專利名稱：一種生物質(zhì)型煤，尤其是無(wú)粘結(jié)劑生物質(zhì)型煤的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于潔凈煤應(yīng)用領(lǐng)域，更具體涉及一種生物質(zhì)型煤，尤其涉及一種無(wú)粘結(jié)劑生物質(zhì)型煤。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界第二大能源消費(fèi)國(guó)，并且一次能源以煤為主，目前我國(guó)煤的生產(chǎn)與消費(fèi)在一次能源構(gòu)成中占75%以上，成為世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。根據(jù)我國(guó)能源資源的特點(diǎn)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況可以預(yù)測(cè)，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，我國(guó)仍將是煤炭主要的生產(chǎn)和消費(fèi)國(guó)。我國(guó)煤炭保有儲(chǔ)量、資源量和預(yù)測(cè)資源量總計(jì)達(dá)55，697億噸，其中低變成程度的煙煤和褐煤占煤炭保有儲(chǔ)量的50%以上，而這些煤炭資源多分布在內(nèi)蒙和新疆等邊遠(yuǎn)地區(qū)。如何潔凈、高效、合理地利用我國(guó)有限的煤炭資源，特別是西北部的高內(nèi)水低熱值的低變質(zhì)程度的煤炭資源，對(duì)于我國(guó)的社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的戰(zhàn)略意義和實(shí)際意義。我國(guó)也是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，生物質(zhì)能資源也十分豐富，其潛力折合7億噸左右，而目前我國(guó)的年實(shí)際使用量為2. 2億噸左右。因此，我國(guó)的生物質(zhì)資源的利用還有很大的開(kāi)發(fā)潛力。生物質(zhì)能在我國(guó)商業(yè)用能的結(jié)構(gòu)中所占的比例極小。植物約有一半棄于荒野未予利用、甚至焚燒，不但利用水平低，造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，而且污染環(huán)境。數(shù)量可觀的工業(yè)廢棄物被丟棄。工業(yè)廢棄物和城市垃圾數(shù)量巨大，并在逐年累積增加，而露天堆放或填埋不僅占用大量土地，而且易對(duì)土壤、地下水、大氣造成極大的二次污染，成為嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。所以充分合理開(kāi)發(fā)使用生物質(zhì)能，改善我國(guó)的能源利用環(huán)境和人類的生態(tài)環(huán)境，加大生物質(zhì)能源的高品位利用具有重要的意義。目前生物質(zhì)與煤共燃發(fā)電被廣泛研究，有很多優(yōu)點(diǎn)，但其燃燒利用也面臨許多困難，如容積密度和能量密度低造成的運(yùn)輸、儲(chǔ)存、設(shè)備改造成本上升、鍋爐熱效率下降和加料設(shè)備中的阻塞問(wèn)題；生物質(zhì)纖維素含量高，不易粉碎的問(wèn)題；生物質(zhì)間組成差異大，很難替代使用的問(wèn)題；生物質(zhì)灰分中的堿金屬和堿土金屬含量高，造成設(shè)備的腐蝕和結(jié)渣問(wèn)題等。上述問(wèn)題可能通過(guò)生物質(zhì)型煤技術(shù)進(jìn)行改善。針對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段的能源現(xiàn)狀和我國(guó)未來(lái)的能源結(jié)構(gòu)政策，如果將可再生能源的生物質(zhì)與傳統(tǒng)的一次能源煤巧妙地結(jié)合在一起，不僅為生物質(zhì)能大規(guī)模工業(yè)化利用提供了可能的有效途徑，開(kāi)辟了能源新領(lǐng)域，合理高效地利用了能源，而且誕生了一種極有生命力的新型能源——生物質(zhì)型煤。生物質(zhì)型煤作為新型能源，是緩解能源危機(jī)、高效利用可再生能源、保護(hù)環(huán)境、解決傳統(tǒng)工業(yè)型煤燃燒性能不足的有效途徑。在我國(guó)將生物質(zhì)用于型煤技術(shù)研究較晚，但發(fā)展較快。目前已有許多科研院校及煤炭企業(yè)進(jìn)行研究，目前有關(guān)生物質(zhì)型煤的專利申請(qǐng)有，如中國(guó)專利申請(qǐng)CN1016^112A，公開(kāi)了一種生物質(zhì)型煤，其中加入了 0.5% 的粘合物；中國(guó)專利申請(qǐng)CN101250454A，公
4開(kāi)了一種生物質(zhì)型煤，其中將生物質(zhì)進(jìn)行了堿處理，并加入了工業(yè)氧化鎂、氧化鈣和膨潤(rùn)土中的一種或幾種作為生物質(zhì)型煤的粘結(jié)劑；中國(guó)專利申請(qǐng)CN101148622A，公開(kāi)了一種夾芯生物質(zhì)型煤，其中加入了氧化鎂和氯化鎂溶液作為粘合劑；中國(guó)專利申請(qǐng)CN101089154A， 公開(kāi)了在生產(chǎn)制備生物質(zhì)型煤過(guò)程中，添加焦油或PAM、高錳酸鉀、生石灰；中國(guó)專利申請(qǐng) CN1793^7A，公開(kāi)了一種生物質(zhì)型煤，其中制備中加入了粘結(jié)添加劑膨潤(rùn)土。如上所述，現(xiàn)公開(kāi)的有關(guān)生物質(zhì)型煤的專利申請(qǐng)中均不同程度的加入了本領(lǐng)域常用的粘結(jié)劑，例如黃土、浙青等，有些還添加了固硫劑和防水劑，雖然這在一定程度上改善了型煤的固硫和防水的性能，但生產(chǎn)成本大大提高；而堿處理制備生物質(zhì)型煤工藝由于添加的強(qiáng)堿具有腐蝕性， 對(duì)設(shè)備的要求很高；此外，用紙漿廢液作型煤添加劑，成焦組分少，使得得到的型煤不具有防水性。