本发明涉及燃料领域，具体涉及一种高热值复合型生物质颗粒燃料及其制备方法。
背景技术：
水葫芦于20世纪30年代作为饲料传入中国，由于其适应性强，繁殖快，目前在我国的主要水域大量繁殖，造成河道堵塞，影响泄洪与航运。控制性种养水葫芦使得其资源化利用是目前的当务之急，水葫芦纤维素含量高，可以制备成优秀的生物质燃料，这成为水葫芦能源化利用的新途径。由水葫芦制成的生物质颗粒燃料，如果以以空气为氧化剂常规燃烧，其燃尽性能差，不完全燃烧的部分易结渣难以清除，既造成燃料热值低，资源浪费，又对锅炉的安全运行产生危害。
技术实现要素：
发明目的：针对上述技术问题，本发明提供了一种高热值复合型生物质颗粒燃料及其制备方法。
本发明所采用的技术方案如下：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
所述芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦60-80份、稻谷壳30-50份、甘蔗渣纤维20-30份、高岭土/硬脂酸插层复合物10-15份、助燃剂3-5份、粘结剂5-10份；
所述包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇20-30份、淀粉4-6份、甘油1-3份、有机改性蒙脱土5-10份、水300-400份。
进一步地，所述甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到碱液中，密封加压至0.4-0.8mpa，同时升温至90-100℃熬煮2-5h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，40-50℃打浆30-50min，过滤，烘干即可。
进一步地，所述高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土先用二甲基亚砜插层后再用甲醇置换，得到高岭土/甲醇插层复合物后再用硬脂酸置换即可。
进一步地，所述高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
s1：将高岭土加入二甲基亚砜中，80-90℃搅拌3-5h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物；
s2：将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌20-25h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作5-10次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物；
s3：将硬脂酸加入到质量浓度为50-75％的乙醇水溶液中，升温至50-60℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，升温至回流反应70-100h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
进一步地，所述高岭土与二甲基亚砜的质量比为1：10-12。
进一步地，所述高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：3-6。
进一步地，所述助燃剂为碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈；
所述碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈的质量比为1-5：1-5：1-5：1-5。
进一步地，所述粘结剂为卡拉胶、壳聚糖、淀粉或羧甲基纤维素钠中的任意一种或多种组合。
进一步地，所述有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散30-50min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理30-50min，升温至50-60℃反应3-5h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，120-130℃焙烧1-3h，研磨过200-800目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
s1：将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至8-16％，惰性气体保护下，升温至60-80℃，80-100mpa下压制成颗粒；
s2：将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于30-40℃低温真空干燥即可。
本发明的有益效果：
水葫芦作为外来物种，具有过度繁殖、抢占水面、影响航运、窒息鱼类、危害防汛和养殖等诸多危害，但是其纤维素含量高，发明人将其制作成生物质颗粒燃料，提供了水葫芦能源化利用的新途径，稻谷壳虽然热值较低，但是加入后可以改善灰熔融性，甘蔗渣纤维作为骨架，可以提高颗粒的成型率，改善抗碎强度，高岭土既能够有效地提高燃料灰熔点，也可以稳固颗粒的形貌，其在生物质颗粒燃料中被广泛应用，发明人将高岭土与硬脂酸进行插层复合，可以使硬脂酸分子进入高岭土层间，高岭土的部分片层发生卷曲，形成了未封闭的高岭石纳米卷，在高温高压下，生物质成分被压入，形成密布的燃烧层，可以改善生物质颗粒燃料的燃烧的稳定性，由碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸组成的助燃剂，可以起到阻燃作用，促进生物质颗粒燃料充分燃烧，提升热值，包膜处理，可以改善抗碎强度，使其运输储存过程中不易破碎，而且防霉防潮防虫，本发明所制备的生物质颗粒燃料热值高(≥1.91mj/kg)，抗碎强度高(≥98.07％)，燃烧充分结渣率低(≤0.20％)，点火时间短(≤36s)，市场应用前景广泛。
具体实施方式
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。
实施例1：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦80份、稻谷壳30份、甘蔗渣纤维25份、高岭土/硬脂酸插层复合物12份、助燃剂5份、壳聚糖粘结剂5份；
其中，甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中，密封加压至0.8mpa，同时升温至95℃熬煮5h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，40℃打浆50min，过滤，烘干即可。
高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土加入10倍于其质量的二甲基亚砜中，80℃搅拌4h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物，将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌25h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作10次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物，将硬脂酸加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，升温至60℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：5，升温至回流反应70h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
助燃剂由质量比为1：1：1：1的碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈组成。
