一種生物質(zhì)成型燃料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟一，浸泡，將生物質(zhì)原料用有機弱酸溶液浸泡一段時間，得到浸泡物料；步驟二，壓縮，在高壓條件下，將浸泡物料進(jìn)行壓縮，得到含有一定水分的壓縮物料；步驟三，摩擦熱解，將壓縮物料投入到反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中通入惰性氣體后，反應(yīng)器運轉(zhuǎn)使壓縮物料發(fā)生摩擦后，產(chǎn)生高溫高壓條件，壓縮物料發(fā)生熱解，得到熱解物料；步驟四，一次冷卻，將熱解物料通過冷凝器冷卻至一定溫度，得到一次冷卻物料；步驟五，二次冷卻，將一次冷卻物料通過二次冷卻器冷卻至室溫，得到二次冷卻物料；步驟六，熱壓成型，將二次冷卻物料投入至熱壓成型機中，進(jìn)行壓制成型，得到生物質(zhì)成型燃料。
【專利說明】
一種生物質(zhì)成型燃料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及再生能源領(lǐng)域，具體涉及一種生物質(zhì)成型燃料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]能源是社會發(fā)展的源動力，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，能源已成為經(jīng)濟發(fā)展前進(jìn)道路上的主要問題。大量化石燃料燃燒，使得地球環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞，尤其近幾年霧霾現(xiàn)象日益嚴(yán)重，環(huán)境問題已經(jīng)引起了社會的高度重視。因此，尋找和開發(fā)可替代傳統(tǒng)化石燃料的可再生能源迫在眉睫。而生物質(zhì)能源作為一種可再生能源，具有可再生、低污染的優(yōu)點，充分利用好生物質(zhì)能源對于解決能源問題、環(huán)境問題具有重要意義。
[0003]生物質(zhì)燃料是一種典型的生物質(zhì)能源，是國家政策鼓勵的燃料，其具有諸多優(yōu)點:燃料發(fā)熱量大，純度高，不含其它不產(chǎn)熱量的雜物，不含煤矸石等不發(fā)熱反而耗熱的雜質(zhì)，不含硫磷，燃燒時不產(chǎn)生二氧化硫和五氧化二磷，因而不會導(dǎo)致酸雨產(chǎn)生，不污染大氣。生物質(zhì)燃料分布廣泛，成本低，是一種典型的低綠色能源。因此，開發(fā)出一種制備生物質(zhì)燃料的方法尤為重要。
[0004]傳統(tǒng)制備生物質(zhì)燃料的方法主要采用炭化工藝，在隔絕空氣條件下加熱分解得到固體燃料，但是，此種方法需要額外供能，并且能量利用率低，固定碳產(chǎn)率低，產(chǎn)生很多副產(chǎn)物，這些副產(chǎn)物污染環(huán)境。
[0005]中國發(fā)明專利生物質(zhì)燃料制備方法(公開號為CN105132066A，【公開日】期為2015年12月09日)公開了一種生物質(zhì)燃料制備方法，該生物質(zhì)燃料制備方法步驟3按重量份數(shù)組分進(jìn)行配比中加入了多種的有機溶劑，這些有機溶劑在后續(xù)的操作中很難分解，對環(huán)境會造成一定影響，并且其中的抗氧化劑需要在反應(yīng)釜中制備，工藝復(fù)雜，還需要額外供能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種能量利用率高、固定碳產(chǎn)率大并只依靠自身相互作用就可生成的生物質(zhì)成型燃料的制備方法。
[0007]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0008]—種生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0009]步驟一，浸泡，將生物質(zhì)原料用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有機弱酸溶液以一定固液比浸泡一段時間，得到浸泡物料；
[0010]步驟二，壓縮，在高壓條件下，將浸泡物料進(jìn)行壓縮，得到含有一定水分的壓縮物料；
[0011]步驟三，摩擦熱解，將壓縮物料投入到反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中通入惰性氣體后，反應(yīng)器運轉(zhuǎn)使壓縮物料發(fā)生摩擦，壓縮物料摩擦產(chǎn)熱，使反應(yīng)器內(nèi)溫度升高至300?400 V，壓強升高至3?5MPa，壓縮物料發(fā)生熱解，得到熱解物料；
[0012]步驟四，一次冷卻，將熱解物料通過冷凝器冷卻至一定溫度，得到一次冷卻物料；
[0013]步驟五，二次冷卻，將一次冷卻物料通過二次冷卻器冷卻至室溫，得到二次冷卻物料；
