CN102191100A - 一种生物质型煤 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种生物质型煤，包括：50～90质量份的原煤及10～50质量份的生物质，其中生物质选自：草本科植物、农业废弃物、林业生物质、水生植物、能源植物，或它们的混合物，将50～90质量份的原煤和10～50质量份的生物质破碎，并通过筛分装置筛选出预定粒度的粉煤和生物质，并且将粉煤和生物质按照比例分别或一起升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下将粉煤和所述生物质加压成型，将成型后的型煤冷却后脱模，得到所述无粘结剂生物质型煤产品。本发明的生物质型煤不添加额外粘结剂，生产简单，且本发明所得的生物质型煤强度高，防水性好，满足长途运输和露天存放的要求。
Description
技术领域
本发明属于洁净煤应用领域，更具体涉及一种生物质型煤，尤其涉及一种无粘结剂生物质型煤。
背景技术
我国是世界第二大能源消费国，并且一次能源以煤为主，目前我国煤的生产与消费在一次能源构成中占75％以上，成为世界上最大的煤炭生产和消费国。根据我国能源资源的特点和社会经济状况可以预测，在未来相当长的时间里，我国仍将是煤炭主要的生产和消费国。
我国煤炭保有储量、资源量和预测资源量总计达55,697亿吨，其中低变成程度的烟煤和褐煤占煤炭保有储量的50％以上，而这些煤炭资源多分布在内蒙和新疆等边远地区。如何洁净、高效、合理地利用我国有限的煤炭资源，特别是西北部的高内水低热值的低变质程度的煤炭资源，对于我国的社会和国民经济的可持续发展具有非常重要的战略意义和实际意义。
我国也是一个农业大国，生物质能资源也十分丰富，其潜力折合7亿吨左右，而目前我国的年实际使用量为2.2亿吨左右。因此，我国的生物质资源的利用还有很大的开发潜力。生物质能在我国商业用能的结构中所占的比例极小。植物约有一半弃于荒野未予利用、甚至焚烧，不但利用水平低，造成资源的严重浪费，而且污染环境。数量可观的工业废弃物被丢弃。
工业废弃物和城市垃圾数量巨大，并在逐年累积增加，而露天堆放或填埋不仅占用大量土地，而且易对土壤、地下水、大气造成极大的二次污染，成为严重的环境问题。所以充分合理开发使用生物质能，改善我国的能源利用环境和人类的生态环境，加大生物质能源的高品位利用具有重要的意义。
目前生物质与煤共燃发电被广泛研究，有很多优点，但其燃烧利用也面临许多困难，如容积密度和能量密度低造成的运输、储存、设备改造成本上升、锅炉热效率下降和加料设备中的阻塞问题；生物质纤维素含量高，不易粉碎的问题；生物质间组成差异大，很难替代使用的问题；生物质灰分中的碱金属和碱土金属含量高，造成设备的腐蚀和结渣问题等。上述问题可能通过生物质型煤技术进行改善。
针对我国现阶段的能源现状和我国未来的能源结构政策，如果将可再生能源的生物质与传统的一次能源煤巧妙地结合在一起，不仅为生物质能大规模工业化利用提供了可能的有效途径，开辟了能源新领域，合理高效地利用了能源，而且诞生了一种极有生命力的新型能源——生物质型煤。生物质型煤作为新型能源，是缓解能源危机、高效利用可再生能源、保护环境、解决传统工业型煤燃烧性能不足的有效途径。
在我国将生物质用于型煤技术研究较晚，但发展较快。目前已有许多科研院校及煤炭企业进行研究，目前有关生物质型煤的专利申请有，如中国专利申请CN101629112A，公开了一种生物质型煤，其中加入了0.5％～1％的粘合物；中国专利申请CN101250454A，公开了一种生物质型煤，其中将生物质进行了碱处理，并加入了工业氧化镁、氧化钙和膨润土中的一种或几种作为生物质型煤的粘结剂；中国专利申请CN101148622A，公开了一种夹芯生物质型煤，其中加入了氧化镁和氯化镁溶液作为粘合剂；中国专利申请CN101089154A，公开了在生产生产生物质型煤过程中，添加焦油或PAM、高锰酸钾、生石灰；中国专利申请CN1793297A，公开了一种生物质型煤，其中生产中加入了粘结添加剂膨润土。如上所述，现公开的有关生物质型煤的专利申请中均不同程度的加入了本领域常用的粘结剂，例如黄土、沥青等，有些还添加了固硫剂和防水剂，虽然这在一定程度上改善了型煤的固硫和防水的性能，但生产成本大大提高；而碱处理生产生物质型煤工艺由于添加的强碱具有腐蚀性，对设备的要求很高；此外，用纸浆废液作型煤添加剂，成焦组分少，使得得到的型煤不具有防水性。
本申请人于2008年10月27日申请了发明名称为“一种粉煤无粘结剂成型方法及适用该方法的对辊成型机”的中国发明专利申请，申请号为200810224197.1，该方法包括：
第一步骤，通过筛分装置筛选出粒度≤6mm的粉煤，并且对该粉煤进行干燥脱水处理，控制水分含量为2-15％；
第二步骤，将第一步骤所得的粉煤通过喂料机强制压缩喂入到对辊成型机的对辊辊缝间；
第三步骤，对辊成型机运转，在至少一个辊的圆表面上布有凹坑的对辊连续旋转，通过所述凹坑压实成型出型煤。
但是该方法存在一定的问题，即对于待成型的低阶烟煤或中老年褐煤等弱粘煤和不粘煤的产地要求高，只有特定地区的低阶烟煤或中老年褐煤等弱粘煤和不粘煤可以达到成型目的，如内蒙古呼伦贝尔地区出产的低阶烟煤或中老年褐煤，但是对于如内蒙古大量出产的低变质程度煤炭却较难采用上述方法单独成型，成型后的型煤强度不够，在运输过程中易于破碎，且防水性不佳。
