一種生物質(zhì)燃料及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及生物燃料領(lǐng)域，具體而言，涉及一種生物質(zhì)燃料的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]化石燃料的大量使用和開采，由此引發(fā)大量的環(huán)境問題。另一方面，由于化石的不斷消耗，其儲(chǔ)量的不斷減少，也導(dǎo)致了化石燃料的使用成本增加。人們迫切需求一種新型燃料來逐步減少甚至替代現(xiàn)有的化石燃料。其中，生物質(zhì)燃料是一種前景廣闊的選擇。生物質(zhì)是一種可再生能源，而且其來源十分廣闊。生物質(zhì)是指利用大氣、水、土地等通過光合作用而產(chǎn)生的各種有機(jī)體，它包括植物、動(dòng)物和微生物等等。目前，代表性的生物質(zhì)有農(nóng)作物、農(nóng)作物廢棄物、木材、木材廢棄物、秸桿、樹木等木質(zhì)纖維素、農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)下腳料。生物質(zhì)具有可再生性、低污染性、來源廣泛分布性等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)前，生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)過程使其還普遍存在水分含量高的缺點(diǎn)，從而導(dǎo)致了生物質(zhì)燃料不易儲(chǔ)存、燃燒時(shí)熱損耗大的問題。有鑒于此，特提出本發(fā)明。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種生物質(zhì)燃料的制作方法，所述生物質(zhì)燃料的制作方法可以改善現(xiàn)有生物質(zhì)燃料含水量高的問題，從而可以提高生物質(zhì)燃料燃燒效率，改善其儲(chǔ)存的便利性。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，特采用以下技術(shù)方案:
[0005]—種生物質(zhì)燃料的制作方法，包括以下步驟:
[0006]I)將生物質(zhì)造粒、定型，制得定型料；
[0007]2)采用微波干燥技術(shù)對(duì)所述定型料進(jìn)行干燥，所述干燥的時(shí)間為5?30分鐘，每克定型料的微波輸入功率為0.055?0.56W，即得生物質(zhì)燃料。
[0008]現(xiàn)有的生物質(zhì)燃料產(chǎn)生過程中通常采用滾筒、鍋爐來進(jìn)行干燥，將生物質(zhì)放入滾筒中通過電阻絲等間接加熱方式來干燥生物質(zhì)，即先加熱滾筒，然后通過高溫滾筒的熱輻射對(duì)生物質(zhì)加熱，最后將干燥后的生物質(zhì)制作為顆粒、成型。但是，現(xiàn)有的加熱方式往往存在加熱不充分，加熱不均勻的問題，滾筒受熱不均難以同時(shí)加熱大量的生物質(zhì)，從而生物質(zhì)的干燥效率大大下降。此外，滾筒加熱存在熱損耗、傳熱速度慢的問題，從而導(dǎo)致熱量的浪費(fèi)。生物質(zhì)的干燥效果差、含水率高，導(dǎo)致制作的生物質(zhì)燃料不容易點(diǎn)燃，燃燒效率低。
[0009]本發(fā)明采用微波加熱的方式，微波直接作用于生物質(zhì)，生物質(zhì)吸收微波能將其轉(zhuǎn)換成熱能，使生物質(zhì)整體同時(shí)升溫。生物質(zhì)中的水分子、揮發(fā)分受微波振動(dòng)，相互碰撞、摩擦產(chǎn)生熱能，從而快速從生物質(zhì)中脫離。微波覆蓋生物質(zhì)，其中的水分子、揮發(fā)分同時(shí)運(yùn)動(dòng)、碰撞，所產(chǎn)生的熱量也是在整個(gè)生物質(zhì)內(nèi)同時(shí)產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)快速、高效的干燥，干燥更加的徹底和均勾。
[0010]通過微波加熱生物質(zhì)燃料，可以去除生物質(zhì)里面的水分，提高生物質(zhì)燃料的熱值。生物質(zhì)燃料的能量密度提高，生物質(zhì)燃料的物流成本降低，從而增大了生物質(zhì)燃料的利用范圍。
