一種高效環保生物質燃料的製備方法與流程
2023-06-10 15:29:31 4
本發明涉及新能源領域,具體是一種高效環保生物質燃料的製備方法。
背景技術:
農林廢棄物是農林作物收穫和加工過程中產生大量的廢棄物,例如,農作物收穫時殘留在農田裡的秸稈,農業生產過程中剩餘的稻殼、糠皮,林業生產過程中殘留的樹枝、樹葉、木屑和木材加工的邊角料等,以及食品加工工業排出的殘渣。我國農林廢棄物資源豐富,目前,農林廢棄物鬆散地分散在大面積範圍內,除少部分的農作物秸稈用於家畜飼料、做飯和取暖外,大部分被作為廢棄物棄之于田野。農林廢棄物的利用方式有很多,其中農林廢棄物的直接燃燒是應用最多的利用方式。然而,長期以來由於農林廢棄物直接燃燒能源利用效率低,燃燒溫度低,限制了其應用範圍。工業生產中的各種窯爐加熱需要大量能源,是一個巨大的利用市場,然而對燃料的燃燒溫度要求1100℃以上,而採用傳統燃燒方法的溫度只有600-700℃,農林廢棄物的成型燃料的燃燒溫度也難以超過1000℃,不能適應工業燃料品質的要求;對農林廢棄物常規的氣化和液化燃料成本高,不能適應工業燃料經濟指標的要求。所以,我國每年產生的7億噸秸稈和2億噸林業廢料,不能進入工業窯爐燃料這個正適合生物質分散性特點的市場。大多數秸稈在田野被焚燒,造成汙染和事故,枯枝落葉和雜草更是任其腐爛。
同時,農村家庭、家禽養殖場等地的家禽糞便多數隨便堆放,嚴重汙染環境。
如何有效回收利用農林廢棄物、家禽糞便製備成生物質燃料是當下一種熱門的研究課題。
技術實現要素:
本發明的目的在於提供一種高效環保生物質燃料的製備方法,以解決上述背景技術中提出的問題。
為實現上述目的,本發明提供如下技術方案:
一種高效環保生物質燃料的製備方法,包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠8-12份、硫酸鎂1-5份、高氯酸鉀4-8份、氧化銅6-12份、硝酸鑭1-3份、納米級氧化鎂粉3-7份以及活性纖維素酶5-7份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為1-3微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為3.8-4.0,在42-48℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥2-3h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為1-3微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在140-160°C下,加入組分A與組分B質量和的2-4倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的1-3倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為110℃-120℃,時間為38-44min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至800-860℃,保溫35-45min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在105-115℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲。
作為本發明的進一步方案:本發明包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠8份、硫酸鎂1份、高氯酸鉀4份、氧化銅6份、硝酸鑭1份、納米級氧化鎂粉3份以及活性纖維素酶5份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為1微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為3.8-4.0,在42-48℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥2h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為1微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在140°C下,加入組分A與組分B質量和的2倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的1倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為110℃,時間為38min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至800℃,保溫35min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在105℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲 。
作為本發明的進一步方案:本發明包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠10份、硫酸鎂3份、高氯酸鉀6份、氧化銅9份、硝酸鑭2份、納米級氧化鎂粉5份以及活性纖維素酶6份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為2微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為3.9,在45℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥2.5h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為2微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在150°C下,加入組分A與組分B質量和的3倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的2倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為115℃,時間為41min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至830℃,保溫40min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在110℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲。
作為本發明進一步的方案:本發明包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠12份、硫酸鎂5份、高氯酸鉀8份、氧化銅12份、硝酸鑭3份、納米級氧化鎂粉7份以及活性纖維素酶7份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為3微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為4.0,在48℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥3h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為3微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在160°C下,加入組分A與組分B質量和的4倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的3倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為120℃,時間為44min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至860℃,保溫45min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在115℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲。
與現有技術相比,本發明的有益效果是:
(1)本生物質燃料的燃燒溫度高,可達1280-1310℃℃,燃燒效率相比普通生物質燃料提高了13-15%左右;熱值可達5065-5125千卡/千克,每噸生物質燃料相當於0.68噸標準煤;燃燒尾氣均符合國家相關規定,且除硫率可達94.7%,除硝率可達95.1%;
(2)本發明為國民經濟生產提供了一種低成本的高溫能源,能夠滿足大多數工業加熱和窯爐燃料的溫度要求,使得生物質燃料能廣泛應用於工業能源領域,例如,火力發電、金屬熔煉、海水淡化、城鎮取暖、石灰燒制、熱制空調、工業加熱,其應用前景極為廣闊;
(3)本發明的製備方法合理科學,成本低,產品質量號,節能環保,效率高等;