针对目前生物质型煤的发展现状，以及内蒙古出产的低变质程度煤炭较难单独成型的特点，本发明人发明出防水性好，抗压强度大的生物质型煤，以解决目前生物质型煤及其生产过程中存在的问题。
同时，对于可以单独成型的中等粘性和/或高粘性低变质程度煤炭如低阶烟煤或中老年褐煤，利用本发明的生物质型煤可以有效利用当地富产的(a)草本科植物，(b)农业废弃物，(c)林业生物质，(d)水生植物，以及(e)能源植物，如禾本科植物的秸秆或木材加工所产生的木屑等废弃物。
发明内容
为了解决现存的技术问题，并克服现有技术中的生物质型煤存在的缺点，本发明的一个目的在于提供一种无粘结剂生物质型煤，包括或由以下组成：
50～90质量份的原煤，以及
10～50质量份的生物质，其中，所述生物质选自：(a)草本科植物，(b)农业废弃物，(c)林业生物质，(d)水生植物，以及(e)能源植物等，或它们的混合物，
其中，将50～90质量份的原煤和10～50质量份的生物质破碎，并通过筛分装置筛选出预定粒度的粉煤和生物质，并且将该粉煤和生物质按照比例分别升温或一起升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下将所述粉煤和所述生物质加压成型，将成型后的型煤冷却后脱模，得到生物质型煤产品。
优选地，其中所述生物质是含有木质素的植物性生物质，如草本和/或木本的植物性生物质，选自牧草、杂草、秸秆、果壳、果核、玉米芯、薪柴、落叶、树皮、树根及林业加工废弃物、芦苇，水草、生长迅速、轮伐期短的乔木、灌木和草本植物、或它们的组合。
更优选地，其中所述含有木质素的植物性生物质选自小麦、玉米、高粱、水稻、豆科、棉花、或其组合的禾本科作物的秸秆。
更优选地，其中所述含有木质素的植物性生物质选自木材加工或竹加工所产生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑、或其组合。
优选地，其中所述原煤选自低变质程度煤炭和/或中等变质程度的煤。更优选为不粘性、和/或弱粘性低变质程度煤炭，尤其是内蒙古出产的不粘性、和/或弱粘性低变质程度煤炭。
进一步优选地，该低变质程度煤炭选自褐煤、长烟煤。
优选地，其中所述原煤选自中等粘性和/或高粘性的低变质程度煤炭和/或中等变质程度的煤。更优选为中等粘性和/或高粘性的低变质程度煤炭，尤其是内蒙古呼伦贝尔地区出产的中等粘性和/或高粘性低变质程度煤炭，如低阶烟煤或中老年褐煤等。
优选地，所述生物质是含有木质素的植物性生物质，优先选自草本和/或木本的植物性生物质，可以是小麦、玉米、高粱、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸秆，也可以是木材加工或竹加工所产生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑等，或者是它们的混合物。
优选地，所述含有木质素的植物性生物质选自小麦、玉米、高粱、水稻、豆科、棉花、或其组合的禾本科作物的秸秆。
优选地，所述含有木质素的植物性生物质选自木材加工或竹加工所产生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑、或其组合。
优选为60～85质量份的原煤和15～40质量份的生物质，更优选为65～80质量份的原煤和20～35质量份的生物质，进一步优选为70～80质量份的原煤和20～30质量份的生物质，最优选为75～80质量份的原煤和20～25质量份的生物质。
优选地，将破碎后的原煤和生物质筛分至≤10mm，更优选地，筛分至6mm以下，进一步优选地，将破碎后的原煤和生物质筛分至3mm以下。
优选地，所述温度在150～400℃之间，更优选在180～280℃之间，或在160～220℃之间，进一步优选在200～250℃之间，或在170～210℃之间，更进一步优选在210～240℃之间，或在180～200℃之间，最优选在220～230℃之间，或在190～195℃之间。
优选地，所述保温时间为10～40min，成型压力为5～20吨，更优选，所述保温时间为大约20min，成型压力为10～15吨。
优选地，在将破碎后的所述原煤和生物质筛分之后对破碎后的所述原煤和生物质进行预干燥，使得所述原煤和生物质的物料水分≤10％，更优选≤5％。
