一种基于农业废弃物的生物质燃料制备方法

摘要

本发明公开了一种基于农业废弃物的生物质燃料制备方法，属于生物质燃料制备技术领域，本发明采用依次对燃料进行由小到大造粒的方式，通过将小粒径的内嵌型燃料浸于浮毛助燃液中，使内嵌型燃料表面产生具有去水生氧作用的绒毛隔层，随后将该内嵌型燃料再次混于原料粉末中，压缩形成较大粒径的内嵌型燃料，通过选择性多次重复上述步骤，可制得内部掺有多层内嵌型燃料的掺粒型生物质燃料，并且，通过对掺粒型生物质燃料进行高温处理，其内部的多层绒毛隔层均进行吸水生氧过程，不仅降低了生物质燃料的含水率，同时还为其内部提供氧气，使燃料在燃烧时，其内外均可以实现充分燃烧，从而大大提高了生物质燃料的燃值。

说明书

技术领域

本发明涉及生物质燃料制备技术领域，更具体地说，涉及一种基于农业废弃物的生物质燃料制备方法。

背景技术

生物质燃料：是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物(如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等)。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型(如块状、颗粒状等)的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。生物质燃料中较为经济的是生物质成型燃料，多为茎状农作物、花生壳、树皮、锯末以及固体废弃物(糠醛渣、食用菌渣等)经过加工产生的块状燃料，破碎率小于1.5％-2.0％，干基含水量小于10％-15％。

提高生物质燃烧效率的方法主要有：足够高的温度；足够的氧；充分的燃烧时间；较少的能量逃逸。

生物质燃料在进行燃烧时，因燃料内部密实，再加上内部供氧不足，容易出现燃料内部燃烧不完全的情况，导致燃料燃值较低，造成燃料的浪费。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于农业废弃物的生物质燃料制备方法，它采用依次对燃料进行由小到大造粒的方式，通过将小粒径的内嵌型燃料浸于浮毛助燃液中，使内嵌型燃料表面产生具有去水生氧作用的绒毛隔层，随后将该内嵌型燃料再次混于原料粉末中，压缩形成较大粒径的内嵌型燃料，通过选择性多次重复上述步骤，可制得内部掺有多层内嵌型燃料的掺粒型生物质燃料，并且，通过对掺粒型生物质燃料进行高温处理，其内部的多层绒毛隔层均进行吸水生氧过程，即：通过吸收生物质燃料内部的剩余水分，并将其转化为氧气，储存在生物质燃料内部，不仅降低了生物质燃料的含水率，同时还为其内部提供氧气，使燃料在燃烧时，其内外均可以实现充分燃烧，从而大大提高了生物质燃料的燃值。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于农业废弃物的生物质燃料制备方法，包括以下步骤：

S1、粉碎干燥：将秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等多种农业废弃物进行粉碎并均匀混合，通过筛分机对其进行筛分，去除其中的石子、铁钉等杂质，并进行干燥，得水分低于15％的原料粉末；

S2、制备内嵌型颗粒：选取一小部分原料粉末，通过颗粒机压缩成内嵌型颗粒；

S3、浸液半凝固：将上一步骤的内嵌型颗粒浸于浮毛助燃液中，并进行缓慢搅拌操作，待其完全浸渍后将其捞出，自然干燥至半凝固状态，浮毛助燃液在内嵌型颗粒外表面形成具有去水生氧作用的绒毛隔层；

S4、掺粒压缩：再选取一部分原料粉末，将上一步骤得到的内嵌型颗粒均匀混合在该原料粉末中，随后将该混合料再次送入颗粒机压缩成内嵌型颗粒；

S5、根据需要选择性重复进行步骤S3和S4；

S6、最后一次通过步骤S4所得到的内嵌型颗粒即为所需的掺粒型生物质燃料；

S7、吸水生氧：将步骤S6中掺粒型生物质燃料进行高温处理，掺粒型生物质燃料中的多层绒毛隔层在此高温下均进行吸水生氧过程，吸收生物质燃料内部的剩余水分，并将其转化为氧气，储存在生物质燃料内部。

