專利名稱：一種生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，屬于生物質(zhì)能開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物質(zhì)能源正日益受到人們的重視，秸桿利用是生物質(zhì)能源研究領(lǐng)域的重要部分。中國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸桿資源十分豐富，到2010年約達到7. 26億噸，相當(dāng)于5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。因此，作物秸桿的有效資源化對于緩解我國能源供應(yīng)緊張很有意義。如何將農(nóng)作物秸桿資源化利用已成為一項重要研究課題。目前，秸桿的主要利用途徑主要有(I)直接還田30% ；(2)農(nóng)村生活能源占25% ；(3)畜牧飼料占18% ；(4)造紙原料占4. 6% ; (5)養(yǎng)菇占2. 3%； (6)焚燒和廢棄占20%?？梢娊諚U除還田的部分外，總和農(nóng)村生活能源和廢棄的部分計算，仍有很大部分可供燃料利用。但是直接燃燒的熱效率僅為10% 30%，而且我國秸桿資源分布廣泛，隨季節(jié)和氣候變化會引起收集、存儲和運輸?shù)壤щy，不利于產(chǎn)業(yè)化利用，使秸桿資源化十分受限。針對上述現(xiàn)象，十分有必要將秸桿進行深加工轉(zhuǎn)化為高品位燃料，主要方法是經(jīng)過擠壓或壓縮成型以提高其利用價值，擴展秸桿能源的利用范圍，如此還對提高農(nóng)民經(jīng)濟收入和改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境有重要意義。生物質(zhì)燃料成型技術(shù)是指在一定溫度與壓力下，將各類原本松散細(xì)碎的生物質(zhì)壓制成具有規(guī)則形狀(棒狀、塊狀或顆粒狀)燃料的高新技術(shù)。一般農(nóng)作物秸桿都具有疏松、 密度小、單位體積大、熱值低、營養(yǎng)元素含量不均、易腐爛、不易存放等缺點。而秸桿成型燃料技術(shù)則可在很大程度上解決這些問題，它既可降低其水含量，提高熱值，因為擠壓密度增加，成型后的秸桿體積小、耐燃燒、灰分少，體積僅相當(dāng)于原秸桿的1/30，還因具有一定穩(wěn)定形狀而便于運輸和存儲。其密度可達O. 9 I. 4kg/m3.熱值可達到3500 5500大卡,屬于高揮發(fā)物的固體燃料。因此可以部分代替木柴、原煤、液化氣等燃料，廣泛用于生活爐灶、 取暖爐、熱水鍋爐、工業(yè)鍋爐等。根據(jù)生物質(zhì)成型燃料制作工藝，可將生物質(zhì)成型技術(shù)分為濕壓成型、熱壓成型與碳化成型三種主要方式，其成型機理為在外部加熱、加壓或常溫下原料顆粒先后經(jīng)歷位置重排、顆粒機械變形和塑性流變等階段形成致密性團聚物。(見圖I)
目前，對生物質(zhì)成型壓縮技術(shù)的研究則主要集中在生物質(zhì)壓縮過程中的壓縮特性、機械特性、流變特性與成型工藝方面。專利申請200710307473. 6公開了一種生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒燃料的制取工藝，該工藝通過改進的流程降低了制取過程中的能耗，而壓制出來的顆粒溫度一般為55 60°C，因此無需冷卻即可直接包裝，省卻了冷卻工序，提高了工作效率，但是由于該工序沒有干燥工序，其熱值的提高相對于干燥過的成型燃料相對較低，而且沒有規(guī)則的干燥過程則不便于控制其濕度，產(chǎn)品穩(wěn)定性不好保持。專利申請201010120867. 2公開了一種將秸桿汽爆或烯酸預(yù)處理，然后用纖維素酶酶解，再將酶解后的殘渣壓縮成型用作發(fā)電或鍋爐燃料的技術(shù)，該技術(shù)因提高了原料中木質(zhì)素的含量而提高了產(chǎn)品的熱值，酸處理減少了灰分產(chǎn)生和燃燒過程中的結(jié)焦，但是該技術(shù)明顯程序復(fù)雜，而且成本高，不利于推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，該方法是一種供生活和商業(yè)應(yīng)用的功能型生物質(zhì)壓縮成型燃料的制備方法，該方法實現(xiàn)了生物質(zhì)衍生物資源的便捷、 高效及低污染利用。本發(fā)明按如下具體步驟進行
(1)原料準(zhǔn)備工序主要是去大雜,包括石塊、土塊及其他垃圾；
(2)粉碎及攪拌將原料粉碎至30 135mm，并攪拌混勻，避免產(chǎn)品質(zhì)量偏差；
