本发明涉及生物质燃料领域，特别地，涉及一种高效的生物质固体燃料及其制备方法。
背景技术：
在生态环境污染和能源资源供求紧张的双重压力下，林木等生物质能源作为一种可再生清洁能源，正逐步成为未来能源产业的重要组成部分。而直接燃烧是其最原始的利用方法，这种燃烧效率极低，一般在15％-20％之间。而此类生物质能源需要经过较长时间的自然生长，其利用率低下导致需要大量砍伐上述生物质能源，对地球表面的绿色植被覆盖率及环境造成了极大的影响。
技术实现要素：
本发明目的在于提供一种高效的生物质固体燃料及其制备方法，以解决林木等生物质能源直接燃烧的效率极低，而此类生物质能源需要经过较长时间的自然生长，其利用率低下导致需要大量砍伐上述生物质能源，对地球表面的绿色植被覆盖率及环境造成了极大的影响的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种高效的生物质固体燃料的制备方法，其中，包括以下步骤：
1)在温度为180-220℃的条件下，将熔融状态的黑松香、硅藻土、高岭土和硅灰石混合后，升温至260-280℃，反应6-10h后，取出沉淀，将馏出液油水分离，取油相；
2)将步骤1)中的油相加入步骤1)中的沉淀中混合，制得黏状物；
3)将生物质料体干燥后破碎，得到颗粒物；
4)将上述制得的颗粒物置于碱液中浸泡处理，得到改性后的生物质颗粒；
5)将经表面改性后的生物质颗粒与黏状物混合后压制成型，制得高效的生物质固体燃料。
作为优选的，所述硅藻土、所述高岭土和所述硅灰石为经酸化处理制得，所述酸化处理包括：将硅藻土、高岭土和硅灰石置于酸液中浸泡1-2h后，取出并干燥。
作为优选的，步骤1)中，相对于100重量份的所述黑松香，所述硅藻土的用量为1-3重量份，所述高岭土的用量为0.5-2重量份，所述硅灰石的用量为3-5重量份。
作为优选的，所述生物质料体选自秸秆、木屑和食用菌废料中的一种或多种。
作为优选的，步骤2)中的混合为搅拌混合，且搅拌速率为300-500r/min。
作为优选的，步骤4)中的碱液选自氢氧化钠水溶液、氢氧化钙水溶液和碳酸氢钠水溶液中的至少一种。
作为优选的，步骤4)中为置于温度40-70℃的条件下进行浸泡处理。
作为优选的，步骤5)中，相对于100重量份的所述生物质颗粒，所述黏状物的用量为30-60重量份。
作为优选的，步骤5)中，压制过程的压力为3-5mpa，压制过程的温度为60-80℃。
还提供了一种高效的生物质固体燃料，其中，所述高效的生物质固体燃料根据上述所述的制备方法制得。
本发明具有以下有益效果：本发明的黑松香在260-280℃的条件下，黑松香自身所含有的松香树脂酸、氧化松香树脂酸、树脂酸酯和不皂化的中性物质等在硅藻土、高岭土和硅灰石存在的条件下发生裂解反应，并形成沉淀和液体物质，同时，液体物质中的水相和油相分离，从而将其中的水箱分离出，取油相并和其产生的沉淀进行混合，从而得到粘稠的生物质重油；进一步地，生物质料体经干燥破碎，得到颗粒物，再将上述颗粒物置于碱液中浸泡，从而破坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键，破坏纤维素的结晶结构，打破木质素与纤维素的连接，使生物质料体得到润胀，增加其内部表面积，降低聚合度和洁净度；更进一步地，将改性后的生物质颗粒和呈黏状物的生物质重油混合后压制成型，使得其能有效燃烧，大大提高了其燃烧效率，同时，因上述原料本身均含硫极低，并且均采用生物质废料进行制备，使得其对环境的友好度高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提供了一种高效的生物质固体燃料的制备方法，其中，包括以下步骤：
1)在温度为180-220℃的条件下，将熔融状态的黑松香、硅藻土、高岭土和硅灰石混合后，升温至260-280℃，反应6-10h后，取出沉淀，将馏出液油水分离，取油相；
2)将步骤1)中的油相加入步骤1)中的沉淀中混合，制得黏状物；
3)将生物质料体干燥后破碎，得到颗粒物；
4)将上述制得的颗粒物置于碱液中浸泡处理，得到改性后的生物质颗粒；
5)将经表面改性后的生物质颗粒与黏状物混合后压制成型，制得高效的生物质固体燃料。
本发明具有以下有益效果：本发明的黑松香在260-280℃的条件下，黑松香自身所含有的松香树脂酸、氧化松香树脂酸、树脂酸酯和不皂化的中性物质等在硅藻土、高岭土和硅灰石存在的条件下发生裂解反应，并形成沉淀和液体物质，同时，液体物质中的水相和油相分离，从而将其中的水箱分离出，取油相并和其产生的沉淀进行混合，从而得到粘稠的生物质重油；进一步地，生物质料体经干燥破碎，得到颗粒物，再将上述颗粒物置于碱液中浸泡，从而破坏细胞壁中半纤维素与木质素形成的共价键，破坏纤维素的结晶结构，打破木质素与纤维素的连接，使生物质料体得到润胀，增加其内部表面积，降低聚合度和洁净度；更进一步地，将改性后的生物质颗粒和呈黏状物的生物质重油混合后压制成型，使得其能有效燃烧，大大提高了其燃烧效率，同时，因上述原料本身均含硫极低，并且均采用生物质废料进行制备，使得其对环境的友好度高。
