的抗结渣剂与作物残渣粉末共同燃烧时，与作物残渣中含有的碱金属元素反应生成高熔点的碱金属燃烧产物，由此提高了残渣灰分的熔点，由此有效降低了所述生物质燃料的结渣率；同时，所述抗结渣剂也具有吸附有高度逸散倾向的硫元素的能力，将其应用于生物质燃料中可以起到环境保护的作用。本发明采用碳酸氢铵、碱式碳酸铜联合作为辅助烧结矿石粉末的起泡剂：碳酸氢铵在受热时分解出的二氧化碳、氨气、水蒸气可以促使所述矿石粉末中产生大量且细密的空腔；碱式碳酸铜除了在受热可分解出水蒸气和二氧化碳之外，还可为矿石粉末提供铜元素，铜可作为氧的活性载体而提高向碳传递氧的能力和效率，由此可以使得作物残渣充分燃烧，作物残渣中储藏的生物质能能够充分、高效地转化成热量并释放出来，如此便提高了所述生物质燃料的发热量。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为15-25kv/cm，交变频率为60-150Hz；所述烧结过程中控制恒压为85-95kPa，采用氮气、二氧化碳中的一种或者两种的混合物作为保护气，升温速率为1-5℃/s，当烧结温度达到1100-1120℃时保温2-5h；在所述过筛过程中采用规格为120-180目的筛网。
本发明采用交变电场辅助对于所述抗结渣剂的烧结过程，交变电场的高电场强度可为烧结时矿石粉末中的原子重排提供充分动力，而电场方向的高速切变可以使得烧结时产生的而水蒸气、氨气极性高速切变，增大上述生成气体离开矿石粉末内部的难度，这使得所述生成气体在提高所述抗结渣剂中空腔密度的同时，能够改善所述空腔中的微观形貌和表面能，使其能够更容易与作物残渣中的碱金属吸附并反应，并能使得碱式碳酸铜分解后产生的游离铜能够更加均匀地分布在所述抗结渣剂的基体中，由此便有效并显著的提高了所述生物质燃料的发热量并降低了结渣率。
由本发明特定方法制得的生物质燃料符合GB 13271-2014《锅炉大气污染物排放标准》的规定。
本发明的有益效果：本发明生物质燃料能够充分燃烧、发热量高，同时烟气结渣率低；其中的抗结渣剂采用白云石和霞石作为原料，以聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯作为润湿剂，以碳酸氢铵和碱式碳酸铜作为起泡剂，经过交变电场辅助烧结后能够有效降低结渣率。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的上述发明内容作进一步的详细描述，但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于下述实施例。
本申请中部分原料的介绍：
甘蔗渣，来自武鸣县鑫来顺农产品废弃物经营部，含水量≤15wt.％，纤维长度范围：2～10mm，含杂率≤8wt.％。
高粱秸秆，来自正阳县新兴草业场，含水量≤12wt.％，纤维长度≤6cm，含杂率≤10％。
木薯渣，来自广西源英农业开发有限公司，含水量≤12wt.％，粗蛋白≥5.79wt.％，粗灰分≥4.8wt.％，粗纤维≥13.9wt.％，淀粉含量≥46.76wt.％。
玉米秸秆，来自正阳县源盛牧草秸秆经营部，纤维长度≤100mm，含水量≤15wt.％，含杂率≤12wt.％。
白云石，CAS：16389-88-1，来自石家庄达坤矿产品有限公司，粒径400目，符合HG/T2959-2010《工业水合碱式碳酸镁》的规定。
霞石，化学式：KNa3(AlSiO4)4，来自广西浙创化工有限公司，粒径400目，符合JC/T2395-2017《霞石正长岩粉(砂)》的规定。
月桂酰谷氨酸钠，CAS：29923-31-7，来自萨恩化学科技(上海)有限公司。
聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯，CAS：9005-64-5，来自百灵威科技有限公司，分子量：40000。
聚乙二醇二丙烯酸酯，CAS：26570-48-9，来自西亚化学科技(山东)有限公司，分子量：12000。
碱式碳酸铜，CAS：12069-69-1，来自西亚化学科技(山东)有限公司。变性淀粉，CAS：9049-76-7，采用河北创之源生物科技有限公司的木薯变性淀粉。
卡波姆940，CAS：9007-20-9，来自衡水昊业化工有限公司。
膨润土，采用灵寿县克森矿产品加工厂的钙基膨润土，200目。
沸石，采用灵寿县澳宇建材加工厂的沸石粉，325目。
实施例1
一种生物质燃料的制备方法，由以下步骤组成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2将所述残渣粉末、抗结渣剂混合，然后压制、切割，得到呈颗粒状的生物质燃料。
所述Z1过程中：所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆按质量比1:1:1:1组成的混合物；所述烘干温度为75℃，烘干时长为3h；所述残渣粉末的纤维长度≤7mm。
所述Z2过程中：所述残渣粉末、抗结渣剂的质量比为19:1；所述压制的压力大小为13MPa，保压时长为35min；所述生物质燃料的尺寸为2mm×2mm×2mm。