优选地，该粉煤和生物质升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，该粉煤和生物质是分别升温至预定温度，然后将该粉煤和生物质混合并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，在室温下将该粉煤和生物质混合均匀，并将该粉煤和生物质的混合物一起升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，该粉煤和生物质是分别升温至预定温度，其中粉煤的温度比生物质的温度低10～40℃，其中粉煤的温度在150～200℃之间，更优选在160～220℃之间，进一步优选在170～210℃之间，又优选在180～200℃之间，最优选在190～195℃之间；生物质的温度在180～400℃之间，优选在180～280℃之间，进一步优选在200～250℃之间，更进一步优选在210～240℃之间，或最优选在220～230℃之间。然后将该粉煤和生物质混合并保温预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，进一步包括选自以下组中的其他物质：高温煤焦油、工业油脂的下脚料、生物柴油生产过程的残渣、石油开采处理后的淤泥、黄土、除硫剂、膨润土、或它们中的两种或更多种的混合物，优选包括选自工业油脂的下脚料、石油开采处理后的淤泥、黄土中的一种或多种，其中基于100质量份的原煤和生物质，所述其他物质为5～25质量份。
优选地，在将破碎后的所述原煤和生物质筛分之后对破碎后的所述原煤和生物质进行预干燥，使得所述原煤和生物质的物料水分≤5％。
优选地，该粉煤和生物质升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，该粉煤和生物质是分别升温至预定温度，然后将该粉煤和生物质混合并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，在室温下将该粉煤和生物质混合均匀，并将该粉煤和生物质的混合物一起升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
优选地，该粉煤和生物质是分别升温至预定温度，其中粉煤的温度比生物质的温度低。
粉煤的温度比生物质的温度优选低10～40℃，其中粉煤的温度在150～200℃之间，更优选在160～220℃之间，进一步优选在170～210℃之间，又优选在180～200℃之间，最优选在190～195℃之间；生物质的温度在180～280℃之间，进一步优选在200～250℃之间，更进一步优选在210～240℃之间，或最优选在220～230℃之间。然后将该粉煤和生物质混合并保温预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
针对较难单独成型的内蒙古褐煤，本发明的生物质型煤主要采用低温维温工艺，将含有木质素的植物性生物质在150～300℃温度下软化、甚至液化，并施以预定的压力，使软化的生物质与相邻的煤炭颗粒互相胶接，在外力作用下，生物质和煤炭颗粒开始重新排列位置关系，并发生机械变形和塑性流变。因此，采用此方法成型的燃料，可不用任何添加剂、粘结剂而生产出高强度的生物质复合型煤，在一定强度下降低了加工成本。而且，利用生物质中木质素软化、液化的特点，可适当提高热压成型的温度，有利于减小型煤成型时的挤压动力。
其中，对于生物质采用较高温度的加热方式更有利于生物质中木质素软化、液化，而对于粉煤采用较低温度的加热方式则更有利于节约热能，但是前提是两者混合后应保持生物质中木质素处于软化或液化状态，以利于两者的加压成型。
同时，对于可以单独成型的中等粘性和/或高粘性低变质程度煤炭如低阶烟煤或中老年褐煤，利用本申请的生物质型煤可以有效利用当地富产的如禾本科植物的秸秆或木材加工所产生的木屑等废弃物。
本发明所得的生物质型煤不添加粘结剂，省去粘结剂准备、粘结剂与粉煤均匀混捏、生物质型煤干燥固化等工艺过程；而且本发明所得的生物质型煤强度高，防水性好，满足长途运输和露天存放的要求。
附图的简要说明
图1a为本发明的一个具体实施方式的生物质型煤的生产流程的示意图；
图1b为本发明的另一个具体实施方式的生物质型煤的生产流程的示意图；
图2为本发明的一个具体实施方式的对辊成型机的侧面结构示意图；
图3为本发明的一个具体实施方式的对辊成型机的沿图1的A-A线截得的截面结构示意图。
具体实施方式
以下提供了本发明的具体实施方式。在下面的具体实施方式中，除非另有指明，所有的份数和百分数均以质量计。
在本发明中，在不矛盾或冲突的情况下，本发明的所有实施例、实施方式以及特征可以相互组合。
在本发明的一个具体实施方式中，提供了一种生物质型煤，其可以不包括额外的无粘结剂，包括：
50～90质量份的原煤，以及
10～50质量份的生物质，其中所述生物质选自：(a)草本科植物，(b)农业废弃物，(c)林业生物质，(d)水生植物，以及(e)能源植物，或它们的混合物，
其中，将50～90质量份的原煤和10～50质量份的生物质破碎，并通过筛分装置筛选出粒度≤10mm的粉煤和生物质，并且将该粉煤和生物质升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，将成型后的型煤冷却后脱模，得到无粘结剂生物质型煤产品。
在本发明的一个优选实施方式中，将破碎后的原煤和生物质筛选出粒度≤10mm的粉煤和生物质，更优选地，将破碎后的原煤和生物质筛分至6mm以下，进一步优选地，将破碎后的低变质程度煤和生物质筛分至3mm以下。
在本发明的一个优选实施方式中，其中所述原煤为低变质程度煤炭。在本发明的一个更为优选实施方式中，原煤为内蒙古出产的低变质程度煤炭。
在本发明的进一步优选实施方式中，该低变质程度煤炭选自褐煤、长烟煤。