本申請(qǐng)人于2008年10月27日申請(qǐng)了發(fā)明名稱為“一種粉煤無(wú)粘結(jié)劑成型方法及適用該方法的對(duì)輥成型機(jī)”的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)，申請(qǐng)?zhí)枮?008102M197. 1，該方法包括第一步驟，通過(guò)篩分裝置篩選出粒度< 6mm的粉煤，并且對(duì)該粉煤進(jìn)行干燥脫水處理，控制水分含量為2-15% ；第二步驟，將第一步驟所得的粉煤通過(guò)喂料機(jī)強(qiáng)制壓縮喂入到對(duì)輥成型機(jī)的對(duì)輥輥縫間；第三步驟，對(duì)輥成型機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，在至少一個(gè)輥的圓表面上布有凹坑的對(duì)輥連續(xù)旋轉(zhuǎn)， 通過(guò)所述凹坑壓實(shí)成型出型煤。但是該方法存在一定的問(wèn)題，即對(duì)于待成型的低階煙煤或中老年褐煤等弱粘煤和不粘煤的產(chǎn)地要求高，只有特定地區(qū)的低階煙煤或中老年褐煤等弱粘煤和不粘煤可以達(dá)到成型目的，如內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)出產(chǎn)的低階煙煤或中老年褐煤，但是對(duì)于如內(nèi)蒙古大量出產(chǎn)的低變質(zhì)程度煤炭卻較難采用上述方法單獨(dú)成型，成型后的型煤強(qiáng)度不夠，在運(yùn)輸過(guò)程中易于破碎，且防水性不佳。針對(duì)目前生物質(zhì)型煤的發(fā)展現(xiàn)狀，以及內(nèi)蒙古出產(chǎn)的低變質(zhì)程度煤炭較難單獨(dú)成型的特點(diǎn)，本發(fā)明人發(fā)明出防水性好，抗壓強(qiáng)度大的生物質(zhì)型煤，以解決目前生物質(zhì)型煤及其制備過(guò)程中存在的問(wèn)題。同時(shí)，對(duì)于可以單獨(dú)成型的中等粘性和/或高粘性低變質(zhì)程度煤炭如低階煙煤或中老年褐煤，利用本申請(qǐng)的生物質(zhì)型煤可以有效利用當(dāng)?shù)馗划a(chǎn)的如禾本科植物的秸稈或木材加工所產(chǎn)生的木屑等廢棄物。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)存的技術(shù)問(wèn)題，并克服現(xiàn)有技術(shù)中的生物質(zhì)型煤存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種生物質(zhì)型煤，尤其是無(wú)粘結(jié)劑生物質(zhì)型煤，包括50 90質(zhì)量份的原煤，所述原煤選自低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤， 以及10 50質(zhì)量份的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)選自(a)草本科植物，(b)農(nóng)業(yè)廢棄物，(c) 林業(yè)生物質(zhì)，(d)水生植物，(e)能源植物，或它們的混合物，其中，將50 90質(zhì)量份的原煤和10 50質(zhì)量份的生物質(zhì)破碎，并通過(guò)篩分裝置篩選出預(yù)定粒度的粉煤和植物性生物質(zhì)，并且將該粉煤和植物性生物質(zhì)按照預(yù)定比例分別或一起升溫至預(yù)定溫度，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下將所述粉煤和所述生物質(zhì)加壓成型，將成型后的型煤冷卻后脫模，得到生物質(zhì)型煤產(chǎn)品。優(yōu)選地，所述粉煤和生物質(zhì)按照比例分別升溫或一起升溫至預(yù)定溫度后，保持該溫度預(yù)定時(shí)間。優(yōu)選地，其中所述原煤選自低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤。更優(yōu)選為不粘性、和/或弱粘性低變質(zhì)程度煤炭，尤其是內(nèi)蒙古出產(chǎn)的不粘性、和/或弱粘性低變質(zhì)程度煤炭。進(jìn)一步優(yōu)選地，該低變質(zhì)程度煤炭選自褐煤、長(zhǎng)煙煤。尤其，選自內(nèi)蒙古霍林河、通遼、或?qū)毴障＠盏貐^(qū)出產(chǎn)的褐煤或長(zhǎng)煙煤。優(yōu)選地，其中所述原煤選自中等粘性和/或高粘性的低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤。更優(yōu)選為中等粘性和/或高粘性的低變質(zhì)程度煤炭，尤其是內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)出產(chǎn)的中等粘性和/或高粘性低變質(zhì)程度煤炭，如低階煙煤或中老年褐煤等。優(yōu)選地，所述生物質(zhì)是含有木質(zhì)素的植物性生物質(zhì)，優(yōu)先選自草本和/或木本的植物性生物質(zhì)，可以是小麥、玉米、高梁、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸稈，也可以是木材加工或竹加工所產(chǎn)生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑等，或者是它們的混合物。優(yōu)選地，所述生物質(zhì)選自牧草、雜草、秸稈、果殼、果核、玉米芯、薪柴、落葉、樹(shù)皮、 樹(shù)根、林業(yè)加工廢棄物、生長(zhǎng)迅速、輪伐期短的喬木、灌木和草本植物、蘆葦、水草，以及它們的混合物。