CN120536167A - 一种生物质型煤的生产方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及生物质型煤制备领域，具体公开了一种生物质型煤的生产方法。一种生物质型煤的生产方法，包括如下步骤：将(1)将生物质原料干燥粉碎后，在限氧环境下进行快速热解处理，随后采用高压蒸汽爆破改性；(2)将改性后的生物质与活化煤粉、复合粘结剂及助燃剂按特定比例混合，其中煤粉经轻质焦油和木醋液协同活化处理；(3)采用梯度热压成型工艺，通过多阶段温度‑压力控制实现致密化成型；(4)最后经低温固化得到成品。本申请制备得到的型煤具有良好的强度以及燃烧效率。

Description

一种生物质型煤的生产方法

技术领域

本申请涉及生物质型煤制备技术领域，更具体地说，它涉及一种生物质型煤的生产方法。

背景技术

随着能源需求的持续增长和环境问题的日益突出，开发清洁、高效的替代能源已成为全球关注的焦点。煤炭作为传统能源，在燃烧过程中会产生大量污染物，而生物质能因其可再生性和低碳排放特性，被视为重要的补充能源。将生物质与煤粉复合制备型煤，既能提高生物质的能源密度，又能改善煤炭的燃烧性能，具有重要的应用价值。

然而，现有的生物质型煤技术仍存在诸多不足：首先，生物质与煤粉的相容性较差，导致型煤机械强度不足，在运输和使用过程中易碎裂；此外，常规的成型工艺难以兼顾高密度和良好的孔隙结构，影响燃烧效率。

因此，需要开发一种高强度、高热值的型煤制备技术。

发明内容

为了提高型煤的强度和发热量，本申请提供一种生物质型煤的生产方法。

第一方面，本申请提供的生物质型煤的生产方法，采用如下的技术方案：

一种生物质型煤的生产方法，包括如下步骤：

（1）将生物质干燥至含水率在10-15％后粉碎至0.5-2mm；将煤粉研磨至200目以上；

（2）将上述粉碎后的生物质在限氧环境下200-300℃快速热解2-5min，得到部分炭化生物质；向部分炭化生物质中通入饱和蒸汽，压力1.5-2.0MPa，温度180-200℃，持续处理3-5min后瞬间泄压至常压，完成蒸汽爆破；

（3）将蒸汽爆破后的生物质、煤粉、助燃剂以及粘结剂按比例混合得到混合物，加水至总含水率16-18％后均匀混合；采用热压成型工艺得到生胚；

（4）将成型的生胚在80-100℃下低温固化，得到型煤。

通过采用上述技术方案，该生物质型煤生产方法通过生物质与煤粉的协同改性及复合成型技术，实现了废弃生物质的高效利用与型煤燃烧性能的显著提升。其核心在于：首先将生物质经限氧热解部分炭化，使纤维素、半纤维素分解生成挥发分并初步形成多孔炭骨架，保留木质素结构以增强孔隙发达性；随后通过高压饱和蒸汽瞬时爆破处理，利用蒸汽渗透软化细胞壁后急速泄压产生的机械剪切力，进一步破坏生物质纤维结构，形成微米级贯通孔隙并暴露大量含氧官能团，显著提升其比表面积与反应活性；改性后的生物质与超细煤粉、粘结剂混合时，其表面活性位点通过氢键及范德华力与煤粉中的极性基团形成分子间作用，构建三维网络结构以强化界面结合力；混合料经热压成型后，在低温固化阶段通过水分缓慢蒸发避免孔隙坍塌，粘结剂发生轻度交联反应固定型煤骨架，同时保留生物质表面未反应的活性位点，使其在后续燃烧过程中既能通过孔隙结构促进挥发分快速析出与煤粉协同引燃，又能利用碱金属成分及官能团吸附硫氧化物，实现高效固硫与污染物协同控制；此外，生物质多孔结构与煤粉的紧密复合可降低燃烧过程中的局部高温，抑制热力型氮氧化物生成，而蒸汽爆破产生的纤维断裂面与煤粉颗粒的镶嵌式接触则有效提升了型煤的冷热强度与耐水性，最终获得兼具高燃烧效率与优异机械性能的生物质型煤产品。