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。
实施例2
与实施例1基本相同，区别仅在于：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯。
实施例3
与实施例1基本相同，区别仅在于：所述润湿剂为聚乙二醇二丙烯酸酯。
实施例4
与实施例1基本相同，区别仅在于：
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂的质量比为12.5:0.6；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。
实施例5
与实施例1基本相同，区别仅在于：
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。
实施例6
与实施例1基本相同，区别仅在于：
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。
实施例7
与实施例1基本相同，区别仅在于：
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。
实施例8
与实施例1基本相同，区别仅在于：
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。
实施例9
一种生物质燃料的制备方法，由以下步骤组成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2对所述残渣粉末压制、切割，得到呈颗粒状的生物质燃料。
所述Z1过程中：所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆按质量比1:1:1:1组成的混合物；所述烘干温度为75℃，烘干时长为3h；所述残渣粉末的纤维长度≤7mm。
所述Z2过程中：所述压制的压力大小为13MPa，保压时长为35min；所述生物质燃料的尺寸为2mm×2mm×2mm。
实施例10
一种生物质燃料的制备方法，由以下步骤组成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2将所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂混合，然后压制、切割，得到呈颗粒状的生物质燃料。
所述Z1过程中：所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆按质量比1:1:1:1组成的混合物；所述烘干温度为75℃，烘干时长为3h；所述残渣粉末的纤维长度≤7mm。
所述Z2过程中：所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂的质量比为19:1:3；所述压制的压力大小为13MPa，保压时长为35min；所述生物质燃料的尺寸为2mm×2mm×2mm。
所述功能助剂为膨润土、改性沸石、变性淀粉按质量比1:3:7组成的混合物。
所述改性沸石的制备方法为：将沸石、卡波姆940加入到二甲基亚砜中超声分散10min，所述卡波姆940、沸石与二甲基亚砜的质量比为1:5:35；再加入甲氧甲基氨基吡啶、五乙烯六胺加热搅拌50min，所述甲氧甲基氨基吡啶、五乙烯六胺与沸石的质量比为0.3:2:10；再加入N-甲氨基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷继续搅拌20min，所述N-甲氨基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷与沸石的质量比为0.1:10；过滤、干燥，得到改性沸石。所述超声分散的条件为30kHz、600W；所述加热搅拌的条件为75℃、100rpm。
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。参照标准GB/T 5468-1991对实施例10所得生物质燃料的烟尘排放情况进行测试，其烟尘排放量为9.6kg/h。实施例10采用的功能助剂能够有效增加生物质燃料的孔隙度及吸附性能，改性后的沸石表面含量大量活性基团可以更好的分散并与生物质结合，是生物质燃料燃烧更充分、排放的烟尘量更低。
对比例1
一种生物质燃料的制备方法，由以下步骤组成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2将所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂混合，然后压制、切割，得到呈颗粒状的生物质燃料。
所述Z1过程中：所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆按质量比1:1:1:1组成的混合物；所述烘干温度为75℃，烘干时长为3h；所述残渣粉末的纤维长度≤7mm。