[0011]優(yōu)選地，微波作用于生物質(zhì)的溫度為200?400°C。在該溫度下，微波作用于生物質(zhì)，可以去除生物質(zhì)里的揮發(fā)分(VOCs，揮發(fā)性有機(jī)物)，破壞生物質(zhì)里面的木質(zhì)素和半纖維素，使得處理后的生物質(zhì)燃料再次接觸到水時(shí)，不會(huì)散架。
[0012]優(yōu)選地，在所述造粒之后和定型之前，還包括:將所述生物質(zhì)初步干燥至含水量為3%?15%(重量百分比)。
[0013]對(duì)生物質(zhì)顆粒進(jìn)行干燥以降低其含水率，利于將生物質(zhì)制作定型。水分含量過高，在成型時(shí)生物質(zhì)體積大，生物質(zhì)顆粒之間的接觸面積小，成型牢固程度低，并且后期干燥時(shí)，水分的去除導(dǎo)致其體積變化大，容易松散、破裂。水分含量過低，則使得生物質(zhì)顆粒之間的范德華力降低，生物質(zhì)顆粒相互連接不牢固，不利于成型。
[0014]優(yōu)選地，所述初步干燥的方法為:所述生物質(zhì)顆粒于氣流干燥機(jī)中初步干燥。
[0015]在氣流干燥機(jī)中，生物質(zhì)顆粒分散于熱氣流中，生物質(zhì)顆粒隨同熱氣流于管道中向前流動(dòng)，最后再通過離心分離設(shè)備與氣流分離。由于生物質(zhì)顆粒可以充分分散于熱氣流中，熱力流與生物質(zhì)顆粒的接觸面積大，干燥的有效面積大，可以縮短對(duì)生物質(zhì)顆粒的干燥時(shí)間。
[0016]優(yōu)選地，步驟I)中利用造粒機(jī)將生物質(zhì)粉碎為顆粒。造粒機(jī)制作生物質(zhì)顆粒的速度快、效率高，而且粒徑相對(duì)更均勻。
[0017]優(yōu)選地，粉碎后的所述生物質(zhì)顆粒的粒徑為5?20mm。粒徑過大，則生物質(zhì)顆粒之間的接觸不充分，成型后空隙率高，生物質(zhì)燃料密度降低。粒徑過小，則生物質(zhì)顆粒的加工難度增加，加工成本上升;另外，生物質(zhì)顆粒之間的相互作用更強(qiáng)，不利于水分、揮發(fā)分的去除。
[0018]優(yōu)選地，所述定型料是通過擠壓成型制作而成，所述定型料的密度為0.7?2g/cm3。擠壓成型使得生物質(zhì)顆粒緊密結(jié)合，形成致密的定型料。該定型料具有穩(wěn)定的幾何形狀，保持較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，方便于運(yùn)輸、儲(chǔ)存。
[0019]優(yōu)選地，所述擠壓成型的壓力為60?lOOMpa。擠壓成型可以在一定程度上將生物質(zhì)顆粒間的空氣趕出，在一定程度上提高定型料的致密度。此外，將少量被擠壓出的水分去除，降低孔隙間的水分。生物質(zhì)材料中的木質(zhì)素塑化，具有一定的流動(dòng)性和粘性，降低擠壓設(shè)備的功耗，同時(shí)還使得生物質(zhì)顆粒之間的凝聚更牢固。
[0020]優(yōu)選地，步驟I)中進(jìn)行定型時(shí)加入粘結(jié)劑，所述定型料中含有3?10%(重量百分比)的粘結(jié)劑。通過添加粘結(jié)劑可以提高生物質(zhì)顆粒堆積的緊密和牢固性，從而改善定型料的機(jī)械強(qiáng)度和防水等性能。粘結(jié)劑含量過高使得生物質(zhì)燃料的單位產(chǎn)熱量降低，不利于生物質(zhì)燃料的使用;粘結(jié)劑含量過低，對(duì)生物質(zhì)顆粒的粘結(jié)作用弱，定型料容易發(fā)生破碎。
[0021]優(yōu)選地，所述粘結(jié)劑為聚環(huán)氧乙烷。生物質(zhì)原料的成型過程中，生物質(zhì)顆粒與液體接觸，在其表面會(huì)發(fā)生電荷的吸附現(xiàn)象，使生物質(zhì)顆粒表面帶電荷，相應(yīng)地，在液體表面會(huì)形成相反電荷的擴(kuò)散層，從而在生物質(zhì)顆粒表面和液體內(nèi)部產(chǎn)生電動(dòng)勢。由于該電動(dòng)勢的存在，會(huì)阻礙生物質(zhì)顆粒之間相互靠近，對(duì)生物質(zhì)顆粒的壓縮成型起排斥作用，降低生物質(zhì)顆粒成型后的牢固程度。聚環(huán)氧乙烷則可以起到中和該電動(dòng)勢的作用，減小生物質(zhì)顆粒之間的排斥作用，使得生物質(zhì)顆粒之間結(jié)合更牢固，更抗摔。
