阅读说明：本技术 一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺 (Dehydration and carbonization treatment process for biomass granular fuel ) 是由 洪楚城 张育文 于 2019-09-20 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺,涉及生物质颗粒燃料技术领域,包括以下步骤：对生物质原料进行挑选和清理,并进行风干处理,除去原料中的外在水份,将风干后的原料进行粉碎,得原料颗粒；向原料颗粒中加入(NH<Sub>4</Sub>)H<Sub>2</Sub>PO<Sub>4</Sub>粉末,混合搅拌均匀,将混合颗粒置于管式炉中,对混合颗粒进行脱水稳定化预处理,结束后,取出混合粉末,采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理,在氮气气氛下冷却至120℃以下取出,完成炭化处理,得生物质颗粒燃料。经脱水炭化处理后得到的生物质颗粒燃料能有效避免生物质在炭化过程中出现膨化粘连情况,炭化效果好,炭产率大,能源得率高。燃烧时需要的活化能低,综合燃烧特性好。(The invention provides a biomass granular fuel dehydration carbonization treatment process, which relates to the technical field of biomass granular fuels and comprises the following steps of selecting and cleaning biomass raw materials, carrying out air drying treatment to remove external moisture in the raw materials, crushing the air-dried raw materials to obtain raw material granules, adding (NH 4 ) H 2 PO 4 powder into the raw material granules, mixing and stirring uniformly, placing the mixed granules in a tubular furnace, carrying out dehydration stabilization pretreatment on the mixed granules, taking out the mixed powder after the dehydration stabilization pretreatment, carrying out carbonization treatment on the mixed granules by adopting a three-stage carbonization process, cooling to a temperature below 120 ℃ in a nitrogen atmosphere, taking out the mixed granules, and completing carbonization treatment to obtain the biomass granular fuel.)

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺

技术领域

本发明涉及生物质颗粒燃料技术领域，具体涉及一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺。

背景技术

近年来我国经济的快速增长，化石燃料消耗量逐年增加，能源短缺问题日益严重。生物质能源作为可再生能源，是目前世界能源消耗总量仅次于煤炭、石油和天然气的第四大能源。我国作为一个农业大国，生物质种类丰富，数量繁多。生物质主要是指农林业生产过程中除粮食、果实以外的秸秆，树木等木质纤维素、农产品加工业下脚料、农林废弃物及畜牧业生产过程中的禽畜粪便和废弃物等。巨调查我国生物质能资源潜力折合7亿吨标准煤左右，但是目前年实际使用量仅为2.2亿吨标准煤左右。开发生物质资源可以缓解我国的能源危机，减少污染物的排放，而且生物质资源都含有大量富含碳素的纤维素、半纤维素和木质素等特殊结构的大分子物质，是制备各种碳材料的丰富原料。

生物质炭化是高效利用生物质资源的重要技术之一，炭化是在隔绝或有少许空气的情况下加热至高温使生物质材料发生物理化学变化的过程。生物质炭化工艺对原料要求低，简单且能耗低。生物质炭与原始生物质相比能量密度大幅度提高，储运方便，用途广泛。与煤相比，生物质炭灰分、氮硫元素含量少，燃烧污染物排放低，二氧化碳减排显著，是一种较好的替代燃料。

现有的技术中，对生物质颗粒燃在脱水炭化过程中，颗粒通常会出现膨化和粘连的现象，不方便后续成型处理，并且炭产率低，炭化效率不高。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，经脱水炭化处理后得到的生物质颗粒燃料能有效避免生物质在炭化过程中出现膨化粘连情况，炭化效果好，炭产率大，能源得率高。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至150-190℃，保温一段时间，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至200-220℃，保温15-20min，再将温度升至280-300℃，保温15-20min，最后将温度升至350-400℃，保温15-20min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

进一步的，步骤1)中，风干处理使原料的含水率控制在21-30％，粉碎后的原料颗粒过240-300目筛。

进一步的，步骤2)，(NH₄)H₂PO₄粉末的添加量为原料颗粒质量的1/80-1/100。

进一步的，步骤3)中，升温速率为3-6℃/min，保温6-12h。

进一步的，步骤4)开始前，向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min。

进一步的，步骤4)中，前两次的升温速度为1℃/min，最后一次的升温速度为2℃/min。

(三)有益效果

本发明提供了一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，能有效避免生物质在炭化过程中出现膨化粘连情况，炭化效果好，炭产率大，能源得率高。

