一种制备气化用生物质颗粒的方法与流程

本发明涉及材料制备领域，具体涉及生物质材料制备领域。

背景技术：

1、能源问题不仅关系到我国经济的快速增长和社会的可持续发展，也关系到我国的国家安全和外交战略。随着化石能源的日益枯竭及其对环境的危害逐渐显现，发展可再生能源代替化石能源是解决能源和环境问题的有效方法，其中生物质能源以其可再生、清洁性受到全世界的广泛关注和重视。

2、我国的生物质能源极为丰富，扣除一部分做饲料和其他原料，每年可开发为能源的生物质资源约达3亿吨标煤，开发和利用潜力巨大。为此国家相继出台了一系列的法规和政策，指导中国新能源的发展和利用。生物质能是co2中性的可再生清洁能源，生物质体生长过程中通过光合作用把太阳能转化为生物质能存储起来，并同时固定了co2，在利用的时候释放出能量和co2。因此从本质上来讲生物质只是太阳能的一种载体。生物质能是可运输的清洁能源，与化石能源相比它在利用的过程中释放出较少的nox，so2等有害气体。

3、生物质热化学转化包括直接燃烧、气化、热解、液化和碳化，直接燃烧、气化和液化技术是生物质热化学利用的主要形式。我国生物质能的利用方式仍是以传统的直接燃烧获取热能为主，每年消耗秸秆2.5亿～3亿吨，薪柴1.4亿吨左右，热效率仅为10％～20％，造成了农业和林业废弃物能源的大量浪费。生物质能作为矿物燃料的代替能源，其关键是将能量密度低的低品位的生物质能转变成高品位能源。生物质液化技术，就是将生物质废弃物转化为高品质的现代能源产品，易存储、易运输、能量密度高的燃料油。

4、将生物质进行定向气化，气体产物经净化与组分调整成为合成气之后，再经催化合成液体燃料。生物质液化第一步则是制取合成气，需要生物质定向气化，这与生产燃气的常规气化有着本质区别，定向气化不追求热值的最大化，而是要使木质纤维素尽可能多的转化为富含h2、co和co2的混合气，减少无用气体和其他碳氢化合物的产生，以此减轻后续重整变化的难度。

5、生物质利用的过程中，一个技术瓶颈是生物质颗粒的控制。生物质的粒径在生物质气化和给料过程都具有极其重要的作用。较小的颗粒粒径，可以延长生物质反应物的滞留时间，增加反应物的反应时间，最大限度实现生物质的利用。但是，生物质减小颗粒粒径是非常耗能的。

技术实现思路

1、本发明通过化学交联法改性生物质，利用脲醛树脂做交联剂，与生物质纤维充分交联包覆后，由于脲醛树脂的脆性，降低粉化过程的难度，最终制备得到较小粒径生物颗粒。从而完成本发明。

2、第一方面，本发明提供一种生物质颗粒，所述生物质颗粒的粒径小于100μm。其中生物质包括稻壳、玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯等中的一种或多种。

3、进一步，所述生物质颗粒是通过如下方法制备获得：

4、s01对生物质进行预处理：即通过物理手段改变生物质的物理性状、增大表面积，破坏生物质的纤维结构。进一步，所述物理手段包括粉碎。

5、s02将预处理的生物质进行蒸汽碳化：将预处理的生物质在碳化炉中进行蒸汽碳化，控制温度100℃-150℃，进蒸汽时间10min-200min，蒸汽压力0.1mpa-0.5mpa，保压时间40min-150min。

6、s03 s02获得的生物质颗粒烘干，含水率为5％-20％。

7、s04 s03处理后的生物质颗粒进行化学处理，即将小分子脲醛树脂和s03处理后的生物质颗粒进行交联，利用脲醛树脂完全固化后形成的空间网状结构与生物质纤维进行交联包覆。