優(yōu)選為60 85質(zhì)量份的原煤和15 40質(zhì)量份的生物質(zhì)，更優(yōu)選為65 80質(zhì)量份的原煤和20 35質(zhì)量份的生物質(zhì)，進(jìn)一步優(yōu)選為70 80質(zhì)量份的原煤和20 30 質(zhì)量份的生物質(zhì)，最優(yōu)選為75 80質(zhì)量份的原煤和20 25質(zhì)量份的生物質(zhì)。優(yōu)選地，將破碎后的原煤和生物質(zhì)篩分至< 10mm，更優(yōu)選地，篩分至6mm以下，進(jìn)一步優(yōu)選地，將破碎后的原煤和生物質(zhì)篩分至3mm以下。優(yōu)選地，所述溫度在150 400°C之間，更優(yōu)選在180 280°C之間，或在160 220°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在200 250°C之間，或在170 210°C之間，更進(jìn)一步優(yōu)選在210 240°C之間，或在180 200°C之間，最優(yōu)選在220 230°C之間，或在190 195°C之間。優(yōu)選地，所述保溫時(shí)間為10 40min，成型壓力為5 20噸，更優(yōu)選，所述保溫時(shí)間為大約20min，成型壓力為10 15噸。優(yōu)選地，在將破碎后的所述原煤和生物質(zhì)篩分之后對(duì)破碎后的所述原煤和生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)干燥，使得所述原煤和生物質(zhì)的物料水分< 10%，更優(yōu)選< 5%。優(yōu)選地，該生物質(zhì)型煤，進(jìn)一步包括選自以下組中的其他物質(zhì)高溫煤焦油、工業(yè)油脂的下腳料、生物柴油制備過(guò)程的殘?jiān)?、石油開(kāi)采處理后的淤泥、黃土、除硫劑、膨潤(rùn)土、 或它們中的兩種或更多種的混合物。更優(yōu)選地，該無(wú)粘結(jié)劑生物質(zhì)型煤，還包括選自工業(yè)油脂的下腳料、石油開(kāi)采處理后的淤泥、黃土中的一種或多種。優(yōu)選地，基于100質(zhì)量份的所述原煤和生物質(zhì)，所述其他物質(zhì)為5 25質(zhì)量份。優(yōu)選地，其中所述其他物質(zhì)與所述原煤預(yù)混合物并一起加熱。優(yōu)選地，其中在將破碎后的所述原煤和生物質(zhì)篩分之后對(duì)破碎后的所述原煤和生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)干燥，使得所述原煤和生物質(zhì)的物料水分< 10%，優(yōu)選所述原煤和生物質(zhì)的物料水分彡5%。優(yōu)選地，該粉煤和生物質(zhì)升溫至預(yù)定溫度，并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，在室溫下將該粉煤和生物質(zhì)混合均勻，并將該粉煤和生物質(zhì)的混合物一起升溫至預(yù)定溫度，并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，其中粉煤的溫度比生物質(zhì)的溫度低10 40°C，其中粉煤的溫度在150 200°C之間，更優(yōu)選在160 220°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在170 210°C之間，又優(yōu)選在180 200°C之間，最優(yōu)選在190 195°C之間；生物質(zhì)的溫度在180 400°C之間，優(yōu)選在180 280°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在200 250°C之間，更進(jìn)一步優(yōu)選在210 240°C之間，或最優(yōu)選在220 230°C之間。然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保溫預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，在室溫下將該粉煤和生物質(zhì)混合均勻，并將該粉煤和生物質(zhì)的混合物一起升溫至預(yù)定溫度，并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，其中粉煤的溫度比生物質(zhì)的溫度低。粉煤的溫度比生物質(zhì)的溫度優(yōu)選低10 40°C，其中粉煤的溫度在150 200°C之間，更優(yōu)選在160 220°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在170 210°C之間，又優(yōu)選在180 200°C之間，最優(yōu)選在190 195°C之間；生物質(zhì)的溫度在180 280°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在200 250°C之間，更進(jìn)一步優(yōu)選在210 240°C之間，或最優(yōu)選在220 230°C之間。然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保溫預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。優(yōu)選地，該生物質(zhì)型煤除所述粉煤和所述生物質(zhì)之外，不額外包括其他粘結(jié)劑。針對(duì)較難單獨(dú)成型的內(nèi)蒙古褐煤，本發(fā)明的生物質(zhì)型煤主要采用低溫維溫工藝， 將含有木質(zhì)素的植物性生物質(zhì)在150 300°C溫度下軟化、甚至液化，并施以一定的壓力， 使軟化的生物質(zhì)與相鄰的煤炭顆粒互相膠接，在外力作用下，生物質(zhì)和煤炭顆粒開(kāi)始重新排列位置關(guān)系，并發(fā)生機(jī)械變形和塑性流變。因此，采用此方法成型的燃料，可不用任何添加劑、粘結(jié)劑而生產(chǎn)出高強(qiáng)度的生物質(zhì)復(fù)合型煤，在一定強(qiáng)度下降低了加工成本。而且，利用生物質(zhì)中木質(zhì)素軟化、液化的特點(diǎn)，可適當(dāng)提高熱壓成型的溫度，有利于減小型煤成型時(shí)的擠壓動(dòng)力。其中，對(duì)于生物質(zhì)采用較高溫度的加熱方式更有利于生物質(zhì)中木質(zhì)素軟化、液化，