(3)干燥將原料干燥至含水率為10 25%；
(4)混配將粉碎后的原料與甘蔗廠廢液、固硫劑按重量比(90 70): (5 25):5的比例混勻；
(5)成型與干燥將上述混合物送入成型機中在常溫下壓制成型，然后再在50°C 150°C干燥O. 5 2h使其穩(wěn)定，且成型后燃料水分低于12%，即得生物質(zhì)衍生物燃料。本發(fā)明中所述原料為秸桿(如大蒜秸桿)、農(nóng)作物塊莖、農(nóng)作物殼類中一種或幾種的任意混合物。本發(fā)明中原料干燥采用高速甩干機甩干、烘干機40 130°C下烘干或自然曬干中的一種。本發(fā)明中所用固硫劑為天然固硫劑(主要指堿石灰、蛋殼)經(jīng)粉碎而制得。本發(fā)明中固硫劑粒度為50 150目。本發(fā)明以生物質(zhì)衍生物為原料，除去垃圾土塊及石塊等雜物，目前常見的生產(chǎn)生物質(zhì)成型燃料并沒有去雜工序，原料的狀況復(fù)雜，容易混雜土塊、碎石子等廢物從而影響設(shè)備操作及固體燃料的質(zhì)量。將去雜的原料干燥，干燥可采用高速甩干機、烘干機烘干或自然曬干三種方式中的任意一種。生物質(zhì)原料的含水率只有在適當(dāng)條件下，壓縮成型效果才能達到最佳，過高或過低都將不利于壓縮成型對于顆粒成型燃料，一般要求原料的含水率在 15 25%左右；對于棒狀成型燃料，要求原料的含水率不大于10%。粉碎工序直接影響物料粒度的大小，一般情況下，原料粉碎度越細(xì)，成型質(zhì)量越高，但能耗也越大。由于粉碎粒度粗的原料表面積小，熱和水分的傳遞速度較慢，有時還會發(fā)生成型的顆粒尚未擠出?？拙褪チ怂苄宰冃阅芰?，最后堵死在模孔中；粉碎粒度過粗，成型后較易破碎，穩(wěn)定性較差，同時，還會在接觸部件上產(chǎn)生研磨作用，增大摩擦力，增大能耗，降低產(chǎn)量；生產(chǎn)生物質(zhì)固體成型燃料的粉碎粒度的大小直接影響成型的好壞及模具的壽命和能耗，此工序是工藝過程中不可缺省的一部分。本發(fā)明針對上述問題，經(jīng)過多次實驗比較，選擇了合適的顆粒粒徑為 30mm 135mm。大多數(shù)生物質(zhì)原料中半纖維素和纖維素及木質(zhì)素的相對含量均較高，而且生物質(zhì)如秸桿生物結(jié)構(gòu)存在不均一性，即莖桿、葉、穗、鞘等各占一定比例，各部分的化學(xué)成分及纖維形態(tài)差異很大。若混合工序要求不嚴(yán)格，會導(dǎo)致物料均勻性差，且物料粒度有可能大小不一。生物質(zhì)成型工藝中加入甘蔗廠廢水，既節(jié)省了原料成本，又減輕了甘蔗廠廢水排放造成的污染。利用甘蔗廠廢水中的某些粘性物質(zhì)可降低成型耗能，實現(xiàn)低溫成型，此外， 甘蔗廠廢水中還含有一定量的木質(zhì)素、纖維素與半纖維素的降解物以及附屬產(chǎn)物，這些物質(zhì)本身具有一定粘性和能量，可提高成型燃料的穩(wěn)定性和熱值，添加的固硫劑中的氧化物對燃料還有助燃作用，可降低燃料著火點，提高利用率。本發(fā)明具有如下優(yōu)點
(1)本發(fā)明所用技術(shù)簡單、精細(xì)、易操作，對產(chǎn)品質(zhì)量有很大提高，與目前大部分生物質(zhì)固體成型燃料制作粗放的方式不同；
(2)本發(fā)明所用天然固硫劑，成本低廉，環(huán)保；
(3)本發(fā)明使用甘蔗廠廢水為粘結(jié)劑，即提高熱值與穩(wěn)定性，降低成型能耗，還降低整體工藝成本；
(4)原料來源廣泛，成本低，環(huán)保，而且燃燒不會對設(shè)備造成酸堿腐蝕，降低了設(shè)備維護成本，此外，還提高了農(nóng)作物固廢的利用率，通過本發(fā)明方法制得的燃料穩(wěn)定性好，熱值高， 熱值可達3500 4500大卡,抗壓強度可達45 50kg/cm2。


圖I是生物質(zhì)成型機理示意圖，其中A是粒子排列改變，B是粒子變形，C是塑性流動。圖2是本發(fā)明生物質(zhì)衍生物染料制備方法的工藝流程示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明保護范圍不局限于所述內(nèi)容。實施例I :本生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，具體操作如下
將收集的大蒜秸桿除去其中所含的垃圾土塊等雜物后，將秸桿粉碎至50_，并攪拌均勻，用烘干機在120°C下干燥至水分含量為20%，將干燥后的秸桿與甘蔗廠廢液以及50目堿石灰粉末按重量比90:5:5比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?；混合物料由供料器將物料送入壓制器中在常溫下壓制成型，最后?00°C下干燥約I. Oh使其穩(wěn)定后，即得生物質(zhì)衍生物燃料，成型后生物質(zhì)衍生燃料熱值可達3500大卡，抗壓強度48kg/cm2。
