生物質炭質成型燃料及其制備方法
【專利摘要】一種生物炭質成型燃料，其特征在于，包括：棉桿和木屑經炭化所得炭粉的混合物；以及以炭粉的混合物的重量為基準，加入的燃料添加劑，其中，燃料添加劑包括與炭粉的混合物的質量比為1：9～3：7的膠黏劑、0.1～5％的油脂、0.3～0.8％的助燃劑以及小于2％的固硫劑。根據本發明的生物炭質成型燃料，由于其制造時棉桿和木屑經過干燥后在進行炭化時所使用的重量比為1：1到3：1，使得其綜合燃燒指數較高，著火點較低，因此不需要添加有毒的助燃劑即可點燃。另外，由于按照一定比例加入了膠黏劑，因此本發明的生物炭質成型燃料的抗壓強度高，適于長途運輸。
【專利說明】生物質炭質成型燃料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種生物炭質成型燃料，本發明還涉及一種生物炭質成型燃料的制備 方法。屬于燃料制備領域。
【背景技術】
[0002] 目前全球的三大主要能源是煤、石油、天然氣等化石能源，是不可再生能源，在人 們大規模的開采下將面臨逐漸的枯竭，且不合理的利用給環境帶來了重大的安全隱患，因 此，利用生物質能源替代不可再生能源已成為當今能源發展的主流。
[0003] 生物質燃料是綠色能源，是國家政策鼓勵的燃料，其具有以下幾個特點：1.典型 的低綠色能源：低碳燃燒以揮發分為主，其固定碳含量為15%左右，是典型的低碳燃料，含 硫量比柴油低，僅為〇. 05%，不需要設置脫硫裝置就可實現S02的排放；灰份為1. 8%? 2%，是煤基燃料的1/10左右，設置簡單的除塵裝置就能實現粉塵排放達標；含氮量低，氧 含量高，燃燒時生成較少的Ν0Χ。2.可實現溫室氣體C02生態"零"排放，能量來自于其生 長時對自然界C02的吸收，因此具有C02生態"零"排放的特點。3.來源于農林廢棄物，原 料分布廣泛多樣，含量大，成本低，循環生長，取之不盡，用之不竭，是典型的循環經濟項目。
[0004] 北方地區秸桿等資源豐富，但是由于在我國北方地區秸桿瓤多皮厚、粗壯，且含水 率高，因此以北方地區秸桿為原料采用現有技術（原料粉碎一風干調質一擠壓成型一冷 卻包裝）冬季生產的生物質塊狀工業燃料存在致密度低、成型率低，能耗高，無法連續生產 的問題，而且生產設備和模具磨損嚴重，致使成型設備使用壽命縮短。加之北方地區秸桿中 富含鉀、鈉等堿金屬和氯化物，秸桿固體成型燃料的灰熔點低，導致直燃時易結渣、積灰和 腐蝕設備，燃燒不充分，影響燃燒效率和利用率。另外南方江浙等地，多采用土窯生產得粗 制炭，技術含量低、窯體結構設計欠合理，次品率高。機制炭的出現解決了土窯生產次品率 低得問題，但機制炭存在難點燃的缺點，人們運用氧化助燃劑解決了機制炭的難點燃。市場 上和專利文獻中報道的一些成物質炭質燃料具有一些缺點：
[0005] 申請號201210393985. X公布了一種清潔液體燃料化學添加劑，其原料按重量份 數的比例為：乙醇30 - 45份；甲醇10 - 20份；丙酮1 - 5份；冰醋酸10 -20份；脂肪酸 聚氧乙烯醚1 一 5份；烯烴20-30份；甲苯10 -15份，此發明適用于車船、鍋爐、民用灶 具、炊事等領域。使用方便、易于添加。所用原料都為有機物，此發明由助燃劑、引燃劑、催 化劑、表明活性劑、稀釋劑等組成。甲醇本身就是有一定毒性的，能通過人體的呼吸道、消化 道或者是肌膚，對人體產生影響，對人體的神經系統和血液系統也都有比較大的毒性，燃燒 時流眼淚辣眼睛。
[0006] 中國實用性專利CN87206321U所說的易燃炭球中含有硫磺等助燃劑添加劑，燃燒 時會放出有毒物質，再如國外專利的一種浸泡高級脂肪酸等有機物的炭球，雖然點燃容易， 包裝簡便，但在點燃后，待有機助燃劑基本著火完畢，往往會冒數分鐘的煙，氣味異常難 聞。市場上售用一根火柴即可點燃的活性炭球，其中所含的Ba (N03) 2是有毒物質，不小心 觸碰物質就會染毒。
