本发明属于现代农业产业技术领域，具体涉及一种提高生物质燃料固体转化率的方法。
背景技术
生物质燃料：是指将生物质材料燃烧作为燃料，一般主要是农林废弃物（如秸秆、锯末、甘蔗渣、稻糠等），主要区别于化石燃料。在目前的国家政策和环保标准中，直接燃烧生物质属于高污染燃料，只在农村的大灶中使用，不允许在城市中使用。生物质燃料的应用，实际主要是生物质成型燃料，是将农林废物作为原材料，经过粉碎、混合、挤压、烘干等工艺，制成各种成型（如块状、颗粒状等）的，可直接燃烧的一种新型清洁燃料。
秸秆固化成型技术是采用稻草秸秆、麦秸秆、玉米秸秆等农业废弃物作为原材料，通过专用设备秸秆压块机经过粉碎处理、压缩处理等工艺，压制成一种可直接燃烧的固体生物质燃料。这种处理方法虽然使得秸秆燃料便于储存和运输，但是仍然以原生态生物质形态存在，直接进行燃烧会使得有机物在燃烧时被热解脱除，随着烟气挥发至空气中，不仅会造成能源利用率的下降，还会造成极大的环境污染。生物质热裂解(又称热解或裂解)，通常是指在无氧或低氧环境下，生物质被加热升温引起分子分解产生焦炭、可冷凝液体和气体产物的过程，是生物质能的一种重要利用形式。而现有的热裂解过程依然存在着固体燃料产物低，液态焦油产量高的问题。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的问题，提供了一种提高生物质燃料固体转化率的方法，显著的实现了提高生物质固体燃料的转化产率。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种提高生物质燃料固体转化率的方法，包括以下步骤：
（1）将秸秆原料经过风干处理后置于旋风式粉碎机中粉碎至5-10毫米，置于石灰水中，搅拌混合均匀后恒温浸泡1-2小时，浸泡温度为40-50℃，浸泡料液比为1:5-6，浸泡处理后，进行过滤，得到的滤饼使用清水冲洗2-3遍，然后使用聚乙烯醇-盐酸水溶液酸处理35-40分钟，期间每隔4-5分钟搅拌一次，酸处理后进行过滤水洗至中性，在90-100℃下干燥至恒重备用；
（2）将白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼按照质量比为18-20:5-6:2-3:0.1-0.2的比例混合，置于坩埚中，送入马弗炉中，在450-500℃下恒温煅烧4-5小时，冷却至室温后取出，与步骤（1）预处理后的秸秆混合均匀，共同研磨至过60-80目筛的粉料；
（3）将研磨粉料置于固定床管式反应器中，以氮气和氩气的混合气体作为保护气，气体流量为45-50毫升/分钟，以30-35℃/分钟的升温速度升温至270-300℃，恒温1-2小时，然后以40-45℃/分钟的升温速度升温至600-650℃，恒温3-4小时，反应结束，以50-60℃/分钟的降温速度降温至20-30℃。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述石灰水中氢氧化钙质量分数为2-3%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚乙烯醇-盐酸水溶液中，聚乙醇胺为盐酸水溶液质量分数的3.0-4.0%，盐酸水溶液ph值在4.8-5.0之间，酸处理过程中聚乙烯醇-盐酸水溶液用量为秸秆质量的3-4倍。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼混合物料占秸秆质量的0.14-0.16%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气和氩气的混合气体中氮气与氩气体积比为8-9:1。
作为对上述方案的进一步描述，所述秸秆为高粱秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆中的一种或几种。
本发明相比现有技术具有以下优点：为了解决现有秸秆燃料在生物质能利用转化时存在的问题，本发明提供了一种提高生物质燃料固体转化率的方法，通过对秸秆原料进行预处理并在秸秆原料中添加混合金属化合物，在生物质热化学转化过程中起到极好的催化作用，这种催化作用能够提高固体产物产率，降低液体和气体产物产率，在反应中控制反应器中通入气体成分组成以及流量，总体转化反应速度提高了20-25%，使得整体秸秆燃料能源转化率达到96%以上，固体转化率提高了65-70%，焦油产率降低了60-65%，显著的实现了提高生物质固体燃料的转化产率，本发明有效解决了了秸秆燃料在在生物质能利用转化时固体产物低的问题，提高了秸秆废料的利用价值以及对环境保护的力度，能够实现资源极大化利用以及保护环境的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，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提供的技术方案。
实施例1
一种提高生物质燃料固体转化率的方法，包括以下步骤：
（1）将秸秆原料经过风干处理后置于旋风式粉碎机中粉碎至5毫米，置于石灰水中，搅拌混合均匀后恒温浸泡1小时，浸泡温度为40℃，浸泡料液比为1:5，浸泡处理后，进行过滤，得到的滤饼使用清水冲洗2遍，然后使用聚乙烯醇-盐酸水溶液酸处理35分钟，期间每隔4分钟搅拌一次，酸处理后进行过滤水洗至中性，在90℃下干燥至恒重备用；
（2）将白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼按照质量比为18:5:2:0.1的比例混合，置于坩埚中，送入马弗炉中，在450℃下恒温煅烧4小时，冷却至室温后取出，与步骤（1）预处理后的秸秆混合均匀，共同研磨至过60目筛的粉料；
（3）将研磨粉料置于固定床管式反应器中，以氮气和氩气的混合气体作为保护气，气体流量为45毫升/分钟，以30℃/分钟的升温速度升温至270℃，恒温1小时，然后以40℃/分钟的升温速度升温至600℃，恒温3小时，反应结束，以50℃/分钟的降温速度降温至20℃。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述石灰水中氢氧化钙质量分数为2%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚乙烯醇-盐酸水溶液中，聚乙醇胺为盐酸水溶液质量分数的3.0%，盐酸水溶液ph值在4.8-5.0之间，酸处理过程中聚乙烯醇-盐酸水溶液用量为秸秆质量的3倍。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼混合物料占秸秆质量的0.14%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气和氩气的混合气体中氮气与氩气体积比为8:1。