7而對(duì)于粉煤采用較低溫度的加熱方式則更有利于節(jié)約熱能，但是前提是兩者混合后應(yīng)保持生物質(zhì)中木質(zhì)素處于軟化或液化狀態(tài)，以利于兩者的加壓成型。同時(shí)，對(duì)于可以單獨(dú)成型的中等粘性和/或高粘性低變質(zhì)程度煤炭如低階煙煤或中老年褐煤，利用本申請(qǐng)的生物質(zhì)型煤可以有效利用當(dāng)?shù)馗划a(chǎn)的如禾本科植物的秸稈或木材加工所產(chǎn)生的木屑等廢棄物。本發(fā)明所得的生物質(zhì)型煤不添加粘結(jié)劑，省去粘結(jié)劑準(zhǔn)備、粘結(jié)劑與粉煤均勻混捏、生物質(zhì)型煤干燥固化等工藝過(guò)程；而且本發(fā)明所得的生物質(zhì)型煤強(qiáng)度高，防水性好，滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸和露天存放的要求。附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖Ia為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的生物質(zhì)型煤的制備流程的示意圖；圖Ib為本發(fā)明的另一個(gè)具體實(shí)施方式
的生物質(zhì)型煤的制備流程的示意圖；圖2為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的對(duì)輥成型機(jī)的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
的對(duì)輥成型機(jī)的沿

圖1的A A線截得的截面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下提供了本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。在下面的具體實(shí)施方式
中，除非另有指明，所有的份和百分?jǐn)?shù)均以質(zhì)量計(jì)。在本發(fā)明中，在不矛盾或沖突的情況下，本發(fā)明的所有實(shí)施例、實(shí)施方式以及特征
可以相互組合。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，提供了一種生物質(zhì)型煤，尤其是無(wú)粘結(jié)劑生物質(zhì)型煤，包括50 90質(zhì)量份的原煤，所述原煤選自低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤， 以及10 50質(zhì)量份的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)選自(a)草本科植物，(b)農(nóng)業(yè)廢棄物，(c) 林業(yè)生物質(zhì)，(d)水生植物，(e)能源植物，或它們的混合物，其中，將50 90質(zhì)量份的原煤和10 50質(zhì)量份的生物質(zhì)破碎，并通過(guò)篩分裝置篩選出粒度< IOmm的粉煤和生物質(zhì)，并且將該粉煤和生物質(zhì)升溫至預(yù)定溫度，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，將成型后的型煤冷卻后脫模，得到生物質(zhì)型煤產(chǎn)品。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，粉煤和生物質(zhì)按照比例分別升溫或一起升溫至預(yù)定溫度后，保持該溫度預(yù)定時(shí)間。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，原煤選自低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤。在一更優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，原煤為不粘性、和/或弱粘性低變質(zhì)程度煤炭，尤其是內(nèi)蒙古出產(chǎn)的不粘性、和/或弱粘性低變質(zhì)程度煤炭。進(jìn)一步優(yōu)選地，該低變質(zhì)程度煤炭選自褐煤、長(zhǎng)煙煤。尤其，選自內(nèi)蒙古霍林河、通遼、或?qū)毴障＠盏貐^(qū)出產(chǎn)的褐煤或長(zhǎng)煙煤。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，其中所述原煤選自中等粘性和/或高粘性的低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤。更優(yōu)選為中等粘性和/或高粘性的低變質(zhì)程度煤炭，尤其是內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)出產(chǎn)的中等粘性和/或高粘性低變質(zhì)程度煤炭，如低階煙煤或中老年褐煤等。在本發(fā)明中所使用的生物質(zhì)是指有機(jī)物中除化石燃料外的所有來(lái)源于植物能再生的物質(zhì)。主要是指由包含木質(zhì)素的綠色植物派生的生物質(zhì)，包括(a)草本科植物，如牧草、雜草等；(b)農(nóng)業(yè)廢棄物如秸稈、果殼、果核、玉米芯等；(C)林業(yè)生物質(zhì)如薪柴、落葉、樹(shù)皮、樹(shù)根及林業(yè)加工廢棄物等；(d)水生植物如蘆葦、水草等；以及(e)能源植物如生長(zhǎng)迅速、輪伐期短的喬木、灌木和草本植物等。