[0007] 申請號201210393796. 2公布的一種高性能化學液體燃料，其原料按重量份數的 比例為：乙醇5 - 10份；硝酸鉀3 - 8份；丁酸丁酯1 - 5份；甲醇90 - 100份，此發明主 要由主燃劑、助燃劑、增氧劑、助溶劑組成。能代替液化石油氣作為火鍋、燒烤用燃料，適用 于城市飲食業。其中含有硝酸鉀燃燒時能產生NOX等有毒氣體，及其液體燃料的大量揮發。
[0008] 從上述現有的技術來看，市場上或者專利中存在一些不足之處，都不利于大批量 的應用和生產、長期保存、運輸和使用的清潔高能燃料。
【發明內容】
[0009] 本發明的目的在于提供一種著火點低，綜合燃燒指數高，并且清潔無污染的生物 炭質燃料，以及制備此種生物炭質燃料的方法。
[0010] 本發明采用了如下技術方案：
[0011] 一種生物炭質成型燃料，其特征在于，包括：
[0012] 棉桿和木屑經炭化所得炭粉的混合物；以及
[0013] 以炭粉的混合物的重量為基準，加入的燃料添加劑，
[0014] 其中，燃料添加劑包括與炭粉的混合物的質量比為1 :9?3 :7的膠黏劑、0. 1? 5%的油脂、0. 3?0. 8%的助燃劑以及小于2%的固硫劑。
[0015] 另外，本發明的生物炭質成型燃料，還可以具有這樣的特征：
[0016] 其中，棉桿和木屑在炭化前經過干燥處理，干燥處理后的棉桿與木屑的重量比為 1 :1 到 3 :1。
[0017] 一種生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
[0018] 備料，將木屑、棉桿粉碎成粒度小于I mm備用；
[0019] 干燥，將木屑和棉桿放在干燥箱中干燥，使其含水率在10%以下，得到原料棉桿與 原料木屑；
[0020] 炭化，將原料棉桿與原料木屑按重量比1 :1?3 :1混合放到馬弗爐進行炭化，以 10°C /min的升溫速率上升到終溫為500?600°C，停留30min，得到炭粉；
[0021] 調制，取炭粉與黏結劑混合，其間加入0. 3?0. 8%的助燃劑，得到混合料；
[0022] 壓制成型，將混合料放入炭成型機壓制，得到成型炭塊；
[0023] 干燥固化，將成型炭塊烘干至含水率2%?5%，得到生物炭質成型燃料。
[0024] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0025] 其中，在炭化步驟中，原料棉桿與原料木屑的重量比為3 :1。
[0026] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0027] 其中，在調制步驟中，向混合料中加入0. 1?5%油脂，油脂是煤焦油、植物油或者 生物液化油中的任意一種或至少兩種的混合物。
[0028] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0029] 其中，在炭化步驟中，在炭化完成后，使得到的生物炭質炭過150目的篩子，得到 炭粉。
[0030] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0031] 其中，黏結劑與炭粉混合的質量比為1 :9至3 :7。
[0032] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0033] 其中，黏結劑與炭粉混合的質量比為3 :7。
[0034] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0035] 其中，黏結劑是改性的淀粉膠黏劑。
[0036] 另外，本發明的生物炭質成型燃料的制備方法，還可以具有這樣的特征：
[0037] 其中，淀粉膠黏劑的制備方法包括以下步驟，
[0038] 步驟一、取預定量的水，設其質量份為100,體積份也為100,加熱至60°C的水并保 溫；
[0039] 步驟二、向水中加入50質量份的淀粉，攪拌條件下加入1體積份的濃硫酸，1質量 份的高錳酸鉀，氧化1小時，得到第一物料；
