CN102154048B - 稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种秸秆处理工艺，是一种稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，按以下步骤：将重量百分比水分含量≤12%的秸秆粉碎；在水中加入少量氨水或/和生石灰，加入的量为喷洒溶液总量的1-2%，配制成喷洒溶液；将制得的喷洒溶液喷洒在秸秆粉碎料上，使秸秆粉碎料润湿；将润湿秸秆粉碎料置入发酵池内发酵8-12小时；在发酵完的秸秆粉碎料内加入氯酸钾或/和硝酸钾并搅拌均匀，加入量为秸秆粉碎料总量的2-3%。喷洒溶液中还可加入人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌，加入的量为喷洒溶液总量的0.5-1.5%。本发明可以有效的改变秸秆物质的原有结构成分，保持碳元素，增加粘结性，破坏秸秆中的氢键（导致秸秆呈规整结构），部分降解其中的纤维素，分解秸秆表面含有的紧密蜡质，从而使秸秆软化成易于加工成型。

Description

稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法

技术领域

本发明涉及一种秸秆处理工艺，具体的说是一种稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法。

背景技术

纤维素是地球上数量最大的可再生资源，占植物干重的35 %～50 %，是地球上分布最广、含量最丰富的碳水化合物。对人类而言，它又是自然界中数量最大的可再生性物质。农作物秸秆是农用有机物料的重要来源，目前每年全国的农作物秸秆产量在7亿吨以上，可以折合成66万吨氮肥、966 万吨钾肥、96万吨磷肥，相当于全国每年化肥用量的1/4。然而，近年来随着社会经济与生活水平的提高，我国秸秆资源的有效利用率（尤其是在农村作为民用燃料的利用率）却越来越低。由于秸秆自然腐败分解缓慢，大量的秸秆被就地焚烧，不仅造成了极大的资源浪费，而且焚烧过程产生大量的有害气体（燃烧不完全）和烟尘，造成严重的环境污染，引起全社会的普遍关注。如何变“废”为宝，将这些生物质资源加以充分利用，减少对环境的污染是目前急待解决的问题。

与矿物质燃料类相比，秸秆所蕴含的热能远没有人们想像的那样低（秸秆一般在14～20 MJ/Kg，煤炭约为18～27 MJ/Kg），而且由于秸秆燃点低（含氢高）、含硫低（比煤炭低数十倍）、灰分含量低（仅为煤炭的10～30%），因而从理论上讲秸秆类生物质燃料应是更为理想、至少是更为清洁且永远不用担心资源问题的燃料。如果善加利用，对于当今倡导低炭、资源节约和环境友好型社会，无疑具有重要意义。然而，由于其密度低、运输成本较高，更主要的是燃烧不充分（大量未充分燃烧的挥发分随烟气逸散，因此实际热值低），作为燃料应用时工作量大而脏等原因，导致其在实际应用中比例越来越低。如果能将秸秆加工成致密的块状，阻止燃烧时大量挥发分的逸散，而使之充分燃烧，不仅可以明显提高热效，延长燃烧时间，取得完全类似于煤炭的燃烧效果，而且可以显著降低燃烧时的烟气污染，且具有煤炭所不具有的易燃、方便的特点。

然而，秸秆的高能压缩和致密固化成型难题却是长期限制燃料秸秆利用的瓶颈，尤其是轻质的稻麦类秸秆，不仅密度低，而且表面含有一层紧密的蜡质，直接的加工成型对设备要求非常高，对其进行适当的前处理，则可明显降低其工艺难度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，可以有效的改变秸秆物质的原有结构成分，保持碳元素，增加粘结性，破坏秸秆中的氢键（导致秸秆呈规整结构），部分降解其中的纤维素，分解秸秆表面含有的紧密蜡质，从而使秸秆软化成易于加工成型。

本发明解决以上技术问题的技术方案是：

稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，按以下步骤：

⑴将重量百分比水分含量≤12%的秸秆粉碎，得秸秆粉碎料；

⑵在水中加入少量的碱性物质，配制成喷洒溶液，碱性物质为氨水或/和生石灰，碱性物质加入的量为喷洒溶液总量的1-2%重量百分比；

⑶将步骤⑵所制得的喷洒溶液喷洒在秸秆粉碎料上，使秸秆粉碎料润湿；

⑷将步骤⑶的润湿秸秆粉碎料置入发酵池内发酵8-12小时；

⑸在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，活性成分加入的量为秸秆粉碎料总量的2-3%重量百分比。