本发明采用依次对燃料进行由小到大造粒的方式，通过将小粒径的内嵌型燃料浸于浮毛助燃液中，使内嵌型燃料表面产生具有去水生氧作用的绒毛隔层，随后将该内嵌型燃料再次混于原料粉末中，压缩形成较大粒径的内嵌型燃料，通过选择性多次重复上述步骤，可制得内部掺有多层内嵌型燃料的掺粒型生物质燃料，并且，通过对掺粒型生物质燃料进行高温处理，其内部的多层绒毛隔层均进行吸水生氧过程，即：通过吸收生物质燃料内部的剩余水分，并将其转化为氧气，储存在生物质燃料内部，不仅降低了生物质燃料的含水率，同时还为其内部提供氧气，使燃料在燃烧时，其内外均可以实现充分燃烧，从而大大提高了生物质燃料的燃值。

进一步的，所述S5中后一次通过颗粒机制得的内嵌型颗粒粒径大于前一次通过颗粒机制得的内嵌型颗粒粒径，保证在压缩制粒过程中，所制得的较大内嵌型颗粒内部可以包裹有一个或多个较小内嵌型颗粒，从而最终可获得层层包裹的掺粒型生物质燃料。

进一步的，所述S7中高温处理的温度为130℃-150℃。

进一步的，所述S3中半凝固状态为内嵌型颗粒的浮毛助燃液呈不滴落状态，在此状态下，浮毛助燃液未完全干燥凝固，所得到的绒毛隔层还具有一定的柔软度和粘度，将该内嵌型颗粒再次混合在原料粉末中时，绒毛隔层对原料粉末具有一定的吸附作用，原料粉末通过绒毛隔层可大量粘附在该内嵌型颗粒外侧，从而在再次制粒过程中，方便制得内部含有该内嵌型颗粒的燃料颗粒。

进一步的，所述S3中的浮毛助燃液为制氧绒毛和液态助燃剂的混合物，通过液态助燃剂与内嵌型颗粒表面接触，可方便使制氧绒毛均匀全面地吸附在内嵌型颗粒表面，并通过液态助燃剂的凝固过程，使得制氧绒毛较稳定地形成于内嵌型颗粒表面。

进一步的，所述制氧绒毛包括可融膜，所述可融膜的内部填充有双态填料，所述可融膜采用熔点为108℃-126℃的低密度聚乙烯材料制成，在步骤S7的高温处理过程中，可融膜在上述130℃-150℃温度下可实现熔化，使得双态填料可吸收燃料内部水分，在高温状态下快速发生反应产生氧气，存储于燃料内部，不仅降低了燃料的含水率，同时在燃料燃烧过程中，通过燃料内部的多处氧气可使燃料内部可以得到充分燃烧，从而大大提高燃料的燃值，并且，在高温处理中会存在未与水反应的剩余过氧化钠粉末，当生物质燃料燃烧时，在燃烧高温作用下，剩余过氧化钠粉末会发生分解，生成氧化钠和氧气，从而再次为燃料内部提供氧气，进一步促进燃料内部的充分燃烧。

进一步的，所述双态填料包括固体制氧剂和干燥空气，所述双态填料固体制氧剂采用过氧化钠粉末，过氧化钠可与水发生，最终生成氢氧化钠和氧气，通过在双态填料内填充一部分干燥气体，可使整个制氧绒毛在液态助燃剂实现悬浮，均匀分布，从而方便附着于内嵌型颗粒表面。

进一步的，所述可融膜的外表面固定连接有吸水防护层，所述吸水防护层的外表面包裹有易损防水薄膜，易损防水薄膜对内部的吸水防护层起到暂时性的防水密封作用，使制氧绒毛在未使用时，吸水防护层不易吸收空气中的水分，从而不易给生物质燃料内部带来外界水分。

进一步的，所述吸水防护层的内部填充有多个尖刺，多个所述尖刺呈多方向均匀分布，当包裹有绒毛隔层的内嵌型燃料颗粒再次混于原料粉末中时，在造粒过程中，通过颗粒机的压缩，原料粉末对易损防水薄膜实现挤压，吸水防护层在挤压力下发生压缩变形，当易损防水薄膜与尖刺接触时，尖刺可以刺破易损防水薄膜使其发生破损，破坏易损防水薄膜的密封性，使得吸水防护层可以吸收原料粉末中的水分并进行储存，在后期高温处理过程中，双态填料中固体制氧剂可以快速与水反应产生氧气，并且，在燃料存放过程中，通过吸水防护层还可以提高燃料的防潮性能，保证燃料的正常使用。