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述生物質(zhì)是含有木質(zhì)素的植物性生物質(zhì)，優(yōu)先選自草本和/或木本的植物性生物質(zhì)，可以是小麥、玉米、高梁、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸稈，也可以是木材加工或竹加工所產(chǎn)生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑等，或者是它們的混合物。在另一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，所述生物質(zhì)選自牧草、雜草、秸稈、果殼、果核、玉米芯、薪柴、落葉、樹(shù)皮、樹(shù)根、林業(yè)加工廢棄物、生長(zhǎng)迅速、輪伐期短的喬木、灌木和草本植物、 蘆葦、水草，以及它們的混合物。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，為60 85質(zhì)量份的原煤和15 40質(zhì)量份的生物質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，為65 80質(zhì)量份的原煤和20 35質(zhì)量份的生物質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方式中，為70 80質(zhì)量份的原煤和20 30質(zhì)量份的生物質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)最優(yōu)選實(shí)施方式中，為75 80質(zhì)量份的原煤和20 25質(zhì)量份的生物質(zhì)。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，將破碎后的原煤和生物質(zhì)篩分至6mm以下。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，將破碎后的原煤和生物質(zhì)篩分至3mm以下。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在150 400°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在180 280°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在160 220°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在200 250°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在170 210°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在210 240°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在180 200°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在220 230°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述溫度在190 195°C之間。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述保溫時(shí)間為10 30min，成型壓力為5 20噸。在本發(fā)明的一個(gè)更優(yōu)選實(shí)施方式中，所述保溫時(shí)間為大約20min，成型壓力為 10 15噸。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在將破碎后的所述原煤和生物質(zhì)篩分之后對(duì)破碎后的所述原煤和生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)干燥，使得所述原煤和生物質(zhì)的物料水分< 10%。
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在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在將破碎后的所述原煤和生物質(zhì)篩分之后對(duì)破碎后的所述原煤和生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)干燥，使得所述原煤和生物質(zhì)的物料水分< 5%。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該粉煤和生物質(zhì)升溫至預(yù)定溫度，并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，在室溫下將該粉煤和生物質(zhì)混合均勻，并將該粉煤和生物質(zhì)的混合物一起升溫至預(yù)定溫度，并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，其中粉煤的溫度比生物質(zhì)的溫度低，尤其粉煤的溫度比生物質(zhì)的溫度低10 40°C，其中粉煤的溫度在150 200V之間，更優(yōu)選在160 220°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在170 210°C之間，又優(yōu)選在180 200°C之間，最優(yōu)選在190 195°C之間；生物質(zhì)的溫度在180 280°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在200 250°C之間，更進(jìn)一步優(yōu)選在210 240°C之間，或最優(yōu)選在220 230°C 之間。然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保溫預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，該生物質(zhì)型煤，進(jìn)一步包括選自以下組中的其他物質(zhì) 高溫煤焦油、工業(yè)油脂的下腳料、生物柴油制備過(guò)程的殘?jiān)?