可选的，所述混合物中包括生物质20-40份、煤粉50-70份、粘结剂3-5份以及助燃剂1-3份。

可选的，所述煤粉为经过加入焦油和木醋液活化后的煤粉，具体步骤为：将煤粉与焦油、木醋液以10:0.3-0.5:0.4-0.6的重量份之比混合后，在60-80℃下搅拌均匀，得到活化煤粉。

通过采用上述技术方案，该煤粉活化工艺通过焦油与木醋液的协同作用重构煤粉表面结构与化学环境，显著提升其与生物质组分的耦合燃烧性能。其核心机理在于：焦油作为高芳香性物质，在适度加热条件下通过物理填充与化学键合双重机制修复煤粉表面缺陷，其稠环芳烃结构嵌入煤粉微孔形成碳质骨架，侧链烷基与煤粉表面含氧基团发生反应，构建疏水性有机覆盖层，抑制煤粉吸湿返潮，增强型煤在潮湿环境下的结构稳定性；木醋液作为生物质热解的酸性副产物，其有机酸成分对煤粉表面进行选择性刻蚀，溶解部分矿物杂质并暴露内部活性位点，同时其中的酚类化合物通过酚羟基与煤粉芳香核形成氢键或自由基偶联，强化煤粉表面极性，促进其与生物质改性产物的界面相容性；二者协同作用下，焦油填补煤粉孔隙缺陷并增强碳质连续性，木醋液则通过表面刻蚀与官能团修饰优化煤粉反应活性，使活化煤粉的比表面积与孔容显著提升，表面含氧基团密度增加，进而增强对生物质裂解挥发分的吸附与催化裂解能力；燃烧过程中，焦油裂解产生的自由基引发煤粉热解链式反应，降低热解活化能，加速挥发分释放与固定碳气化，而木醋液分解产生的活性氧物种促进煤粉燃烧进程，使活化煤粉的着火特性改善、燃尽效率提高；此外，焦油中的沥青质成分在燃烧初期形成碳膜包裹层，抑制颗粒爆裂与未燃碳逸出，木醋液中的含氮/硫活性成分则通过气化反应减少固相硫残留，协同生物质型煤的固硫机制，降低颗粒物与硫氧化物排放；该活化工艺通过焦油与木醋液的“填充-刻蚀-官能化”多尺度调控，实现煤粉表面特性从惰性向活性转变，既维持了煤粉的高热值基础，又赋予其类似生物质的反应活性，为生物质型煤的高效燃烧与污染物协同控制提供了关键技术支撑。

可选的，所述粘结剂中包括预糊化淀粉3-8份、木质素磺酸钠1-3份、乳化剂0.5-0.8份、聚己内酯1-3份以及腐殖酸0.5-1份。

通过采用上述技术方案，该粘结剂体系通过多组分协同作用实现复合燃料的高效成型与燃烧优化，其中预糊化淀粉作为天然高分子基材，在热湿条件下通过糊化反应形成三维网络结构，其链间氢键与颗粒表面羟基形成物理吸附，同时部分支链发生水解生成还原糖，在后续热解过程中与生物质中的半纤维素/木质素裂解产生的酚类物质发生缩合反应，形成芳香族交联结构，增强碳化层密度从而增强颗粒间粘结强度；其次，木质素磺酸钠凭借其磺酸基团的强亲水性与芳香环结构的疏水性，在颗粒表面形成定向排列的分子膜，一方面通过静电斥力使颗粒分散均匀以降低成型阻力，另一方面其酚羟基与腐殖酸中的羧基发生通过氢键结合，芳香环间通过π-π堆积形成物理交联网络，显著提升湿态物料的塑形能力与干态颗粒的抗冲击性能；再者，聚己内酯作为可降解热塑性聚酯，在成型温度下非晶区呈现高弹态，通过链段运动填充颗粒间隙；结晶区维持骨架强度，缓冲热应力，同时热解产生的短链烃类与助燃剂分解释放的O2快速反应，促进挥发分完全燃烧；最后，腐殖酸作为天然大分子有机酸，其中的羧基、酚羟基、醌基等基团既可通过离子交换吸附金属离子形成螯合络合物以强化颗粒间结合，又可在燃烧时裂解生成自由基，加速链式反应并降低着火能垒，其未燃尽的残炭还可包裹灰分颗粒，减少飞灰夹带并降低熔融结渣倾向。四组分通过物理缠结、化学交联及燃烧协同三重机制，兼顾成型阶段的机械稳定性与燃烧阶段的热化学活性，最终实现燃料强度与燃烧效率的双重提升。

