一种生物质燃料及其制备方法 |
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| 申请号 | CN202410339703.0 | 申请日 | 2024-03-25 | 公开(公告)号 | CN118006376A | 公开(公告)日 | 2024-05-10 |
| 申请人 | 海南省工业研究所; 海南巨澜新能源股份有限公司; | 发明人 | 李振明; 支世涛; 李光栋; 庞亚杰; 王文文; 王廷奇; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 生物 能源 技术领域，具体提供了一种 生物质 燃料 及其制备方法。该方法包括：(1)在50～60℃的条件下，将生物质炭源与 水 混合，得到 混合液 ；(2)对混合液进行酶解处理；所述酶解处理包括：将混合液与复合酶混合；所述复合酶包括 纤维 素酶、半 纤维素 酶和漆酶；(3)将步骤(2)得到的体系固液分离，取滤液，干燥，得到干燥料；(4)将步骤(3)得到的干燥料、氮化 硼 、 氯化铵 和 草酸 镁混合， 挤压 成型 ，得到生物质燃料。与 现有技术 相比，通过本发明的制备方法制得的生物质燃料， 燃烧热 值高且结渣率低。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种生物质燃料的制备方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种生物质燃料及其制备方法技术领域背景技术[0002] 海南省地处热带，热带生物质资源丰富，其中，热带农林废弃物作为一大类生物质资源，因诸多因素制约，并未充分利用，造成了严重的资源浪费。工业锅炉燃料与民用厨具燃料多以液化石油气及普通的石油产品为主。石化产品多依赖进口，并受诸多的国际因素影响而产生十分不稳定的现状。因此，以生物质燃料部分取代了传统的石化燃料迫在眉睫。 [0003] 各种生物质杂碎料、农田枯草、柴禾、秸秆、地表蔓藤等垃圾；各类林业树枝落叶、城市生活弃物报刊、纸箱、旧衣服、旧鞋子、碳氢垃圾和有机生活废弃垃圾、工业废弃沥青、轮胎、渣油等等，自然界统称垃圾"有机回收资源"，共三万多种等有机物质，都可以作为环保低碳(秸秆草木)发酵裂解生物质有机混合物的原料资源，经过国家能源一级权威部门检测的测定结果，表明该生物质有机混合物的原料资源可替代石油、煤焦油等能源资源。 [0004] 高性能生物质液体燃料可应用于工业锅炉、民用燃料，且有明显的优势，与传统的石化类产品相比，更环保、更安全、更廉价。高性能生物质燃料可普遍替代传统的天然气、煤炭和石化产品用于锅炉和民用灶具燃料；利用热带废弃生物质制备生物质燃料不仅有效利用热带农林废弃物，变废为宝，且绿色可行。然而，目前还没有一种方法，可以将有机回收资源制成高燃烧热值的燃料。 发明内容[0005] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种生物质燃料及其制备方法，通过本发明的制备方法制得的生物质燃料，燃烧热值高且结渣率低。 [0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案： [0007] 一种生物质燃料的制备方法，包括： [0010] (3)将步骤(2)得到的体系固液分离，取滤液，干燥，得到干燥料； [0012] 优选的，所述生物质炭源与水的料液比为(1～3):10g/ml，优选为1：10g/ml；所述生物质炭源与水混合时间优选为1～2h。 [0013] 优选的，所述步骤(1)还包括：对生物质炭源进行预处理；所述预处理包括：清洗、粉碎；所述粉碎后优选过80目筛。 [0014] 优选的，所述生物质炭源包括果壳、秸秆、木屑中的一种或多种；秸秆包括玉米秸秆、小麦秸秆、大豆秸秆、水稻秸秆、棉花秸秆中的一种或多种，优选为水稻秸秆。 [0015] 秸秆主要由植物的纤维素、半纤维素和木质素等有机物质组成，这些有机物质在秸秆中起着重要的结构支撑和营养贮藏的作用。纤维素是秸秆中最主要的有机物质之一，也是植物细胞壁的主要成分。纤维素是由葡萄糖分子通过β‑1,4‑糖苷键连接而成的多糖，具有良好的机械强度和稳定性，为植物提供了结构支撑。半纤维素是另一种在秸秆中常见的多糖类有机物质，与纤维素一样，也是植物细胞壁的主要组成部分之一。