在本发明中所使用的生物质是指有机物中除化石燃料外的所有来源于植物能再生的物质。主要是指由包含木质素的绿色植物派生的生物质，包括：(a)草本科植物，如牧草、杂草等；(b)农业废弃物：如秸秆、果壳、果核、玉米芯等；(c)林业生物质：如薪柴、落叶、树皮、树根及林业加工废弃物等；(d)水生植物：如芦苇等；以及(e)能源植物：如生长迅速、轮伐期短的乔木、灌木和草本植物等；或者上述生物质的组合。
在本发明的一个优选实施方式中，所述生物质是含有木质素的植物性生物质，优先选自草本和/或木本的植物性生物质，可以是小麦、玉米、高粱、水稻、豆科及棉花等禾本科作物的秸秆，也可以是木材加工或竹加工所产生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑等，或者是它们的混合物。
在本发明的一个优选实施方式中，为60～85质量份的原煤和15～40质量份的生物质。
在本发明的一个更优选实施方式中，为65～80质量份的原煤和20～35质量份的生物质。
在本发明的一个进一步优选实施方式中，为70～80质量份的原煤和20～30质量份的生物质。
在本发明的一个最优选实施方式中，为75～80质量份的原煤和20～25质量份的生物质。
在本发明的一个优选实施方式中，将破碎后的原煤和生物质筛分至6mm以下。在本发明的一个更优选实施方式中，将破碎后的原煤和生物质筛分至3mm以下。
在本发明的一个优选实施方式中，所述温度在150～400℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在180～280℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在160～220℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在200～250℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在170～210℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在210～240℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在180～200℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在220～230℃之间。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述温度在190～195℃之间。
在本发明的一个优选实施方式中，所述保温时间为10～30min，成型压力为5～20吨。
在本发明的一个更优选实施方式中，所述保温时间为大约20min，成型压力为10～15吨。
在本发明的一个优选实施方式中，在将破碎后的所述原煤和生物质筛分之后对破碎后的所述原煤和生物质进行预干燥，使得所述原煤和生物质的物料水分≤10％。
在本发明的一个优选实施方式中，在将破碎后的所述原煤和生物质筛分之后对破碎后的所述原煤和生物质进行预干燥，使得所述原煤和生物质的物料水分≤5％。
在本发明的一个优选实施方式中，该粉煤和生物质升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型是在隔绝空气的条件下进行的。
在本发明的一个优选实施方式中，该粉煤和生物质是分别升温至预定温度，然后将该粉煤和生物质混合并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
在本发明的一个优选实施方式中，在室温下将该粉煤和生物质混合均匀，并将该粉煤和生物质的混合物一起升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
在本发明的一个优选实施方式中，该粉煤和生物质是分别升温至预定温度，其中粉煤的温度比生物质的温度低，尤其粉煤的温度比生物质的温度低10～40℃，其中粉煤的温度在150～200℃之间，更优选在160～220℃之间，进一步优选在170～210℃之间，又优选在180～200℃之间，最优选在190～195℃之间；生物质的温度在180～280℃之间，进一步优选在200～250℃之间，更进一步优选在210～240℃之间，或最优选在220～230℃之间。然后将该粉煤和生物质混合并保温预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下加压成型，其中升温、保温及加压成型都是在隔绝空气的条件下进行的。
针对较难单独成型的内蒙古褐煤，本发明的生物质型煤主要采用低温维温工艺，将含有木质素的生物质在150～400℃温度下软化、甚至液化，并施以预定的压力，使软化的生物质与相邻的煤炭颗粒互相胶接，在外力作用下，生物质和煤炭颗粒开始重新排列位置关系，并发生机械变形和塑性流变。因此，采用此方法成型的燃料，可不用任何添加剂、粘结剂而生产出高强度的生物质复合型煤，在一定强度下降低了加工成本。而且，利用生物质中木质素软化、液化的特点，可适当提高热压成型的温度，有利于减小型煤成型时的挤压动力。
