CN102021059A - 一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了生物质燃料制备技术领域的一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法。该成型燃料的制备方法包括将生物质材料破碎至直径为1cm以下的颗粒；在有限供氧或者无氧条件下，进行快速热处理，收集并获得热改性生物质；将得到的热改性生物质进行粉碎处理，添加粘结剂混合于成型机中制备获得成型燃料。能够破坏生物质原料自身的纤维结构，降低其柔韧性，使之更易粉碎和研磨，从而显著降低粉碎和成型能耗，还能显著提高成型燃料的热值与稳定性；另外以液体副产物作粘结剂，从而使成型造块过程中无需加热，因而可减轻机械设备的磨损，还可提高成型燃料的耐久性。有效降低了制备成本。

Description

一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法
技术领域
本发明属于生物质燃料制备技术领域，特别涉及一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法。
背景技术
生物质燃料成型是将秸秆、稻壳、木屑等生物质废弃物，用机械加压的方法，使原来松散、无定形的原料压缩成具有一定形状、密度较大的固体成型燃料。压缩生物质成型燃料具有体积小、密度大、储运方便、热值高、燃烧稳定等优点。然而，生物质独特的纤维结构，导致连续加料困难，粉碎能耗较高；生物质原料密度小、无粘结性，在压制过程中通常伴随着原始颗粒的弹性变形、表面破坏和塑性变形，这个过程要消耗大量的能量；生物质原料种类和含水量变化范围宽，导致成型困难且燃料品质不一，燃料点火和燃烧性能波动较大。这些因素导致生物质成型燃料成本偏高，难以大规模推广。因此，为大规模生产低成本的生物质成型燃料，迫切需要开发低能耗生物质成型燃料生产技术。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)在热处理前将生物质材料破碎至直径为1cm以下的颗粒；
2)将生物质材料在氧当量比小于0.1的有限供氧或者无氧条件下，在300-500℃温度下进行快速热处理0.01-5s，收集并获得热改性生物质以及少量液体副产物和伴生气；其中当量比的定义为实际供氧量与理论完全燃烧需氧量之比；
3)以步骤2)得到的热改性生物质为原料，对其进行粉碎处理，以液体副产物为粘结剂，或再另外添加粘结剂组成混合粘结剂，于成型机中制备获得成型燃料。
所述热处理的升温速率为102-105℃/s。
所述生物质材料为含木质纤维素的各种农作物秸秆和木材。
所述有限供氧或无氧条件是通过控制反应体系的氧当量比小于0.1的空气通入量形成贫氧气氛或惰性无氧保护气氛。
所述对热改性生物质进行粉碎处理至粒径为10～80mm。
所述再另外添加粘结剂为粘土、沥青、淀粉、焦油或造纸废液。
所述成型机为活塞冲压式成型机、螺旋挤压式成型机或压辊式颗粒成型机。
本发明的有益效果是利用中低温快速热处理工艺，对未经粉碎的生物质进行热改性，在该热处理过程中，能够使生物质发生一定程度的热解反应，主要包括聚合度的降低、脱水和交联反应的发生等；采用快速热处理工艺并配合较短的处理时间，能够最大限度的保留固体，并抑制液体副产物和伴生气的形成。生物质经过热改性处理后，其自身纤维结构被破坏，柔韧性降低，更易粉碎和研磨，从而能够显著降低粉碎和成型能耗；另外和原始生物质相比，热改性后的生物质热值提高、疏水性能显著提高，因此由此制备的成型燃料的热值、稳定性都将显著提高。
生物质快速热处理过程中，所形成的少量液体副产物主要包括水、乙酸等小分子有机物以及酚类有机物，酚类有机物是良好的粘结剂。因此液体产物可整体作为粘结剂使用，也可首先用于分离提取乙酸，剩余液体再作为粘结剂使用；粘结剂的使用使得成型造块过程中无需加热，因而无加热能耗，同时能减轻因加热导致的机械设备的磨损，而且液体产物的使用还可提高成型燃料的耐久性。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中的百分含量如无特殊说明均为重量百分含量。本文中，s表示秒。
实施例1
以自然干燥的、未作破碎处理的稻壳为原料，其含水率约为9.8％；采用快速热改性处理装置对其在320℃、氮气氛围下快速热处理2s，热处理的升温速率为800℃/s，获得热改性稻壳、液体和伴生气的产率分别为90％、6％和4％。
将实验获得的热改性稻壳粉碎至粒径为30mm，将粉碎后的稻壳与液体产物混合并充分搅拌均匀；将上述混合物料送入冲压式成型机在常温下以压力60MPa压制成直径25mm、长度30mm的圆柱状生物质成型燃料。
实施例2
以自然干燥的小麦秆为原料，其含水率约为10.5％，对其进行简单的剪断处理，颗粒的高度约为5cm；采用快速热改性处理装置对其在360℃、惰性气体氛围(以伴生气作为保护气)下快速热处理1s，热处理的升温速率为1200℃/s，获得热改性麦秆、液体和伴生气的产率分别为91％、5％和4％。
将实验获得的热改性麦秆粉碎至粒径为40mm，将粉碎后的麦秆与液体产物混合并充分搅拌均匀；将上述混合物料送入冲压式成型机在常温下以压力30MPa压制成边长25×40×100mm的长方体生物质成型燃料。
实施例3
以自然干燥的棉花秆为原料，其含水率约为11.3％，对其进行简单的剪断处理，颗粒的高度约为4cm；采用快速热改性处理装置对其在350℃、惰性气体氛围(以伴生气作为保护气)下快速热处理0.5s，热处理的升温速率为700℃/s，获得热改性棉花秆、液体和伴生气的产率分别为95％、3％和2％。
将实验获得的热改性棉花秆粉碎至粒径为50mm，将粉碎后的棉花秆与液体产物以及一定的粘土(热改性棉花秆、液体副产物、粘土的比例为95∶3∶3)混合并充分搅拌均匀；将上述混合物料送入冲压式成型机在常温下以压力30MPa压制成直径40mm、长度60mm的圆柱状生物质成型燃料。
实施例4
以自然干燥的稻秆为原料，其含水率约为10.8％，对其进行简单的剪断处理，颗粒的高度约为5cm；采用快速热改性处理装置对其在400℃、惰性气体氛围(以伴生气作为保护气)下快速热处理0.4s，热处理的升温速率为1500℃/s，获得热改性棉花秆、液体和伴生气的产率分别为88％、7％和5％。
将实验获得的热改性棉花秆粉碎至粒径为30mm，将粉碎后的棉花秆与液体产物混合并充分搅拌均匀；将上述混合物料送入螺旋式成型机在常温下以压力30MPa压制成直径50mm、长度60mm的圆柱状生物质成型燃料。

