一种生物质仿生煤及其制备方法与流程

本发明涉及绿色低碳固体燃料，尤其涉及一种生物质仿生煤及其制备方法。

背景技术：

1、煤炭，作为传统的燃料资源，是植物的枝叶和根茎经历千百万年在地面上堆积而成的一层极厚的黑色的腐植质，由于地壳的变动不断地埋入地下，长期与空气隔绝，并在高温高压下，经过一系列复杂的物理化学变化等因素，形成的黑色可然化石，这就是煤炭的形成过程。由于不断地开发与使用，煤炭资源会越来越少，因此，需要寻求能够替代传统煤炭资源的新型燃料。

2、生物质是指利用大气、水、土地等通过光合作用而产生的各种有机体，即一切有生命的可以生长的有机物质通称为生物质。生物质取材简单，可供量大。生物质能是植物以生物质作为媒介储存太阳能，属再生能源。利用生物质开发生物质仿生煤，有利于可持续发展。

3、并且，在当今世界，能源的发展，以及能源的使用和所面临的环境问题，是全世界、全人类共同关心的问题。开发新能源和高效应用生物质燃料，意义重大且有利于环境保护。

4、传统的生物质燃料主要是直接燃烧、压制成型、用于热解制碳、制取沼气、制取乙醇的生产原料。常规制得的生物质燃料，通常由于粒度较大，热值低，燃烧效率有待提高。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种生物质仿生煤及其制备方法，模仿煤的形成过程，利用原料易得的生物质制备高热值、低成本的仿生煤，由于大大增加了细度，极大地提高了比表面积，能够闪燃加速燃烧，具有很高的燃烧效率，很好地解决了上述背景技术提及的常规生物质燃料热值低、燃烧效率较低等问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种生物质仿生煤，包括75～92wt％的植物性生物质和8～25wt％的添加剂；生物质仿生煤呈超微粉末状，其中粒径为58微米以下的粉体比例占90％以上。

4、进一步，所述植物性生物质包括农林作物及其废弃物。

5、优选的，所述植物性生物质选自树木、枝杈、果壳、竹子、草、锯末、藤条、秸秆、甘蔗渣、稻糠、玉米芯中的一种或多种。这些原料取材简单、廉价易得，多为废弃资源，可供量大，能够大量用于制备仿生煤。

6、进一步，所述添加剂包括水、矿物质类固废中的一种或多种。

7、优选的，所述的水选自普通水、废水、碱性电位水中的一种或多种。

8、优选的，所述矿物质类固废选自煤矸石、粉煤灰、尾矿、赤泥中的一种或多种。煤矸石、粉煤灰、尾矿、赤泥这些矿物质类固废含有的矿物元素具有助燃作用，通过将其与植物性生物质搭配制成仿生煤，可以提高燃烧效率。同时，通过对这些工业产物的合理利用，变废为宝。

9、第二方面，本发明还提供了所述的生物质仿生煤的制备方法，包括以下步骤：

10、步骤1、将植物性生物质粉碎至3～8立方厘米；

11、步骤2、将粉碎后的植物性生物质与添加剂混合，然后送入双螺杆挤出机的料筒内进行预热挤压、反应改性以及膨化处理，得到粒度小于2mm的膨化物料；

12、步骤3、对膨化物料进行超微粉碎到200目以下形成超微粉末状的生物质仿生煤，其中粒径为58微米以下的粉体比例占90％以上。

13、进一步，在步骤2中，双螺杆挤出机的料筒依次分为原料输入段、混合预热段、反应段和膨化段；螺杆的转动频率为10～45hz；反应段的压力为0～10mpa，温度为100～340℃，时间为2～10min。

14、优选的，螺杆的转动频率为35hz；反应段的压力为3mpa，温度为220℃，时间为5min。

15、与现有技术相比，本发明提供了一种生物质仿生煤及其制备方法，具备以下有益效果：

16、(1)本发明是利用机械方法进行挤压、剪切、转动摩擦，使得机械能转变热能对物料进行粉碎和改性，通过外部补偿加温在反应段形成高温高压区域与气化后的水蒸气进行相变反应、反应后导入膨化段获得制备生物质仿生煤的基材，对膨化后的基材进行超微粉碎来制备超微粉末状的生物质仿生煤。

17、(2)本发明采用双螺杆挤出机加工，前端粉碎挤压和反应，料筒中隔绝空气，可模拟闪蒸条件进行相变，实现碳化，后端应用类似饲料膨化的方式对物料进行膨化，可增加空隙和粉化。由于超细粉碎至200目以下，粉体粒度58微米以下的占90％以上，增加了细度，提高了比表面积，闪燃加速燃烧，相对热值增加。矿物质类固废在反应过程中引入金属离子，可以增加持久度。

18、(3)本发明超微粉的生物质仿生煤的原料廉价易得，制备过程和使用过程低碳环保，工艺简单高效，可以直接燃烧，瞬间热值高，燃烧速度快、效果好，用途广泛，且其成本低。本发明超微粉的生物质仿生煤特别适用于代替或部分代替传统的天然气、煤炭燃烧，适合大规模工业化生产。

技术特征：

1.一种生物质仿生煤，其特征在于，包括75～92wt％的植物性生物质和8～25wt％的添加剂；生物质仿生煤呈超微粉末状，其中粒径为58微米以下的粉体比例占90％以上。

2.根据权利要求1所述的生物质仿生煤，其特征在于，所述植物性生物质包括农林作物及其废弃物。

3.根据权利要求1所述的生物质仿生煤，其特征在于，所述植物性生物质选自树木、枝杈、果壳、竹子、草、锯末、藤条、秸秆、甘蔗渣、稻糠、玉米芯中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的生物质仿生煤，其特征在于，所述添加剂包括水、矿物质类固废中的一种或多种。

5.根据权利要求4所述的生物质仿生煤，其特征在于，所述的水选自普通水、废水、碱性电位水中的一种或多种。

6.根据权利要求4所述的生物质仿生煤，其特征在于，所述矿物质类固废选自煤矸石、粉煤灰、尾矿、赤泥中的一种或多种。

7.如权利要求1～6中任一项所述的生物质仿生煤的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的生物质仿生煤的制备方法，其特征在于，在步骤2中，双螺杆挤出机的料筒依次分为原料输入段、混合预热段、反应段和膨化段；螺杆的转动频率为10～45hz；反应段的压力为0～10mpa，温度为100～340℃，时间为2～10min。

9.根据权利要求8所述的生物质仿生煤的制备方法，其特征在于，螺杆的转动频率为35hz；反应段的压力为3mpa，温度为220℃，时间为5min。

技术总结本发明公开了一种生物质仿生煤，包括75～92wt％的植物性生物质和8～25wt％的添加剂，生物质仿生煤呈超微粉末状，其中粒径为58微米以下的粉体比例占90％以上。本发明还公开了一种生物质仿生煤的制备方法，采用植物性生物质和添加剂为原料，模仿煤的形成过程，利用机械能产生的热量和压力制备高热值、低成本的超微粉末状的生物质仿生煤，原料廉价易得，制备过程和使用过程低碳环保，工艺简单高效，可以直接燃烧，瞬间热值高，燃烧速度快，具有很高的燃烧效率，用途广泛。本发明超微粉的生物质仿生煤特别适用于代替或部分代替传统的天然气、煤炭燃烧，适合大规模工业化生产。技术研发人员：孟繁志,牛玉松,卢永卓受保护的技术使用者：汇泰（烟台）信息技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/2/19