一种生物质成型燃料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种生物质成型燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，浸泡，将生物质原料用有机弱酸溶液浸泡一段时间，得到浸泡物料；步骤二，压缩，在高压条件下，将浸泡物料进行压缩，得到含有一定水分的压缩物料；步骤三，摩擦热解，将压缩物料投入到反应器中，向反应器中通入惰性气体后，反应器运转使压缩物料发生摩擦后，产生高温高压条件，压缩物料发生热解，得到热解物料；步骤四，一次冷却，将热解物料通过冷凝器冷却至一定温度，得到一次冷却物料；步骤五，二次冷却，将一次冷却物料通过二次冷却器冷却至室温，得到二次冷却物料；步骤六，热压成型，将二次冷却物料投入至热压成型机中，进行压制成型，得到生物质成型燃料。
【专利说明】
一种生物质成型燃料及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及再生能源领域，具体涉及一种生物质成型燃料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]能源是社会发展的源动力，随着经济的发展，能源已成为经济发展前进道路上的主要问题。大量化石燃料燃烧，使得地球环境遭到严重破坏，尤其近几年雾霾现象日益严重，环境问题已经引起了社会的高度重视。因此，寻找和开发可替代传统化石燃料的可再生能源迫在眉睫。而生物质能源作为一种可再生能源，具有可再生、低污染的优点，充分利用好生物质能源对于解决能源问题、环境问题具有重要意义。
[0003]生物质燃料是一种典型的生物质能源，是国家政策鼓励的燃料，其具有诸多优点:燃料发热量大，纯度高，不含其它不产热量的杂物，不含煤矸石等不发热反而耗热的杂质，不含硫磷，燃烧时不产生二氧化硫和五氧化二磷，因而不会导致酸雨产生，不污染大气。生物质燃料分布广泛，成本低，是一种典型的低绿色能源。因此，开发出一种制备生物质燃料的方法尤为重要。
[0004]传统制备生物质燃料的方法主要采用炭化工艺，在隔绝空气条件下加热分解得到固体燃料，但是，此种方法需要额外供能，并且能量利用率低，固定碳产率低，产生很多副产物，这些副产物污染环境。
[0005]中国发明专利生物质燃料制备方法(公开号为CN105132066A，【公开日】期为2015年12月09日)公开了一种生物质燃料制备方法，该生物质燃料制备方法步骤3按重量份数组分进行配比中加入了多种的有机溶剂，这些有机溶剂在后续的操作中很难分解，对环境会造成一定影响，并且其中的抗氧化剂需要在反应釜中制备，工艺复杂，还需要额外供能。
【发明内容】
[0006]本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种能量利用率高、固定碳产率大并只依靠自身相互作用就可生成的生物质成型燃料的制备方法。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
[0008]—种生物质成型燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0009]步骤一，浸泡，将生物质原料用一定质量分数的有机弱酸溶液以一定固液比浸泡一段时间，得到浸泡物料；
[0010]步骤二，压缩，在高压条件下，将浸泡物料进行压缩，得到含有一定水分的压缩物料；
[0011]步骤三，摩擦热解，将压缩物料投入到反应器中，向反应器中通入惰性气体后，反应器运转使压缩物料发生摩擦，压缩物料摩擦产热，使反应器内温度升高至300?400 V，压强升高至3?5MPa，压缩物料发生热解，得到热解物料；
[0012]步骤四，一次冷却，将热解物料通过冷凝器冷却至一定温度，得到一次冷却物料；
[0013]步骤五，二次冷却，将一次冷却物料通过二次冷却器冷却至室温，得到二次冷却物料；
[0014]步骤六，热压成型，将二次冷却物料投入至热压成型机中，在预定温度和预定压强下进行压制成型，得到生物质成型燃料。
[0015]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征，其中，在步骤一中，有机弱酸溶液的质量分数为0.5 %?4%，生物质原料与有机弱酸溶液的固液比为lg: 10?50ml，浸泡的时间为30?80min。
[0016]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征，其中，在步骤一中，有机弱酸溶液为甲酸溶液或乙酸溶液。
[0017]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征，其中，在步骤二中，高压条件为15?45MPa，压缩物料含水量为15?60%。
[0018]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征，其中，在步骤三中，惰性气体为氮气或氦气。