其中，对于生物质采用较高温度的加热方式更有利于生物质中木质素软化、液化，而对于粉煤采用较低温度的加热方式更有利于节约热能，但是前提是两者混合后应保持生物质中木质素的软化或液化状态，以利于两者的加压成型。
本发明所得的生物质型煤不添加粘结剂，省去粘结剂准备、粘结剂与粉煤均匀混捏、生物质型煤干燥固化等工艺过程；而且本发明所得的生物质型煤强度高，防水性好，满足长途运输和露天存放的要求。
在一个具体实施方式中，本发明的生物质型煤是通过以下步骤生产的：将低变质程度煤和生物质破碎，筛分至3mm以下；干燥后按照所述比例混合混匀；将混匀后粉煤与生物质的混合物快速加热到设定温度，然后保温预定时间；最后用加压成型模具或成型机加压成型，冷却后脱模，得到生物质型煤。
以下将结合附图对本发明的生物质型煤的生产流程进行详细说明，其中图1为本发明的一个优选实施方式的生物质型煤的生产流程的示意图。
在一个优选实施方式中，使用以下的对辊成型机成型(如图2和图3所示)。
一种双传动对辊成型机，其包括：机架1，驱动装置5，位于机架1中且相互平行、并排设置的对辊2、3，将动力传递给所述对辊2、3的传动装置6，以及强制将粉煤压缩喂入到对辊的辊缝间的喂料机4；所述的对辊成型机适用上述的粉煤和生物质无粘结剂成型方法，通过对辊的旋转挤压来成型生物质型煤，其中，对辊中的一个辊2或3能够沿径向方向相对另一辊水平往复移动，一个辊2或3的圆表面分布凹坑，另一个辊3或2的圆表面为光滑表面，并且采用两套独立的传动装置6(其中一套传动装置6未示出)分别驱动所述对辊2、3的每一个辊。其中，所述的传动装置6可以是减速器。
另一种单传动对辊成型机(如图2和图3所示)，包括：机架1，驱动装置5，位于机架1中且相互平行、并排设置的对辊2、3，将动力传递给所述对辊2、3的传动装置6，以及强制将粉煤压缩喂入到对辊的辊缝间的喂料机4；所述的对辊成型机适用上述的粉煤和生物质无粘结剂成型方法，通过对辊2、3的旋转挤压来成型型煤，其中，对辊2、3中的一个辊2或3能够沿径向方向相对另一辊3或2水平往复移动，所述对辊的每一个辊2或3的圆表面都分布凹坑，并且两个辊的圆表面上的凹坑彼此对应，而且仅采用一个传动装置6同步驱动所述对辊2、3的每一个辊，使得成型机压制的型煤为整球状。优选地，在上述对辊成型机中，所述的传动装置6为单输入双输出型减速器。
在上述两种对辊成型机中，还包括扭力支承装置7，所述扭力支承装置7与减速器固定连接，防止减速器输出扭矩时发生整体转动。
图2为本发明的对辊成型机的侧面结构示意图；图3为本发明的对辊成型机的沿图1的A-A线截得的截面结构示意图。
在图2和图3中的附图标记说明如下：
1：机架
2、3：对辊
4：喂料机
5：驱动装置
6：传动装置
7：扭力支承装置
以下将结合实施例对本发明的生物质型煤及其生产进行具体说明，本领域技术人员应该理解其中实施例仅是为了说明的目的，不应被视为以任何方式限制由权利要求所限定的本发明的范围。在下面的实施例中，除非另有指明，所有的份数和百分数均以质量计。
实施例1：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为农作物秸秆；
生物质型煤中的原煤采用内蒙古出产的褐煤。
褐煤与生物质按如下质量分数配比，即：褐煤80份，生物质20份。物料粒度：≤3mm；物料水分：≤5％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
图1a为本发明的该实施例的生物质型煤的生产流程的示意图，其工艺流程为：(1)将褐煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉，并烘干；(2)将秸秆经过筛孔为3mm的切割机粉碎，自然晾干；(3)按质量百分比将80％的褐煤与20％的秸秆搅拌均匀；(4)将褐煤和秸秆物料一起快速加热到设定温度240℃，恒温时间15min，加热和保温过程是在隔绝空气的条件下进行的；(5)在加压成型模具中以15吨的成型压力加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的生物质型煤，所得产品的检测结果：
注：1吨＝10KN。如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例2：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为秸秆；
生物质型煤中的原煤采用长烟煤；
长烟煤与生物质按如下质量分数配比，即：长烟煤80份，生物质20份。物料粒度：≤3mm；物料水分：≤5％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