[0022]優(yōu)選地，所述定型料為棒狀、塊狀、蜂窩狀結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，所述生物質(zhì)包括玉米秸軒、水稻秸軒、小麥秸桿、豆秸、木肩中的一種或多種。
[0024]優(yōu)選地，步驟2)中對(duì)所述定型料進(jìn)行干燥時(shí)，還包括:通過紅外傳感器檢測所述定型料的溫度。
[0025]通過紅外傳感器檢測定型料的溫度，從而可以根據(jù)其溫度，調(diào)整微波的輸入功率，以便實(shí)現(xiàn)微波能量的優(yōu)化利用。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為:
[0027](I)干燥速度高，微波直接作用于生物質(zhì)燃料中的水分、揮發(fā)分，使其運(yùn)動(dòng)、碰撞產(chǎn)熱，不需熱傳導(dǎo)進(jìn)行干燥，從而提高了干燥效率。
[0028](2)熱損耗少，由于將生物質(zhì)燃料中的水分、揮發(fā)分物質(zhì)去除的更加徹底，生物質(zhì)燃料燃燒時(shí)，由水分、揮發(fā)分物質(zhì)消耗的熱量少，從而時(shí)生物質(zhì)燃料燃燒產(chǎn)生的熱能能夠更加充分利用。另一方面，微波攜帶能力直接作用于生物質(zhì)中的水分、揮發(fā)分，減少了熱傳導(dǎo)過程，從而減少了熱傳導(dǎo)過程中能量的耗散，減少熱損失。
[0029](3)干燥更加均勻，現(xiàn)有通過熱傳導(dǎo)的干燥方式，熱能在干燥設(shè)備內(nèi)的傳導(dǎo)不均勻，進(jìn)而由干燥設(shè)備傳導(dǎo)給生物質(zhì)的熱能也不均勻。微波加熱的干燥方式，微波直接覆蓋生物質(zhì)，并且作用其含有的水分、揮發(fā)分，使生物質(zhì)表面、內(nèi)部均產(chǎn)生熱量，實(shí)現(xiàn)均勻干燥。
[0030](4)干燥溫度可控性高，通過改變微波的輸入波長和輸入量可以快速改變干燥溫度。
【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過市售購買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。
[0032]實(shí)施例1
[0033]本實(shí)施例提供了一種生物質(zhì)燃料的制作方法，包括以下步驟:
[0034]將玉米秸桿進(jìn)行切割成段，然后放入造粒機(jī)中形成顆粒，玉米秸桿顆粒的平均粒徑為17mm。然后將玉米秸桿顆粒放入擠壓機(jī)中于60Mpa壓力下擠壓形成棒狀的玉米秸桿生物質(zhì)燃料，其密度為lg/cm3，然后將該生物質(zhì)燃料放入微波發(fā)生裝置中利用微波進(jìn)行干燥，微波干燥作用于生物質(zhì)燃料的溫度為200°C。
[0035]通過微波干燥后，玉米秸桿形成的生物質(zhì)燃料中的水分被迅速去除。由于水分減少，生物質(zhì)燃料更容易點(diǎn)燃和燃燒，且燃燒時(shí)的由水分消耗的熱能大大減少，從而提高燃燒時(shí)熱能的利用效率。玉米秸桿顆粒重5克，微波輸入功率0.275W，干燥時(shí)間為5分鐘。玉米秸桿在上述方法處理前的含水率為8% (重量百分?jǐn)?shù))，處理后的含水率為5%，經(jīng)過上述方法處理前的熱值為10MJ/T，處理后的生物質(zhì)燃料的熱值為15MJ/T。
[0036]實(shí)施例2
[0037]本實(shí)施例提供了一種生物質(zhì)燃料的制作方法，包括以下步驟:
[0038]首先，將玉米秸桿進(jìn)行切割成段，然后放入造粒機(jī)中形成顆粒，玉米秸桿顆粒的平均粒徑為5_。將玉米秸桿顆粒放置于烘房內(nèi)烘干至含水率為10% (重量百分?jǐn)?shù))。
[0039]其次，將干燥后的玉米秸桿顆粒放入擠壓機(jī)中于73Mpa壓力下通過擠壓形成棒狀的玉米秸桿生物質(zhì)燃料，其密度為1.5g/cm3。
[0040]最后，將該生物質(zhì)燃料放入微波發(fā)生裝置中利用微波進(jìn)行干燥，微波干燥作用于生物質(zhì)燃料的溫度為220°C。
[0041 ]本實(shí)施例中，玉米秸桿顆粒重10克，微波輸入功率0.55W，干