进一步的，所述易损防水薄膜的外表面固定连接有绒丝吸附层，所述绒丝吸附层由多个碳纤维丝相互交错缠绕而成，将内嵌型颗粒浸于浮毛助燃液中时，通过碳纤维丝可提高制氧绒毛的附着能力，使其方便吸附在内嵌型颗粒表面。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案采用依次对燃料进行由小到大造粒的方式，通过将小粒径的内嵌型燃料浸于浮毛助燃液中，使内嵌型燃料表面产生具有去水生氧作用的绒毛隔层，随后将该内嵌型燃料再次混于原料粉末中，压缩形成较大粒径的内嵌型燃料，通过选择性多次重复上述步骤，可制得内部掺有多层内嵌型燃料的掺粒型生物质燃料，并且，通过对掺粒型生物质燃料进行高温处理，其内部的多层绒毛隔层均进行吸水生氧过程，即：通过吸收生物质燃料内部的剩余水分，并将其转化为氧气，储存在生物质燃料内部，不仅降低了生物质燃料的含水率，同时还为其内部提供氧气，使燃料在燃烧时，其内外均可以实现充分燃烧，从而大大提高了生物质燃料的燃值。

(2)S5中后一次通过颗粒机制得的内嵌型颗粒粒径大于前一次通过颗粒机制得的内嵌型颗粒粒径，保证在压缩制粒过程中，所制得的较大内嵌型颗粒内部可以包裹有一个或多个较小内嵌型颗粒，从而最终可获得层层包裹的掺粒型生物质燃料。

(3)S7中高温处理的温度为130℃-150℃。

(4)S3中半凝固状态为内嵌型颗粒的浮毛助燃液呈不滴落状态，在此状态下，浮毛助燃液未完全干燥凝固，所得到的绒毛隔层还具有一定的柔软度和粘度，将该内嵌型颗粒再次混合在原料粉末中时，绒毛隔层对原料粉末具有一定的吸附作用，原料粉末通过绒毛隔层可大量粘附在该内嵌型颗粒外侧，从而在再次制粒过程中，方便制得内部含有该内嵌型颗粒的燃料颗粒。

(5)S3中的浮毛助燃液为制氧绒毛和液态助燃剂的混合物，通过液态助燃剂与内嵌型颗粒表面接触，可方便使制氧绒毛均匀全面地吸附在内嵌型颗粒表面，并通过液态助燃剂的凝固过程，使得制氧绒毛较稳定地形成于内嵌型颗粒表面。

(6)制氧绒毛包括可融膜，可融膜的内部填充有双态填料，可融膜采用熔点为108℃-126℃的低密度聚乙烯材料制成，在步骤S7的高温处理过程中，可融膜在上述130℃-150℃温度下可实现熔化，使得双态填料可吸收燃料内部水分，在高温状态下快速发生反应产生氧气，存储于燃料内部，不仅降低了燃料的含水率，同时在燃料燃烧过程中，通过燃料内部的多处氧气可使燃料内部可以得到充分燃烧，从而大大提高燃料的燃值。

(7)双态填料包括固体制氧剂和干燥空气，双态填料固体制氧剂采用过氧化钠粉末，过氧化钠可与水发生，最终生成氢氧化钠和氧气，通过在双态填料内填充一部分干燥气体，可使整个制氧绒毛在液态助燃剂实现悬浮，均匀分布，从而方便附着于内嵌型颗粒表面，并且，在高温处理中会存在未与水反应的剩余过氧化钠粉末，当生物质燃料燃烧时，在燃烧高温作用下，剩余过氧化钠粉末会发生分解，生成氧化钠和氧气，从而再次为燃料内部提供氧气，进一步促进燃料内部的充分燃烧。

(8)可融膜的外表面固定连接有吸水防护层，吸水防护层的外表面包裹有易损防水薄膜，易损防水薄膜对内部的吸水防护层起到暂时性的防水密封作用，使制氧绒毛在未使用时，吸水防护层不易吸收空气中的水分，从而不易给生物质燃料内部带来外界水分。

