本发明涉及农业资源利用领域和能源化工技术领域，尤其涉及一种以农林废弃生物质为原料的清洁生物质型煤及其制备技术。
背景技术：
我国是富煤、贫油、少气的国家，因此煤炭作为主体能源的地位短时间内不会发生改变，而在实际生产中，粉煤产量巨大且得不到高效利用。因此为了有效利用低变质粉煤，以高效、清洁为宗旨的粉煤成型技术势在必行。生物质资源来源广，可再生，无二次污染且价格低廉。当煤、石油、天然气等化石能源都消失殆尽的时候，生物质能源显得尤为重要。近年来，国内外许多学者以生物质为粘结剂制备型煤(粉煤成型的产品称型煤)，取得一定研究成果。
肖雷等发现生物质中的木质素部分溶解并与粉煤粘结，提高了生物质型煤的强度。郭振坤等对淀粉粘结剂在型煤中的影响进行研究，结果表明，naoh溶液改性淀粉更有利于型煤成型，但使用naoh不仅会增加操作费用，而且使用后的naoh如果直接排放会对环境造成严重碱污染，那进行处理则需要另外增加工艺流程及设备，这样并未践行了绿色节能的初衷。
无机粘结剂如粘土自身存在低热值的明显缺点；有机粘结剂如沥青，腐殖酸钠。虽然具有高热值，但热稳定性较差。沥青被普遍认为其粘结效果良好，但依旧存在环境污染问题。腐殖酸钠使用时需加热熔化，具有刺激性，易造成二次污染，且钠离子对土壤有害；复合粘结剂可充分发挥各种粘结剂的优点，弥补单一粘结剂的不足，但这方面的研究较少。生物质和工农业废料来源广泛且具有良好的粘结性和对环境污染小的特性，而引起广泛的关注，是型煤粘结剂的发展方向。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对当前技术存在的不足，提供一种清洁生物质型煤的制备方法。该方法使用生物焦油作为粘结剂，使用生物质木屑与煤粉进行混合，得到具有高效清洁的生物质型煤。生物质热解气化过程中不可避免地都会产生副产物生物焦油，若使生物焦油参与到生物质型煤的制备中，一方面可解决废弃生物焦油的处理，另一方面也实现了能量的再次利用。
本发明的技术方案为：
一种生物质型煤的制备方法，该方法包括以下步骤：
将煤、生物质和粘结剂混合，然后在105～115℃干燥9～11h，取出，在9～11mpa压力下压片，100～110℃干燥1～2h，即得生物质型煤；
其中，质量比为煤：生物质:粘结剂＝4～8：1～3：1～3；生物质的粒度为过50～70目筛；
所述的粘结剂为生物焦油；
所述的生物质为木屑。
本发明的有益效果为：
生物质型煤松弛比降低，抗压强度增加，跌落强度增加，相较于无烟煤具有优良的性能。生物质型煤相较于无烟煤在燃烧特性，可燃性，着火稳燃性上都优于无烟煤，燃烧性能较好。生物质型煤相较于无烟煤着火点降低，最小点火能降低，易点燃，生物质型煤更节约能源。
本发明使用新型粘结剂生物焦油制备的生物质型煤，分子之间结合紧密，具有高效清洁的特点。生物质是农林业生产过程中的副产物，主要包括农作物的秸秆、木屑等，原料成本较低且易得到。本发明使用以生物质型煤为突破口的洁净煤技术，有利于改善型煤着火性能同时减少环境污染，把生物质从无用甚至有害的固废物转变为清洁高效的绿色能源，有利于解决中国煤烟型环境污染和能源利用率低等问题，是实现可持续发展的必然选择。
附图说明
图1为制备生物质型煤的实验流程图；
图2为对比例1中的无烟煤热分析图；
图3为实施例1中的生物质型煤热分析图；
图4为对比例1中的无烟煤抗压强度图；
图5为实施例1中的生物质型煤抗压强度图；
图6为无烟煤、生物质型煤、腐殖酸钠煤燃烧特性图；
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明:本发明生物质型煤的制造方法是利用生物质与无烟煤粉通过新型粘结剂粘结而制备新型生物质型煤。实验步骤参阅附图1，为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
所述的生物焦油为秸秆气化生物焦油。生物焦油是生物质热解气化过程中的副产物，我们所选用的生物质气化装置为下吸式气化炉，气化温度900～1100℃，选用水蒸气为气化剂，在气化过程中产生的副产物即为废弃的有污染、有腐蚀性的生物焦油，其外观为黑褐色粘稠状液体，并有刺激性气味。
实施例1：
步骤一、称0.2g的生物焦油，加入0.6g无烟煤粉，用玻璃棒搅拌至均匀；