實施例2 :本生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，具體操作如下
將收集的大蒜秸桿和小麥殼(I:2)除去其中所含的垃圾土塊等雜物后，粉碎至100_， 并攪拌均勻，用高速甩干機甩干至水分含量為10%，將干燥后的混合原料與甘蔗廠廢液以及 100目雞蛋殼粉末按重量比70:25:5比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆?；混合物由供料器將物料送入壓制器在常溫下壓制成型，最后?0°C條件下干燥約2. Oh使其穩(wěn)定，即得生物質(zhì)衍生物燃料，制得的生物質(zhì)衍生燃料熱值可達4500大卡,抗壓強度50kg/cm2。
實施例3 :本生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，具體操作如下
將收集的大蒜秸桿和紅薯塊莖(I: I)除去其中所含的垃圾土塊等雜物后，粉碎至 135mm,并攪拌均勻，并自然干燥至水分含量約為25%，將干燥后的混合原料與甘蔗廠廢液以及150目鴨蛋殼粉末按重量比80:15:5比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆颍旌衔镉晒┝掀鲗⑽锪纤腿雺褐破髟诔叵聣褐瞥尚?，最后?50°C條件下干燥約O. 5h使其穩(wěn)定，即得生物質(zhì)衍生物燃料，成型后的生物質(zhì)衍生燃料熱值可達4500大卡，抗壓強度50kg/cm2。
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實施例4 :本生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，具體操作如下
將收集的大蒜秸桿和稻桿(3:1)除去其中所含的垃圾土塊等雜物后，粉碎至30_，并攪拌均勻，用烘干機在40°C下干燥至水分含量約為15%，將干燥后的混合原料與甘蔗廠廢液以及70目鴨蛋殼粉末按重量比85:10:5比例混合，充分?jǐn)嚢杈鶆颍旌衔镉晒┝掀鲗⑽锪纤腿雺褐破髟诔叵聣褐瞥尚?，最后?0°C條件下干燥約2h使其穩(wěn)定，即得生物質(zhì)衍生物燃料，成型后的生物質(zhì)衍生燃料熱值可達4000大卡，抗壓強度50kg/cm2。
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，其特征在于按如下步驟進行(1)去除原料中的雜質(zhì)后，將原料粉碎至30 135_，并攪拌混勻；(2)將原料干燥至含水率為10 25%；(3)按重量比90 70:5 25:5的比例將干燥后原料、甘蔗廠廢液和固硫劑混勻；(4)將混合物送入成型機中在常溫下壓制成型，最后在50 150°C下干燥O.5 2. Oh， 即得生物質(zhì)衍生物燃料。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，其特征在于原料為秸桿、農(nóng)作物塊莖、農(nóng)作物殼類中一種或幾種的任意比混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，其特征在于原料干燥采用高速甩干機甩干、烘干機40 130°C下烘干或自然曬干中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，其特征在于固硫劑是由天然固硫劑堿石灰或蛋殼干燥粉碎后制得。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，其特征在于固硫劑粒度為 50 150目。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物質(zhì)衍生物燃料的制備方法，該方法將原料經(jīng)過除雜、粉碎、干燥、混配、成型干燥等工序，制得生物質(zhì)衍生物燃料，本發(fā)明方法簡單，技術(shù)精細(xì)，易操作，原料來源廣泛，成本低，環(huán)保，而且燃燒不會對設(shè)備造成酸堿腐蝕，降低了設(shè)備維護成本，此外，還提高了農(nóng)作物固廢的利用率，通過本發(fā)明方法制得的燃料穩(wěn)定性好，熱值高。
文檔編號C10L5/44GK102585960SQ201210047248
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月28日
發(fā)明者寧平, 尹琴, 瞿廣飛, 郭輝 申請人:昆明理工大學(xué)