、石油開(kāi)采處理后的淤泥、黃土、 除硫劑、膨潤(rùn)土、或它們中的兩種或更多種的混合物。更優(yōu)選地，該無(wú)粘結(jié)劑生物質(zhì)型煤，還包括選自工業(yè)油脂的下腳料、石油開(kāi)采處理后的淤泥、黃土中的一種或多種。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，基于100質(zhì)量份的所述原煤和生物質(zhì)，所述其他物質(zhì)為5 25質(zhì)量份。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，其中所述其他物質(zhì)與所述原煤預(yù)混合物并一起加熱。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，該粉煤和生物質(zhì)是分別升溫至預(yù)定溫度，然后將該粉煤和生物質(zhì)混合并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。在另一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，在室溫下將經(jīng)篩分的粉煤和生物質(zhì)混合均勻，并將該粉煤和生物質(zhì)的混合物一起升溫至預(yù)定溫度，并保持該溫度預(yù)定時(shí)間，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下加壓成型，其中升溫、保溫及加壓成型都是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的。在一優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，該生物質(zhì)型煤除所述粉煤和所述生物質(zhì)之外，不額外包括其他粘結(jié)劑。針對(duì)較難單獨(dú)成型的內(nèi)蒙古褐煤，本發(fā)明的生物質(zhì)型煤主要采用低溫維溫工藝， 將含有木質(zhì)素的生物質(zhì)在150 400°C溫度下軟化、甚至液化，并施以預(yù)定的壓力，使軟化的生物質(zhì)與相鄰的煤炭顆?；ハ嗄z接，在外力作用下，生物質(zhì)和煤炭顆粒開(kāi)始重新排列位置關(guān)系，并發(fā)生機(jī)械變形和塑性流變。因此，采用此方法成型的燃料，可不用任何添加劑、粘結(jié)劑而生產(chǎn)出高強(qiáng)度的生物質(zhì)復(fù)合型煤，在一定強(qiáng)度下降低了加工成本。而且，利用生物質(zhì)中木質(zhì)素軟化、液化的特點(diǎn)，可適當(dāng)提高熱壓成型的溫度，有利于減小型煤成型時(shí)的擠壓動(dòng)力。其中，對(duì)于生物質(zhì)采用較高溫度的加熱方式更有利于生物質(zhì)中木質(zhì)素軟化、液化， 而對(duì)于粉煤采用較低溫度的加熱方式更有利于節(jié)約熱能，但是前提是兩者混合后應(yīng)保持生物質(zhì)中木質(zhì)素的軟化或液化狀態(tài)，以利于兩者的加壓成型。本發(fā)明所得的生物質(zhì)型煤不添加粘結(jié)劑，省去粘結(jié)劑準(zhǔn)備、粘結(jié)劑與粉煤均勻混捏、生物質(zhì)型煤干燥固化等工藝過(guò)程；而且本發(fā)明所得的生物質(zhì)型煤強(qiáng)度高，防水性好，滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸和露天存放的要求。在一個(gè)具體實(shí)施方式
中，本發(fā)明的生物質(zhì)型煤制備方法的步驟為將低變質(zhì)程度煤和生物質(zhì)破碎，篩分至3_以下；干燥后按照所述比例混合混勻；將混勻后粉煤與生物質(zhì)的混合物快速加熱到設(shè)定溫度，然后保溫預(yù)定時(shí)間；最后用加壓成型模具或成型機(jī)加壓成型，冷卻后脫模，得到生物質(zhì)型煤。以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的生物質(zhì)型煤的制備流程進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的生物質(zhì)型煤的制備流程的示意圖。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，使用以下的對(duì)輥成型機(jī)成型(如圖2和圖3所示)。一種雙傳動(dòng)對(duì)輥成型機(jī)，其包括機(jī)架1，驅(qū)動(dòng)裝置5，位于機(jī)架1中且相互平行、 并排設(shè)置的對(duì)輥2、3，將動(dòng)力傳遞給所述對(duì)輥2、3的傳動(dòng)裝置6，以及強(qiáng)制將粉煤壓縮喂入到對(duì)輥的輥縫間的喂料機(jī)4 ；所述的對(duì)輥成型機(jī)適用上述的粉煤和生物質(zhì)無(wú)粘結(jié)劑成型方法，通過(guò)對(duì)輥的旋轉(zhuǎn)擠壓來(lái)成型生物質(zhì)型煤，其中，對(duì)輥中的一個(gè)輥2或3能夠沿徑向方向相對(duì)另一輥水平往復(fù)移動(dòng)，一個(gè)輥2或3的圓表面分布凹坑，另一個(gè)輥3或2的圓表面為光滑表面，并且采用兩套獨(dú)立的傳動(dòng)裝置6 (其中一套傳動(dòng)裝置6未示出)分別驅(qū)動(dòng)所述對(duì)輥 2、3的每一個(gè)輥。其中，所述的傳動(dòng)裝置6可以是減速器。