本發(fā)明屬于植物秸稈生物質(zhì)能源領(lǐng)域，具體涉及一種以玉米秸稈炭為主要原料制備的固體成型燃料及其制備方法。

背景技術(shù)：

能源和環(huán)境問(wèn)題已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，雖然煤、石油和天然氣這些常規(guī)能源至今仍是燃料的主要來(lái)源，但是，全球目前已探明儲(chǔ)量的可供開采的石油、天然氣和煤炭資源分別將在25、27和97年后用盡耗竭。隨著化石能源的日益枯竭和環(huán)境問(wèn)題的日趨嚴(yán)重，開發(fā)利用潔凈可再生能源已經(jīng)成了緊迫的課題。在此背景下，生物質(zhì)能作為唯一可儲(chǔ)存和運(yùn)輸?shù)目稍偕G色能源，其高效轉(zhuǎn)換和潔凈利用潛力日益受到世界各國(guó)的重視。國(guó)家《生物質(zhì)能發(fā)展“十二五”規(guī)劃》明確提出建立生物質(zhì)成型燃料生產(chǎn)、儲(chǔ)運(yùn)和使用體系，在城市推廣生物質(zhì)成型燃料集中供熱，在農(nóng)村作為清潔炊事和采暖燃料推廣應(yīng)用。

世界上有約39％的人口在利用秸稈燃料進(jìn)行炊事和采暖，但絕大部分被就地燃燒或直接作為燃料燃燒，而農(nóng)村普遍采用老式爐灶，熱效率只有10％。并且，秸稈的無(wú)組織燃燒是我國(guó)大氣污染的一大重要來(lái)源，每年大約有1.2億噸秸稈被無(wú)序燃燒。秸稈的直接無(wú)組織利用，既浪費(fèi)資源，又污染環(huán)境，因此需要加工使用。對(duì)秸稈的利用主要是固體生物質(zhì)的致密成型，即用機(jī)械加壓的方法，使原來(lái)松散、無(wú)定型的原料壓縮成具有一定形狀、一定密度的固體成型燃料，可解決貯運(yùn)困難的問(wèn)題，同時(shí)使能量利用更加集中，燃燒也更加穩(wěn)定。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)秸稈成型工藝的研究主要集中在熱壓成型技術(shù)上。但是，熱壓成型工藝雖然改善了生物質(zhì)的燃燒特性，但熱值沒有明顯增加；工藝流程中，烘干和熱壓成型兩個(gè)環(huán)節(jié)能耗較高；成型設(shè)備關(guān)鍵部件易磨損，生產(chǎn)成本較高。因此，應(yīng)用范圍較窄，并且無(wú)法作為傳統(tǒng)化石燃料的替代品而被大范圍推廣。

為了彌補(bǔ)熱壓成型的這些不足，發(fā)展出了炭化成型工藝。即生物質(zhì)在沒有氧化劑(空氣、氧氣等)存在或只提供有限氧氣的條件下，通過(guò)熱化學(xué)反應(yīng)將生物質(zhì)大分子物質(zhì)(木質(zhì)素、纖維素和半纖維素)分解成較小分子的生物炭質(zhì)材料。生物炭含有較高的含碳量和熱值，較低的灰分、揮發(fā)分和含硫量，對(duì)于全球碳循環(huán)來(lái)講，還可以起到碳固存的環(huán)境意義，被冠以“黑色黃金”之稱。生物質(zhì)炭化有著極高的能量轉(zhuǎn)化率，最高可達(dá)95.5％，并且經(jīng)過(guò)炭化成型工藝制得的生物質(zhì)成型炭，與直接固化成型相比，進(jìn)一步縮小體積20％，提高單位容積的質(zhì)量和熱值，降低燃料揮發(fā)分含量，燃燒性能良好。由于原料纖維結(jié)構(gòu)在炭化過(guò)程中受到破壞，高分子組份受熱裂解轉(zhuǎn)換成炭并釋放出揮發(fā)分(包括可燃?xì)怏w、木醋液和焦油等)，因而其擠壓加工性能得到改善，生產(chǎn)設(shè)備投入費(fèi)用低，成型部件的機(jī)械磨損和擠壓加工過(guò)程中的功率消耗明顯降低。

秸稈生物質(zhì)經(jīng)過(guò)炭化過(guò)程后顆粒內(nèi)部為松散排列的多孔結(jié)構(gòu)，生物質(zhì)由柔韌的有機(jī)物顆粒變成疏松易碎的無(wú)機(jī)碳顆粒，以其直接制得的成型燃料密度小、抗跌落強(qiáng)度低，并且秸稈中的大量木質(zhì)素和半纖維素經(jīng)過(guò)炭化過(guò)程后在高溫下分解為無(wú)機(jī)碳，導(dǎo)致成型燃料缺乏內(nèi)部膠黏劑。一直以來(lái)，國(guó)內(nèi)外常用的膠黏劑有焦油、石灰、酚醛樹脂、木質(zhì)素、玉米淀粉、木薯粉等。但是，這些傳統(tǒng)的膠黏劑在使用上常常各有缺點(diǎn)與不足：焦油類膠黏劑制備的成型燃料往往耐受溫度較低，受熱容易破碎解體，并且燃燒產(chǎn)生較多煙氣，污染環(huán)境；石灰膠黏劑會(huì)引進(jìn)更高的灰分含量，同時(shí)降低成型燃料的熱值；酚醛樹脂等通常造價(jià)較高，會(huì)導(dǎo)致成型燃料成本增加；木質(zhì)素、淀粉等生物膠黏劑的黏結(jié)性和防水性較差，所制備的成型炭運(yùn)輸和貯存性能不佳。因而，傳統(tǒng)膠黏劑制備的成型燃料往往因其成型性能、燃燒性能或者環(huán)境性能的不足，在應(yīng)用上有其局限性，不能真正成為傳統(tǒng)化石燃料的替代品。