图1a为本发明的该实施例的生物质型煤的生产流程的示意图，其工艺流程：(1)将长烟煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉，并烘干；(2)将秸秆经过筛孔为3mm的切割机粉碎，自然晾干；(3)按质量百分比将80％的长烟煤与20％的秸秆搅拌均匀；(4)将烟煤与秸秆物料一起快速加热到设定温度300℃，恒温时间20min，加热和保温过程是在隔绝空气的条件下进行的；(5)以15吨的成型压力在图2和图3中的双传动对辊成型机加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN。如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例3：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为木屑；
生物质型煤中的原煤采用内蒙古出产的长烟煤；
长烟煤与生物质按如下质量分数配比，即：长烟煤75份，生物质25份。物料粒度：≤3mm；物料水分：≤5％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
其工艺流程如图1b所示：(1)将长烟煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉，并烘干；(2)将木屑经过筛孔为3mm的切割机粉碎，自然晾干；(3)将按质量百分比75％的长烟煤快速加热至240℃，同时将按质量百分比25％的木屑快速加热至设定温度280℃，其中长烟煤和木屑的加热过程是在隔绝空气的条件下进行的；(4)将加热后的按质量百分比75％的长烟煤与按质量百分比25％的木屑混合并搅拌均匀，并在该温度下保温20min，其中长烟煤和木屑的保温过程是在隔绝空气的条件下进行的；(5)以10吨的成型压力在如图2、3的单传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例4：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为灌木切割后的木屑；
生物质型煤中的原煤采用内蒙古呼伦贝尔出产中等粘性的低阶烟煤；
长烟煤与生物质按如下质量分数配比，即：中等粘性的低阶烟煤85份，生物质15份。物料粒度：≤3mm；物料水分：≤5％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
其工艺流程如图1b所示：(1)将低阶烟煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉，并烘干；(2)将木屑经过筛孔为3mm的切割机粉碎，并预干燥；(3)将85质量份的长烟煤快速加热至180℃，同时将15质量份的木屑快速加热至设定温度220℃，其中长烟煤和木屑的加热过程是在隔绝空气的条件下进行的；(4)将加热后的85质量份的长烟煤与15质量份的木屑混合并搅拌均匀，并在该温度下保温20min，其中长烟煤和木屑的保温过程是在隔绝空气的条件下进行的；(5)以10吨的成型压力在如图2、3的单传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例5：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为大豆秸杆；
原煤采用内蒙古出产低粘性的长烟煤；
生物质型煤中掺入的其他物质为工业油脂的下脚料；
长烟煤与生物质、工业油脂的下脚料按如下质量分数配比，即：长烟煤70份，植物性生物质15份，工业油脂的下脚料15份。物料粒度：≤10mm；经预干燥后各种物料的水分：＝15％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
其工艺流程如图1b所示：(1)将预干燥后的长烟煤和工业油脂的下脚料按质量份为长烟煤70份和工业油脂的下脚料15份的比例送进磨煤机，研磨成粒径为10mm以下的煤粉混合物；(2)将大豆秸杆经过筛孔为10mm的切割机粉碎，自然晾干；(3)将70质量份的长烟煤与15质量份的长烟煤与工业油脂的下脚料的混合物快速加热至200℃，同时将15质量份的大豆秸秆屑快速加热至设定温度240℃，其中长烟煤与工业油脂的下脚料的混合物和大豆秸秆屑的加热过程是在隔绝空气的条件下进行的；(4)将加热后的85质量份的长烟煤和15质量份的工业油脂的下脚料与15质量份的大豆秸秆屑混合并搅拌均匀；(5)以15吨的成型压力在如图2、3的单传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例6：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为高粱秸秆；
原煤采用内蒙古出产低粘性的长烟煤；
生物质型煤中掺入的其他物质为石油开采处理后的淤泥；
长烟煤与生物质、石油开采处理后的淤泥按如下质量分数配比，即：长烟煤80份，生物质15份，石油开采处理后的淤泥5份。物料粒度：≤6mm；经预干燥后各种物料的水分：＝10％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
