CN114292680A - 一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，属于生物质颗粒加工技术领域，包括如下步骤：（1）初步粉碎；（2）挤压膨化；（3）干燥处理；（4）二次粉碎处理；（5）光‑磁耦合处理；（6）造粒。本申请提供了一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，通过将挤压膨化、磁场‑真空耦合、光‑磁耦合等处理技术应用于生物质颗粒的加工制造中，有效的改善了生物质颗粒的性能参数，提高了生物质颗粒的品质。
Description
技术领域
本发明属于技术领域，具体涉及一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法。
背景技术
生物质颗粒燃料具有高效、洁净、点火容易、CO2近似零排放等优点，可替代煤炭等化石燃料应用于炊事、供暖等民用领域和锅炉燃烧、发电等工业领域，近几年来在欧盟、北美、中国得到了迅速发展。农林废弃物中含有多种可利用物质，其中纤维素和半纤维素是重要的两种。纤维素是木质生物质的重要组成部分，是地球上含量最丰富的可再生资源。纤维素可转化为清洁燃料和化学品乙醇，其转化的关键是寻找有效途径，将纤维素水解为葡萄糖等可溶性发酵糖。农林废弃物可以用来加工生物质颗粒，能很好的变废为宝，保护环境。
现有关于生物质颗粒燃料的文献报道都是以地区性很强的部分生物质为研究方向，研究结果的应用范围存在地区特性。其研究和应用存在很大的局限性，而且生物质颗粒的性能一般，应用很受限。
发明内容
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，完成后过筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，完成后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
进一步地，步骤（1）中所述的初步粉碎时粉碎机的转速为1000~2000rpm，粉碎后过20~60目筛。
进一步地，步骤（2）中所述的挤压膨化处理时控制螺杆的转速为100~150rpm，粗粉的含水量为20~40%。
进一步地，步骤（3）中所述的低温真空干燥处理时控制磁场强度为200~300mT，真空度为2~6Pa，干燥温度为30~40℃。
进一步地，步骤（4）中所述的粉碎处理时控制粉碎机的转速为4000~5000rpm，粉碎处理1~2h。
进一步地，步骤（5）中所述的光-磁耦合处理时控制光波的波长为200~300nm，磁场强度为20~50mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1~2m，光-磁耦合处理的时间为30~40min。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1、本申请将原料进行初步粉碎处理后置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，原料受到混合、搅拌和摩擦以及高剪切力作用而获得和积累能量达到高温高压，物料内部爆裂出许多微孔，体积迅速膨胀，从而形成疏松的膨化产物，改变了物料的物性，为后续加工奠定基础。
2、在磁场-真空耦合的环境中进行低温干燥处理，磁场与真空作用相互协同，改变膨化产物的孔隙通道，即使在低温条件下也能稳定持久高效的使水分沿着孔隙挥发，从而达到干燥均匀的效果。
3、本申请将干燥产物进行二次粉碎，进一步粉碎，得到均质细化的粉碎产物，在光-磁耦合环境中，不仅能起到杀菌的作用，还能进一步均质细化，有助于造粒过程中密度的增加，从而改善生物质颗粒的性能。
4、本申请提供了一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，通过将挤压膨化、磁场-真空耦合、光-磁耦合等处理技术应用于生物质颗粒的加工制造中，有效的改善了生物质颗粒的性能参数，提高了生物质颗粒的品质。
具体实施方式
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1000~2000rpm，粉碎后过20~60目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为100~150rpm，粗粉的含水量为20~40%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为200~300mT，真空度为2~6Pa，干燥温度为30~40℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4000~5000rpm，粉碎处理1~2h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为200~300nm，磁场强度为20~50mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1~2m，处理30~40min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
为了对本发明做更进一步的解释，下面结合下述具体实施例进行阐述。
实施例1
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1000rpm，粉碎后过20目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为100rpm，粗粉的含水量为20%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为200mT，真空度为2Pa，干燥温度为30℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4000rpm，粉碎处理1h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为200nm，磁场强度为20mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1m，处理30min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例2
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为250mT，真空度为4Pa，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为250nm，磁场强度为35mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1.5m，处理35min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例3
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为2000rpm，粉碎后过60目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为150rpm，粗粉的含水量为40%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为300mT，真空度为6Pa，干燥温度为40℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为5000rpm，粉碎处理2h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为300nm，磁场强度为50mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为2m，处理40min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例4
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）干燥处理：
将步骤（1）中所得的粗粉置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为250mT，真空度为4Pa，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（3）二次粉碎处理：
将步骤（2）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（4）光-磁耦合处理：
将步骤（3）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为250nm，磁场强度为35mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1.5m，处理35min后取出备用；
（5）造粒：