Claims (7)

1.一种利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，包括下述步骤：
1)在热处理前将生物质材料破碎至直径为1cm以下的颗粒；
2)将生物质材料在氧当量比小于0.1的有限供氧或者无氧条件下，在300-500℃温度下进行快速热处理0.01-5s，收集并获得热改性生物质以及少量液体副产物和伴生气；
3)以步骤2)得到的热改性生物质为原料，对其进行粉碎处理，以液体副产物为粘结剂，或再另外添加粘结剂组成混合粘结剂，于成型机中制备成型燃料。
2.根据权利要求1所述利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，所述热处理的升温速率为102-105℃/s。
3.根据权利要求1所述利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，所述生物质材料为含木质纤维素的各种农作物秸秆和木材。
4.根据权利要求1所述利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，所述有限供氧或无氧条件是通过控制反应体系的氧当量比小于0.1的空气通入量形成贫氧气氛或惰性无氧保护气氛。
5.根据权利要求1所述利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，所述对热改性生物质进行粉碎处理至粒径为10～80mm。
6.根据权利要求1所述利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，所述再另外添加粘结剂为粘土、沥青、淀粉、焦油或造纸废液。
7.根据权利要求1所述利用快速热处理工艺改性生物质燃料的成型方法，其特征在于，所述成型机为活塞冲压式成型机、螺旋挤压式成型机或压辊式颗粒成型机。
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