可选的，所述粘结剂制备包括以下步骤：

S1.将预糊化淀粉分散于水中，加热至80-90℃搅拌形成均匀凝胶，加入木质素磺酸钠，调节pH至8-9，60-70℃搅拌15-20min，加入腐殖酸40-50℃搅拌15-20min，得到混合液；

S2.将聚己内酯与乳化剂加热至80-100℃熔融，加入水高速剪切乳化，形成乳液，将其加入混合液中，温度45-55℃，搅拌，得到粘结剂。

通过采用上述技术方案，首先通过预糊化淀粉在碱性条件下形成均匀凝胶骨架，木质素磺酸钠的加入不仅增强了体系的分散稳定性，其磺酸基团还与淀粉分子链形成氢键网络；随后引入腐殖酸进一步强化粘结性能，其丰富的含氧官能团可同时与煤粉表面和生物质活性位点结合。在第二阶段的乳化工艺中，聚己内酯通过乳化剂形成稳定微球分散相，在后续热压成型时熔融渗透至煤粉和生物质孔隙中，与淀粉-木质素基体形成互穿网络结构，从而同时实现高粘结强度和热塑性加工性能。相比传统单一组分粘结剂，该体系通过有机-无机杂化和亲水-疏水平衡设计，既克服了纯淀粉粘结剂耐水性差的缺陷，又避免了合成树脂的环境污染问题，尤其适用于高生物质含量的型煤成型，在降低生产成本的同时保证了型煤的机械强度和燃烧稳定性。

可选的，所述热压成型采用梯度加压法，先加热至80-100℃，压力10-15MPa，保压30s；继续加热至120-150℃，压力25-30MPa；保压60s；加热至180-200℃，压力5-8MPa，保压10s。

通过采用上述技术方案，初始阶段在中等温度和压力下使物料初步密实并排出气体，为后续成型奠定基础；第二阶段在高温高压条件下促使粘结剂充分熔融流动，渗透至煤粉和生物质颗粒间隙，形成致密的骨架结构；最终阶段通过适度降压和高温定型，有效释放内部应力，避免产品开裂。

具体的，初始阶段适宜的温度和压力使物料颗粒之间产生初步的接触和黏结，形成较为松散的颗粒骨架结构；保压30s确保了这种初步的黏结状态能够稳定下来，使物料在后续的加压过程中能够更好地承受压力而不发生过度变形或破碎，从而保证了型煤的初步形状稳定性。随着成型过程的推进，继续加热至120-150℃，并将压力提升至25-30MPa，保压60s，这一阶段温度和压力的显著提升是型煤致密成型的关键环节。较高的温度使物料中的黏结剂进一步软化并发挥更强的黏结作用，同时促进了物料颗粒之间的分子扩散和化学键形成，形成更加牢固的化学键合；高压进一步压缩物料，将颗粒间的空隙尽可能地排除，使物料颗粒紧密排列，形成高度致密的结构，保压60s确保了这种致密化过程能够充分进行，使型煤内部的结构更加均匀、稳定，显著提高了型煤的机械强度，从而减少了在储存、运输和使用过程中破碎和粉化的风险，保证了型煤的质量和燃烧性能。最后，将温度加热至180-200℃，压力降低至5-8MPa，并保压10s，进一步促进物料中化学反应的进行，使黏结剂与物料颗粒之间的结合更加牢固，降压避免因过度加压导致型煤内部产生裂纹或损伤，同时保压10s的短暂时间既保证了高温下的反应能够充分完成，又不会使型煤因长时间处于高温高压环境而发生不必要的变形或性能劣化。这种渐进式的加压方式不仅保证了型煤的高机械强度，还通过温度梯度的精确控制使粘结剂中的热塑性组分与生物质纤维形成牢固结合，同时保留了生物质的多孔结构以维持良好的燃烧性能，获得强度高、燃烧效率好的型煤。

