[发明专利]一种改性生物质燃料的成型方法

说明书

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。