諾沃肥是(中國(guó))生物技術(shù)有限公司生產(chǎn)酶制劑的副產(chǎn)物，為面粉、淀粉等原材料經(jīng)發(fā)酵反應(yīng)之后的殘?jiān)Ｏ韧ㄟ^(guò)石灰和高溫兩步滅菌處理，然后將產(chǎn)物脫水，加工而成。諾沃肥含有淀粉、糖類、硅藻土、n、p、k、ca、mg、al等多種成分，傅立葉變換-紅外光譜顯示諾沃肥表面含有羥基、羰基、羧基等多種官能團(tuán)，既可與生物炭顆粒之間發(fā)生物理結(jié)合，又可形成化學(xué)鍵，從而發(fā)揮黏結(jié)作用。mg、ca、al等元素的加入還可有效改善生物質(zhì)燃料的燃燒性能。因此，諾沃肥有成為良好膠黏劑的潛力。

新型環(huán)境材料電氣石是一種多元素的天然硅酸鹽礦物，主要化學(xué)成分是sio2、tio2、cao、k2o、lio、al2o3、b2o3、mgo、na2o、fe2o3、feo、mno、p2o5。電氣石的通式為xyzsi6o18(bo3)3w4(x為na⁺、ca²⁺、k⁺或空位；y為mg²⁺、fe²⁺、mn²⁺、al³⁺、fe³⁺、mn³⁺、cr³⁺、ti⁴⁺、li⁺；z為al³⁺、fe³⁺、cr³⁺、mg²⁺；w為oh^-、f^-、o^2-)，x、y、z位置的原子和離子種類不同導(dǎo)致電氣石成分和顏色不同。有研究顯示，電氣石可以釋放負(fù)離子、持續(xù)發(fā)生直流靜電，釋放礦物質(zhì)和微量元素。因此，電氣石可以與生物炭表面的羥基、羰基和羧基等極性基團(tuán)產(chǎn)生價(jià)鍵力，同時(shí)又可改善成型炭的燃燒性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種新型環(huán)保的高性能玉米秸稈炭固體成型燃料及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種生物質(zhì)固體成型燃料的加工工藝，包括如下主要步驟：

1、預(yù)處理：對(duì)玉米秸稈和諾沃肥進(jìn)行自然風(fēng)干，繼而在60℃下進(jìn)行烘干操作，使其含水率降低到10％。將干燥后的玉米秸稈在低于500℃的低溫下限氧燒制成玉米秸稈炭，將玉米秸稈炭與干燥后的諾沃肥分別粉碎，過(guò)10目篩，制得膠黏劑；

2、混合成型：按照干重將一定比例的生物質(zhì)原料90-100％、諾沃肥0-5％、電氣石0-5％攪拌均勻制得原料混合物，加入原料混合物總重約0-20％的水后，再由成型機(jī)壓制成型，制得固體成型燃料。

與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的有益技術(shù)效果如下：

本發(fā)明采用玉米秸稈炭、諾沃肥、電氣石這幾種密度、性質(zhì)截然不同的材料制備固體成型燃料，可提高生物質(zhì)成型燃料的產(chǎn)率、燃燒性能、貯存性能和環(huán)保性能，并且極大的降低了原料的成本，實(shí)現(xiàn)了固體廢棄物的綜合利用。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述技術(shù)方案作進(jìn)一步的說(shuō)明：

一種以玉米秸稈炭、諾沃肥、電氣石為原料的固體成型燃料的制備，包括以下步驟：

1、預(yù)處理：對(duì)玉米秸稈和諾沃肥進(jìn)行自然風(fēng)干，繼而在60℃下進(jìn)行烘干操作，使其含水率降低到10％。將干燥后的玉米秸稈在350℃下限氧燒制成玉米秸稈炭，將玉米秸稈炭與干燥后的諾沃肥分別粉碎，過(guò)10目篩，制得玉米秸稈炭粉和膠黏劑。

2、按照玉米秸稈炭干基質(zhì)量的2％添加膠黏劑諾沃肥、2％的電氣石和20％的水，與玉米秸稈炭混合，攪拌均勻后使用平模顆粒機(jī)擠壓成型(宇龍，skj型)。

所制得的玉米秸稈炭固體成型燃料為顆粒狀，直徑為5mm，長(zhǎng)度為10-30mm，基本性質(zhì)見表3。

表3玉米秸稈炭固體成型燃料性能

實(shí)施例中所制成的玉米秸稈炭成型燃料含硫量低，環(huán)保性能良好；熱值高，可以作為優(yōu)質(zhì)燃料提供熱量；抗跌落強(qiáng)度大，運(yùn)輸性能良好。

以上所述實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。