包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇25份、淀粉5份、甘油1份、有机改性蒙脱土5份、水350份。
其中，有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散30min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理50min，升温至50℃反应5h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，120℃焙烧2h，研磨过400目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至15％，惰性气体保护下，升温至80℃，80mpa下压制成颗粒，将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于30℃低温真空干燥即可。
实施例2：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦60份、稻谷壳30份、甘蔗渣纤维20份、高岭土/硬脂酸插层复合物10份、助燃剂3份、壳聚糖粘结剂5份；
其中，甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中，密封加压至0.4mpa，同时升温至90℃熬煮2h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，40℃打浆30min，过滤，烘干即可。
高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土加入10倍于其质量的二甲基亚砜中，80℃搅拌3h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物，将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌20h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作10次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物，将硬脂酸加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，升温至60℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：3，升温至回流反应70h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
助燃剂由质量比为2：1：1：1的碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈组成。
包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇20份、淀粉4份、甘油1份、有机改性蒙脱土5份、水300份。
其中，有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散30min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理30min，升温至50℃反应3h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，120℃焙烧1h，研磨过200目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至8％，惰性气体保护下，升温至60℃，80mpa下压制成颗粒，将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于30℃低温真空干燥即可。
实施例3：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦80份、稻谷壳50份、甘蔗渣纤维30份、高岭土/硬脂酸插层复合物15份、助燃剂5份、壳聚糖粘结剂10份；
其中，甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中，密封加压至0.8mpa，同时升温至100℃熬煮5h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，50℃打浆50min，过滤，烘干即可。
高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土加入12倍于其质量的二甲基亚砜中，90℃搅拌5h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物，将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌25h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作10次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物，将硬脂酸加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，升温至60℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：6，升温至回流反应100h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
助燃剂由质量比为1：5：1：1的碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈组成。
包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇30份、淀粉6份、甘油3份、有机改性蒙脱土10份、水400份。
其中，有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散50min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理50min，升温至60℃反应5h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，130℃焙烧3h，研磨过800目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至16％，惰性气体保护下，升温至80℃，100mpa下压制成颗粒，将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于40℃低温真空干燥即可。
实施例4：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦60份、稻谷壳50份、甘蔗渣纤维20份、高岭土/硬脂酸插层复合物15份、助燃剂3份、壳聚糖粘结剂10份；
其中，甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中，密封加压至0.4mpa，同时升温至100℃熬煮2h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，50℃打浆30min，过滤，烘干即可。
高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土加入12倍于其质量的二甲基亚砜中，80℃搅拌5h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物，将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌20h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作10次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物，将硬脂酸加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，升温至60℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：3，升温至回流反应100h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