作为对上述方案的进一步描述，所述秸秆为高粱秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆中的一种或几种。
实施例2
一种提高生物质燃料固体转化率的方法，包括以下步骤：
（1）将秸秆原料经过风干处理后置于旋风式粉碎机中粉碎至8毫米，置于石灰水中，搅拌混合均匀后恒温浸泡1.5小时，浸泡温度为45℃，浸泡料液比为1:5.5，浸泡处理后，进行过滤，得到的滤饼使用清水冲洗2遍，然后使用聚乙烯醇-盐酸水溶液酸处理38分钟，期间每隔4.5分钟搅拌一次，酸处理后进行过滤水洗至中性，在95℃下干燥至恒重备用；
（2）将白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼按照质量比为19:5.5:2.5:0.15的比例混合，置于坩埚中，送入马弗炉中，在480℃下恒温煅烧4.5小时，冷却至室温后取出，与步骤（1）预处理后的秸秆混合均匀，共同研磨至过70目筛的粉料；
（3）将研磨粉料置于固定床管式反应器中，以氮气和氩气的混合气体作为保护气，气体流量为48毫升/分钟，以33℃/分钟的升温速度升温至280℃，恒温1.5小时，然后以43℃/分钟的升温速度升温至630℃，恒温3.5小时，反应结束，以55℃/分钟的降温速度降温至25℃。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述石灰水中氢氧化钙质量分数为2.5%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚乙烯醇-盐酸水溶液中，聚乙醇胺为盐酸水溶液质量分数的3.5%，盐酸水溶液ph值在4.8-5.0之间，酸处理过程中聚乙烯醇-盐酸水溶液用量为秸秆质量的3.5倍。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼混合物料占秸秆质量的0.15%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气和氩气的混合气体中氮气与氩气体积比为8.5:1。
作为对上述方案的进一步描述，所述秸秆为高粱秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆中的一种或几种。
实施例3
一种提高生物质燃料固体转化率的方法，包括以下步骤：
（1）将秸秆原料经过风干处理后置于旋风式粉碎机中粉碎至10毫米，置于石灰水中，搅拌混合均匀后恒温浸泡2小时，浸泡温度为50℃，浸泡料液比为1:6，浸泡处理后，进行过滤，得到的滤饼使用清水冲洗3遍，然后使用聚乙烯醇-盐酸水溶液酸处理40分钟，期间每隔5分钟搅拌一次，酸处理后进行过滤水洗至中性，在100℃下干燥至恒重备用；
（2）将白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼按照质量比为20:6:3:0.2的比例混合，置于坩埚中，送入马弗炉中，在500℃下恒温煅烧5小时，冷却至室温后取出，与步骤（1）预处理后的秸秆混合均匀，共同研磨至过80目筛的粉料；
（3）将研磨粉料置于固定床管式反应器中，以氮气和氩气的混合气体作为保护气，气体流量为50毫升/分钟，以35℃/分钟的升温速度升温至300℃，恒温2小时，然后以45℃/分钟的升温速度升温至650℃，恒温4小时，反应结束，以60℃/分钟的降温速度降温至30℃。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述石灰水中氢氧化钙质量分数为3%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（1）所述聚乙烯醇-盐酸水溶液中，聚乙醇胺为盐酸水溶液质量分数的4.0%，盐酸水溶液ph值在4.8-5.0之间，酸处理过程中聚乙烯醇-盐酸水溶液用量为秸秆质量的4倍。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（2）所述白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼混合物料占秸秆质量的0.16%。
作为对上述方案的进一步描述，步骤（3）所述氮气和氩气的混合气体中氮气与氩气体积比为9:1。
作为对上述方案的进一步描述，所述秸秆为高粱秸秆、玉米秸秆、棉花秸秆、大豆秸秆中的一种或几种。
对比例1
与实施例1的区别仅在于，省略步骤（1）中对秸秆的石灰水浸泡处理以及酸处理过程，其余保持一致。
对比例2
与实施例2的区别仅在于，省略步骤（2）中白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼混合物料的制备添加，其余保持一致。
对比例3
与实施例3的区别仅在于，步骤（2）中白云石粉、石膏粉、硅酸钠、六方氮化硼混合物料混合质量比为10:5:3:1的比例混合，其余保持一致。
对比例4
与实施例3的区别仅在于，步骤（3）中省略氩气作为保护气，反应全程直接以45℃/分钟的升温速度升温至650℃，其余保持一致。
对比实验
分别使用实施例1-3和对比例1-4的方法提高生物质燃料固体转化率，以直接在700℃下进行热裂解炭化反应的的方法作为对照组，以高粱秸秆与玉米秸秆按照2:1的比例混合作为秸秆原料，分别使用按照各组方法加工制备得到秸秆生物燃料，试验中保持无关变量一致，对原料转化过程跟踪记录，进行结果统计分析，结果如下表所示：
本发明有效解决了了秸秆燃料在在生物质能利用转化时固体产物低的问题，提高了秸秆废料的利用价值以及对环境保护的力度，能够实现资源极大化利用以及保护环境的现实意义，是一种极为值得推广使用的技术方案。