[0014]步驟六，熱壓成型，將二次冷卻物料投入至熱壓成型機中，在預(yù)定溫度和預(yù)定壓強下進(jìn)行壓制成型，得到生物質(zhì)成型燃料。
[0015]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征，其中，在步驟一中，有機弱酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5 %?4%，生物質(zhì)原料與有機弱酸溶液的固液比為lg: 10?50ml，浸泡的時間為30?80min。
[0016]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征，其中，在步驟一中，有機弱酸溶液為甲酸溶液或乙酸溶液。
[0017]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征，其中，在步驟二中，高壓條件為15?45MPa，壓縮物料含水量為15?60%。
[0018]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征，其中，在步驟三中，惰性氣體為氮氣或氦氣。
[0019]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征:其中，在步驟四中，一次冷卻的冷卻終溫為100?200°C。
[0020]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征:其中，在步驟六中，預(yù)定溫度為50?120°C，預(yù)定壓強為100?250MPa。
[0021]在本發(fā)明提供的生物質(zhì)成型燃料的制備方法中，還可以具有這樣的特征:其中，生物質(zhì)原料為玉米秸桿、木肩以及稻殼中的任意一種。
[0022]本發(fā)明還提供了一種生物質(zhì)成型燃料，采用上述生物質(zhì)成型燃料的制備方法制得，其特征在于，包含:質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0.88?5.46%的灰分，32.54?40.47 %的固定碳，55.69?59.75 %的揮發(fā)分，2.96?4.17 %的水分。
[0023]發(fā)明的作用與效果
[0024]本發(fā)明提供的一種生物質(zhì)成型燃料中固定碳含量高、含水分低、抗壓強度高以及燃燒中放熱性好，是一種綠色環(huán)保的安全型能源。本發(fā)明提供的一種生物質(zhì)成型燃料的制備方法是利用生物質(zhì)原料制備的，在浸泡、壓縮之后，反應(yīng)器中壓縮物料之間相互摩擦并產(chǎn)熱，再進(jìn)行分解。此過程不需要額外供能便可實現(xiàn)，節(jié)約能源，同時能量利用率高、固定碳產(chǎn)率大，可以實現(xiàn)連續(xù)性大規(guī)模生產(chǎn)。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，以下實施例對本發(fā)明的生物質(zhì)成型燃料及其制備方法作具體闡述。
[0026]實施例一
[0027]本實施例的生物質(zhì)成型燃料的制備方法如下:
[0028]步驟一，浸泡，將玉米秸桿用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%的乙酸溶液以玉米秸桿與乙酸的固液比為l:10(g:ml)浸泡80min，得到浸泡的玉米秸桿；
[0029]步驟二，壓縮，在壓強為20MPa條件下，將浸泡的玉米秸桿進(jìn)行壓縮，得到含水量為60 %的壓縮的玉米稻桿；
[0030]步驟三，摩擦熱解，將壓縮的玉米秸桿投入到耐高溫高壓的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中通入氮氣后，內(nèi)燃機驅(qū)動反應(yīng)器內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使壓縮的玉米秸桿發(fā)生摩擦，壓縮的玉米秸桿的顆粒之間相互摩擦產(chǎn)熱，使反應(yīng)器內(nèi)溫度升高至300°C，壓強升高至3MPa，壓縮的玉米秸桿內(nèi)水分快速蒸發(fā)后發(fā)生熱解，得到熱解的玉米秸桿；
[0031]步驟四，一次冷卻，將熱解的玉米秸桿通過冷凝器冷卻至溫度為100°C，得到一次冷卻的玉米秸桿；
[0032]步驟五，二次冷卻，將一次冷卻的玉米秸桿通過二次冷卻器冷卻至室溫，得到二次冷卻的玉米秸桿；以及
[0033]步驟六，熱壓成型，將二次冷卻的玉米秸桿投入至熱壓成型機中，在溫度為50°C、壓強為10MPa條件下進(jìn)行壓制成型，得到生物質(zhì)成型燃料。