可选的，所述混合物中还加入了0.8-1.2份的碳酸氢钠。

通过采用上述技术方案，在梯度热压成型过程中，碳酸氢钠受热分解释放二氧化碳气体，在型煤内部形成均匀分布的微孔通道，这一方面有效增加了型煤的比表面积，为燃烧过程中的氧气扩散提供了更多通路；另一方面，这些微孔结构作为热传导的缓冲层，能够调节燃烧速率，避免局部过热导致的型煤碎裂。同时，碳酸氢钠分解后生成的碳酸钠残留物还能在一定程度上固硫，减少二氧化硫排放。这种造孔剂的使用与梯度热压工艺形成协同效应，既维持了型煤的机械强度，又显著改善了其燃烧特性，解决了传统型煤燃烧不充分、易结渣的技术难题。

可选的，所述生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

通过采用上述技术方案，秸秆富含纤维素和半纤维素，在热解过程中产生丰富的活性基团，增强了与煤粉的界面结合；而稻壳中较高的硅含量则赋予型煤骨架结构额外的支撑强度。这种配比设计既保留了秸秆的高反应活性，又利用稻壳的刚性结构弥补了秸秆机械强度不足的缺陷。在蒸汽爆破处理时，两种生物质不同的纤维结构产生互补的多孔特性，秸秆形成微孔结构促进粘结剂渗透，稻壳形成大孔通道改善氧气扩散，共同优化了型煤的燃烧性能。

综上所述，本申请具有以下有益效果：

1、本申请通过生物质限氧热解与蒸汽爆破的协同改性工艺，显著提升了原料的利用效率与产品性能。生物质经部分炭化保留了挥发分活性，蒸汽爆破产生的微米级孔隙结构大幅增加比表面积，使生物质与煤粉的界面结合力提升50%以上。改性后的生物质表面丰富的含氧官能团与煤粉极性基团形成分子间作用，构建了稳定的三维网络结构，解决了传统型煤中生物质与煤粉相容性差的技术难题。

2、本申请中通过多组分粘结剂通过物理缠结与化学交联形成互穿网络结构，在保证成型强度的同时改善了热塑性加工性能。梯度热压工艺通过温度-压力的精确调控，既确保了粘结剂的充分渗透与颗粒间紧密结合，又通过最终阶段的降压定型有效释放内应力，大大提高了型煤的强度。

具体实施方式

以下结合实施例对本申请作进一步详细说明。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

焦油为生物质热解轻质焦油，馏程180-250℃；木醋液密度在1.05-1.15g/cm³、有机酸含量≥8%；所述限氧环境为氧气浓度≤5％。

制备例

制备例1

一种活化煤粉，制备包括以下步骤：

取80kg煤粉，加入4kg轻质焦油以及4kg木醋液，60℃下以300rpm的速率搅拌40min后得到活化煤粉。

制备例2

一种活化煤粉，制备包括以下步骤：

取80kg煤粉，加入2.4kg轻质焦油以及3.2kg木醋液，60℃下以300rpm的速率搅拌40min后得到活化煤粉。

制备例3

一种活化煤粉，制备包括以下步骤：

取80kg煤粉，加入3.2kg轻质焦油以及4.8kg木醋液，60℃下以300rpm的速率搅拌40min后得到活化煤粉。

对比制备例1

一种活化煤粉，与制备例1的不同之处在于本制备例中仅使用木醋液对煤粉进行改性，制备包括以下步骤：

取80kg煤粉，加入4kg木醋液，60℃下以300rpm的速率搅拌40min后得到活化煤粉。

对比制备例2

一种活化煤粉，与制备例1的不同之处在于本制备例中仅使用轻质焦油对煤粉进行改性，制备包括以下步骤：

取80kg煤粉，加入4kg轻质焦油，60℃下以300rpm的速率搅拌40min后得到活化煤粉。

制备例4

一种粘结剂，其中包括5kg预糊化淀粉、2kg木质素磺酸钠、2kg聚己内酯、0.65kg乳化剂以及0.5kg腐殖酸，制备包括如下步骤：

S1.将5kg预糊化淀粉分散于10kg去离子水中，加热至85℃搅拌形成均匀凝胶，加入2kg木质素磺酸钠，调节pH至8.5，60℃搅拌15min，加入0.5kg腐殖酸45℃搅拌20min，得到混合液；

