專利名稱：稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法
技術領域：
本發明涉及一種秸稈處理工藝，具體的說是一種稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法。
背景技術：
纖維素是地球上數量最大的可再生資源，占植物干重的35 % 50 %，是地球上分布最廣、含量最豐富的碳水化合物。對人類而言，它又是自然界中數量最大的可再生性物質。農作物秸稈是農用有機物料的重要來源，目前每年全國的農作物秸稈產量在7億噸以上，可以折合成66萬噸氮肥、966萬噸鉀肥、96萬噸磷肥，相當于全國每年化肥用量的1/4。 然而，近年來隨著社會經濟與生活水平的提高，我國秸稈資源的有效利用率(尤其是在農村作為民用燃料的利用率)卻越來越低。由于秸稈自然腐敗分解緩慢，大量的秸稈被就地焚燒，不僅造成了極大的資源浪費，而且焚燒過程產生大量的有害氣體(燃燒不完全)和煙塵， 造成嚴重的環境污染，引起全社會的普遍關注。如何變“廢”為寶，將這些生物質資源加以充分利用，減少對環境的污染是目前急待解決的問題。與礦物質燃料類相比，秸稈所蘊含的熱能遠沒有人們想像的那樣低(秸稈一般在 14 20 MJ/Kg，煤炭約為18 27 MJ/Kg)，而且由于秸稈燃點低(含氫高)、含硫低(比煤炭低數十倍)、灰分含量低(僅為煤炭的10 30%)，因而從理論上講秸稈類生物質燃料應是更為理想、至少是更為清潔且永遠不用擔心資源問題的燃料。如果善加利用，對于當今倡導低炭、資源節約和環境友好型社會，無疑具有重要意義。然而，由于其密度低、運輸成本較高， 更主要的是燃燒不充分(大量未充分燃燒的揮發分隨煙氣逸散，因此實際熱值低)，作為燃料應用時工作量大而臟等原因，導致其在實際應用中比例越來越低。如果能將秸稈加工成致密的塊狀，阻止燃燒時大量揮發分的逸散，而使之充分燃燒，不僅可以明顯提高熱效，延長燃燒時間，取得完全類似于煤炭的燃燒效果，而且可以顯著降低燃燒時的煙氣污染，且具有煤炭所不具有的易燃、方便的特點。然而，秸稈的高能壓縮和致密固化成型難題卻是長期限制燃料秸稈利用的瓶頸， 尤其是輕質的稻麥類秸稈，不僅密度低，而且表面含有一層緊密的蠟質，直接的加工成型對設備要求非常高，對其進行適當的前處理，則可明顯降低其工藝難度。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是，克服現有技術的缺點，提供一種稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，可以有效的改變秸稈物質的原有結構成分，保持碳元素，增加粘結性，破壞秸稈中的氫鍵(導致秸稈呈規整結構)，部分降解其中的纖維素，分解秸稈表面含有的緊密蠟質，從而使秸稈軟化成易于加工成型。本發明解決以上技術問題的技術方案是
稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，按以下步驟 ⑴將重量百分比水分含量≤12%的秸稈粉碎，得秸稈粉碎料；⑵在水中加入少量的堿性物質，配制成噴灑溶液，堿性物質為氨水或/和生石灰，堿性物質加入的量為噴灑溶液總量的重量百分比；
⑶將步驟⑵所制得的噴灑溶液噴灑在秸稈粉碎料上，使秸稈粉碎料潤濕； ⑷將步驟⑶的潤濕秸稈粉碎料置入發酵池內發酵8-12小時； ω在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，活性成分加入的量為秸稈粉碎料總量的2-3%重量百分比。在水中加入少量的堿性物質配制成的溶液為化學處理溶液，化學處理溶液噴灑在粉碎秸稈上，使粉碎秸稈潤濕，這些結構極小的水分子通過滲透逐步進入到秸稈纖維素的大分子團內部，導致其原來極為有序的纖維氫鍵結構被少量破壞，達到破壞氫鍵的目的，破壞氫鍵過程較為緩慢，但為后一步的生物處理(纖維分解菌增殖)和煤化工藝與成型(煤化過程中的高溫可使液態的水變成滲透力明顯增強的蒸汽，在煤化工藝中高壓的作用下，可迅速破壞秸稈纖維素內部的氫鍵及由之形成的規整結構，從而降低高壓成型的難度)奠定了良好的基礎。加入少量的堿(如氨水、生石灰等)，可在不影響纖維素分解菌活性的前提下，明顯提高水分子的滲透效率和纖維素分子內部氫鍵的破壞力，甚至對纖維素還有部分的直接降解能力。在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，起到助燃劑的作用，有利于后期使用時秸稈固體成型燃料的燃燒充分。然而，針對不同的秸稈，不一定都需要采取上述的生化處理。對于易于加工的鋸末、棉花稈、玉米秸等，可能不需要長時間的生物發酵處理，甚至簡單的水濕潤后即可加工； 但對于稻草、尤其是麥秸，生化處理可能還是必需的(如果多種原料混合，對生化處理的要求也可明顯降低)。因此，以上步驟⑵中，噴灑溶液中還加入人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌，人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌加入的量為噴灑溶液總量的0. 5-1. 5%重量百分比。