一種用于生物質燃料的原料前處理技術的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及生物技術和生物質能源領域，具體為一種用于生物質燃料的原料前處理技術。
【背景技術】
[0002]每年大量產生的農作物秸桿等農業副產物，蘊藏著豐富的生物質能源和大量的氮、磷、鉀養分，是一個寶貴的生物資源庫；但是，如不加以合理有效的處理和利用，也會成為一個巨大的環境污染源，給周邊環境帶來持續的環境壓力，嚴重制約著現代農業的可持續發展。
[0003]相對于如今大量使用的煤炭、天然氣、石油基燃料等一次性能源，生物質能是由植物的光合作用固定的太陽能，是一種典型的可再生能源。我國每年燃煤超過7億噸，釋放出大量SO2，這些SO2B成的酸雨已使近三分之一的國土面積受到危害。由于秸桿生物質中硫的含量僅是煤炭的十分之一左右，利用農作物秸桿制備的生物質燃料，可以作為一種可再生能源，減少人們對化石燃料的依賴，變廢為寶，節約能源，同時大幅降低SO2的排放，減少環境污染。隨著我國經濟的進一步發展，對能源多樣化的需求進一步增強，生物質能源作為一種綠色可再生能源，是我國能源多樣化和國民經濟可持續發展的重大戰略方向之一。但是秸桿生物質是一種能量密度比較低的資源，由于其分散度較大、自然堆積體積龐大，收集和運輸都比較困難。
[0004]如何利用秸桿等廢棄生物質資源開發燃燒效率高、潔凈、方便的優質燃料來替代傳統化石燃料，提高秸桿的附加值，對改善我國能源結構、促進工業、農業可持續發展具有重要意義。生物質致密固化直接燃燒技術是解決農作物秸桿問題、進行能源轉化及綜合利用的一種高效技術，是指將經過粉碎具有一定粒度的秸桿等生物質原料，進行前處理，在一定的壓力和溫度下將其擠壓制成密度較大、形狀規則的成型燃料的加工技術。制成的生物質燃料成本低、直燃效率高、無需熱能轉換等特點，可以替代燃煤進行推廣應用，實現秸桿生物質能源利用的產業化和規模化。
[0005]目前生物質致密成型工藝主要有濕壓成型、熱壓成型、碳化成型和常溫成型等四種基本類型。其中常用的濕壓成型工藝是在常溫下加水使原料濕潤、皺裂并進而部分降解后，添加粘結劑混合均勻后壓制成致密成型燃料。纖維原料經一定程度的軟化和腐化后，雖然會損失一定能量，但與一般干原料相比，其擠壓、加壓性能會有明顯改善，并可減少壓制設備的損耗。但這種簡單加水讓其自然腐化的方式，起效慢且不均勻，腐化大約需要15天左右，耗時長，不加黏結劑時壓制成型效果差，成品密度低，而添加粘結劑會使燃料棒燃燒時出現嚴重的結焦結渣現象。
[0006]為提升秸桿生物質燃料濕壓成型工藝的原料預處理效果，避免秸桿生物質燃料棒燃燒時產生結焦結渣現象，我們采用添加生物功能菌劑替代前述工藝對秸桿原料進行前處理，有效克服了其不利影響。生物菌劑主要由真菌、放線菌、芽孢桿菌等組成，生長代謝過程中產生多種酶類使生物質中的木質素與纖維素和半纖維素解離并部分降解，解除木質素和纖維素、半纖維素組成的空間立體網狀結構，破壞細胞壁從而消除其原始彈性。通過對木質素、纖維素、半纖維素的部分解離和降解，產生的糖類物質、果膠、單寧等物質具有一定的粘結作用，使處理后的秸桿原料在成型過程中無需添加黏結劑即可達到理想的成型效果，成品燃燒效率大幅提升，燃燒過程不產生結焦結渣現象；另外，通過這種方法，避免了外源不易降解化學物質(化學粘結劑)的帶入，消除了燃燒后灰分作為肥料原料施用的風險。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種用于生物質燃料的原料前處理技術，以解決上述【背景技術】中提出的問題。
[0008]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:一種用于生物質燃料的原料前處理技術，將秸桿粉碎破裂成粉末，菌劑濃度0.1%_5%，使功能微生物菌劑與秸桿粉末混合均勻，調整發酵堆含水量達到30%_60%，堆置發酵16-48小時后機械擠壓成型，形成生物質燃料棒。
[0009]優選的，所述功能微生物菌劑來源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放線菌、芽孢桿菌、酵母等秸桿分解菌組合；功能菌劑在秸桿原料發酵過程中可以產生纖維素酶、半纖維素酶和木質素酶等分解酶系，對秸桿成分進行不同程度的降解，降低原料的原有剛性，同時產生具有粘結作用的分解物質，堆置發酵8小時后發酵堆溫度上升，一般堆置16小時后即可達到70-80攝氏度，控制發酵堆中粗纖維降解率5-20%。
[0010]優選的，所述秸桿生物質原料來源包括但不限于水稻、小麥、玉米、高粱、豆類等農作物收獲果實后形成的廢棄物。
[0011]優選的，僅以加水堆置進行原料預處理制成燃料棒，其壓縮比為10-13 ;而采用菌劑微發酵預處理制成燃料棒，其壓縮比為11-15，相比較提升10-25%，同時易于成型。
[0012]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、生物質燃料秸桿原料的預處理時間大幅縮短，從15天縮短為一至兩天，生產效率大巾畐提尚。
[0013]2、原料預處理后易于成型，壓縮比提升10-25%。
[0014]3、以發酵預處理后秸桿壓制成的燃料棒燃燒充分，燃燒效率提升5-15%。