S2.将2kg聚己内酯与0.65kg吐温80（乳化剂）加热至90℃熔融，加入水高速剪切乳化，形成乳液，将其加入混合液中，温度50℃下搅拌均匀，得到粘结剂。

制备例5

一种粘结剂，其中包括3kg预糊化淀粉、1kg木质素磺酸钠、3kg聚己内酯、0.5kg乳化剂以及1kg腐殖酸，制备包括如下步骤：

S1.将3kg预糊化淀粉分散于10kg去离子水中，加热至80-90℃搅拌形成均匀凝胶，加入1kg木质素磺酸钠，调节pH至8，65℃搅拌17min，加入1kg腐殖酸40℃搅拌15min，得到混合液；

S2.将3kg聚己内酯与0.5kg吐温80（乳化剂）加热至80℃熔融，加入水高速剪切乳化，形成乳液，将其加入混合液中，温度45℃下搅拌均匀，得到粘结剂。

制备例6

一种粘结剂，其中包括8kg预糊化淀粉、3kg木质素磺酸钠、1kg聚己内酯、1kg乳化剂以及0.65kg腐殖酸，制备包括如下步骤：

S1.将8kg预糊化淀粉分散于10kg去离子水中，加热至90℃搅拌形成均匀凝胶，加入3kg木质素磺酸钠，调节pH至9，70℃搅拌20min，加入0.65kg腐殖酸50℃搅拌16min，得到混合液；

S2.将1kg聚己内酯与1kg吐温80（乳化剂）加热至100℃熔融，加入水高速剪切乳化，形成乳液，将其加入混合液中，温度55℃下搅拌均匀，得到粘结剂。

实施例

实施例1

一种生物质型煤，生产方法包括如下步骤：

（1）取30kg生物质干燥至含水率在12.5％后，粉碎至0.5-2mm；取制备例1制得的活化煤粉研磨至200目；

（2）将上述粉碎后的生物质在限氧环境下250℃快速热解3.5min，得到部分炭化生物质；向部分炭化生物质中通入饱和蒸汽，压力2.0MPa，温度190℃，持续处理4min后瞬间（＜0.5s）泄压至常压，完成蒸汽爆破；

（3）将蒸汽爆破后的生物质与60kg研磨后的活化煤粉、5kg制备例4制得的粘结剂以及1kg硝酸钾（助燃剂）混合均匀得到混合物，加水至总含水率16％后均匀混合；热压成型过程中先加热至90℃，压力12.5MPa，保压30s；继续加热至135℃，压力26.5MPa；保压60s；加热至190℃，压力6.5MPa，保压10s；

（4）将成型的生胚在90℃下低温固化2h，得到型煤；其中生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

实施例2

一种生物质型煤，生产方法包括如下步骤：

（1）取40kg生物质干燥至含水率在10％后，粉碎至0.5-2mm；取制备例2制得的活化煤粉研磨至200目；

（2）将上述粉碎后的生物质在限氧环境下300℃快速热解2min，得到部分炭化生物质；向部分炭化生物质中通入饱和蒸汽，压力1.5MPa，温度180℃，持续处理5min后瞬间（＜0.5s）泄压至常压，完成蒸汽爆破；

（3）将蒸汽爆破后的生物质与50kg研磨后的活化煤粉、4kg制备例4制得的粘结剂以及3kg硝酸钾（助燃剂）混合均匀得到混合物，加水至总含水率18％后均匀混合；热压成型过程中先加热至80℃，压力15MPa，保压30s；继续加热至120℃，压力30MPa；保压60s；加热至180℃，压力8MPa，保压10s；

（4）将成型的生胚在100℃下低温固化，得到型煤；其中生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

实施例3

一种生物质型煤，生产方法包括如下步骤：

（1）取20kg生物质干燥至含水率在10％后，粉碎至0.5-2mm；取制备例3制得的活化煤粉研磨至200目；

（2）将上述粉碎后的生物质在限氧环境下200℃快速热解5min，得到部分炭化生物质；向部分炭化生物质中通入饱和蒸汽，压力1.65MPa，温度200℃，持续处理5min后瞬间（＜0.5s）泄压至常压，完成蒸汽爆破；

（3）将蒸汽爆破后的生物质与70kg研磨后的活化煤粉、3kg制备例4制得的粘结剂以及2kg硝酸钾（助燃剂）混合均匀得到混合物，加水至总含水率17％后均匀混合；热压成型过程中先加热至100℃，压力10MPa，保压30s；继续加热至150℃，压力25MPa；保压60s；加热至200℃，压力5MPa，保压10s；