(9)吸水防护层的内部填充有多个尖刺，多个尖刺呈多方向均匀分布，当包裹有绒毛隔层的内嵌型燃料颗粒再次混于原料粉末中时，在造粒过程中，通过颗粒机的压缩，原料粉末对易损防水薄膜实现挤压，吸水防护层在挤压力下发生压缩变形，当易损防水薄膜与尖刺接触时，尖刺可以刺破易损防水薄膜使其发生破损，破坏易损防水薄膜的密封性，使得吸水防护层可以吸收原料粉末中的水分并进行储存，在后期高温处理过程中，双态填料中固体制氧剂可以快速与水反应产生氧气，并且，在燃料存放过程中，通过吸水防护层还可以提高燃料的防潮性能，保证燃料的正常使用。

(10)易损防水薄膜的外表面固定连接有绒丝吸附层，绒丝吸附层由多个碳纤维丝相互交错缠绕而成，将内嵌型颗粒浸于浮毛助燃液中时，通过碳纤维丝可提高制氧绒毛的附着能力，使其方便吸附在内嵌型颗粒表面。

附图说明

图1为本发明的流程结构示意图；

图2为本发明制得的生物质燃料的结构示意图；

图3为本发明的制氧绒毛的结构示意图；

图4为图3中A处的结构示意图；

图5为本发明的制氧绒毛破损时的局部结构示意图。

图中标号说明：

1可融膜、2双态填料、3吸水防护层、4易损防水薄膜、5绒丝吸附层、6尖刺。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图；对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然；所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例；而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例；本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例；都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图1，一种基于农业废弃物的生物质燃料制备方法，包括以下步骤：

S1、粉碎干燥：将秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等多种农业废弃物进行粉碎并均匀混合，通过筛分机对其进行筛分，去除其中的石子、铁钉等杂质，并进行干燥，得水分低于15％的原料粉末；

S2、制备内嵌型颗粒：选取一小部分原料粉末，通过颗粒机压缩成内嵌型颗粒；

S3、浸液半凝固：将上一步骤的内嵌型颗粒浸于浮毛助燃液中，并进行缓慢搅拌操作，待其完全浸渍后将其捞出，自然干燥至半凝固状态，浮毛助燃液在内嵌型颗粒外表面形成具有去水生氧作用的绒毛隔层；

S4、掺粒压缩：再选取一部分原料粉末，将上一步骤得到的内嵌型颗粒均匀混合在该原料粉末中，随后将该混合料再次送入颗粒机压缩成内嵌型颗粒，此内嵌型颗粒内部包裹有多个S3中带有绒毛隔层的内嵌型颗粒；

S5、根据需要选择性重复进行步骤S3和S4；

S6、最后一次通过步骤S4所得到的内嵌型颗粒即为所需的掺粒型生物质燃料；

如图2，图2所示掺粒型生物质燃料是重复经过两道S3和S4所得，经历第一道S3和S4后，制得包裹有多个a的b,经历第二道S3和S4后，制得包裹有多个b的c，其中：a、b和c均为生物质燃料颗粒，a的粒径小于b的粒径，b的粒径小于c的粒径，从而实现层层包裹；

S7、吸水生氧：将步骤S6中掺粒型生物质燃料进行高温处理，掺粒型生物质燃料中的多层绒毛隔层在此高温下均进行吸水生氧过程，吸收生物质燃料内部的剩余水分，并将其转化为氧气，储存在生物质燃料内部，降低燃料含水率的同时，为燃料内部提供氧气。

S5中后一次通过颗粒机制得的内嵌型颗粒粒径大于前一次通过颗粒机制得的内嵌型颗粒粒径，保证在压缩制粒过程中，所制得的较大内嵌型颗粒内部可以包裹有一个或多个较小内嵌型颗粒，从而最终可获得层层包裹的掺粒型生物质燃料。

S7中高温处理的温度为130℃-150℃。

S3中半凝固状态为内嵌型颗粒的浮毛助燃液呈不滴落状态，在此状态下，浮毛助燃液未完全干燥凝固，所得到的绒毛隔层还具有一定的柔软度和粘度，将该内嵌型颗粒再次混合在原料粉末中时，绒毛隔层对原料粉末具有一定的吸附作用，原料粉末通过绒毛隔层可大量粘附在该内嵌型颗粒外侧，从而在再次制粒过程中，方便制得内部含有该内嵌型颗粒的燃料颗粒。