(4)本發明還利用家禽糞便作為原料,不僅提高了生物質燃料性能,而且減少家禽糞便汙染,回收再利用,提高資源利用率。
具體實施方式
下面結合具體實施方式對本專利的技術方案作進一步詳細地說明。
實施例1
一種高效環保生物質燃料的製備方法,包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠8份、硫酸鎂1份、高氯酸鉀4份、氧化銅6份、硝酸鑭1份、納米級氧化鎂粉3份以及活性纖維素酶5份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為1微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為3.8-4.0,在42-48℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥2h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為1微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在140°C下,加入組分A與組分B質量和的2倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的1倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為110℃,時間為38min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至800℃,保溫35min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在105℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲 。
實施例2
一種高效環保生物質燃料的製備方法,包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠10份、硫酸鎂3份、高氯酸鉀6份、氧化銅9份、硝酸鑭2份、納米級氧化鎂粉5份以及活性纖維素酶6份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為2微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為3.9,在45℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥2.5h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為2微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在150°C下,加入組分A與組分B質量和的3倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的2倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為115℃,時間為41min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至830℃,保溫40min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在110℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲。
實施例3
一種高效環保生物質燃料的製備方法,包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠12份、硫酸鎂5份、高氯酸鉀8份、氧化銅12份、硝酸鑭3份、納米級氧化鎂粉7份以及活性纖維素酶7份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為3微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為4.0,在48℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥3h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為3微米,作為組分C備用;
3)物料二次處理:a、將組分A、組分B混合後,在160°C下,加入組分A與組分B質量和的4倍的醋酸酸化45min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
b、將組分C在180°C下,加入組分C質量的3倍的氫氧化鈉60min,並不斷攪拌,化學處理後,再利用KRK盤磨機處理一次;
4)物料混合:將上述二次處理後的組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
5)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為120℃,時間為44min,冷卻至室溫;
6)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至860℃,保溫45min,得到生物質燃料初品;
7)物料分篩:將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
8)物料酸洗:將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
9)物料造粒:將上述中性的不定型生物質燃料初品在115℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
10)包裝、存儲。
對比例1
一種高效環保生物質燃料的製備方法,包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、家禽糞便27份、阿拉伯膠10份、硫酸鎂3份、高氯酸鉀6份、氧化銅9份、硝酸鑭2份、納米級氧化鎂粉5份以及活性纖維素酶6份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;
2)物料預處理:a、將農林廢棄物置於破碎機進行粗粉碎處理,得到粒徑均不大於5mm的植物碎料後,再用氣流研磨成流動粉末,粒度為2微米,作為組分A備用;
b、將家禽糞便裝入發酵罐中,添加硫酸鎂和活性纖維素酶,加入稀硫酸調節PH值為3.9,在45℃下發酵48h後抽濾,所得濾液在105℃下乾燥2.5h,作為組分B,備用;
c、將高氯酸鉀、氧化銅、硝酸鑭以及納米級氧化鎂粉用氣流研磨成流動粉末,粒度為2微米,作為組分C備用;
3)物料混合:將上述組分A、組分B、組分C以及阿拉伯膠一起加入混合均勻;
4)物料乾燥:將上述混合均勻的物料進行微波處理,微波處理的溫度為115℃,時間為41min,冷卻至室溫;
5)物料粉碎:將上述乾燥後的物料置於微波高溫燒結爐中,在氮氣保護下,從200℃開始升溫,每分鐘升溫20℃,升溫至830℃,保溫40min,得到生物質燃料初品;
6)將上述生物質燃料初品冷卻至常溫後,由破碎機破碎後,分篩成1.5cm*1cm*1cm大小的不定型生物質燃料初品;
7)將上述不定型生物質燃料初品通過酸洗裝置進行酸煮去除灰分,洗至中性;
8)將上述中性的不定型生物質燃料初品在110℃下乾燥後置於造粒機中造粒,製得一種高效環保生物質燃料;
9)包裝、存儲。
對比例2
一種高效環保生物質燃料的製備方法,包括以下步驟:
1)選料:以乾重計,它包括以下按照重量份的組分:農林廢棄物73份、硫酸鎂3份、氧化銅9份、硝酸鑭2份、納米級氧化鎂粉5份以及活性纖維素酶6份;所述農林廢棄物按照重量份的組分為:松木木屑38份、雜草19份、大豆秸稈16份;其他製備方法與實施例2相同。
對比例3
普通生物質燃料如松木木屑。
檢測實驗
(1)以實施例1-3和對比例1-3製備的產品為燃料,利用燃料流態化的特點和粉塵爆炸的原理,將燃料通過氣體輸送實現燃料和成比例的空氣爐外均勻混合,實現生物質的流態化餵入生物質燃料燃燒爐中燃燒。
(1.1)經檢測燃燒溫度發現:實施例1-3製備的生物質燃料的燃燒溫度可達1280-1310℃;對比例1和對比例2製備的生物質燃料的燃燒溫度可達980-1020℃,對比例3的燃燒溫度僅能達到820-860℃,且實施例1-3製備的生物質燃料的升溫速度顯著高於對比例1-3,實施例1-3製備的生物質燃料的利用率提高了13-15%;
(1.2)經檢測燃燒尾氣發現:實施例1-3製備的生物質燃料,以及對比例1-2製備的生物質燃料的燃燒尾氣均符合國家相關規定,且除硫率可達94.7%,除硝率可達95.1%;對比例3的燃燒尾氣不能滿足國家相關規定;
(1.3)經檢測燃料熱值發現:實施例1-3製備的生物質燃料的熱值為5065-5125千卡/千克,每噸生物質燃料相當於0.71噸標準煤;對比例1和對比例2製備的生物質燃料的熱值為4870-4950千卡/千克;對比例3製備的生物質燃料的熱值不足3300千卡/千克。
上面對本專利的較佳實施方式作了詳細說明,但是本專利並不限於上述實施方式,在本領域的普通技術人員所具備的知識範圍內,還可以在不脫離本專利宗旨的前提下做出各種變化。