为了使黑松香的裂解反应更为完全，一种优选的实施方式中，所述硅藻土、所述高岭土和所述硅灰石为经酸化处理制得，所述酸化处理包括：将硅藻土、高岭土和硅灰石置于酸液中浸泡1-2h后，取出并干燥。
上述原料的用量可以在宽的范围内选择，例如，一种更为优选的实施方式中，步骤1)中，相对于100重量份的所述黑松香，所述硅藻土的用量为1-3重量份，所述高岭土的用量为0.5-2重量份，所述硅灰石的用量为3-5重量份。
上述生物质料体可以在宽的范围内选择，当然，为了能尽可能利用废料，提高对环境的友好度，一种优选的实施方式中，所述生物质料体选自秸秆、木屑和食用菌废料中的一种或多种。
进一步优选的实施方式中，步骤2)中的混合为搅拌混合，且搅拌速率为300-500r/min。
更为优选的实施方式中，步骤4)中的碱液选自氢氧化钠水溶液、氢氧化钙水溶液和碳酸氢钠水溶液中的至少一种。
一种更为优选的实施方式中，为了更好地破坏半纤维素与木质素形成的共价键，步骤4)中为置于温度40-70℃的条件下进行浸泡处理。
另一优选的实施方式中，步骤5)中，相对于100重量份的所述生物质颗粒，所述黏状物的用量为30-60重量份。
进一步优选的实施方式中，步骤5)中，压制过程的压力为3-5mpa，压制过程的温度为60-80℃。
本发明还提供了一种高效的生物质固体燃料，其中，所述高效的生物质固体燃料根据上述所述的制备方法制得。
以下为具体实施例。其中，未作说明的情况下，所述硅藻土、所述高岭土和所述硅灰石为经酸化处理制得，所述酸化处理包括：将硅藻土、高岭土和硅灰石置于浓度为15重量％的盐酸溶液中浸泡2h后，取出并干燥制得。
实施例1
1)在温度为180℃的条件下，将100重量份的熔融状态的黑松香、1重量份的硅藻土、0.5重量份的高岭土和3重量份的硅灰石混合后，升温至260℃，反应6h后，取出沉淀，将馏出液油水分离，取油相；
2)将步骤1)中的油相加入步骤1)中的沉淀中以300r/min的搅拌速率搅拌混合，制得黏状物；
3)将秸秆干燥后破碎，得到颗粒物；
4)将上述制得的颗粒物置于浓度为5重量％的氢氧化钠水溶液中于40℃的条件下浸泡处理，得到改性后的生物质颗粒；
5)将100重量份的经表面改性后的生物质颗粒与30重量份的黏状物混合后置于压力为3mpa，温度为60℃的条件下压制成型，制得高效的生物质固体燃料a1。
实施例2
1)在温度为220℃的条件下，将100重量份的熔融状态的黑松香、3重量份的硅藻土、2重量份的高岭土和5重量份的硅灰石混合后，升温至280℃，反应10h后，取出沉淀，将馏出液油水分离，取油相；
2)将步骤1)中的油相加入步骤1)中的沉淀中以500r/min的搅拌速率搅拌混合，制得黏状物；
3)将秸秆干燥后破碎，得到颗粒物；
4)将上述制得的颗粒物置于浓度为15重量％的氢氧化钠水溶液中于70℃的条件下浸泡处理，得到改性后的生物质颗粒；
5)将100重量份的经表面改性后的生物质颗粒与60重量份的黏状物混合后置于压力为5mpa，温度为80℃的条件下压制成型，制得高效的生物质固体燃料a2。
实施例3
1)在温度为200℃的条件下，将100重量份的熔融状态的黑松香、2重量份的硅藻土、1重量份的高岭土和4重量份的硅灰石混合后，升温至270℃，反应8h后，取出沉淀，将馏出液油水分离，取油相；
2)将步骤1)中的油相加入步骤1)中的沉淀中以400r/min的搅拌速率搅拌混合，制得黏状物；
3)将木屑干燥后破碎，得到颗粒物；
4)将上述制得的颗粒物置于浓度为10重量％的氢氧化钠水溶液中于60℃的条件下浸泡处理，得到改性后的生物质颗粒；
5)将100重量份的经表面改性后的生物质颗粒与50重量份的黏状物混合后置于压力为4mpa，温度为70℃的条件下压制成型，制得高效的生物质固体燃料a3。
实施例4
如实施例1的方法进行制备，不同的是，硅藻土、高岭土和硅灰石不经酸化处理，直接使用，制得高效的生物质固体燃料a4。
实施例5
如实施例2的方法进行制备，不同的是，步骤4)中为置于室温条件下进行浸泡，即一般20-25℃的条件下，制得高效的生物质固体燃料a5。
实施例6
如实施例3的方法进行制备，不同的是，所述硅藻土的用量为0.5重量份，所述高岭土的用量为0.2重量份，所述硅灰石的用量为1重量份，制得高效的生物质固体燃料a6。
对比例1
如实施例1的方法进行制备，不同的是，不经过步骤1)和步骤2)，直接将颗粒物与熔融的黑松香混合压制成型，制得生物质固体燃料b1。
对比例2
如实施例2的方法进行制备，不同的是，不经过步骤4)，直接将秸秆与黏状物混合压制成型，制得生物质固体燃料b2。
对比例3
常规玉米秸秆的平均低位发热量b3。
对比例4
常规松香的平均低位发热量b4。
测试数据
将上述a1-a6、b1和b2根据gb/t30727《固体生物质燃料发热量测定方法》检测其低位发热量，结果如下表所示。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。