所述Z2过程中：所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂的质量比为19:1:3；所述压制的压力大小为13MPa，保压时长为35min；所述生物质燃料的尺寸为2mm×2mm×2mm。
所述功能助剂为膨润土、沸石、变性淀粉按质量比1:3:7组成的混合物。
所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过160目筛网，得到所述抗结渣剂。
所述E1步骤中：所述两种氧化铝磨球的规格分别为Φ2mm和Φ5mm，所述两种氧化铝磨球的质量比为1:1，球料比为11:1，所述行星式球磨机的工作转速为720rpm，干磨时长为9h；所述矿石为白云石、霞石按质量比3:1组成的混合物。
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为25％，并且含有质量分数为2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:8L；所述乙醇水溶液的温度为恒温50℃；所述清洗过程中采用功率为320W、频率为35kHz的超声波辅助，清洗时长为120min；所述静置时长为5h，静置环境温度为25℃；所述离心速度为3000rpm，离心时间为25min；所述烘干温度为85℃，烘干时长为6h。
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯按质量比2:1组成的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜按质量比1:1组成的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为12.5:0.6:1.2；所述搅拌速率为50rpm，搅拌时长为15min。
所述E4步骤中：所述交变电场的电场强度为22kv/cm，交变频率为100Hz；所述烧结过程中控制恒压为90kPa，采用氮气作为保护气，升温速率为3℃/s，当烧结温度达到1120℃时保温4h。参照标准GB/T 5468-1991对对比例1所得生物质燃料的烟尘排放情况进行测试，其烟尘排放量为10.5kg/h。
测试例1
发热量测试：根据GB/T 30727-2014《固体生物质燃料发热量测定方法》中的恒温式热量计法测定由本发明各例所得生物质燃料的发热量。按照GB/T 28730-2012《固体生物质燃料样品制备方法》制备出规格为0.5mm的试样。氧弹中的氧气压力为3.0MPa，达到压力后的持续充氧时间为18s；往内筒中加入蒸馏水使得氧弹盖的顶面淹没在水面下15mm；每次读数前开启振荡器振荡5s；各例所得生物质燃料均进行三次试验，试验结果取该三次试验的平均值；以恒容低位发热量衡量所述生物质燃料的发热量并将单位换算成MJ/kg。
表1生物质燃料的发热量
Figure BDA0003143282580000161
Figure BDA0003143282580000171
测试例2
结渣性测试：根据NB/T 34025-2015《生物质固体燃料结渣性试验方法》测定由本发明各例所得生物质燃料的结渣性。按照NY/T 1879-2010《生物质固体成型燃料采样方法》和NY/T 1880-2010《生物质固体成型燃料样品制备方法》的规定，采样并制备出粒度为3mm的空气干燥试样4kg。按照NY/T 1881.5-2010《生物质固体成型燃料试验方法第5部分：灰分》的规定测定木炭灰分。
表2生物质燃料的结渣性
结渣率(％)
实施例1 1.21
实施例2 1.82
实施例3 2.30
实施例4 3.45
实施例5 1.57
实施例6 2.29
实施例7 2.82
实施例8 4.53
实施例9 8.24
本发明采用两种特定尺寸的氧化铝磨球以特定方式对白云石和霞石干磨，得到了粉末粒径小、粒径分布集中、具有凹凸不平且比表面积很大的微观形貌的矿石粉末颗粒，这有利于后续与起泡剂、润湿剂的混合成型。本发明采用含有月桂酰谷氨酸钠的乙醇水溶液清洗所得矿石粉末由于运输、储藏、加工过程引入的油脂等杂质；其中，月桂酰谷氨酸钠中的负电位中心对于矿石粉末空腔中的杂质具有非常好的吸附力，它的加入可以使得矿石粉末在后续与起泡剂具有更好的相容性。聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯中，羟基与醚键之间的相对位向和具有高密度电子云的含氧杂环，使其可使所述矿石粉末与本发明所采用的起泡剂之间相容性提高；聚乙二醇二丙烯酸酯中的对称羧基及碳碳双键所构成的极性范围可使得所采用的起泡剂中的碱式碳酸铜能够更加均匀地分布在所述矿石粉末基体中。因此，本发明将该两种物质作为所述矿石粉末、起泡剂之间的润湿剂，可以改善矿石粉末中起泡剂的均匀分布情况，由此在烧结过程中使得矿石粉末中产生均匀细密的空腔，这有利于所制得的抗结渣剂与作物残渣粉末共同燃烧时，与作物残渣中含有的碱金属元素反应生成高熔点的碱金属燃烧产物，由此提高了残渣灰分的熔点，由此有效降低了所述生物质燃料的结渣率；同时，所述抗结渣剂也具有吸附有高度逸散倾向的硫元素的能力，将其应用于生物质燃料中可以起到环境保护的作用。