S3中的浮毛助燃液为制氧绒毛和液态助燃剂的混合物，通过液态助燃剂与内嵌型颗粒表面接触，可方便使制氧绒毛均匀全面地吸附在内嵌型颗粒表面，并通过液态助燃剂的凝固过程，使得制氧绒毛较稳定地形成于内嵌型颗粒表面。

请参阅图3和图4，制氧绒毛包括可融膜1，可融膜1的内部填充有双态填料2，双态填料2包括固体制氧剂和干燥空气，双态填料2固体制氧剂采用过氧化钠粉末，过氧化钠可与水发生，最终生成氢氧化钠和氧气，通过在双态填料2内填充一部分干燥气体，可使整个制氧绒毛在液态助燃剂实现悬浮，均匀分布，从而方便附着于内嵌型颗粒表面，可融膜1采用熔点为108℃-126℃的低密度聚乙烯材料制成，在步骤S7的高温处理过程中，可融膜1在上述130℃-150℃温度下可实现熔化，使得双态填料2可吸收燃料内部水分，在高温状态下快速发生反应产生氧气，存储于燃料内部，不仅降低了燃料的含水率，同时在燃料燃烧过程中，通过燃料内部的多处氧气可使燃料内部可以得到充分燃烧，从而大大提高燃料的燃值，并且，在高温处理中会存在未与水反应的剩余过氧化钠粉末，当生物质燃料燃烧时，在燃烧高温作用下，剩余过氧化钠粉末会发生分解，生成氧化钠和氧气，从而再次为燃料内部提供氧气，进一步促进燃料内部的充分燃烧。

请参阅图4和图5，可融膜1的外表面固定连接有吸水防护层3，吸水防护层3的外表面包裹有易损防水薄膜4，易损防水薄膜4对内部的吸水防护层3起到暂时性的防水密封作用，使制氧绒毛在未使用时，吸水防护层3不易吸收空气中的水分，从而不易给生物质燃料内部带来外界水分，吸水防护层3的内部填充有多个尖刺6，多个尖刺6呈多方向均匀分布，当包裹有绒毛隔层的内嵌型燃料颗粒再次混于原料粉末中时，在造粒过程中，通过颗粒机的压缩，原料粉末对易损防水薄膜4实现挤压，吸水防护层3在挤压力下发生压缩变形，当易损防水薄膜4与尖刺6接触时，尖刺6可以刺破易损防水薄膜4使其发生破损，破坏易损防水薄膜4的密封性，使得吸水防护层3可以吸收原料粉末中的水分并进行储存，如图5，M表示易损防水薄膜4发生破损的位置，在后期高温处理过程中，双态填料2中固体制氧剂可以快速与水反应产生氧气，并且，在燃料存放过程中，通过吸水防护层3还可以提高燃料的防潮性能，保证燃料的正常使用。

易损防水薄膜4的外表面固定连接有绒丝吸附层5，绒丝吸附层5由多个碳纤维丝相互交错缠绕而成，将内嵌型颗粒浸于浮毛助燃液中时，通过碳纤维丝可提高制氧绒毛的附着能力，使其方便吸附在内嵌型颗粒表面。

本发明采用依次对燃料进行由小到大造粒的方式，通过将小粒径的内嵌型燃料浸于浮毛助燃液中，使内嵌型燃料表面产生具有去水生氧作用的绒毛隔层，随后将该内嵌型燃料再次混于原料粉末中，压缩形成较大粒径的内嵌型燃料，通过选择性多次重复上述步骤，可制得内部掺有多层内嵌型燃料的掺粒型生物质燃料，并且，通过对掺粒型生物质燃料进行高温处理，其内部的多层绒毛隔层均进行吸水生氧过程，即：通过吸收生物质燃料内部的剩余水分，并将其转化为氧气，储存在生物质燃料内部，不仅降低了生物质燃料的含水率，同时还为其内部提供氧气，使燃料在燃烧时，其内外均可以实现充分燃烧，从而大大提高了生物质燃料的燃值。

以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。