另一種單傳動(dòng)對(duì)輥成型機(jī)(如圖2和圖3所示)，包括機(jī)架1，驅(qū)動(dòng)裝置5，位于機(jī)架1中且相互平行、并排設(shè)置的對(duì)輥2、3，將動(dòng)力傳遞給所述對(duì)輥2、3的傳動(dòng)裝置6，以及強(qiáng)制將粉煤壓縮喂入到對(duì)輥的輥縫間的喂料機(jī)4 ；所述的對(duì)輥成型機(jī)適用上述的粉煤和生物質(zhì)無(wú)粘結(jié)劑成型方法，通過(guò)對(duì)輥2、3的旋轉(zhuǎn)擠壓來(lái)成型型煤，其中，對(duì)輥2、3中的一個(gè)輥2 或3能夠沿徑向方向相對(duì)另一輥3或2水平往復(fù)移動(dòng)，所述對(duì)輥的每一個(gè)輥2或3的圓表面都分布凹坑，并且兩個(gè)輥的圓表面上的凹坑彼此對(duì)應(yīng)，而且僅采用一個(gè)傳動(dòng)裝置6同步驅(qū)動(dòng)所述對(duì)輥2、3的每一個(gè)輥，使得成型機(jī)壓制的型煤為整球狀。優(yōu)選地，在上述對(duì)輥成型機(jī)中，所述的傳動(dòng)裝置6為單輸入雙輸出型減速器。在上述兩種對(duì)輥成型機(jī)中，還包括扭力支承裝置7，所述扭力支承裝置7與減速器固定連接，防止減速器輸出扭矩時(shí)發(fā)生整體轉(zhuǎn)動(dòng)。圖2為本發(fā)明的對(duì)輥成型機(jī)的側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明的對(duì)輥成型機(jī)的沿圖1的A-A線截得的截面結(jié)構(gòu)示意圖。在圖2和圖3中的附圖標(biāo)記說(shuō)明如下1 機(jī)架2、3 對(duì)輥4 喂料機(jī)
5 驅(qū)動(dòng)裝置6:傳動(dòng)裝置7:扭力支承裝置以下將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的生物質(zhì)型煤及其制備進(jìn)行具體說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解其中實(shí)施例僅是為了說(shuō)明的目的，不應(yīng)被視為以任何方式限制由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍。在下面的實(shí)施例中，除非另有指明，所有的份和百分?jǐn)?shù)均以質(zhì)量計(jì)。實(shí)施例1:生物質(zhì)型煤原料中采用的植物性生物質(zhì)為農(nóng)作物秸稈；生物質(zhì)型煤中的原煤采用內(nèi)蒙古出產(chǎn)的褐煤。褐煤與生物質(zhì)按如下質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比，即褐煤80份，生物質(zhì)20份。物料粒度 ^ 3mm;物料水分5%。根據(jù)T/T748-1997規(guī)定的工業(yè)型煤冷壓強(qiáng)度的測(cè)定方法測(cè)定得到的生物質(zhì)型煤的冷壓強(qiáng)度(即抗壓強(qiáng)度)，根據(jù)MT/T749-1997規(guī)定的方法測(cè)定得到的生物質(zhì)型煤的防水性(包括防水時(shí)間和/或浸水復(fù)干強(qiáng)度(N/個(gè)))，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T213-2008測(cè)定得到的生物質(zhì)型煤的發(fā)熱量。圖Ia為本發(fā)明的該實(shí)施例的生物質(zhì)型煤的制備流程的示意圖，其工藝流程為 (1)將褐煤送進(jìn)磨煤機(jī)，研磨成粒徑為3mm以下的煤粉，并烘干；(2)將秸稈經(jīng)過(guò)篩孔為3mm 的切割機(jī)粉碎，自然晾干；⑶按質(zhì)量百分比將80%的褐煤與20%的秸稈攪拌均勻；(4)將褐煤和秸稈物料一起快速加熱到設(shè)定溫度240°C，恒溫時(shí)間15min，加熱和保溫過(guò)程是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的；( 在加壓成型模具中以15噸的成型壓力加壓成型，加壓成型也是在隔絕空氣的條件下進(jìn)行的；(6)冷卻降溫；(7)脫模，得到生物質(zhì)型煤。以本配方配制的生物質(zhì)型煤，所得產(chǎn)品的檢測(cè)結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種生物質(zhì)型煤，包括或由以下物質(zhì)組成50 90質(zhì)量份的原煤，所述原煤選自低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤，以及10 50質(zhì)量份的生物質(zhì)，所述生物質(zhì)選自(a)草本科植物，(b)農(nóng)業(yè)廢棄物，(c)林業(yè)生物質(zhì)，(d)水生植物，(e)能源植物，或它們的混合物，其中，將所述50 90質(zhì)量份的原煤和所述10 50質(zhì)量份的生物質(zhì)破碎，并通過(guò)篩分裝置篩選出預(yù)定粒度的粉煤和生物質(zhì)，并且將所述粉煤和生物質(zhì)按照比例分別升溫或一起升溫至預(yù)定溫度，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在一定壓力下將所述粉煤和所述生物質(zhì)加壓成型，將成型后的型煤冷卻后脫模，得到所述生物質(zhì)型煤產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)型煤，其中所述原煤選自低變質(zhì)程度煤炭，更優(yōu)選為不粘性、和/或弱粘性低變質(zhì)程度煤炭，尤其是內(nèi)蒙古出產(chǎn)的不粘性、和/或弱粘性低變質(zhì)程度煤炭，進(jìn)一步優(yōu)選該低變質(zhì)程度煤炭選自褐煤、長(zhǎng)煙煤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物質(zhì)型煤，其中所述原煤選自中等粘性和/或高粘性的低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤，更優(yōu)選為中等粘性和/或高粘性的低變質(zhì)程度煤炭，尤其是內(nèi)蒙古呼倫貝爾地區(qū)出產(chǎn)的中等粘性和/或高粘性低變質(zhì)程度煤炭如低階煙煤或中老年褐煤。