[0040] 步驟三、向物料一中加入4質量份的氫氧化鈉，糊化20分鐘，得到第二物料；
[0041] 步驟四、加入15質量份的硼砂，補水使淀粉的質量分數達到14%，得到淀粉膠黏 劑。
[0042] 發明作用與效果
[0043] 根據本發明的生物炭質成型燃料，由于其制造時棉桿和木屑經過干燥后在進行炭 化時所使用的重量比為1 :1到3 :1，使得其綜合燃燒指數較高，著火點較低，因此不需要添 加有毒的助燃劑即可點燃。
[0044] 另外，由于按照一定比例加入了膠黏劑，因此本發明的生物炭質成型燃料的抗壓 強度高，適于長途運輸。
【具體實施方式】
[0045] 以下說明本發明的【具體實施方式】
[0046] 〈實施例一〉
[0047] 本實施例的生物炭質成型燃料的制備方法如下：
[0048] 備料，將木屑、棉桿粉碎成粒度小于Imm備用；
[0049] 干燥，將所述木屑和所述棉桿放在干燥箱中干燥，使其含水率在10%以下，得到原 料棉桿與原料木屑；
[0050] 炭化，將所述原料棉桿與所述原料木屑按重量比I : 1?3 :1混合放到以氮氣（純 度99. 99%，流量為180?220ml/min)作為保護性氣體的馬弗爐中進行炭化，以10°C /min 的升溫速率上升到終溫為500?600°C，恒溫停留30min，然后在氮氣的保護下降至室溫得 到炭粉的混合物，將所制的生物質炭研磨后使之能通過150目篩子（小于0. Imm);
[0051] 調制，取所述炭粉的混合物與黏結劑混合，其間加入0. 3?0. 8%的助燃劑，得到 混合料；
[0052] 壓制成型，將所述混合料放入炭成型機壓制，得到成型炭塊；
[0053] 干燥固化，將所述成型炭塊外面涂抹0. 1 %?5 %的油脂，烘干至含水率2 %? 5 %，得到所述生物炭質成型燃料。
[0054] 淀粉膠黏劑的制備方法如下：
[0055] 步驟一、打開水浴電源，將水浴溫度設置為60°C，升溫并使其恒定在60°C。
[0056] 步驟二、稱取50g淀粉，在IOOml的燒杯中用50ml水調制玉米淀粉乳，攪拌條件 下，加入Iml的濃硫酸，用玻璃棒引流至插有溫度計的三口燒瓶中，并用IOml水沖洗燒杯， 一并倒入三口燒瓶中，開動攪拌。
[0057] 步驟三、稱量高錳酸鉀0. 5g，在50ml的燒杯中用20ml水溶解，分多次逐漸滴加 到三口燒瓶中，淀粉乳的顏色變為深咖啡色，待反應至溶液的顏色為乳白色時，繼續氧化30 分鐘。
[0058] 步驟四、稱量4g氫氧化鈉溶解于15ml水中，稱量5g氧化I丐,溶解于50ml水中， 攪拌至溶解。
[0059] 步驟五、氧化結束，將氫氧化鈉溶液逐漸滴加到三口燒瓶中，糊化30分鐘。
[0060] 步驟六、糊化結束將已溶解的氧化鈣加入到三口燒瓶中，10分鐘后將攪拌器的轉 速提高一檔，繼續攪拌10分鐘。
[0061] 步驟七、加入15g硼砂溶于50ml水，加入三口燒瓶交聯，攪拌均勻皆可，然后補水 達到所需要的百分比。
[0062] 將調制好的淀粉膠黏劑與上述成型燃料按照10:90 (淀粉質量分數為1. 5 % )質量 比混合在室溫下，攪拌均勻后在壓力4MPa?IOMPa的成型機中成型，脫模后加入具有潤滑、 助燃等作用的煤焦油，重量百分比為0.5%。脫模前也同樣可以加入少于0.5%的量的煤焦 油，以起到保護成型機的作用。
[0063] 制成的顆粒為棒狀其橫截面直徑為15?30mm，長度為直徑的2?5倍，進行機械 干燥或窯干燥至含水率2 %?5 %，烘干即可。
[0064] 成型后測量其抗壓性能，其抗壓強度為0. llMPa。
[0065] 〈實施例二〉
[0066] 作為本發明的另一種方案，其它部分與實施例一相同，不同之處在于：棉桿和木屑 摻混的質量比值為2:1。
[0067] 〈實施例三〉
[0068] 作為本發明的另一種方案，其它部分與實施例一相同，不同之處在于：棉桿和木屑 摻混的質量比值為1:1。
[0069] 〈對比實施例一〉
