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?jiān)c煤或焦油共混制備的燃料。

背景技術(shù)：

隨著世界經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，工業(yè)化程度日益加深，人們對(duì)能源需求量也隨之增大，能源儲(chǔ)備量成為了影響社會(huì)運(yùn)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(dāng)前日益嚴(yán)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(yùn)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(diǎn)低、易結(jié)渣等特點(diǎn)，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(dāng)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?jiān)?，這些殘?jiān)兄饕ɡw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(jī)械強(qiáng)度。當(dāng)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(huì)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?jiān)?，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(duì)環(huán)境產(chǎn)生巨大的影響。

將發(fā)酵殘?jiān)尚?，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(duì)原料進(jìn)行預(yù)處理，即先加熱后壓縮，二是在機(jī)械模具部分加加熱裝置，在物料成型過程中進(jìn)行加熱。與熱壓成型相對(duì)的是冷壓成型，冷壓成型時(shí)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粒或小塊狀燃料，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(shí)得到的產(chǎn)品也具有很好的機(jī)械強(qiáng)度，易于儲(chǔ)存與運(yùn)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(shí)現(xiàn)工業(yè)化，但是單純利用發(fā)酵殘?jiān)l(fā)揮其中木素高熱值，可交聯(lián)性的優(yōu)勢(shì)的相關(guān)技術(shù)尚無報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種利用發(fā)酵殘?jiān)苽涞母邿嶂倒腆w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(jī)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(shí)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?jiān)鼇碜陨镆掖脊I(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?jiān)?，可以是木粉，如楊木粉，杉木粉，柳木粉等?jīng)過預(yù)處理后發(fā)酵得到的殘?jiān)?，也可以是甘蔗渣，糠醛渣等工業(yè)纖維渣經(jīng)過預(yù)處理后發(fā)酵的殘?jiān)?，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?jiān)械囊环N或幾種；

發(fā)酵殘?jiān)诠不斐尚颓埃枰?jīng)過蛋白與游離糖的分離，分離后進(jìn)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?jiān)c焦油共混時(shí)，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?jiān)校浞謹(jǐn)嚢?，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(jì)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?jiān)c煤炭共混時(shí)，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?jiān)?，充分?jǐn)嚢?，使二者混合均勻。煤粉與發(fā)酵殘?jiān)梢砸匀我獗壤不欤紤]經(jīng)濟(jì)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(jī)壓成塊狀或利用擠條機(jī)擠成棒狀。成型壓力為5MPa-30Mpa，其中10MPa最優(yōu)。

與現(xiàn)有文獻(xiàn)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：

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

2.發(fā)酵殘?jiān)诠不斐尚颓?，?jīng)過蛋白與游離糖的分離，既可以提高發(fā)酵殘?jiān)举|(zhì)素的熱值，又可是原料組分得到有效梯級(jí)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(shí)機(jī)械性能較好，抗摔性與抗?jié)B水性好，在鍋爐中燃燒時(shí)可以降低鍋爐的著火溫度和鼓風(fēng)量，節(jié)約鍋爐能耗。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例詳述本發(fā)明：

實(shí)施例1

取一定質(zhì)量的甘蔗渣發(fā)酵殘?jiān)春箅x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(jī)以10Mpa壓力壓成小塊，并測(cè)試其燃燒性能與機(jī)械性能。

具體測(cè)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(cè)量；抗摔性測(cè)試是將將固體燃料從2m高處自由落下，測(cè)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(shí)驗(yàn)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(shí)燃料密度逐漸降低，滲水率變大，這說明焦油的加入會(huì)影響燃料的機(jī)械性能。綜合燃料性能與機(jī)械性能兩方面因素考慮，木焦油加入量為10％比較適宜。

實(shí)施例2

取一定質(zhì)量的秸稈發(fā)酵殘?jiān)?，按?中方法制備發(fā)酵殘?jiān)勰７鬯楹蟮墓腆w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(jī)以10Mpa壓力壓成小塊，并測(cè)試其燃燒性能與機(jī)械性能。

具體測(cè)試方法如例1中所述，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2：

從表2中可以看出，秸稈發(fā)酵殘?jiān)娜紵阅芘c機(jī)械性能與甘蔗渣發(fā)酵殘?jiān)兓厔?shì)相似，隨著木焦油的加入，燃料熱值也逐漸升高，但是同時(shí)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?jiān)?，說明該燃料性能更優(yōu)。

實(shí)施例3

取一定質(zhì)量的糠醛渣發(fā)酵殘?jiān)?，按?中方法制備發(fā)酵殘?jiān)勰７鬯楹蟮墓腆w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(jī)以10Mpa壓力壓成小塊，并測(cè)試其燃燒性能與機(jī)械性能。

具體測(cè)試方法如例1中所述，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3：

表中可見，糠醛渣發(fā)酵殘?jiān)娜紵阅芘c機(jī)械性能與甘蔗渣發(fā)酵殘?jiān)兓厔?shì)相似，但是抗摔性和滲水率都較差，這是因?yàn)榭啡┰舅嘏c其他纖維原料的木素結(jié)構(gòu)不同，自身發(fā)生了嚴(yán)重的縮合，所以成型過程中難以形成交聯(lián)，導(dǎo)致機(jī)械性能相對(duì)較差。

實(shí)施例4

取一定質(zhì)量的甘蔗渣發(fā)酵殘?jiān)蠢?中方法制備發(fā)酵殘?jiān)勰?。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(jī)以10Mpa壓力壓成小塊，并測(cè)試其燃燒性能與機(jī)械性能。

具體測(cè)試方法如例1中所述，具體實(shí)驗(yàn)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(shí)燃料密度增大，滲水率變低，這說明煤粉的加入會(huì)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(huì)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(shí)施例5

取一定質(zhì)量的秸稈發(fā)酵殘?jiān)?，按?中方法制備發(fā)酵殘?jiān)勰?。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(jī)以10Mpa壓力壓成小塊，并測(cè)試其燃燒性能與機(jī)械性能。

具體測(cè)試方法如例1中所述，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

表5：

表中可見，秸稈發(fā)酵殘?jiān)娜紵阅芘c機(jī)械性能與甘蔗渣發(fā)酵殘?jiān)兓厔?shì)相似，隨著木焦油的加入，燃料熱值也逐漸升高，但是同時(shí)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?jiān)?，說明該燃料性能更優(yōu)。

實(shí)施例6

取一定質(zhì)量的糠醛渣發(fā)酵殘?jiān)?，按?中方法制備發(fā)酵殘?jiān)勰?。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(jī)以10Mpa壓力壓成小塊，并測(cè)試其燃燒性能與機(jī)械性能。

具體測(cè)試方法如例1中所述，具體實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

表6：

表中可見，糠醛渣發(fā)酵殘?jiān)尚秃蟮娜紵阅芎蜋C(jī)械性能與甘蔗渣和秸稈的發(fā)酵殘?jiān)尚秃笞兓厔?shì)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(duì)本發(fā)明做了示例性描述，應(yīng)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(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的同等替換，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。