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，其中所述生物質(zhì)是包含木質(zhì)素的植物性生物質(zhì)，優(yōu)先選自小麥、玉米、高梁、水稻、豆科、棉花、或其組合的禾本科作物的秸稈，或木材加工或竹加工所產(chǎn)生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑、或其組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，其中所述生物質(zhì)選自牧草、雜草、 秸稈、果殼、果核、玉米芯、薪柴、落葉、樹(shù)皮、樹(shù)根、林業(yè)加工廢棄物、生長(zhǎng)迅速、輪伐期短的喬木、灌木和草本植物、蘆葦、水草，以及它們的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，其中為60 85質(zhì)量份的原煤和 15 40質(zhì)量份的生物質(zhì)，更優(yōu)選為65 80質(zhì)量份的原煤和20 35質(zhì)量份的生物質(zhì)，進(jìn)一步優(yōu)選為70 80質(zhì)量份的原煤和20 30質(zhì)量份的生物質(zhì)，最優(yōu)選為75 80質(zhì)量份的原煤和20 25質(zhì)量份的生物質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，其中將破碎后的所述原煤和所述生物質(zhì)篩分至粒度< 10mm，優(yōu)選篩分至6mm以下，更優(yōu)選地將破碎后的所述原煤和所述生物質(zhì)篩分至3mm以下。
8.根據(jù)權(quán)利要求1 7中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，其中所述溫度在150 400°C之間，更優(yōu)選在180 280°C之間，或在160 220°C之間，進(jìn)一步優(yōu)選在200 250°C之間，或在170 210°C之間，更進(jìn)一步優(yōu)選在210 240°C之間，或在180 200°C之間，最優(yōu)選在 220 230°C之間，或在190 195°C之間；所述保溫時(shí)間為10 40min，成型壓力為5 20 噸，更優(yōu)選所述保溫時(shí)間為大約20min，成型壓力為10 15噸。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，進(jìn)一步包括選自以下組中的其他物質(zhì)高溫煤焦油、工業(yè)油脂的下腳料、生物柴油制備過(guò)程的殘?jiān)⑹烷_(kāi)采處理后的淤泥、 黃土、除硫劑、膨潤(rùn)土、或它們中的兩種或更多種的混合物，優(yōu)選包括選自工業(yè)油脂的下腳料、石油開(kāi)采處理后的淤泥、黃土中的一種或多種。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物質(zhì)型煤，其中基于100質(zhì)量份的所述原煤和生物質(zhì)，所述其他物質(zhì)為5 25質(zhì)量份。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的生物質(zhì)型煤，其中所述其他物質(zhì)與所述原煤預(yù)混合并一起加熱。
12.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，其中在將破碎后的所述原煤和生物質(zhì)篩分之后對(duì)破碎后的所述原煤和生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)干燥，使得所述原煤和生物質(zhì)的物料水分< 10%，優(yōu)選所述原煤和生物質(zhì)的物料水分< 5%。
13.根據(jù)權(quán)利要求1 12中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，所述粉煤和生物質(zhì)按照比例分別升溫或一起升溫至預(yù)定溫度后，保持該溫度預(yù)定時(shí)間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的生物質(zhì)型煤，除所述粉煤和所述生物質(zhì)之外， 不額外包括其他粘結(jié)劑。
全文摘要
一種生物質(zhì)型煤，包括50～90質(zhì)量份的原煤，原煤選自低變質(zhì)程度煤炭和/或中等變質(zhì)程度的煤，及10～50質(zhì)量份的生物質(zhì)，生物質(zhì)選自草本科植物、農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)生物質(zhì)、水生植物、能源植物，或它們的混合物，將50～90質(zhì)量份的原煤和10～50質(zhì)量份的生物質(zhì)破碎，并通過(guò)篩分裝置篩選出預(yù)定粒度的粉煤和生物質(zhì)，并且將粉煤和生物質(zhì)按照比例分別或一起升溫至預(yù)定溫度，然后利用加壓成型模具或加壓成型機(jī)在預(yù)定壓力下將粉煤和生物質(zhì)加壓成型，將成型后的型煤冷卻后脫模，得到生物質(zhì)型煤產(chǎn)品。本發(fā)明的生物質(zhì)型煤不添加額外粘結(jié)劑，制備簡(jiǎn)單，且本發(fā)明所得的生物質(zhì)型煤強(qiáng)度高，防水性好，滿足長(zhǎng)途運(yùn)輸和露天存放的要求。
文檔編號(hào)C10L5/04GK102191096SQ20111008850
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者劉紅纓, 朱書全, 李玉潔, 楊玉立, 蘇曉輝, 邵俊杰, 陳元春 申請(qǐng)人:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京), 神華國(guó)際貿(mào)易有限責(zé)任公司, 神華集團(tuán)有限責(zé)任公司