8、s05经s04化学处理后的生物质颗粒进行研磨，获得粒径小于100μm的生物质颗粒。

9、第二方面，本发明提供一种制备粒径小于100μm的生物质颗粒的方法，所述方法包括如下步骤：

10、s01对生物质进行预处理：即通过物理手段改变生物质的物理性状、增大表面积，破坏生物质的纤维结构。进一步，所述物理手段包括粉碎。

11、s02将预处理的生物质进行蒸汽碳化：将预处理的生物质在碳化炉中进行蒸汽碳化，控制温度100℃-150℃，进蒸汽时间10min-200min，蒸汽压力0.1mpa-0.5mpa，保压时间40min-150min。

12、s03 s02获得的生物质颗粒烘干，含水率为5％-20％。

13、s04 s03处理后的生物质颗粒进行化学处理，即将小分子脲醛树脂和s03处理后的生物质颗粒进行交联，利用脲醛树脂完全固化后形成的空间网状结构与生物质纤维进行交联包覆。

14、s05经s04化学处理后的生物质颗粒进行研磨，获得粒径小于100μm的生物质颗粒。

15、其中生物质包括稻壳、玉米秸秆、小麦秸秆、玉米芯等中的一种或多种。

16、进一步，所述脲醛树脂的制备方法如下：

17、s001,向反应釜中加入40-90份甲醛、1-10份催化剂、适量ph缓冲剂调节反应体系为ph至8-10；

18、s002，向反应釜中再加入10-40份尿素保持10-30min，调节体系ph至8-10，升温至70-90℃保持10-60min；

19、s003,在s002反应后的反应釜中加入1-5份三聚氰胺，保持1-10min，适量ph缓冲剂调节体系ph至7-9，在温度60-80℃下反应60-120min，最后将温度降至10-30℃，即得脲醛树脂。

20、所述催化剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺和氨水中的一种或多种。所述ph缓冲剂选自氢氧化钠、氢氧化钾、三乙醇胺、氨水、硫酸铵、亚硫酸钠、稀硫酸(浓度为30％)和冰醋酸中的一种或多种。

21、在本发明的一种实施方式中，将大小不均匀、形态各异的生物质通过机械粉碎切割成粗颗粒，之后在蒸汽温度100-150℃、压力0.1-0.5mpa下保持60-180min，然后烘干，烘干温度70-90℃持续6-12h，期间控制生物质颗粒的含水率在5-20％，即得一次生物质颗粒。

22、将1-5份脲醛树脂、1-5份水与10-90份预处理后的生物质颗粒送入搅拌炉充分搅拌10-30min，加入1-10份催化剂和1-5份水搅拌10-30min，送入烘干室保持100-150℃温度烘干10-30min后送入平衡室，温度40-60℃平衡2-6h，控制含水率在5-15％。即得二次生物质颗粒，然后将物料输送至高速机械冲击磨通过调节转子转速得到生物质颗粒。

23、本发明的有益效果

24、为了获得小颗粒粒径的生物质，延长生物质反应物的滞留时间，增加生物质的反应时间，最大限度实现生物质的利用。本发明利用脲醛树脂做交联剂改性生物质，与生物质纤维充分交联包覆，由于脲醛树脂的脆性，降低粉化过程的难度，最终制备得到颗粒度小于100μm的生物颗粒。

25、经过化学交联改性研磨的生物质具有以下的优点：

26、1、可以制备得到颗粒度小于100μm的生物颗粒。

27、2、根据交联剂样品的红外谱图分析可以看出，交联剂中含有大量的c、h、o、n等元素，再气化过程中提高生物质原有热值。

28、3、脲醛树脂中三聚氰胺三嗪环结构会提高交联剂固化后的耐水性能，降低生物质颗粒储存过程中吸水结块，极大地提供了气力输送稳定性和效率。

29、4、处理的生物质适用性强，由于脲醛树脂的脆性，降低研磨设备的处理时间从而降低能耗。