其工艺流程如图1b所示：(1)将预干燥后长烟煤和石油开采处理后的淤泥按质量份为长烟煤80份和石油开采处理后的淤泥5份的比例送进磨煤机，研磨成粒径为6mm以下的煤粉混合物；(2)将高粱秸杆经过筛孔为6mm的切割机粉碎，自然晾干；(3)将按质量百分比85％的长烟煤与石油开采处理后的淤泥的混合物快速加热至180℃，同时将按质量百分比15％的高粱秸秆屑快速加热至设定温度200℃，其中长烟煤与石油开采处理后的淤泥的混合物和高粱秸秆屑的加热过程是在隔绝空气的条件下进行的；(4)将加热后的85质量份的长烟煤与石油开采处理后的淤泥的混合物与15质量份的高粱秸秆屑混合并搅拌均匀；(5)以12吨的成型压力在如图2、3的双传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例7：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为薪柴、树皮、树根等林业加工废弃物；
原煤采用内蒙古宝日希勒出产的低粘性的长烟煤；
长烟煤与生物质按如下质量分数配比，即：长烟煤80份，生物质20份。物料粒度：≤3mm；经预干燥后各种物料的水分：＝5％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
其工艺流程如图1b所示：(1)将预干燥后长烟煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉；(2)将薪柴、树皮、树根等林业加工废弃物经过筛孔为3mm的切割机粉碎，并预干燥；(3)将80质量份的长烟煤快速加热至180℃，同时将20质量份的薪柴、树皮、树根等林业加工废弃物屑快速加热至设定温度200℃，其中长烟煤与林业加工废弃物屑的加热过程是在隔绝空气的条件下进行的；(4)将加热后的80质量份的长烟煤与20质量份的林业加工废弃物屑混合并搅拌均匀；(5)以15吨的成型压力在如图2、3的双传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
实施例8：
生物质型煤原料中采用的植物性生物质为松子壳和/或榛子壳等的等果品加工废弃物；
原煤采用内蒙古霍林河出产的低粘性的长烟煤；
长烟煤与生物质按如下质量分数配比，即：长烟煤60份，生物质40份。物料粒度：≤3mm；经预干燥后各种物料的水分：＝5％。
根据T/T748-1997规定的工业型煤冷压强度的测定方法测定得到的生物质型煤的冷压强度(即抗压强度)，根据MT/T749-1997规定的方法测定得到的生物质型煤的防水性(包括防水时间和/或浸水复干强度(N/个))，根据标准GB/T213-2008测定得到的生物质型煤的发热量。
其工艺流程如图1b所示：(1)将预干燥后的长烟煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉；(2)将松子壳和/或榛子壳等果品加工废弃物经过筛孔为3mm的切割机粉碎，并预干燥；(3)将60质量份的长烟煤快速加热至200℃，同时将40质量份的松子壳和/或榛子壳等果品加工废弃物屑快速加热至设定温度240℃，其中长烟煤与松子壳和/或榛子壳等果品加工废弃物屑的加热过程是在隔绝空气的条件下进行的；(4)将加热后的60质量份的长烟煤与40质量份的与松子壳和/或榛子壳等果品加工废弃物屑混合并搅拌均匀；(5)以12吨的成型压力在如图2、3的单传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到生物质型煤。
以本配方配制的型煤，所得产品检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
比较例1：
对于上述使用的不适于进行粉煤无粘结剂单独成型的褐煤利用与实施例1相同的模具在相同的压力下成形，得到型煤样品1。
其工艺流程为：(1)将褐煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉，并烘干；(2)将褐煤快速加热到设定温度240℃，恒温时间30min，加热和保温过程是在隔绝空气的条件下进行的；(3)在加压成型模具中以15吨的成型压力加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(6)冷却降温；(7)脱模，得到型煤样品1。
以本比较例配制的型煤样品1，所得产品的检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
比较例2：
对于上述使用的不适于进行粉煤无粘结剂单独成型的长烟煤利用与实施例2相同的双传动对辊成型机加压成型在相同的压力下成形，得到型煤样品2。
其工艺流程：(1)将长烟煤送进磨煤机，研磨成粒径为3mm以下的煤粉，并烘干；(2)将研磨后的长烟煤快速加热至240℃，并在该温度下保温20min，其中长烟煤的加热和保温过程是在隔绝空气的条件下进行的；(3)以15吨的成型压力在如图2、3的双传动对辊成型机模具中加压成型，加压成型也是在隔绝空气的条件下进行的；(4)冷却降温；(5)脱模，得到型煤样品2。
以本比较例配制的型煤样品2，所得产品的检测结果：
注：1吨＝10KN；如果换算到型煤球的面压强是1吨＝10MPa。
由上述检测结果可知根据本发明得到的生物质型煤与单独成形的褐煤或长烟煤得到的型煤相比具有以下优点：