本发明采用碳酸氢铵、碱式碳酸铜联合作为辅助烧结矿石粉末的起泡剂：碳酸氢铵在受热时分解出的二氧化碳、氨气、水蒸气可以促使所述矿石粉末中产生大量且细密的空腔；碱式碳酸铜除了在受热可分解出水蒸气和二氧化碳之外，还可为矿石粉末提供铜元素，铜可作为氧的活性载体而提高向碳传递氧的能力和效率，由此可以使得作物残渣充分燃烧，作物残渣中储藏的生物质能能够充分、高效地转化成热量并释放出来，如此便提高了所述生物质燃料的发热量。本发明采用交变电场辅助对于所述抗结渣剂的烧结过程，交变电场的高电场强度可为烧结时矿石粉末中的原子重排提供充分动力，而电场方向的高速切变可以使得烧结时产生的而水蒸气、氨气极性高速切变，增大上述生成气体离开矿石粉末内部的难度，这使得所述生成气体在提高所述抗结渣剂中空腔密度的同时，能够改善所述空腔中的微观形貌和表面能，使其能够更容易与作物残渣中的碱金属吸附并反应，并能使得碱式碳酸铜分解后产生的游离铜能够更加均匀地分布在所述抗结渣剂的基体中，由此便有效并显著的提高了所述生物质燃料的发热量并降低了结渣率。

Claims (8)

1.一种生物质燃料，其特征在于，由以下方法制备而成：
Z1将作物秸秆残渣粉碎，烘干，得到残渣粉末；
Z2将所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂混合，然后压制、切割，得到呈颗粒状的所述生物质燃料。
2.如权利要求1所述的生物质燃料，其特征在于，所述残渣粉末、抗结渣剂、功能助剂的质量比为(18-20):1:(1-3)。
3.如权利要求1所述的生物质燃料，其特征在于，所述功能助剂为膨润土、改性沸石、变性淀粉按质量比1:(1-3):(5-10)组成的混合物。
4.如权利要求3所述的生物质燃料，其特征在于，所述改性沸石的制备方法为：将沸石、卡波姆940加入到二甲基亚砜中超声分散，所述卡波姆940、沸石与二甲基亚砜的质量比为1:(3-5):(30-50)；再加入甲氧甲基氨基吡啶、五乙烯六胺加热搅拌，所述甲氧甲基氨基吡啶、五乙烯六胺与沸石的质量比为(0.1-0.5):(1-3):10；再加入N-甲氨基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷继续搅拌，所述N-甲氨基丙基三(三甲基硅氧基)硅烷与沸石的质量比为(0.05-0.1):10；过滤、干燥，得到改性沸石。
5.如权利要求1所述的生物质燃料，其特征在于，所述作物秸秆残渣为甘蔗渣、高粱秸秆、木薯渣、玉米秸秆按质量比(1-10):(1-10):(1-10):(1-10)组成的混合物。
6.如权利要求1所述的生物质燃料，其特征在于，所述Z1过程中：所述烘干温度为65-75℃，烘干时长为1-5h；所述残渣粉末的纤维长度≤15mm；
所述Z2过程中：所述压制的压力大小为10-15MPa，保压时长为25-45min；所述生物质燃料的尺寸为(1-3)mm×(1-3)mm×(1-3)mm。
7.如权利要求1所述的生物质燃料，其特征在于，所述抗结渣剂的制备方法为：
E1采用两种尺寸的氧化铝磨球，通过行星式球磨机对矿石进行干磨，得到矿石粉末；
E2用乙醇水溶液清洗由E1得到的矿石粉末，然后静置、离心、烘干、粉碎，过600-800目筛网；
E3将由E2得到的矿石粉末、起泡剂、润湿剂混合，搅拌，得到待烧结坯料；
E4在加载交变电场的条件下烧结由E3得到的待烧结坯料，随炉冷却至室温，粉碎，过150-160目筛网，得到所述抗结渣剂。
8.如权利要求7所述的生物质燃料，其特征在于，所述E1步骤中：所述行星式球磨机的工作转速为500-800rpm，干磨时长为8-12h；所述矿石为白云石、霞石按质量比(1-3):(1-3)组成的混合物；
所述E2步骤中：所述乙醇水溶液中乙醇的质量分数为20-25％，并且含有质量分数为1-3.2％的月桂酰谷氨酸钠；所述矿石粉末、乙醇水溶液的浴比为1kg:(7-10)L；所述乙醇水溶液的温度为恒温45-55℃；所述清洗过程中采用功率为300-340W、频率为31-38kHz的超声波辅助，清洗时长为100-140min；所述静置时长为4-7h，静置环境温度为20-30℃；所述离心速度为2000-5000rpm，离心时间为20-30min；所述烘干温度为80-88℃，烘干时长为5-8h；
所述E3步骤中：所述润湿剂为聚氧乙烯失水山梨醇月桂酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或者两种的混合物；所述起泡剂为碳酸氢铵、碱式碳酸铜中的一种或者两种的混合物；所述矿石粉末、起泡剂、润湿剂的质量比为(10-15):(0.3-0.8):(0.7-1.8)；所述搅拌速率为30-90rpm，搅拌时长为10-25min。
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