将步骤（4）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例5
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为250mT，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为250nm，磁场强度为35mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1.5m，处理35min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例6
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于真空环境中进行低温干燥处理，控制真空度为4Pa，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为250nm，磁场强度为35mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1.5m，处理35min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例7
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物干燥箱内进行低温干燥处理，控制干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，控制光波的波长为250nm，磁场强度为35mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1.5m，处理35min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例8
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为250mT，真空度为4Pa，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）光处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光环境中进行光处理，控制光波的波长为250nm，处理时粉碎产物距离光源的距离为1.5m，处理35min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例9
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为250mT，真空度为4Pa，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）磁场处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于磁场环境中进行光-磁耦合处理，控制磁场强度为35mT，处理35min后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
实施例10
一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，粉碎机的转速为1500rpm，粉碎后过40目筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，控制螺杆的转速为125rpm，粗粉的含水量为30%，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，控制磁场强度为250mT，真空度为4Pa，干燥温度为35℃，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，控制粉碎机的转速为4500rpm，粉碎处理1.5h后得粉碎产物备用；
（5）造粒：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于造粒机内进行造粒即可。
为了对比本申请技术效果，分别用上述实施例2、实施例4~10的方法对应制备生物质颗粒，然后对各组方法对应制备的生物质颗粒的性能进行测试。具体为：
（1）密度的测定
先将生物质颗粒称重，记录重量m，然后将称重后的颗粒放入装有部分水的量筒中，待颗粒完全浸没后，记录水面上涨体积V。生物质颗粒的密度
按照以下公式计算：
（2）机械强度的测定
用转鼓试验机，按国标GB/T 2006-1994《冶金焦炭机械强度的测定方法》测定。计算破碎率，用来表示生物质颗粒的抗碎和耐磨强度。
（3）含水量的测定
全水分析含水量及内水分析含水量均用热值仪测定。
（4）挥发分含量的测定
参照德国标准EN 15148-2009、DIN EN 15148-2010《固体生物燃料·挥发分含量的测定》，将重量为m1的生物质颗粒放入坩埚中，加入少量水（以便在挥发阶段驱逐空气），盖盖密封，放入马弗炉中，缓慢升温至150℃，恒温15min，至充分干燥，然后逐渐升温至600℃，维持30min，充分析出挥发分，自然冷却至室温，称量剩余固体的重量m2，挥发分含量h按下式计算：
（5）灰分含量的测定
将重量为m1的生物质颗粒放入陶瓷表面皿中，然后放入马弗炉，缓慢升温至600℃，维持30min，充分燃烧，自然冷却至室温。称量剩余固体的重量m2。灰分含量h2按下式计算：
具体实验结果如下表1所示：
表1
| 密度/（g·cm<sup>-3</sup>） | 破碎率/% | 全水分析含水量/% | 内水分析含水量/% | 挥发分含量/% | 灰分含量/% | |
| 实施例2 | 1.38 | 13.5 | 6.5 | 1.38 | 38.5 | 0.2 |
| 实施例4 | 1.02 | 18.3 | 10.2 | 1.02 | 52.3 | 4.6 |
| 实施例5 | 1.23 | 16.5 | 8.6 | 1.34 | 51.3 | 2.3 |
| 实施例6 | 1.31 | 13.9 | 7.5 | 1.25 | 45.5 | 2.5 |
| 实施例7 | 1.12 | 19.2 | 9.5 | 1.25 | 60.8 | 4.1 |
| 实施例8 | 1.35 | 16.1 | 7.2 | 1.36 | 41.2 | 3.1 |
| 实施例9 | 1.34 | 15.2 | 8.1 | 1.25 | 45.6 | 3.5 |
| 实施例10 | 1.32 | 16.9 | 9.5 | 1.39 | 52.1 | 5.1 |
由上表1可以看出，对各实施例方法制备的生物质颗粒的理化性能进行测试，结果得出本申请通过挤压膨化、光-磁耦合等处理技术，有效的改善了生物质颗粒的性能参数，提高了生物质颗粒的品质。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）初步粉碎：
将农林废弃物进行筛分之后置于秸秆粉碎机内进行初步粉碎处理，完成后过筛得粗粉备用；
（2）挤压膨化：
将步骤（1）中所得的粗粉置于挤压膨化机内进行挤压膨化处理，完成后得膨化产物备用；
（3）干燥处理：
将步骤（2）中所得的膨化产物置于磁场-真空耦合环境中进行低温干燥处理，完成后取出干燥产物备用；
（4）二次粉碎处理：
将步骤（3）中所得的干燥产物置于粉碎机内进行粉碎处理，得粉碎产物备用；
（5）光-磁耦合处理：
将步骤（4）中所得的粉碎产物置于光-磁耦合环境中进行光-磁耦合处理，完成后取出备用；
（6）造粒：
将步骤（5）中光-磁耦合处理后的产物置于造粒机内进行造粒即可。
2.根据权利要求1所述一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，其特征在于，步骤（1）中所述的初步粉碎时粉碎机的转速为1000~2000rpm，粉碎后过20~60目筛。
3.根据权利要求1所述一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，其特征在于，步骤（2）中所述的挤压膨化处理时控制螺杆的转速为100~150rpm，粗粉的含水量为20~40%。
4.根据权利要求1所述一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，其特征在于，步骤（3）中所述的低温真空干燥处理时控制磁场强度为200~300mT，真空度为2~6Pa，干燥温度为30~40℃。
5.根据权利要求1所述一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，其特征在于，步骤（4）中所述的粉碎处理时控制粉碎机的转速为4000~5000rpm，粉碎处理1~2h。
6.根据权利要求1所述一种利用农林废弃物制备生物质颗粒的方法，其特征在于，步骤（5）中所述的光-磁耦合处理时控制光波的波长为200~300nm，磁场强度为20~50mT，处理时粉碎产物距离光源的距离为1~2m，光-磁耦合处理的时间为30~40min。
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