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一種利用木質(zhì)纖維原料發(fā)酵殘渣制備高熱值燃料的方法與流程

文檔序號:11107586閱讀:1870來源:國知局

本發(fā)明涉及利用工業(yè)廢料制備高品位燃料固體燃料,尤其是一種木質(zhì)纖維原料發(fā)酵殘渣與煤或焦油共混制備的燃料。



背景技術(shù):

隨著世界經(jīng)濟不斷發(fā)展,工業(yè)化程度日益加深,人們對能源需求量也隨之增大,能源儲備量成為了影響社會運轉(zhuǎn)的重要因素。利用生物質(zhì)這種可再生資源生產(chǎn)能源能夠很大程度緩解當前日益嚴重的環(huán)境問題和能源問題。然而,單純利用生物質(zhì)燃燒存在發(fā)熱量低、熱效率低、體積大、不易運輸?shù)葐栴},直接燃燒生物質(zhì)的熱效率僅為10%-30%,燃燒過程中產(chǎn)生的燃料灰還具有灰熔點低、易結(jié)渣等特點,因此,生物質(zhì)能成為高效潔凈的固體燃料必須加工成型。

當前制備生物質(zhì)固體燃料主要采用木粉和秸稈等農(nóng)林殘渣,這些殘渣中主要包括纖維素,半纖維素,木質(zhì)素等組分。相較于纖維素和半纖維素,木質(zhì)素的含氧量較低,并且形成木質(zhì)素的苯環(huán)結(jié)構(gòu)單元,彼此之間可以互相交聯(lián),在成型過程中可以有效的提高產(chǎn)品的機械強度。當前工業(yè)生產(chǎn)中木質(zhì)素主要來自兩方面,一是造紙工業(yè)產(chǎn)生的堿木素,這些堿木素經(jīng)過濃縮干燥后會作為紙廠的供熱燃料,提供生產(chǎn)必須的熱量;另一部分是生物乙醇的生產(chǎn)過程產(chǎn)生的發(fā)酵殘渣,該部分木質(zhì)素通常沒有得到有效的利用,只是單純的焚燒或堆積,對環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響。

將發(fā)酵殘渣成型,或與焦油或煤炭共混后熱壓或冷壓成型,可以制備出高品質(zhì)的固體燃料。熱壓成型工藝主要是利用生物質(zhì)中的木質(zhì)素加熱軟化后具有粘性的特征,通過加壓使其成型地一種方式,不需要粘合劑,熱壓的溫度升高可以通過兩種方式:一是對原料進行預處理,即先加熱后壓縮,二是在機械模具部分加加熱裝置,在物料成型過程中進行加熱。與熱壓成型相對的是冷壓成型,冷壓成型時通過原料在常溫下高壓擠壓而成型的一種,利用壓力和成型過程中產(chǎn)生的熱量使原料形成顆?;蛐K狀燃料,其工藝過程一般分為:原料粉碎,調(diào)節(jié)含水率,擠壓成型,包裝。在成型過程中,加入一些高熱值的焦油或煤可以有效提高產(chǎn)品熱值,同時得到的產(chǎn)品也具有很好的機械強度,易于儲存與運輸。

目前,利用秸稈或木粉等全生物質(zhì)制備的固體燃料已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化,但是單純利用發(fā)酵殘渣,發(fā)揮其中木素高熱值,可交聯(lián)性的優(yōu)勢的相關(guān)技術(shù)尚無報道。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種利用發(fā)酵殘渣制備的高熱值固體燃料,以緩解石油等化石資源的短缺造成的能源問題。該燃料熱值高,可以部分或完全代替煤炭在鍋爐中燃燒,原料豐富,成本低,制造過程簡單,成型后產(chǎn)品具有良好的機械性能與抗?jié)B水性能,燃燒尾氣中氮氧化物和硫化物含量都要明顯低于煤炭。

為了實現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案為:

本發(fā)明所采用的發(fā)酵殘渣來自生物乙醇工業(yè)發(fā)酵后的底物,共混物為焦油或煤炭,可以采用熱壓或冷壓成型:

