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。