向生物质原料中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，(NH₄)H₂PO₄能和生物质中的碱金属反应生成高熔点的化合物，从而抑制碱金属的析出，可以提高炭产率，对生物质颗粒进行脱水稳定化预处理可以使生物质具有较高的热值和能量密度，低的O/C比和水分含量，同时也会避免在炭化过程中，生物质颗粒的膨胀的粘连现象，最大程度的保留生物质颗粒的原始形貌，方便后期的成型、储存运输。碳化温度为350-400℃时，炭化效果好，炭产率大，能源得率高，燃烧时需要的活化能低，综合燃烧特性好，尤其是采用三段式炭化工艺能有效降低成本，节约能源，值得广泛推广应用。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。

实施例1：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，使原料的含水率控制在21-30％，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，过260目筛得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，添加量为原料颗粒质量的1/90，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至150℃，升温速率为4℃/min，保温8h，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min，将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至220℃，升温速率为1℃/min，保温15min，再将温度升至290℃，升温速率为1℃/min，保温17min，最后将温度升至380℃，升温速率为2℃/min，保温20min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

实施例2：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，使原料的含水率控制在21-30％，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，过280目筛得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，添加量为原料颗粒质量的1/80，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至160℃，升温速率为3℃/min，保温9h，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min，将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至200℃，升温速率为1℃/min，保温17min，再将温度升至280℃，升温速率为1℃/min，保温18min，最后将温度升至400℃，升温速率为2℃/min，保温17min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

实施例3：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，使原料的含水率控制在21-30％，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，过300目筛得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，添加量为原料颗粒质量的1/100，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至180℃，升温速率为6℃/min，保温12h，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min，将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至210℃，升温速率为1℃/min，保温19min，再将温度升至300℃，升温速率为1℃/min，保温16min，最后将温度升至350℃，升温速率为2℃/min，保温16min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

实施例4：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，使原料的含水率控制在21-30％，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，过240目筛得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，添加量为原料颗粒质量的1/80，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至190℃，升温速率为5℃/min，保温10h，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min，将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至205℃，升温速率为1℃/min，保温20min，再将温度升至285℃，升温速率为1℃/min，保温15min，最后将温度升至370℃，升温速率为2℃/min，保温15min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

实施例5：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，使原料的含水率控制在21-30％，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，过280目筛得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，添加量为原料颗粒质量的1/90，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至170℃，升温速率为4℃/min，保温6h，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min，将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至215℃，升温速率为1℃/min，保温16min，再将温度升至2950℃，升温速率为1℃/min，保温19min，最后将温度升至360℃，升温速率为2℃/min，保温18min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

实施例6：

一种生物质颗粒燃料脱水炭化处理工艺，包括以下步骤：

1)先对将生物质原料进行挑选和清理，除去不符合生产要求的废料杂质，将符合生产要求的生物质原料进行风干处理，使原料的含水率控制在21-30％，除去原料中的外在水份，将风干后的原料进行粉碎，过260目筛得原料颗粒；

2)向原料颗粒中加入(NH₄)H₂PO₄粉末，添加量为原料颗粒质量的1/100，混合搅拌均匀，得混合颗粒；

3)将混合颗粒置于管式炉中，在惰性气氛下，由室温升温至180℃，升温速率为5℃/min，保温7h，对混合颗粒进行脱水稳定化预处理，结束后，取出混合粉末，放置在干燥皿里冷却至室温；

4)向管式炉中通入氮气20min，氮气流量2L/min，将经过步骤3)处理后的混合粉末放置于管式炉中，采用三段炭化工艺对混合颗粒进行炭化处理，具体为，先将温度升至200℃，升温速率为1℃/min，保温18min，再将温度升至290℃，升温速率为1℃/min，保温20min，最后将温度升至355℃，升温速率为2℃/min，保温19min，在氮气气氛下冷却至120℃以下取出，完成炭化处理，得生物质颗粒燃料。

在其他条件相同的情况下，利用本发明实施例1-6工艺对生物质颗粒燃料进行脱水炭化处理，分别对其炭产率和能源得率进行测定，其结果如表1所示。

表1：

组别	炭产率％	能源得率％
			实施例1	55.8	71.5
实施例2	58.3	68.5
			实施例3	53.6	70.6
实施例4	61.5	67.8
			实施例5	59.6	70.2
实施例6	57.8	69.4

注：能源得率是指生物质炭化后获得的炭低位发热量与质量的乘积比上生物质炭化前的底位发热量与质量的乘积。

综上，本发明实施例具有如下有益效果：经本发明实施例1-6工艺处理得到的生物质颗粒燃料，其炭化效果最好，炭产率大，能源得率高，燃烧时需要的活化能低，综合燃烧特性好，采用三段式炭化工艺能有效降低成本，节约能源，值得广泛推广应用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。