本發(fā)明的發(fā)酵殘渣,可以是木粉,如楊木粉,杉木粉,柳木粉等經(jīng)過預處理后發(fā)酵得到的殘渣,也可以是甘蔗渣,糠醛渣等工業(yè)纖維渣經(jīng)過預處理后發(fā)酵的殘渣,也可以是上述原料與木薯渣,麥麩等淀粉基原料混合發(fā)酵后得到的殘渣中的一種或幾種;

發(fā)酵殘渣在共混成型前,需要經(jīng)過蛋白與游離糖的分離,分離后進行干燥粉碎。分離過程可以采用水洗后快速離心的方式將蛋白與游離糖與發(fā)酵木素分離。分離后產(chǎn)品烘干后粉碎至粒徑為0.5mm以下的顆粒;

發(fā)酵殘渣與焦油共混時,可以采用木焦油或煤焦油。首先將一定量的焦油加入到粉碎后的發(fā)酵殘渣中,充分攪拌,使二者混合均勻。焦油的加入量為混合物總質(zhì)量的5%-30%,從經(jīng)濟成本與產(chǎn)品性能角度考慮,加入混合物總質(zhì)量的8%-15%的焦油較優(yōu):

發(fā)酵殘渣與煤炭共混時,需先將煤炭粉碎至粒徑為0.5mm以下的顆粒,然后加入到一定量的發(fā)酵殘渣中,充分攪拌,使二者混合均勻。煤粉與發(fā)酵殘渣可以以任意比例共混,考慮經(jīng)濟成本與產(chǎn)品性能,加入混合物總質(zhì)量的15%-30%的煤粉較優(yōu);

混合物可以通過冷壓或熱壓的方式成型,成型需要在一定壓力下,利用壓塊機壓成塊狀或利用擠條機擠成棒狀。成型壓力為5MPa-30Mpa,其中10MPa最優(yōu)。

與現(xiàn)有文獻相比,本發(fā)明具有如下優(yōu)點:

1.有效利用燃料乙醇生產(chǎn)過程中的殘渣,解決其難以處理的問題,可以實現(xiàn)液體燃料和固體燃料的聯(lián)產(chǎn);

2.發(fā)酵殘渣在共混成型前,經(jīng)過蛋白與游離糖的分離,既可以提高發(fā)酵殘渣木質(zhì)素的熱值,又可是原料組分得到有效梯級利用;

3.用木質(zhì)素本身的熱塑性,成型得到致密的棒狀或塊狀的固體燃料;

4.相比于其他生物質(zhì)固體原料,該產(chǎn)品熱值高,發(fā)熱量接近一類煤燃燒所釋放的熱量;

5.相比于煤炭,該產(chǎn)品燃燒產(chǎn)生的氮氧化物與硫化物含量低,同時機械性能較好,抗摔性與抗?jié)B水性好,在鍋爐中燃燒時可以降低鍋爐的著火溫度和鼓風量,節(jié)約鍋爐能耗。

具體實施方式

下面通過實施例詳述本發(fā)明:

實施例1

取一定質(zhì)量的甘蔗渣發(fā)酵殘渣,水洗后離心,離心速度為4000轉(zhuǎn)/分鐘,離心10分鐘,將離心后的液體傾出,固體部分有淺色的蛋白層和深色木素層,用藥匙分離出蛋白層,木素層在50℃烘箱烘干后粉碎。粉碎后的固體與木焦油分別以95/5,90/10和85/15的質(zhì)量比混合,攪拌均勻后,放入壓塊機以10Mpa壓力壓成小塊,并測試其燃燒性能與機械性能。

具體測試方法如下:熱值采用河南恒科儀器廠生產(chǎn)的ZDHW-5000型量熱儀測量;抗摔性測試是將將固體燃料從2m高處自由落下,測量落地后質(zhì)量;抗?jié)B水性是將燃料放入水中5秒,取出后吸干表面的水,稱量質(zhì)量變化。具體實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1:

從表1中可以看出,隨著木焦油的加入,燃料熱值也逐漸升高,但是同時燃料密度逐漸降低,滲水率變大,這說明焦油的加入會影響燃料的機械性能。綜合燃料性能與機械性能兩方面因素考慮,木焦油加入量為10%比較適宜。