在水中加入少量的碱性物质配制成的溶液为化学处理溶液，化学处理溶液喷洒在粉碎秸秆上，使粉碎秸秆润湿，这些结构极小的水分子通过渗透逐步进入到秸秆纤维素的大分子团内部，导致其原来极为有序的纤维氢键结构被少量破坏，达到破坏氢键的目的，破坏氢键过程较为缓慢，但为后一步的生物处理（纤维分解菌增殖）和煤化工艺与成型（煤化过程中的高温可使液态的水变成渗透力明显增强的蒸汽，在煤化工艺中高压的作用下，可迅速破坏秸秆纤维素内部的氢键及由之形成的规整结构，从而降低高压成型的难度）奠定了良好的基础。加入少量的碱（如氨水、生石灰等），可在不影响纤维素分解菌活性的前提下，明显提高水分子的渗透效率和纤维素分子内部氢键的破坏力，甚至对纤维素还有部分的直接降解能力。

在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，起到助燃剂的作用，有利于后期使用时秸秆固体成型燃料的燃烧充分。

然而，针对不同的秸秆，不一定都需要采取上述的生化处理。对于易于加工的锯末、棉花秆、玉米秸等，可能不需要长时间的生物发酵处理，甚至简单的水湿润后即可加工；但对于稻草、尤其是麦秸，生化处理可能还是必需的（如果多种原料混合，对生化处理的要求也可明显降低）。

因此，以上步骤⑵中，喷洒溶液中还加入人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌，人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌加入的量为喷洒溶液总量的0.5-1.5%重量百分比。

喷洒溶液中加入人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌起到生物处理的目的，生物处理是利用人工耐氧、耐碱驯化的纤维素分解菌，在兼性厌氧条件下，分泌大量的纤维素酶，直接降解秸秆中的纤维素及其它高分子物质，从而使之更充分有效的软化，甚至部分被充分降解的小分子有机物（如低聚纤维糖、葡萄糖等）在高温高压的作用下还可充当粘结剂的作用。实际上，秸秆中纤维素（cellulose）的结构与人类食用的淀粉（starch，粮食中的主要成分）结构极为类似，都是由葡萄糖（glucose，亦即下图中绿色的环形单体）组成，只是葡萄糖间的连接方式不同。淀粉是葡萄糖通过α-1,4糖苷键连接而成的高分子物质，在高温时可以糊化（即熟化）；而纤维素是葡萄糖通过β-1,4糖苷键连接而成的高分子物质，因分子间有大量的氢键而形成纤维晶束，普通高温下不会糊化。人和动物均不能分泌纤维素酶，因而也无法利用其中的能量或营养。草食性动物本身也不能有效地分泌纤维素酶，但依靠胃中共生的大量具有超高活性的纤维分解菌群分泌的纤维素酶，因而可以充分利用其中蕴含的能量和营养。

本发明进一步限定的技术方案是：

前述的稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，步骤⑶中，喷洒溶液喷洒的量为每千克秸秆粉碎料喷40-80克。

前述的稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，步骤⑴中，秸秆粉碎料的粒度为1-10㎜。

前述的稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，步骤⑶中，喷洒液的温度为60-80度。这样的温度有利于活性成分及纤维素分解短杆菌更有效的发挥作用。

本发明的有益效果是：本发明的秸秆生化处理是采用简便可行的生物的、化学的方法处理秸秆，破坏秸秆中的氢键（导致秸秆呈规整结构），部分降解其中的纤维素，分解秸秆表面含有的紧密蜡质，从而使秸秆软化成易于加工成型。由于生化处理，尤其是纤维分解菌分泌的纤维素酶的作用，不仅有效地破坏了秸秆纤维中原有的氢键及其形成的规整结构，而且使大分子的纤维素不同程度地直接降解，甚至在生物发酵处理的过程中部分蜡质也可能被分解，从而使其加工成型的难度显著降低。

具体实施方式

实施例1

本实施例提供一种稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，本实施例适用于易于加工的锯末、棉花秆、玉米秸等，本实施例的处理工艺按以下步骤进行：

将重量百分比水分含量≤12%的秸秆粉碎，得秸秆粉碎料，秸秆粉碎料的粒度为1-10㎜。

在水中加入少量的碱性物质，配制成喷洒溶液，碱性物质为氨水或/和生石灰，碱性物质加入的量为喷洒溶液总量的1-2%重量百分比，将所制得的喷洒溶液喷洒在秸秆粉碎料上，使秸秆粉碎料润湿，喷洒液的温度为60-80度，喷洒溶液喷洒的量为每千克秸秆粉碎料喷40-80克。在水中加入少量的碱性物质配制成的溶液为化学处理溶液，化学处理溶液喷洒在粉碎秸秆上，使粉碎秸秆润湿，这些结构极小的水分子通过渗透逐步进入到秸秆纤维素的大分子团内部，导致其原来极为有序的纤维氢键结构被少量破坏，达到破坏氢键的目的，破坏氢键过程较为缓慢，但为后一步的生物处理（纤维分解菌增殖）和煤化工艺与成型（煤化过程中的高温可使液态的水变成渗透力明显增强的蒸汽，在煤化工艺中高压的作用下，可迅速破坏秸秆纤维素内部的氢键及由之形成的规整结构，从而降低高压成型的难度）奠定了良好的基础。加入少量的碱（如氨水、生石灰等），可在不影响纤维素分解菌活性的前提下，明显提高水分子的渗透效率和纤维素分子内部氢键的破坏力，甚至对纤维素还有部分的直接降解能力。