（4）将成型的生胚在80℃下低温固化，得到型煤；其中生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

实施例4

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中加入制备例5制得的粘结剂。

实施例5

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中加入制备例6制得的粘结剂。

实施例6

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用预糊化淀粉作为粘结剂。

实施例7

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中使用聚己内酯作为粘结剂。

实施例8

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中加入未经活化的煤粉同等量取代活化煤粉。

实施例9

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中热压成型过程中直接加热至190℃，压力6.5MPa，保压100s。

实施例10

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中热压成型过程中直接加热至135℃，压力26.5MPa；保压100s。

实施例11

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中热压成型过程中直接加热至90℃，压力12.5MPa；保压100s。

实施例12

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中还加入了0.8kg的碳酸氢钠。

实施例13

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本实施例中还加入了1.2kg的碳酸氢钠。

对比例

对比例1

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本对比例中使用的生物质未经蒸汽爆破，具体包括以下步骤：

（1）取30kg生物质干燥至含水率在12.5％后，粉碎至0.5-2mm；取制备例1制得的活化煤粉研磨至200目；

（2）将上述粉碎后的生物质在限氧环境下250℃快速热解3.5min，得到部分炭化生物质；

（3）将得到的部分炭化生物质与60kg研磨后的活化煤粉、5kg制备例4制得的粘结剂以及1kg硝酸钾（助燃剂）混合均匀得到混合物，加水至总含水率16％后均匀混合；热压成型过程中先加热至90℃，压力12.5MPa，保压30s；继续加热至135℃，压力26.5MPa；保压60s；加热至190℃，压力6.5MPa，保压10s；

（4）将成型的生胚在90℃下低温固化2h，得到型煤；其中生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

对比例2

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本对比例中使用的生物质未经快速热解，具体包括以下步骤：

（1）取30kg生物质干燥至含水率在12.5％后，粉碎至0.5-2mm；取制备例1制得的活化煤粉研磨至200目；

（2）向上述粉碎后的生物质中通入饱和蒸汽，压力2.0MPa，温度190℃，持续处理4min后瞬间（＜0.5s）泄压至常压，完成蒸汽爆破；

（3）将蒸汽爆破后的生物质与60kg研磨后的活化煤粉、5kg制备例4制得的粘结剂以及1kg硝酸钾（助燃剂）混合均匀得到混合物，加水至总含水率16％后均匀混合；热压成型过程中先加热至90℃，压力12.5MPa，保压30s；继续加热至135℃，压力26.5MPa；保压60s；加热至190℃，压力6.5MPa，保压10s；

（4）将成型的生胚在90℃下低温固化2h，得到型煤；其中生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

对比例3

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本对比例中使用的生物质未经任何处理，包括如下步骤：

（1）取30kg生物质干燥至含水率在12.5％后，粉碎至0.5-2mm；取制备例1制得的活化煤粉研磨至200目；

（2）将上述生物质与60kg研磨后的活化煤粉、5kg制备例4制得的粘结剂以及1kg硝酸钾（助燃剂）混合均匀得到混合物，加水至总含水率16％后均匀混合；热压成型过程中先加热至90℃，压力12.5MPa，保压30s；继续加热至135℃，压力26.5MPa；保压60s；加热至190℃，压力6.5MPa，保压10s；

（3）将成型的生胚在90℃下低温固化2h，得到型煤；其中生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。

对比例4

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本对比例中加入的煤粉为对比制备例1中制备得到的。

对比例5

一种生物质型煤，与实施例1的不同之处在于本对比例中加入的煤粉为对比制备例2中制备得到的。

性能检测试验

试验方法

强度依据MT/T925-2004《工业型煤落下强度测定方法》所示方法对实施例和对比例制备的型煤进行检测；发热量按照GB/T213-2008《煤的发热量测定方法》测定。

表1 试验检测结果

结合实施例1-3和对比例1并结合表1可以看出，实施例1-3的各项实验数据均优于对比例1，说明蒸汽爆破处理能显著破坏生物质纤维结构，增加比表面积和活性位点，提升与煤粉的界面结合力，从而大大提高型煤的强度；结合实施例1-3和对比例2并结合表1可以看出，实施例1-3的各项实验数据均优于对比例2，说明限氧快速热解能部分炭化生物质并保留挥发分活性，为后续蒸汽爆破创造更好的孔隙发展条件；结合1-3和对比例3并结合表1可以看出，使用未经任何改性处理的原始生物质会导致型煤的机械强度和燃烧性能显著下降，说明生物质的热解炭化和蒸汽爆破双重改性工艺对提升型煤品质具有协同增效作用。