實施例2

取一定質(zhì)量的秸稈發(fā)酵殘渣,按例1中方法制備發(fā)酵殘渣粉末。粉碎后的固體與木焦油分別以95/5,90/10和85/15的質(zhì)量比混合,攪拌均勻后,放入壓塊機以10Mpa壓力壓成小塊,并測試其燃燒性能與機械性能。

具體測試方法如例1中所述,具體實驗數(shù)據(jù)見表2。

表2:

從表2中可以看出,秸稈發(fā)酵殘渣的燃燒性能與機械性能與甘蔗渣發(fā)酵殘渣變化趨勢相似,隨著木焦油的加入,燃料熱值也逐漸升高,但是同時燃料密度逐漸降低,滲水率變大,但是其熱值與密度都略高于甘蔗渣發(fā)酵殘渣,說明該燃料性能更優(yōu)。

實施例3

取一定質(zhì)量的糠醛渣發(fā)酵殘渣,按例1中方法制備發(fā)酵殘渣粉末。粉碎后的固體與木焦油分別以95/5,90/10和85/15的質(zhì)量比混合,攪拌均勻后,放入壓塊機以10Mpa壓力壓成小塊,并測試其燃燒性能與機械性能。

具體測試方法如例1中所述,具體實驗數(shù)據(jù)見表3。

表3:

表中可見,糠醛渣發(fā)酵殘渣的燃燒性能與機械性能與甘蔗渣發(fā)酵殘渣變化趨勢相似,但是抗摔性和滲水率都較差,這是因為糠醛渣木素與其他纖維原料的木素結(jié)構(gòu)不同,自身發(fā)生了嚴重的縮合,所以成型過程中難以形成交聯(lián),導致機械性能相對較差。

實施例4

取一定質(zhì)量的甘蔗渣發(fā)酵殘渣,按例1中方法制備發(fā)酵殘渣粉末。粉碎后的固體與煤粉分別以90/10,80/20和70/30的質(zhì)量比混合,本研究所采用的煤粉為山西焦煤。攪拌均勻后,放入壓塊機以10Mpa壓力壓成小塊,并測試其燃燒性能與機械性能。

具體測試方法如例1中所述,具體實驗數(shù)據(jù)見表4。

表4:

表4說明隨著煤粉質(zhì)量增加,燃料熱值也逐漸升高,但是同時燃料密度增大,滲水率變低,這說明煤粉的加入會影響明顯改善燃料的各方面性能。然而,從環(huán)境與成本角度考慮,煤粉加入量提高會產(chǎn)生大量的氮氧化物與硫化物。故煤粉加入量以不超過總質(zhì)量的30%為宜。

實施例5

取一定質(zhì)量的秸稈發(fā)酵殘渣,按例1中方法制備發(fā)酵殘渣粉末。粉碎后的固體與煤粉分別以9/1,8/2和7/3的質(zhì)量比混合,攪拌均勻后,放入壓塊機以10Mpa壓力壓成小塊,并測試其燃燒性能與機械性能。

具體測試方法如例1中所述,具體實驗數(shù)據(jù)見表5。

表5:

表中可見,秸稈發(fā)酵殘渣的燃燒性能與機械性能與甘蔗渣發(fā)酵殘渣變化趨勢相似,隨著木焦油的加入,燃料熱值也逐漸升高,但是同時燃料密度逐漸降低,滲水率變大,但是其熱值與密度都略高于發(fā)酵殘渣,說明該燃料性能更優(yōu)。

實施例6

取一定質(zhì)量的糠醛渣發(fā)酵殘渣,按例1中方法制備發(fā)酵殘渣粉末。粉碎后的固體與煤粉分別以9/1,8/2和7/3的質(zhì)量比混合,攪拌均勻后,放入壓塊機以10Mpa壓力壓成小塊,并測試其燃燒性能與機械性能。

具體測試方法如例1中所述,具體實驗數(shù)據(jù)見表6。

表6:

表中可見,糠醛渣發(fā)酵殘渣成型后的燃燒性能和機械性能與甘蔗渣和秸稈的發(fā)酵殘渣成型后變化趨勢相似,隨著煤粉的加入量提高,燃料熱值也逐漸升高,燃料滲水率較前兩者增大幅度變大。

以上對本發(fā)明做了示例性描述,應該說明的是,在不脫離本發(fā)明的核心情況下,任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的同等替換,均落入本發(fā)明的保護范圍。

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