[0015]4、全生產鏈條中無化學黏結劑添加，排除外源化學品的殘留。
[0016]5、燃料棒在燃燒時無結焦結渣現象。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明生物質燃料棒的生產工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0018]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0019]實施例一: 1.秸桿的破碎
生物質原料通過破碎機被切割破碎成2-3 Cm長、蓬松的碎肩粉末，原料為水稻、小麥、玉米、高粱和豆類等農作物秸桿和其它纖維素、半纖維素和木質素含量高的原料，單一種或不同種生物質原料按一定比例組合進行破碎。
[0020]2.加水自然發酵
破碎后的秸桿粉末，堆置成發酵堆，調整發酵堆含水量在30-50%，進行自然發酵，當堆溫上升至50度以上，秸桿部分腐化時為堆置發酵完成，一般發酵完成需要15天左右，粗纖維降解率5-15%。
[0021]3.壓制成型
發酵完成的堆料，不添加化學黏結劑，直接輸送至燃料棒生產線進行壓制成型，用此種方法加工燃料棒，往往一次成型效果差，需要重復擠壓，方能取得較好的成型效果。
[0022]4.密度、壓縮比及燃燒值的測量
采用上述原料預處理方法壓制成型的燃料棒，含水量為13-20%，密度為950-1150 kg/m3，壓縮比為10-13，干基燃燒值為3500-4200 kcal/kg。
[0023]實施例二:
1.秸桿的破碎
秸桿通過破碎機被切割破碎成2-3 cm長、蓬松的碎肩粉末。原料為水稻、小麥、玉米、高粱、豆類等農作物秸桿，單一種或不同種秸桿按一定比例組合進行破碎。
[0024]2.添加生物菌劑堆置微發酵
破碎后的秸桿粉末，堆置成發酵堆，噴淋功能菌劑，菌劑濃度0.1%_5%，使功能微生物菌劑與秸桿粉末等原料混合均勻，調整發酵堆含水量在30-50%，進行堆置發酵。當堆溫上升至50度以上并維持至少8小時，秸桿部分腐化為堆置發酵完成，一般16-48小時左右發酵即可完成，粗纖維降解率5-20%。
[0025]3.壓制成型
發酵完成的堆料，不添加化學黏結劑，直接輸送至燃料棒生產線進行壓制成型。用此種方法加工燃料棒，往往一次即可成型，效果好，無需返工。
[0026]4.密度、壓縮比及燃燒值的測量
采用上述原料預處理方法壓制成型的燃料棒，經測量計算，含水率為11-18%，密度為1150-1300 kg/m3，壓縮比為11-15，干基燃燒值為3600-4400 kcal/kg，燃燒效率比未采用添加微生物菌劑發酵處理制成的燃料棒提高5-15%，無結渣現象。
[0027]對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0028]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【主權項】
1.一種用于生物質燃料的原料前處理技術，將秸桿粉碎破裂成粉末，菌劑濃度0.1%-5%，使功能微生物菌劑與秸桿粉末混合均勻，調整發酵堆含水量達到30%-60%，堆置發酵16-48小時后機械擠壓成型，形成生物質燃料棒。2.根據權利要求1所述的一種用于生物質燃料的原料前處理技術，其特征在于:所述功能微生物菌劑來源于白腐霉、木霉、黑曲霉等真菌以及放線菌、芽孢桿菌、酵母等秸桿分解菌組合；功能菌劑在秸桿原料發酵過程中可以產生纖維素酶、半纖維素酶和木質素酶等分解酶系，對秸桿成分進行不同程度的降解，降低原料的原有剛性，同時產生具有粘結作用的分解物質，堆置發酵8小時后發酵堆溫度上升，一般堆置16小時后即可達到70-80攝氏度，控制發酵堆中粗纖維降解率5-20%。3.根據權利要求1所述的一種用于生物質燃料的原料前處理技術，其特征在于:所述秸桿生物質原料來源包括但不限于水稻、小麥、玉米、高粱、豆類等農作物收獲果實后形成的廢棄物。4.根據權利要求1所述的一種用于生物質燃料的原料前處理技術，其特征在于:僅以加水堆置進行原料預處理制成燃料棒，其壓縮比為10-13 ;而采用菌劑微發酵預處理制成燃料棒，其壓縮比為11-15，相比較提升10-25%，同時易于成型。
【專利摘要】本發明公開了一種用于生物質燃料的原料前處理技術，該技術將秸稈粉碎破裂成粉末，菌劑濃度0.1%-5%，使功能微生物菌劑與秸稈粉末混合均勻，調整發酵堆含水量達到30%-60%，堆置發酵16-48小時后機械擠壓成型，形成生物質燃料棒，本發明應用此方法處理的秸稈生物質原料制作燃料棒時，能有效縮短處理時間并且不需額外添加黏結劑。以微發酵原理，利用功能微生物菌劑使秸稈軟化和部分降解，強化燃料的固化成型效果，使其壓縮比提升10-25%，燃燒效率提升5-15%，并且燃燒時不產生結焦結渣現象。
【IPC分類】C10L5/44, C12P1/06, C10L9/00, C12P1/00, C12P1/04, C12P1/02
【公開號】CN105112118
【申請號】CN201510550159
【發明人】貢國鴻, 高戰元, 吳躍進, 吳麗芳, 吳正巖, 吳李君
【申請人】滁州科菁生物科技有限公司, 中國科學院合肥物質科學研究院
【公開日】2015年12月2日
【申請日】2015年9月1日