[0019]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征:其中，在步骤四中，一次冷却的冷却终温为100?200°C。
[0020]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征:其中，在步骤六中，预定温度为50?120°C，预定压强为100?250MPa。
[0021]在本发明提供的生物质成型燃料的制备方法中，还可以具有这样的特征:其中，生物质原料为玉米秸杆、木肩以及稻壳中的任意一种。
[0022]本发明还提供了一种生物质成型燃料，采用上述生物质成型燃料的制备方法制得，其特征在于，包含:质量分数为:0.88?5.46%的灰分，32.54?40.47 %的固定碳，55.69?59.75 %的挥发分，2.96?4.17 %的水分。
[0023]发明的作用与效果
[0024]本发明提供的一种生物质成型燃料中固定碳含量高、含水分低、抗压强度高以及燃烧中放热性好，是一种绿色环保的安全型能源。本发明提供的一种生物质成型燃料的制备方法是利用生物质原料制备的，在浸泡、压缩之后，反应器中压缩物料之间相互摩擦并产热，再进行分解。此过程不需要额外供能便可实现，节约能源，同时能量利用率高、固定碳产率大，可以实现连续性大规模生产。
【具体实施方式】
[0025]为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例对本发明的生物质成型燃料及其制备方法作具体阐述。
[0026]实施例一
[0027]本实施例的生物质成型燃料的制备方法如下:
[0028]步骤一，浸泡，将玉米秸杆用质量分数为0.5%的乙酸溶液以玉米秸杆与乙酸的固液比为l:10(g:ml)浸泡80min，得到浸泡的玉米秸杆；
[0029]步骤二，压缩，在压强为20MPa条件下，将浸泡的玉米秸杆进行压缩，得到含水量为60 %的压缩的玉米稻杆；
[0030]步骤三，摩擦热解，将压缩的玉米秸杆投入到耐高温高压的反应器中，向反应器中通入氮气后，内燃机驱动反应器内螺旋结构旋转，使压缩的玉米秸杆发生摩擦，压缩的玉米秸杆的颗粒之间相互摩擦产热，使反应器内温度升高至300°C，压强升高至3MPa，压缩的玉米秸杆内水分快速蒸发后发生热解，得到热解的玉米秸杆；
[0031]步骤四，一次冷却，将热解的玉米秸杆通过冷凝器冷却至温度为100°C，得到一次冷却的玉米秸杆；
[0032]步骤五，二次冷却，将一次冷却的玉米秸杆通过二次冷却器冷却至室温，得到二次冷却的玉米秸杆；以及
[0033]步骤六，热压成型，将二次冷却的玉米秸杆投入至热压成型机中，在温度为50°C、压强为10MPa条件下进行压制成型，得到生物质成型燃料。
[0034]采用本实施例得到的生物质成型燃料中灰分质量分数为5.46%、固定碳质量分数为32.54%,挥发分质量分数为58.35%,水分质量分数为3.65%,热值为21.25MJ/Kg、燃点279°C、抗压强度7MPa。
[0035]实施例二
[0036]本实施例的生物质成型燃料的制备方法如下:
[0037]步骤一，浸泡，将木肩用质量分数为3%的乙酸溶液以木肩与乙酸的固液比为1:30(g:ml)浸泡50min，得到浸泡的木肩；
[0038]步骤二，压缩，在压强为15MPa条件下，将浸泡的木肩进行压缩，得到含水量为35%的压缩的木肩；
[0039]步骤三，摩擦热解，将压缩的木肩投入到耐高温高压的反应器中，向反应器中通入氮气后，内燃机驱动反应器内螺旋结构旋转，使压缩的木肩发生摩擦，压缩的木肩的颗粒之间相互摩擦产热，使反应器内温度升高至400°C，压强升高至5MPa，压缩的木肩内水分快速蒸发后发生热解，得到热解的木肩；
[0040]步骤四，一次冷却，将热解的木肩通过冷凝器冷却至温度为200°C，得到一次冷却的木肩；
[0041 ] 步骤五，二次冷却，将一次冷却的木肩通过二次冷却器冷却至室温，得到二次冷却的木肩；以及
[0042]步骤六，热压成型，将二次冷却的木肩投入至热压成型机中，在温度为120°C、压强为250MPa条件下进行压制成型，得到生物质成型燃料。
[0043]采用本实施例得到的生物质成型燃料中灰分质量分数为0.88%、固定碳质量分数为40.47%,挥发分质量分数为55.69%,水分质量分数为2.96%,热值为21.74MJ/Kg、燃点350°(:、抗压强度8.210^。
[0044]实施例三
[0045]本实施例的生物质成型燃料的制备方法如下:
[0046]步骤一，浸泡，将稻壳用质量分数为4%的甲酸溶液以稻壳与乙酸的固液比为1:50(g: ml)浸泡30min，得到浸泡的稻壳；
[0047]步骤二，压缩，在压强为45MPa条件下，将浸泡的稻壳进行压缩，得到含水量为15%的压缩的稻壳；
[0048]步骤三，摩擦热解，将压缩的稻壳投入到耐高温高压的反应器中，向反应器中通入氦气后，内燃机驱动反应器内螺旋结构旋转，使压缩的稻壳发生摩擦，压缩的稻壳的颗粒之间相互摩擦产热，使反应器内温度升高至350°C，压强升高至4MPa，压缩的稻壳内水分快速蒸发后发生热解，得到热解的稻壳；