实现了粉煤，特别是不适于单独成形的低变质煤的型煤制造，满足了运输和工业应用要求；
得到的生物质型煤的燃烧值高于单独成形的低变质煤的型煤或与之相当，因此，有效利用了产煤地区出产的生物质的价值，节约了原煤的用量。
在该生物质型煤中无需添加粘结剂，省去粘结剂准备、粘结剂与粉煤均匀混捏、生型煤干燥固化等工艺过程；如果加入适当的其他可以充当粘结剂的物质，如高温煤焦油、工业油脂的下脚料、生物柴油生产过程的残渣、石油开采处理后的淤泥、黄土、除硫剂、膨润土、或它们中的两种或更多种的混合物也可以使生物质型煤很好成型；可以有效利用其它行业产生的工业废物；
充分利用了可再生能源的生物质，不仅为生物质能大规模工业化利用提供了可能的有效途径，开辟了能源新领域，合理高效地利用了能源，而且诞生了一种极有生命力的新型能源——生物质型煤。生物质型煤作为新型能源，是缓解能源危机、高效利用可再生能源、保护环境、解决传统工业型煤燃烧性能不足的有效途径。
尽管本发明的各种实施方式已经通过具体实施方式在上下文中进行了描述，但是本发明并不仅限于此。因此，以上的描述不应该当作是本发明范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求进行限定。本领域技术人员应当理解，在不背离本发明的精神的情况下可以对本发明作出各种改变和变更，其都将落入在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种生物质型煤，包括或由以下组成：
50～90质量份的原煤，以及
10～50质量份的生物质，其中所述生物质选自：(a)草本科植物，(b)农业废弃物，(c)林业生物质，(d)水生植物，以及(e)能源植物，或它们的混合物，
其中，将所述50～90质量份的原煤和所述10～50质量份的生物质破碎，并通过筛分装置筛选出预定粒度的粉煤和生物质，并且将所述粉煤和生物质按照比例分别升温或一起升温至预定温度，并保持该温度预定时间，然后利用加压成型模具或加压成型机在预定压力下将所述粉煤和所述生物质加压成型，将成型后的型煤冷却后脱模，得到所述生物质型煤产品。
2.根据权利要求1所述的生物质型煤，其中所述生物质是含有木质素的植物性生物质，选自牧草、杂草、秸秆、果壳、果核、玉米芯、薪柴、落叶、树皮、树根及林业加工废弃物、芦苇，水草、生长迅速、轮伐期短的乔木、灌木和草本植物、或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的生物质型煤，其中所述含有木质素的植物性生物质选自小麦、玉米、高粱、水稻、豆科、棉花、或其组合的禾本科作物的秸秆。
4.根据权利要求1所述的生物质型煤，其中所述含有木质素的植物性生物质选自木材加工或竹加工所产生的木屑或竹屑、灌木切割后的木屑或草屑、或其组合。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的生物质型煤，其中为60～85质量份的原煤和15～40质量份的生物质，更优选为65～80质量份的原煤和20～35质量份的生物质，进一步优选为70～80质量份的原煤和20～30质量份的生物质，最优选为75～80质量份的原煤和20～25质量份的生物质。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的生物质型煤，其中将破碎后的所述原煤和所述生物质筛分至粒度≤10mm，优选筛分至6mm以下，更优选地将破碎后的所述原煤和所述生物质筛分至3mm以下。
7.根据权利要求1～4中任一项所述的生物质型煤，其中所述温度在150～400℃之间，更优选在180～280℃之间，或在160～220℃之间，进一步优选在200～250℃之间，或在170～210℃之间，更进一步优选在210～240℃之间，或在180～200℃之间，最优选在220～230℃之间，或在190～195℃之间；所述保温时间为10～40min，成型压力为5～20吨，更优选所述保温时间为大约20min，成型压力为10～15吨。
8.根据权利要求1～4中任一项所述的生物质型煤，进一步包括选自以下组中的其他物质：高温煤焦油、工业油脂的下脚料、生物柴油生产过程的残渣、石油开采处理后的淤泥、黄土、除硫剂、膨润土、或它们中的两种或更多种的混合物，优选包括选自工业油脂的下脚料、石油开采处理后的淤泥、黄土中的一种或多种，其中基于100质量份的原煤和生物质，所述其他物质为5～25质量份。
9.根据权利要求1～4中任一项所述的生物质型煤，其中所述原煤选自低变质程度煤炭和/或中等变质程度的煤，更优选为不粘性、和/或弱粘性低变质程度煤炭，尤其是内蒙古出产的不粘性、和/或弱粘性低变质程度煤炭，进一步优选该低变质程度煤炭选自褐煤、长烟煤。
10.根据权利要求1～4中任一项所述的生物质型煤，其中所述原煤选自中等粘性和/或高粘性的低变质程度煤炭和/或中等变质程度的煤，更优选为中等粘性和/或高粘性的低变质程度煤炭，尤其是内蒙古呼伦贝尔地区出产的中等粘性和/或高粘性低变质程度煤炭如低阶烟煤或中老年褐煤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110921 |