结合实施例1和对比例4-5并结合表1可以看出，实施例1的各项实验数据均优于对比例4-5，说明使用轻质焦油以及木醋液协同活化后的煤粉具有有显著的表面修饰效果，其中焦油可修复煤粉表面缺陷并增强疏水性，木醋液能刻蚀表面并引入活性官能团，两者协同作用使煤粉的界面相容性和反应活性得到全面提升。

结合实施例1和实施例4-7并结合表1可以看出，实施例1、4-5的各项实验数据优于实施例6-7，使用本申请方法制备得到的粘结剂具有良好的粘结力，其中预糊化淀粉提供基础粘结力，木质素磺酸钠改善分散性，聚己内酯增强热塑性，腐殖酸强化界面结合，各组分通过分子间相互作用形成稳定的三维网络结构，提高型煤的强度。

结合实施例1和实施例8并结合表1可以看出，实施例1的各项实验数据优于实施例8，说明对煤粉的活化能够有效改善其表面特性，通过增加比表面积和含氧官能团密度，显著提升煤粉与生物质及粘结剂的结合强度，同时优化燃烧过程中的反应活性。

结合实施例1和实施例9-11并结合表1可以看出，实施例1的各项实验数据优于实施例9-11，说明使用分阶段热压成型工艺能够实现物料致密化的梯度控制，先通过中温中压排出气体并初步成型，再经高温高压使粘结剂充分渗透，最后通过降压定型释放内应力，从而获得结构均匀且无缺陷的型煤产品。

结合实施例1和对比例12-13并结合表1可以看出，型煤中加入碳酸氢钠能够能够在热压过程中分解产生微孔结构，改善燃烧时的氧气扩散条件，进一步提高型煤的燃烧性能。

本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种生物质型煤的生产方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）将生物质干燥至含水率在10-15％后粉碎至0.5-2mm；将煤粉研磨至200目以上；

（2）将上述粉碎后的生物质在限氧环境下200-300℃快速热解2-5min，得到部分炭化生物质；向部分炭化生物质中通入饱和蒸汽，压力1.5-2.0MPa，温度180-200℃，持续处理3-5min后瞬间泄压至常压，完成蒸汽爆破；

（3）将蒸汽爆破后的生物质、煤粉、助燃剂以及粘结剂按比例混合得到混合物，加水至总含水率16-18％后均匀混合；采用热压成型工艺得到生胚；

（4）将成型的生胚在80-100℃下低温固化，得到型煤。

2.根据权利要求1所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述混合物中包括生物质20-40份、煤粉50-70份、粘结剂3-5份以及助燃剂1-3份。

3.根据权利要求1所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述煤粉为经过加入焦油和木醋液活化后的煤粉，具体步骤为：将煤粉与焦油、木醋液以10:0.3-0.5:0.4-0.6的重量份之比混合后，在60-80℃下搅拌均匀，得到活化煤粉。

4.根据权利要求1所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述粘结剂中包括预糊化淀粉3-8份、木质素磺酸钠1-3份、乳化剂0.5-0.8份、聚己内酯1-3份以及腐殖酸0.5-1份。

5.根据权利要求4所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述粘结剂制备包括以下步骤：

S1.将预糊化淀粉分散于水中，加热至80-90℃搅拌形成均匀凝胶，加入木质素磺酸钠，调节pH至8-9，60-70℃搅拌15-20min，加入腐殖酸40-50℃搅拌15-20min，得到混合液；

S2.将聚己内酯与乳化剂加热至80-100℃熔融，加入水高速剪切乳化，形成乳液，将其加入混合液中，温度45-55℃，搅拌，得到粘结剂。

6.根据权利要求1所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述热压成型采用梯度加压法，先加热至80-100℃，压力10-15MPa，保压30s；继续加热至120-150℃，压力25-30MPa；保压60s；加热至180-200℃，压力5-8MPa，保压10s。

7.根据权利要求1所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述混合物中还加入了0.8-1.2份的碳酸氢钠。

8.根据权利要求1所述的一种生物质型煤的生产方法，其特征在于：所述生物质为秸秆与稻壳的混合物，混合比例2:1。