噴灑溶液中加入人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌起到生物處理的目的，生物處理是利用人工耐氧、耐堿馴化的纖維素分解菌，在兼性厭氧條件下，分泌大量的纖維素酶，直接降解秸稈中的纖維素及其它高分子物質，從而使之更充分有效的軟化，甚至部分被充分降解的小分子有機物(如低聚纖維糖、葡萄糖等)在高溫高壓的作用下還可充當粘結劑的作用。實際上，秸稈中纖維素(cellulose)的結構與人類食用的淀粉(starch，糧食中的主要成分)結構極為類似，都是由葡萄糖(glucose，亦即下圖中綠色的環形單體)組成，只是葡萄糖間的連接方式不同。淀粉是葡萄糖通過α-1，4糖苷鍵連接而成的高分子物質，在高溫時可以糊化(即熟化)；而纖維素是葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵連接而成的高分子物質，因分子間有大量的氫鍵而形成纖維晶束，普通高溫下不會糊化。人和動物均不能分泌纖維素酶，因而也無法利用其中的能量或營養。草食性動物本身也不能有效地分泌纖維素酶，但依靠胃中共生的大量具有超高活性的纖維分解菌群分泌的纖維素酶，因而可以充分利用其中蘊含的能量和營養。本發明進一步限定的技術方案是
前述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，步驟⑶中，噴灑溶液噴灑的量為每千克秸稈粉碎料噴40-80克。
前述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，步驟⑴中，秸稈粉碎料的粒度為 1-10 mm。前述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，步驟⑶中，噴灑液的溫度為 60-80度。這樣的溫度有利于活性成分及纖維素分解短桿菌更有效的發揮作用。本發明的有益效果是本發明的秸稈生化處理是采用簡便可行的生物的、化學的方法處理秸稈，破壞秸稈中的氫鍵(導致秸稈呈規整結構)，部分降解其中的纖維素，分解秸稈表面含有的緊密蠟質，從而使秸稈軟化成易于加工成型。由于生化處理，尤其是纖維分解菌分泌的纖維素酶的作用，不僅有效地破壞了秸稈纖維中原有的氫鍵及其形成的規整結構，而且使大分子的纖維素不同程度地直接降解，甚至在生物發酵處理的過程中部分蠟質也可能被分解，從而使其加工成型的難度顯著降低。
具體實施例方式實施例1
本實施例提供一種稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，本實施例適用于易于加工的鋸末、棉花稈、玉米秸等，本實施例的處理工藝按以下步驟進行
將重量百分比水分含量< 12%的秸稈粉碎，得秸稈粉碎料，秸稈粉碎料的粒度為1-10mm。在水中加入少量的堿性物質，配制成噴灑溶液，堿性物質為氨水或/和生石灰，堿性物質加入的量為噴灑溶液總量的1- 重量百分比，將所制得的噴灑溶液噴灑在秸稈粉碎料上，使秸稈粉碎料潤濕，噴灑液的溫度為60-80度，噴灑溶液噴灑的量為每千克秸稈粉碎料噴40-80克。在水中加入少量的堿性物質配制成的溶液為化學處理溶液，化學處理溶液噴灑在粉碎秸稈上，使粉碎秸稈潤濕，這些結構極小的水分子通過滲透逐步進入到秸稈纖維素的大分子團內部，導致其原來極為有序的纖維氫鍵結構被少量破壞，達到破壞氫鍵的目的，破壞氫鍵過程較為緩慢，但為后一步的生物處理(纖維分解菌增殖)和煤化工藝與成型(煤化過程中的高溫可使液態的水變成滲透力明顯增強的蒸汽，在煤化工藝中高壓的作用下，可迅速破壞秸稈纖維素內部的氫鍵及由之形成的規整結構，從而降低高壓成型的難度)奠定了良好的基礎。加入少量的堿(如氨水、生石灰等)，可在不影響纖維素分解菌活性的前提下，明顯提高水分子的滲透效率和纖維素分子內部氫鍵的破壞力，甚至對纖維素還有部分的直接降解能力。將潤濕秸稈粉碎料置入發酵池內發酵8-12小時。在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，活性成分加入的量為秸稈粉碎料總量的2-3%重量百分比。在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，起到助燃劑的作用，有利于后期使用時秸稈固體成型燃料的燃燒充分。實施例2
本實施例提供一種稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，本實施例適用于稻草及麥秸等，本實施例的處理工藝按以下步驟進行
將重量百分比水分含量< 12%的秸稈粉碎，得秸稈粉碎料，秸稈粉碎料的粒度為1-10
mm ο
5