助燃剂由质量比为1：1：1：1的碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈组成。
包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇20份、淀粉6份、甘油1份、有机改性蒙脱土10份、水300份。
其中，有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散50min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理30min，升温至60℃反应3h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，130℃焙烧1h，研磨过800目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至8％，惰性气体保护下，升温至80℃，80mpa下压制成颗粒，将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于40℃低温真空干燥即可。
实施例5：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦80份、稻谷壳30份、甘蔗渣纤维30份、高岭土/硬脂酸插层复合物10份、助燃剂5份、壳聚糖粘结剂5份；
其中，甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中，密封加压至0.8mpa，同时升温至90℃熬煮5h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，40℃打浆50min，过滤，烘干即可。
高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土加入10倍于其质量的二甲基亚砜中，90℃搅拌3h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物，将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌25h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作5次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物，将硬脂酸加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，升温至50℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：6，升温至回流反应70h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
助燃剂由质量比为1：1：1：1的碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈组成。
包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇30份、淀粉4份、甘油3份、有机改性蒙脱土5份、水400份。
其中，有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散30min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理50min，升温至50℃反应5h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，120℃焙烧3h，研磨过200目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至16％，惰性气体保护下，升温至60℃，100mpa下压制成颗粒，将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于30℃低温真空干燥即可。
实施例6：
一种高热值复合型生物质颗粒燃料，由芯材和包膜组成；
芯材由以下重量份数的原料制备而成：
水葫芦80份、稻谷壳35份、甘蔗渣纤维30份、高岭土/硬脂酸插层复合物12份、助燃剂3份、壳聚糖粘结剂10份；
其中，甘蔗渣纤维的制备方法如下：
将甘蔗渣加入到质量浓度为8％的氢氧化钠溶液中，密封加压至0.8mpa，同时升温至95℃熬煮5h，过滤，滤出后的甘蔗渣加清水水洗至中性后，40℃打浆50min，过滤，烘干即可。
高岭土/硬脂酸插层复合物的制备方法如下：
将高岭土加入10倍于其质量的二甲基亚砜中，80℃搅拌5h后，离心，得到高岭土/二甲基亚砜插层复合物，将高岭土/二甲基亚砜插层复合物干燥后，加入到甲醇中，室温搅拌25h后离心，加入新的甲醇中继续搅拌，重复上述操作10次，离心后得到高岭土/甲醇插层复合物，将硬脂酸加入到质量浓度为75％的乙醇水溶液中，升温至60℃，搅拌待其溶解后，再将高岭土/甲醇插层复合物加入，高岭土/甲醇插层复合物与硬脂酸的质量比为1：6，升温至回流反应100h，离心，乙醇洗涤后干燥即可得到所述高岭土/硬脂酸插层复合物。
助燃剂由质量比为3：1：1：1的碳酰二胺、仲辛醇、硝酸镁、异辛酸铈组成。
包膜由以下重量份数的原料制备而成：
聚乙烯醇30份、淀粉5份、甘油1份、有机改性蒙脱土10份、水400份。
其中，有机改性蒙脱土的制备方法如下：
将蒙脱土加入到水中，超声振荡分散50min，再将双十八烷基三甲基氯化铵加入，继续超声振荡处理30min，升温至60℃反应5h，离心，固体用乙醇溶液洗涤，惰性气体保护下干燥后，130℃焙烧2h，研磨过800目筛网即可。
上述高热值复合型生物质颗粒燃料的制备方法如下：
将水葫芦、稻谷壳、甘蔗渣纤维干燥后粉碎，再与高岭土/硬脂酸插层复合物、助燃剂、粘结剂混合均匀，调配混合物含水率至12％，惰性气体保护下，升温至80℃，80mpa下压制成颗粒，将聚乙烯醇、淀粉、甘油、有机改性蒙脱土加入到水中，混合均匀，配置成包膜液，用喷洒设备将包膜液均匀喷洒至颗粒表面，最后于40℃低温真空干燥即可。
对比例1：
对比例1与实施例1基本相同，区别在于，不加入甘蔗渣纤维。
对比例2：
对比例2与实施例1基本相同，区别在于，不加入高岭土/硬脂酸插层复合物。
对比例3：
对比例3与实施例1基本相同，区别在于，不加入助燃剂。
对比例4：
对比例4与实施例1基本相同，区别在于，不进行包膜处理。
性能测试：
对本发明实施例1-6及对比例1-4所制备的生物质颗粒燃料进行相关性能检测；其中，
①密度用gh-600cd型固体密度测试仪直接测量得出数值。
②抗碎强度为成型燃料跌落后残存的质量百分数(总质量与损失量的差值除以总质量)反映了其抗跌碎能力的大小，参考煤的抗碎强度测定方法(gb/t15459-1995)进行测定。
③结渣率测定及计算方法：称取生物质颗粒燃料试样(20±0.1g)，在燃烧器内燃烧，待燃烧器停止后，冷却，将底灰全部取出，称质量记为m1，筛出底灰中粒度大于6mm的渣块，称质量记为m2；
结渣率c＝(m2/m1)*100％。
④热值：将生物质颗粒燃料试样置于上海密通机电mtzw-a4型全自动量热仪中，充氧后测量试样燃烧的热值。
⑤点火时间：利用秒表记录自燃烧器启动开始至生物质颗粒燃料试样开始燃烧的时间。
测试数据如下表1所示：
表1：
由上表1可知，本申请所制备的生物质颗粒燃料热值高(≥1.91mj/kg)，由于进行了包膜处理，抗碎强度高(≥98.07％)，运输储存过程中不易破碎，由于加入了助燃剂，燃烧充分结渣率低(≤0.20％)，点火时间短(≤36s)，市场应用前景广泛。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