[0034]采用本實施例得到的生物質(zhì)成型燃料中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5.46%、固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為32.54%,揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為58.35%,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3.65%,熱值為21.25MJ/Kg、燃點279°C、抗壓強度7MPa。
[0035]實施例二
[0036]本實施例的生物質(zhì)成型燃料的制備方法如下:
[0037]步驟一，浸泡，將木肩用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的乙酸溶液以木肩與乙酸的固液比為1:30(g:ml)浸泡50min，得到浸泡的木肩；
[0038]步驟二，壓縮，在壓強為15MPa條件下，將浸泡的木肩進(jìn)行壓縮，得到含水量為35%的壓縮的木肩；
[0039]步驟三，摩擦熱解，將壓縮的木肩投入到耐高溫高壓的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中通入氮氣后，內(nèi)燃機驅(qū)動反應(yīng)器內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使壓縮的木肩發(fā)生摩擦，壓縮的木肩的顆粒之間相互摩擦產(chǎn)熱，使反應(yīng)器內(nèi)溫度升高至400°C，壓強升高至5MPa，壓縮的木肩內(nèi)水分快速蒸發(fā)后發(fā)生熱解，得到熱解的木肩；
[0040]步驟四，一次冷卻，將熱解的木肩通過冷凝器冷卻至溫度為200°C，得到一次冷卻的木肩；
[0041 ] 步驟五，二次冷卻，將一次冷卻的木肩通過二次冷卻器冷卻至室溫，得到二次冷卻的木肩；以及
[0042]步驟六，熱壓成型，將二次冷卻的木肩投入至熱壓成型機中，在溫度為120°C、壓強為250MPa條件下進(jìn)行壓制成型，得到生物質(zhì)成型燃料。
[0043]采用本實施例得到的生物質(zhì)成型燃料中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.88%、固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為40.47%,揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為55.69%,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.96%,熱值為21.74MJ/Kg、燃點350°(:、抗壓強度8.210^。
[0044]實施例三
[0045]本實施例的生物質(zhì)成型燃料的制備方法如下:
[0046]步驟一，浸泡，將稻殼用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的甲酸溶液以稻殼與乙酸的固液比為1:50(g: ml)浸泡30min，得到浸泡的稻殼；
[0047]步驟二，壓縮，在壓強為45MPa條件下，將浸泡的稻殼進(jìn)行壓縮，得到含水量為15%的壓縮的稻殼；
[0048]步驟三，摩擦熱解，將壓縮的稻殼投入到耐高溫高壓的反應(yīng)器中，向反應(yīng)器中通入氦氣后，內(nèi)燃機驅(qū)動反應(yīng)器內(nèi)螺旋結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，使壓縮的稻殼發(fā)生摩擦，壓縮的稻殼的顆粒之間相互摩擦產(chǎn)熱，使反應(yīng)器內(nèi)溫度升高至350°C，壓強升高至4MPa，壓縮的稻殼內(nèi)水分快速蒸發(fā)后發(fā)生熱解，得到熱解的稻殼；
[0049]步驟四，一次冷卻，將熱解的稻殼通過冷凝器冷卻至溫度為150°C，得到一次冷卻的稻殼；
[0050]步驟五，二次冷卻，將一次冷卻的稻殼通過二次冷卻器冷卻至室溫，得到二次冷卻的稻殼；以及
[0051]步驟六，熱壓成型，將二次冷卻的稻殼投入至熱壓成型機中，在溫度為80°C、壓強為ISOMPa條件下進(jìn)行壓制成型，得到生物質(zhì)成型燃料。
[0052]采用本實施例得到的生物質(zhì)成型燃料中灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.21%、固定碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為34.87%,揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為59.75%,水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.17%,熱值為21.74MJ/Kg、燃點2680C、抗壓強度6.7MPa。實施例的作用與效果