在水中加入少量的堿性物質，配制成噴灑溶液，堿性物質為氨水或/和生石灰， 堿性物質加入的量為噴灑溶液總量的1- 重量百分比；噴灑溶液中還加入人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌，人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌加入的量為噴灑溶液總量的0. 5-1. 5%重量百分比。將所制得的噴灑溶液噴灑在秸稈粉碎料上，使秸稈粉碎料潤濕，噴灑液的溫度為60-80度，噴灑溶液噴灑的量為每千克秸稈粉碎料噴40-80克。 在水中加入少量的堿性物質配制成的溶液為化學處理溶液，化學處理溶液噴灑在粉碎秸稈上，使粉碎秸稈潤濕，這些結構極小的水分子通過滲透逐步進入到秸稈纖維素的大分子團內部，導致其原來極為有序的纖維氫鍵結構被少量破壞，達到破壞氫鍵的目的，破壞氫鍵過程較為緩慢，但為后一步的生物處理(纖維分解菌增殖)和煤化工藝與成型(煤化過程中的高溫可使液態的水變成滲透力明顯增強的蒸汽，在煤化工藝中高壓的作用下，可迅速破壞秸稈纖維素內部的氫鍵及由之形成的規整結構，從而降低高壓成型的難度)奠定了良好的基礎。加入少量的堿(如氨水、生石灰等)，可在不影響纖維素分解菌活性的前提下，明顯提高水分子的滲透效率和纖維素分子內部氫鍵的破壞力，甚至對纖維素還有部分的直接降解能力。噴灑溶液中加入人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌起到生物處理的目的，生物處理是利用人工耐氧、耐堿馴化的纖維素分解菌，在兼性厭氧條件下，分泌大量的纖維素酶，直接降解秸稈中的纖維素及其它高分子物質，從而使之更充分有效的軟化，甚至部分被充分降解的小分子有機物(如低聚纖維糖、葡萄糖等)在高溫高壓的作用下還可充當粘結劑的作用。將潤濕秸稈粉碎料置入發酵池內發酵8-12小時。在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，活性成分加入的量為秸稈粉碎料總量的2-3%重量百分比。在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，起到助燃劑的作用，有利于后期使用時秸稈固體成型燃料的燃燒充分。由于生化處理，尤其是纖維分解菌分泌的纖維素酶的作用，不僅有效地破壞了秸稈纖維中原有的氫鍵及其形成的規整結構，而且使大分子的纖維素不同程度地直接降解， 甚至在生物發酵處理的過程中部分蠟質也可能被分解，從而使其加工成型的難度顯著降低。除上述實施例外，本發明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發明要求的保護范圍。
權利要求
1.稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，其特征在于按以下步驟⑴將重量百分比水分含量< 12%的秸稈粉碎，得秸稈粉碎料；⑵在水中加入少量的堿性物質，配制成噴灑溶液，所述堿性物質為氨水或/和生石灰， 所述堿性物質加入的量為噴灑溶液總量的重量百分比；⑶將步驟⑵所制得的噴灑溶液噴灑在秸稈粉碎料上，使秸稈粉碎料潤濕；⑷將步驟⑶的潤濕秸稈粉碎料置入發酵池內發酵8-12小時；( 在發酵完的秸稈粉碎料內加入活性成分并攪拌均勻，所述活性成分為氯酸鉀或/和硝酸鉀，所述活性成分加入的量為秸稈粉碎料總量的2-3%重量百分比。
2.如權利要求1所述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，其特征在于所述步驟⑵中，噴灑溶液中還加入人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌，所述人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌加入的量為噴灑溶液總量的0. 5-1. 5%重量百分比。
3.如權利要求1或2所述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，其特征在于 所述步驟⑶中，噴灑溶液噴灑的量為每千克秸稈粉碎料噴40-80克。
4.如權利要求1或2所述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，其特征在于 所述步驟⑴中，秸稈粉碎料的粒度為1-10 mm。
5.如權利要求1或2所述的稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，其特征在于 所述步驟⑶中，噴灑液的溫度為60-80度。
全文摘要
本發明涉及一種秸稈處理工藝，是一種稻麥秸稈固體成型燃料致密的前處理方法，按以下步驟將重量百分比水分含量≤12%的秸稈粉碎；在水中加入少量氨水或/和生石灰，加入的量為噴灑溶液總量的1-2%，配制成噴灑溶液；將制得的噴灑溶液噴灑在秸稈粉碎料上，使秸稈粉碎料潤濕；將潤濕秸稈粉碎料置入發酵池內發酵8-12小時；在發酵完的秸稈粉碎料內加入氯酸鉀或/和硝酸鉀并攪拌均勻，加入量為秸稈粉碎料總量的2-3%。噴灑溶液中還可加入人工馴化的耐氧、耐堿的纖維素分解短桿菌，加入的量為噴灑溶液總量的0.5-1.5%。本發明可以有效的改變秸稈物質的原有結構成分，保持碳元素，增加粘結性，破壞秸稈中的氫鍵(導致秸稈呈規整結構)，部分降解其中的纖維素，分解秸稈表面含有的緊密蠟質，從而使秸稈軟化成易于加工成型。
文檔編號C10L5/44GK102154048SQ201110068439
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月22日 優先權日2011年3月22日
發明者姚平, 王劍, 馬云峰 申請人:江蘇天意生物能源有限公司