[发明专利]一种植物纤维素和木质素混合物硝酯化制备燃料的方法

说明书

本发明提供了一种植物纤维素和木质素混合物硝酯化制备燃料的方法，其包括以下步骤：(1)对植物原料进行预处理；(2)对步骤(1)所得物经沉淀过滤、干燥得到纤维素和木粉的混合料；(3)硝酯化反应：将混合料加入混酸中进行硝酯化反应，硝酯化反应的温度为25℃～58℃，反应时间为5min～3h；(4)经过后续安定处理、沉淀洗涤，得到硝化纤维素混合酯燃料。本发明采用硝酯化技术对植物混合原料进行处理，使植物纤维素混合料中所含的能量元素C、H、O、N等的摩尔原子数比例发生变化，硝化以后重组的元素能实现氧平衡，在一定的压力、温度、湿度、粒度条件下，点火后平行层有规律稳定的无空气燃烧，转换为热量和气体能量。

技术领域

本发明属于硝化纤维素燃料的制备技术领域，具体涉及一种植物纤维素和木质素混合物硝酯化制备燃料的方法。

背景技术

纤维素在自然界中易于种植获得，农作物秸秆，林业木材中富含丰富的纤维素；硝化纤维素，又称硝化棉或纤维素硝酸酯，是纤维素与硝酸反应的产物，其是一种含能化工材料，被广泛地用于火药、炸药和火箭推进剂、漆、赛璐珞制品领域。用这种材料制造的火药燃烧时没有烟雾，因此又名无烟药，对环境污染小。目前，国内外的硝化纤维素生产主要以精制棉为原材料，其是将棉花通过精制加工后再与硝酸和硫酸的混合酸发生化学反应，再经过一系列的后处理工序加工而得。由于精制棉生产硝化纤维素成本较高，且棉花产量有限，因此，寻找可替代精制棉的植物纤维素经过硝酯化制成燃料的工作已经开展并取得一定成效，植物原料、农作物秸秆等富含丰富的纤维素、木质素、果胶质、树胶质和非纤维素糖，但是其需要复杂的预加工过程，提取纯度高、蒸煮碱洗、漂白为优质的纤维素才可经硝化反应获得安定性好、燃速快、比冲效率高的硝化纤维素。而由于植物组织中纤维素与木质素往往紧密的交织在一起，很难进行彻底分离，虽然对纤维素的分离、提取工艺进行了大量研究，但是受提取方法的限制，制取纤维时的预处理工序依然复杂繁多，除纤维素以外的其它部分能量物质没有得到利用，成为有害并难以处理的物质。

另一方面，传统的硝-硫混酸硝化体系，硫酸的裂解作用造成酯化产物的黏度降低甚至纤维形态的破坏，冲洗与安定处理消耗大量的水和能源，还产生大量的废水和废气，对环境造成极大的污染；产物为防止热分解，延长保质期限需要添加相应的原料和工艺并降低了能量，不能满足绿色制造、大规模用于能源领域作燃料的功能。

因此，寻求一种能够直接对纤维素混合原料进行硝化的方法，可以将植物组织中的纤维素、木质素一并进行硝酯化来获取硝酯化燃料，且能够获得产品性能好、粘度稳定性高、安定性好的燃料，成为亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述技术问题，而提供一种植物混合纤维素硝酯化燃料的制备方法，本发明提供的方法采用硝酯化技术对植物混合原料进行处理，使植物纤维素混合料中所含的能量元素C、H、O、N等的原子量比例发生变化，重组以后的元素能实现氧平衡，在一定的压力、温度、湿度下在无空气条件下，平行层规律稳定燃烧转换为热量和气体能量，很好实现了无空气燃烧。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种植物混合纤维素硝酯化燃料的制备方法，包括以下步骤：

(1)植物原料预处理：将植物原料清洗凉干后进行剪切研磨，得到粒度为0.0374mm～0.300mm≥50％的植物纤维粉料，然后对植物纤维粉料进行水洗分筛、脱水，按不同原料大小选择性进行蒸煮或微波辐射处理；

(2)制备混合料：将步骤(1)预处理后所得物经沉淀过滤、干燥得到纤维素和木粉的混合料，所述混合料的平均密度为320kg/m³-510kg/m³；