半纤维素主要由各种单糖单元如葡萄糖、木糖、甘露糖等组成，具有较强的结合性和支撑作用。木质素是一种含有芳香环结构的聚合物，是植物细胞壁中的重要成分之一。木质素具有很强的耐腐蚀性和抗生物降解性，可以增加细胞壁的硬度和防护性。 [0016] 优选的，所述复合酶中，纤维素酶、半纤维素酶和漆酶的质量比为6:(4～5):(1～2)，优选为6：5：2。 [0017] 纤维素酶主要作用于秸秆中的纤维素，可将纤维素水解为葡萄糖单体。纤维素酶的适宜pH在4.8到5.5之间，而适宜温度通常在50℃到60℃之间。这个pH范围和温度范围可以使纤维素酶达到最佳的催化效果，促进纤维素的有效水解反应。 [0018] 半纤维素酶作用于秸秆中的半纤维素，将其水解为各种单糖单体，如木糖、阿拉伯糖等。半纤维素酶的适宜pH在5.0到6.0之间，而适宜温度一般在50℃到60℃之间。 [0019] 漆酶是一种木质素酶，作用于秸秆中的木质素，可将木质素降解为较小的分子，有助于提高秸秆的降解效率。漆酶的适宜pH在4.5到6.0之间，适宜温度通常在50℃到65℃之间。 [0020] 在适宜的pH条件下，酶的活性和稳定性较高，有利于其与底物纤维素结合并发挥催化作用。而在适宜的温度范围内，酶活性也会得到提高，加快水解反应速率。 [0021] 优选的，所述混合液与复合酶的质量比为100:(2～5)，优选为100：2.5、100：4.5或50：1。 [0022] 优选的，所述酶解处理的pH为5.0～5.5，更优选为5.0；优选用有机酸调节pH。 [0023] 优选的，所述酶解处理的温度为50～60℃，时间为10～15h。 [0024] 优选的，所述酶解处理具体包括：用有机酸调节混合液的pH至5.0～5.5，随后，向混合液中加入复合酶，在50～60℃下反应10～15h；所述有机酸优选为乙酸。 [0025] 优选的，所述步骤(3)中，所述干燥的温度为90～100℃，时间为1～2h。 [0027] 优选的，所述步骤(4)具体包括：将步骤(3)得到的干燥料、氮化硼、氯化铵和草酸镁按照质量比为100:(2～4):(1～2):(3～5)的比例混合，置于挤压成型机中，以15～18MPa的成型压力挤压成颗粒，在50～80℃下干燥0.5～1h，出料，得到生物质燃料。 [0028] 本发明还提供了一种生物质燃料，由上述生物质燃料的制备方法制得。 [0029] 优选的，所述生物质燃料为颗粒状。 [0030] 与现有技术相比，本发明通过复合酶的酶解处理、过滤等工艺，降低无机盐含量，同时将生物质炭源的中的纤维素等大分子分解为小分子，随后，再与氮化硼、氯化铵和草酸镁混合，协同提高燃料的燃烧热值，并且在生物质燃料的燃烧过程中，显著降低结渣率。经过实施例证实，本发明的生物质燃料的热值≥57MJ/kg，结渣率≤0.5％。 具体实施方式[0031] 下面将结合本发明实施例，对本发明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。 [0032] 为了进一步说明本发明，下面通过以下实施例进行详细说明。本发明以下实施例和对比例所用的原料均为市售商品；纤维素酶购买自上海源叶生物科技有限公司，货号为S10042，酶活为400u/mg；半纤维素酶购买自上海源叶生物科技有限公司，货号为S10045，酶活为2万u/g；漆酶购买自上海源叶生物科技有限公司，货号为S10189，酶活为120u/g。 [0033] 实施例1 [0034] 本实施例的生物质燃料的制备方法，包括以下步骤： [0035] (a)取水稻秸秆作为生物质炭源，将水稻秸秆清洗、干燥后机械粉碎，过80目筛，随后，将粉末浸没在50℃的热水中，控制粉末和热水的料液比为1：10g/ml，1h后，得到混合液。 [0036] (b)用乙酸调节混合液的pH至5.0，随后，向混合液中加入复合酶，在50℃下反应10h；复合酶的加入量为混合液的2.5wt％；复合酶由质量比为6：5：2的纤维素酶、半纤维素酶和漆酶组成。 [0037] (c)将步骤(b)得到的体系过滤，取出滤渣，将滤液在90℃下干燥2h，得到干燥料。 [0038] (d)将步骤(c)得到的干燥料、氮化硼、氯化铵和草酸镁按照质量比为100：4：2：5的比例混合，置于挤压成型机中，以16MPa的成型压力挤压成颗粒，在50℃下干燥1h，出料，得到生物质燃料。 [0039] 对比例1 [0040] 本对比例的生物质燃料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，本对比例省去步骤(b)的酶解步骤，直接将混合液过滤以及进行后续处理。其余步骤参照实施例1中的方法进行。 [0041] 对比例2 [0042] 本对比例的生物质燃料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，本对比例将干燥料、氮化硼、氯化铵和草酸镁的质量比调整为100：7：5：7。其余步骤参照实施例1中的方法进行。 [0043] 对比例3 [0044] 本对比例的生物质燃料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤(d)中的草酸镁替换为碳酸钙。其余步骤参照实施例1中的方法进行。 [0045] 对比例4 [0046] 本对比例的生物质燃料的制备方法，与实施例1的区别仅在于，本对比例将步骤(d)中的氮化硼和氯化铵省去，氮化硼和氯化铵缺少的量按比例分配至干燥料和草酸镁。其余步骤参照实施例1中的方法进行。 [0047] 实施例2 [0048] 本实施例的生物质燃料的制备方法，包括以下步骤： [0049] (a)取水稻秸秆作为生物质炭源，将水稻秸秆清洗、干燥后机械粉碎，过80目筛，随后，将粉末浸没在50℃的热水中，控制粉末和热水的料液比为1：10g/ml，1h后，得到混合液。 [0050] (b)用乙酸调节混合液的pH至5.0，随后，向混合液中加入复合酶，在50℃下反应10h；复合酶的加入量为混合液的4.5wt％；复合酶由质量比为6：5：2的纤维素酶、半纤维素酶和漆酶混合制成。 [0051] (c)将步骤(b)得到的体系过滤，取出滤渣，将滤液在90℃下干燥2h，得到干燥料。 [0052] (d)将步骤(c)得到的干燥料、氮化硼、氯化铵和草酸镁按照质量比为100：4：2：5的比例混合，置于挤压成型机中，在常温下，以15MPa的成型压力挤压成颗粒，在50℃下干燥1h，出料，得到生物质燃料。 [0053] 实施例3 [0054] 本实施例的生物质燃料的制备方法，包括以下步骤： [0055] (a)取水稻秸秆作为生物质炭源，将水稻秸秆清洗、干燥后机械粉碎，过80目筛，随后，将粉末浸没在50℃的热水中，控制粉末和热水的料液比为1：10g/ml，1h后，得到混合液。 [0056] (b)用乙酸调节混合液的pH至5.0，随后，向混合液中加入复合酶，在50℃下反应10h；复合酶的加入量为混合液的2wt％；复合酶由质量比为6：5：2的纤维素酶、半纤维素酶和漆酶组成。 [0057] (c)将步骤(b)得到的体系过滤，取出滤渣，将滤液在90℃下干燥2h，得到干燥料。 [0058] (d)将步骤(c)得到的干燥料、氮化硼、氯化铵和草酸镁按照质量比为100：4：2：5的比例混合，置于挤压成型机中，以18MPa的成型压力挤压成颗粒，在50℃下干燥1h，出料，得到生物质燃料。 [0059] 试验例 [0060] 对实施例和对比例得到的生物质燃料进行性能测试，具体包括以下内容： [0061] 热值：按照GB/T 384‑1981《石油产品热值测定法》采用微机全自动量热仪(ZDHW‑2000)测量。 [0062] 结渣率：按照GB/T 1572‑2018《煤的结渣性测试方法》测量。 [0063] 测试结果详见表1。 [0064] 表1 [0065] 热值(MJ/kg) 结渣率(％)实施例1 58.7 0.2 实施例2 57.3 0.4 实施例3 56.9 0.5 对比例1 19.5 6.7 对比例2 40.2 3.1 对比例3 38.3 2.6 对比例4 36.4 4.5 [0066] 由表1可知，相较于对比例，本发明的实施例通过复合酶的酶解处理、过滤等工艺，降低无机盐含量，同时将秸秆中的纤维素等大分子分解为小分子，随后，再与氮化硼、氯化铵和草酸镁混合，协同提高燃料的燃烧热值，并且在生物质燃料的燃烧过程中，显著降低结渣率。 [0067] 所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。 |
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