[0049]步骤四，一次冷却，将热解的稻壳通过冷凝器冷却至温度为150°C，得到一次冷却的稻壳；
[0050]步骤五，二次冷却，将一次冷却的稻壳通过二次冷却器冷却至室温，得到二次冷却的稻壳；以及
[0051]步骤六，热压成型，将二次冷却的稻壳投入至热压成型机中，在温度为80°C、压强为ISOMPa条件下进行压制成型，得到生物质成型燃料。
[0052]采用本实施例得到的生物质成型燃料中灰分质量分数为1.21%、固定碳质量分数为34.87%,挥发分质量分数为59.75%,水分质量分数为4.17%,热值为21.74MJ/Kg、燃点2680C、抗压强度6.7MPa。实施例的作用与效果
[0053]由实施例一至实施例三制备得到的生物质成型燃料固定碳含量高、含水分低、抗压强度高以及燃烧中放热性好，是一种绿色环保的安全型能源。实施例一至实施例三的生物质成型燃料的制备方法分别是利用玉米秸杆、木肩以及稻壳制备的，在浸泡、压缩之后，反应器中压缩物料之间相互摩擦并产热，再进行分解。此过程不需要额外供能便可实现，节约能源，同时能量利用率高、固定碳产率大，可以实现连续性大规模生产。
[0054]另外，实施例一至实施例三采用甲酸溶液或乙酸溶液分别对玉米秸杆、木肩以及稻壳进行浸泡，甲酸溶液和乙酸溶液可以提供一定量的H+作为催化剂，使得玉米秸杆、木肩以及稻壳中的半纤维素更容易在反应器高温高压条件下水解为单糖或者多聚糖，从而使得被包裹的纤维素暴露出来，增强纤维素的水解性。
[0055]此外，在实施例一至实施例三的步骤三中向高温高压反应器中通入氮气或者氦气，这样可以除去反应容器中的氧气，使得生物质热解更完全，效果更佳。
[0056]以上实施例仅为本发明构思下的基本说明，不对本发明进行限制。而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种生物质成型燃料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤一，浸泡，将所述生物质原料用一定质量分数的有机弱酸溶液以一定固液比浸泡一段时间，得到浸泡物料； 步骤二，压缩，在高压条件下，将所述浸泡物料进行压缩，得到含有一定水分的压缩物料； 步骤三，摩擦热解，将所述压缩物料投入到反应器中，向所述反应器中通入惰性气体后，所述反应器运转使所述压缩物料发生摩擦，所述压缩物料摩擦产热，使所述反应器内温度升高至300?40(TC，压强升高至3?5MPa，所述压缩物料发生热解，得到热解物料； 步骤四，一次冷却，将所述热解物料通过冷凝器冷却至一定温度，得到一次冷却物料； 步骤五，二次冷却，将所述一次冷却物料通过二次冷却器冷却至室温，得到二次冷却物料； 步骤六，热压成型，将所述二次冷却物料投入至热压成型机中，在预定温度和预定压强下进行压制成型，得到所述生物质成型燃料。2.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，在步骤一中，所述有机弱酸溶液的质量分数为0.5%?4%，所述生物质原料与所述有机弱酸溶液的固液比为I g:1O?50mI，所述浸泡的时间为30?80miη。3.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，在步骤一中，所述有机弱酸溶液为甲酸溶液或乙酸溶液。4.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，在步骤二中，所述高压条件为15?45MPa，所述压缩物料含水量为15?60%。5.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，在步骤三中，所述惰性气体为氮气或氦气。6.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，在步骤四中，所述一次冷却的冷却终温为100?200°C。7.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，在步骤六中，所述预定温度为50?120°C，所述预定压强为100?250MPa。8.根据权利要求1所述的生物质成型燃料的制备方法，其特征在于: 其中，所述生物质原料为玉米秸杆、木肩以及稻壳中的任意一种。9.一种生物质成型燃料，采用权利要求1?8中任意一项所述的生物质成型燃料的制备方法制得，其特征在于，包含: 质量分数为:0.88?5.46%的灰分，32.54?40.47%的固定碳，55.69?59.75%的挥发分，2.96?4.17%的水分。
【文档编号】C10L5/44GK105907438SQ201610319161
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】张守玉, 吴顺延, 姚云隆, 茆青, 李尤, 杨靖宁, 慕晨, 黄小河
【申请人】上海理工大学