步骤二、在步骤一的煤中加入0.2g、60目的杨树木屑，用玻璃棒搅拌至均匀；
步骤三、对步骤二处理后的煤放入烘箱110℃干燥10h，取混合物置于压片模具中，用粉末压片机进行压片，压力为10mpa，得到规格为φ30mm的圆柱形型煤块，105℃干燥2h，获得生物质型煤。
对比例1：
步骤一、量取0.4g、60目的杨树木屑，加入0.6g无烟煤粉，用玻璃棒搅拌至均匀；
步骤二、对步骤一处理后的煤放入烘箱110℃干燥10h，取一定量混合物置于压片模具中，用粉末压片机进行压片，压力为10mpa，得到规格为φ30mm的圆柱形型煤块，105℃干燥2h，获得无烟煤。
在压片过程中破碎或碎末还可以应用到成品的制作中。
常见热分析技术有，tg热重分析：程序控温下，测量物质的质量随温度的变化。dta差热分析法：程序控温下，测量温度随程序温度的变化，按习惯正表示放热效应，负表示吸热效应。由附图2、3可知，无烟煤的着火点约为520℃，tg曲线失重温度在400～800℃，dta曲线在600～800℃下有一个放热峰。生物质型煤着火点约为220℃，tg曲线失重温度在200～800℃，dta曲线在350～500℃和500～800℃有两个明显的放热峰，表明生物质型煤的放热反应是分两步进行的。
对比无烟煤和生物质型煤的tg-dta曲线，在400℃以下时，无烟煤无放热反应而生物质型煤有明显的放热反应。生物质型煤相较于无烟煤着火点降低，最小点火能降低，易点燃，生物质型煤更节约能源。
表1、2和附图4、5可知，生物质型煤松弛比降低，抗压强度增加，跌落强度增加，相较于无烟煤具有优良的性能。
表1-跌落强度
表2-松弛比
对比例2：
腐殖酸钠煤的制备，步骤与实施例1基本相同，不同之处仅在于，粘结剂选用腐殖酸钠，煤：木屑：腐殖酸钠的质量比为6：2：2。
腐植酸盐类和生物质类是目前研究较多的粘结剂。腐殖酸钠，虽然具有高热值，但依旧存在环境污染问题。附图6可知，生物质型煤燃烧效果接近腐殖酸钠煤，但生物焦油具有更环保清洁的特点；生物质型煤相较于无烟煤在燃烧特性，可燃性，着火稳燃性上都优于无烟煤，燃烧性能较好。
实施例2
其他步骤同实施例1，不同之处为质量比为煤：生物质:粘结剂＝4：2：1。得到的生物质煤的燃烧数据接近实施例1。
实施例3
其他步骤同实施例1，不同之处为质量比为煤：生物质:粘结剂＝8：3：1。得到的生物质煤的燃烧数据接近实施例1。
当前生物焦油市场价格约为400元/吨，无烟煤粉约600元/吨，木屑约300元/吨。以1吨生物质型煤的成本进行核算，需要0.6吨无烟煤粉，0.2吨木屑，0.2吨生物焦油，预计生物质型煤约500元/吨左右。市场上一吨无烟煤大约750元。
无烟煤的热值为6500千卡/kg，杨树木屑4500千卡/kg，生物焦油5800千卡/kg，生物质型煤热值约5940千卡/kg，即1吨生物质型煤相当于无烟煤0.9吨，煤的热值必然比生物质高，但我们所制备的生物质型煤热值更接近煤的热值，生物质型煤足以替代煤使用。
燃烧1吨无烟煤排放co22.6吨、so224kg、nox7kg。生物质来源于植物，是吸收环境中的co2所产生，因此与燃烧后产生的co2抵消，生物质型煤可实现co2零排放。即1吨生物质型煤减少排放2.6吨co2、6kgso2、2.8kgnox。
市场处理煤生物焦油单位费用151元，其中折旧25元，故付现费用126元/吨。以1吨生物质型煤的成本进行核算，0.2*126＝25.2元，从经济角度考量，生物质型煤中采用生物焦油粘结剂可节省清除生物焦油的成本费用。
经分析可见，相较于传统无烟煤，生物质型煤能有效减少环境污染物的排放，结合污染物排放的考量，生物质型煤在经济和环境上整体上优于无烟煤。
本发明未尽事宜为公知技术。
1.一种清洁生物质型煤的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：
将煤、生物质和粘结剂混合，然后在105～115℃干燥9～11h，取出，在9～11mpa压力下压片，100～110℃干燥1～2h，即得生物质型煤；
其中，质量比为煤：生物质:粘结剂＝4～8：1～3：1～3；
所述的粘结剂为生物焦油；
所述的生物质为木屑。
2.如权利要求1所述的清洁生物质型煤的制备方法，其特征为生物质的粒度为过50～70目筛。
技术总结