[0070] 本對比實施例的目的在于將實施例一至三中的炭化步驟中所得到的不同比例的 棉桿和木屑經過炭化所得的炭粉的混合物，對不同配比的炭粉的綜合燃燒指數進行對比測 定。
[0071] 表1綜合燃燒指數表
[0072]
【權利要求】
1. 一種生物炭質成型燃料，其特征在于，包括： 棉桿和木屑經炭化所得炭粉的混合物；以及 以所述炭粉的混合物的重量為基準，加入的燃料添加劑， 其中，所述燃料添加劑包括與所述炭粉的混合物的質量比為1 :9?3 :7的膠黏劑、 0. 1?5%的油脂、0. 3?0. 8%的助燃劑以及小于2%的固硫劑。
2. 根據權利要求1所述的生物炭質成型燃料，其特征在于： 其中，所述棉桿和所述木屑在炭化前經過干燥處理，干燥處理后的棉桿與木屑的重量 比為1 :1到3 :1。
3. -種生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： 備料，將木屑、棉桿粉碎成粒度小于1mm備用； 干燥，將所述木屑和所述棉桿放在干燥箱中干燥，使其含水率在10%以下，得到原料棉 桿與原料木屑； 炭化，將所述原料棉桿與所述原料木屑按重量比1 :1?3 :1混合放到馬弗爐進行炭 化，以10°C /min的升溫速率上升到終溫為500?600°C，停留30min，得到炭粉的混合物； 調制，取所述炭粉的混合物與黏結劑混合，其間加入〇. 3?0. 8%的助燃劑，得到混合 料； 壓制成型，將所述混合料放入炭成型機壓制，得到成型炭塊； 干燥固化，將所述成型炭塊烘干至含水率2%?5%，得到所述生物炭質成型燃料。
4. 根據權利要求3所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，在所述炭化步驟中，所述原料棉桿與所述原料木屑的重量比為3 :1。
5. 根據權利要求3所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，在所述調制步驟中，向所述混合料中加入0. 1?5%油脂，所述油脂是煤焦油、植 物油或者生物液化油中的任意一種或至少兩種的混合物。
6. 根據權利要求3所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，在所述炭化步驟中，在炭化完成后，使得到的生物炭質炭過150目的篩子，得到 炭粉。
7. 根據權利要求3所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，所述黏結劑與所述炭粉混合的質量比為1 :9至3 :7。
8. 根據權利要求7所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，所述黏結劑與所述炭粉混合的質量比為3 :7。
9. 根據權利要求3所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，所述黏結劑是改性的淀粉膠黏劑。
10. 根據權利要求9所述的生物炭質成型燃料的制備方法，其特征在于： 其中，所述淀粉膠黏劑的制備方法包括以下步驟， 步驟一、取預定量的水，設其質量份為100,體積份也為100,加熱至60°C的水并保溫； 步驟二、向所述水中加入50質量份的淀粉，攪拌條件下加入1體積份的濃硫酸，1質量 份的高錳酸鉀，氧化1小時，得到第一物料； 步驟三、向所述物料一中加入4質量份的氫氧化鈉，糊化20分鐘，得到第二物料； 步驟四、加入15質量份的硼砂，補水使所述淀粉的質量分數達到14%，得到所述淀粉 膠黏劑。
【文檔編號】C10L5/44GK104403713SQ201410499233
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年9月25日 優先權日:2014年9月25日
【發明者】張守玉, 侯寶鑫, 吳巧美, 鄭紅俊, 鄧文祥, 劉大海, 唐文蛟, 涂圣康, 金濤, 趙孟浩 申請人:上海理工大學