将润湿秸秆粉碎料置入发酵池内发酵8-12小时。

在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，活性成分加入的量为秸秆粉碎料总量的2-3%重量百分比。在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，起到助燃剂的作用，有利于后期使用时秸秆固体成型燃料的燃烧充分。

实施例2

本实施例提供一种稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，本实施例适用于稻草及麦秸等，本实施例的处理工艺按以下步骤进行：

将重量百分比水分含量≤12%的秸秆粉碎，得秸秆粉碎料，秸秆粉碎料的粒度为1-10㎜。

在水中加入少量的碱性物质，配制成喷洒溶液，碱性物质为氨水或/和生石灰，碱性物质加入的量为喷洒溶液总量的1-2%重量百分比；喷洒溶液中还加入人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌，人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌加入的量为喷洒溶液总量的0.5-1.5%重量百分比。将所制得的喷洒溶液喷洒在秸秆粉碎料上，使秸秆粉碎料润湿，喷洒液的温度为60-80度，喷洒溶液喷洒的量为每千克秸秆粉碎料喷40-80克。在水中加入少量的碱性物质配制成的溶液为化学处理溶液，化学处理溶液喷洒在粉碎秸秆上，使粉碎秸秆润湿，这些结构极小的水分子通过渗透逐步进入到秸秆纤维素的大分子团内部，导致其原来极为有序的纤维氢键结构被少量破坏，达到破坏氢键的目的，破坏氢键过程较为缓慢，但为后一步的生物处理（纤维分解菌增殖）和煤化工艺与成型（煤化过程中的高温可使液态的水变成渗透力明显增强的蒸汽，在煤化工艺中高压的作用下，可迅速破坏秸秆纤维素内部的氢键及由之形成的规整结构，从而降低高压成型的难度）奠定了良好的基础。加入少量的碱（如氨水、生石灰等），可在不影响纤维素分解菌活性的前提下，明显提高水分子的渗透效率和纤维素分子内部氢键的破坏力，甚至对纤维素还有部分的直接降解能力。喷洒溶液中加入人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌起到生物处理的目的，生物处理是利用人工耐氧、耐碱驯化的纤维素分解菌，在兼性厌氧条件下，分泌大量的纤维素酶，直接降解秸秆中的纤维素及其它高分子物质，从而使之更充分有效的软化，甚至部分被充分降解的小分子有机物（如低聚纤维糖、葡萄糖等）在高温高压的作用下还可充当粘结剂的作用。

将润湿秸秆粉碎料置入发酵池内发酵8-12小时。

在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，活性成分加入的量为秸秆粉碎料总量的2-3%重量百分比。在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，起到助燃剂的作用，有利于后期使用时秸秆固体成型燃料的燃烧充分。

由于生化处理，尤其是纤维分解菌分泌的纤维素酶的作用，不仅有效地破坏了秸秆纤维中原有的氢键及其形成的规整结构，而且使大分子的纤维素不同程度地直接降解，甚至在生物发酵处理的过程中部分蜡质也可能被分解，从而使其加工成型的难度显著降低。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (3)

1.稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，其特征在于：按以下步骤：

⑴将重量百分比水分含量≤12%的秸秆粉碎，得秸秆粉碎料；

⑵在水中加入少量的碱性物质，配制成喷洒溶液，所述碱性物质为生石灰，所述碱性物质加入的量为喷洒溶液总量的1-2%重量百分比；

⑶将步骤⑵所制得的喷洒溶液喷洒在秸秆粉碎料上，使秸秆粉碎料润湿；

⑷将步骤⑶的润湿秸秆粉碎料置入发酵池内发酵8-12小时；

⑸在发酵完的秸秆粉碎料内加入活性成分并搅拌均匀，所述活性成分为氯酸钾或/和硝酸钾，所述活性成分加入的量为秸秆粉碎料总量的2-3%重量百分比；

所述步骤⑵中，喷洒溶液中还加入人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌，所述人工驯化的耐氧、耐碱的纤维素分解短杆菌加入的量为喷洒溶液总量的0.5-1.5%重量百分比。

2.如权利要求1所述的稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，其特征在于：所述步骤⑶中，喷洒溶液喷洒的量为每千克秸秆粉碎料喷40-80克。

3.如权利要求1所述的稻麦秸秆固体成型燃料致密的前处理方法，其特征在于：所述步骤⑴中，秸秆粉碎料的粒度为1-10㎜。