[0053]由實施例一至實施例三制備得到的生物質(zhì)成型燃料固定碳含量高、含水分低、抗壓強度高以及燃燒中放熱性好，是一種綠色環(huán)保的安全型能源。實施例一至實施例三的生物質(zhì)成型燃料的制備方法分別是利用玉米秸桿、木肩以及稻殼制備的，在浸泡、壓縮之后，反應(yīng)器中壓縮物料之間相互摩擦并產(chǎn)熱，再進(jìn)行分解。此過程不需要額外供能便可實現(xiàn)，節(jié)約能源，同時能量利用率高、固定碳產(chǎn)率大，可以實現(xiàn)連續(xù)性大規(guī)模生產(chǎn)。
[0054]另外，實施例一至實施例三采用甲酸溶液或乙酸溶液分別對玉米秸桿、木肩以及稻殼進(jìn)行浸泡，甲酸溶液和乙酸溶液可以提供一定量的H+作為催化劑，使得玉米秸桿、木肩以及稻殼中的半纖維素更容易在反應(yīng)器高溫高壓條件下水解為單糖或者多聚糖，從而使得被包裹的纖維素暴露出來，增強纖維素的水解性。
[0055]此外，在實施例一至實施例三的步驟三中向高溫高壓反應(yīng)器中通入氮氣或者氦氣，這樣可以除去反應(yīng)容器中的氧氣，使得生物質(zhì)熱解更完全，效果更佳。
[0056]以上實施例僅為本發(fā)明構(gòu)思下的基本說明，不對本發(fā)明進(jìn)行限制。而依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案所作的任何等效變換，均屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一，浸泡，將所述生物質(zhì)原料用一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的有機弱酸溶液以一定固液比浸泡一段時間，得到浸泡物料； 步驟二，壓縮，在高壓條件下，將所述浸泡物料進(jìn)行壓縮，得到含有一定水分的壓縮物料； 步驟三，摩擦熱解，將所述壓縮物料投入到反應(yīng)器中，向所述反應(yīng)器中通入惰性氣體后，所述反應(yīng)器運轉(zhuǎn)使所述壓縮物料發(fā)生摩擦，所述壓縮物料摩擦產(chǎn)熱，使所述反應(yīng)器內(nèi)溫度升高至300?40(TC，壓強升高至3?5MPa，所述壓縮物料發(fā)生熱解，得到熱解物料； 步驟四，一次冷卻，將所述熱解物料通過冷凝器冷卻至一定溫度，得到一次冷卻物料； 步驟五，二次冷卻，將所述一次冷卻物料通過二次冷卻器冷卻至室溫，得到二次冷卻物料； 步驟六，熱壓成型，將所述二次冷卻物料投入至熱壓成型機中，在預(yù)定溫度和預(yù)定壓強下進(jìn)行壓制成型，得到所述生物質(zhì)成型燃料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，在步驟一中，所述有機弱酸溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%?4%，所述生物質(zhì)原料與所述有機弱酸溶液的固液比為I g:1O?50mI，所述浸泡的時間為30?80miη。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，在步驟一中，所述有機弱酸溶液為甲酸溶液或乙酸溶液。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，在步驟二中，所述高壓條件為15?45MPa，所述壓縮物料含水量為15?60%。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，在步驟三中，所述惰性氣體為氮氣或氦氣。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，在步驟四中，所述一次冷卻的冷卻終溫為100?200°C。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，在步驟六中，所述預(yù)定溫度為50?120°C，所述預(yù)定壓強為100?250MPa。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法，其特征在于: 其中，所述生物質(zhì)原料為玉米秸桿、木肩以及稻殼中的任意一種。9.一種生物質(zhì)成型燃料，采用權(quán)利要求1?8中任意一項所述的生物質(zhì)成型燃料的制備方法制得，其特征在于，包含: 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為:0.88?5.46%的灰分，32.54?40.47%的固定碳，55.69?59.75%的揮發(fā)分，2.96?4.17%的水分。
【文檔編號】C10L5/44GK105907438SQ201610319161
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】張守玉, 吳順延, 姚云隆, 茆青, 李尤, 楊靖寧, 慕晨, 黃小河
【申請人】上海理工大學(xué)