غبار الفحم: خيار متفوق كموثق ل قوالب الفحم

قوالب الفحم هي الخيار الاقتصادي عندما يتعلق الأمر بالوقود الصلب المنزلي - وهي مرغوبة من وجهة نظر التصنيع أيضا. ويمكن لاستخدام المجلدات العضوية مثل غبار الفحم أن يجعل الوقود قابلا للتطبيق من قطع أصغر وأقل جودة من الخشب والكتلة الحيوية، مقارنة بالخشب الصلب المطلوب للفحم المقطوع، مع اختلاف ضئيل أو معدوم في الأداء.

مقدمة

قوالب الفحم هي مصدر شعبي للوقود المنزلي، والوفاء في المقام الأول وظيفة التدفئة أو الطبخ. كثافة الطاقة العالية، وانخفاض الوزن وانخفاض التكلفة يعني أنها خيار معقول عندما يكون هناك حاجة إلى وقود صلب في البيئة الصناعية المنزلية والخفيفة. كان الفحم موجودا منذ عدة مئات - إن لم يكن آلاف - السنين، كونه مصدر الكربون الوحيد المستخدم للحد من الركاز في عصور ما قبل الثورة الصناعية (1).

الفحم لا يحتوي على الفحم، على الرغم من اسمه. وهو بقايا تتشكل عندما يتم تسخين الخشب إلى درجات حرارة عالية في جو نقص الأكسجين ، وإزالة جميع المياه تقريبا والمركبات العضوية المتطايرة الموجودة في هذه العملية. الفحم المقطوع (الخشب المقطوع) هو الذي تم إنتاجه من كتل من الخشب الصلب ، في حين يتم إنتاج قوالب الفحم باستخدام جزيئات الفحم الدقيقة. تتشكل هذه الجسيمات وتعقد جنبا إلى جنب مع الموثق.

تأتي المجلدات في مجموعة متنوعة من الأنواع ولكن كقاعدة عامة ، يفضل المجلدات العضوية. ويرجع ذلك إلى زيادة محتوى الرماد المطلوب إذا تم استخدام الموثق غير العضوي - وهذا يعني أن قوالب سيكون لها قدرة تدفئة أقل من الفحم المقطوع أو قوالب عضوية ملزمة (2). Anthracite - غبار الفحم - هو الموثق الذي أصبح أكثر شعبية في الاستخدام.

واحدة من مزايا لbriquetting هو أنه يمكن استخدام مصادر الخشب أقل جودة (أي ليس قطع كبيرة من الخشب الصلب مكلفة)، وهذا يعني أنه يمكن إنتاج المزيد من الفحم لكل وحدة من منطقة الأشجار المقطوعة. المفهوم الأساسي وراء الفحم هو فكرة الكربنة. أي حيث يتم تحويل المواد العضوية (الخشب) إلى الكربون (الفحم) من خلال التقطير المدمر (في هذه الحالة، الانحلال الحراري). خلال عملية الكربنة من الخشب، يتم إنتاج مواد أخرى، بما في ذلك القطران، تيربينس و "النفط الحيوي". ويمكن أيضا استخدام العديد من هذه المجلدات في عمليات صنع الفحم في وقت لاحق (3).

صناعة المسبك

هي صناعة كثيفة الانبعاثات الكربونية. وقد اقترح البعض أن الفحم قد يكون بديلا قابلا للتطبيق لفحم الكوك المسبك كمصدر للوقود في محاولة للحد من الانبعاثات (4). وتتمثل المشكلة في أن جميع أنواع الفحم - مقارنة بالكوكايين - لها كثافات طاقة أقل وتفاعليات عالية نسبيا (5) وبالتالي لا يمكن استخدامها في أفران درجات الحرارة الأعلى، مثل القبة. وعلى الرغم من ذلك، أظهرت الأبحاث أن استبدال بعض فحم الكوك فقط بالفحم المحتوي على الأنثراسيت، تم تخفيض تكلفة "شحنة الكربون" للقبة بنسبة 6٪(6). تشير "شحنة الكربون" إلى الانبعاثات الإجمالية لغازات الاحتباس الحراري لكل دورة من الفرن. وتشمل حالات الاستخدام الأخرى القابلة للتطبيق - وخاصة بالنسبة لأفران درجة الحرارة الأعلى - تلك التي يستخدم فيها الفحم لتسخين هواء الانفجار الذي يذهب إلى الفرن ، مما يوفر فحم الكوك (7). كما زادت هذه العملية الكفاءة من 43 إلى 62٪.

عملية بيليهيشن وbriquetting

بالإضافة إلى إنتاج منتج يسهل التعامل معه وتعبئته ، يزيد briquetting من الكثافة السائبة للمادة ويجعل توزيع حجم الجسيمات ضمن أكثر اتساقا. يمكن تقليل تكاليف النقل والتخزين بسهولة أكبر في شكل قوالب. Briquetting هو نوع من ضغط الضغط ، حيث يسمح للمواد التي سيتم تشكيلها بالتكتيل ثم يتم التعامل مع الضغط في الكثافة المطلوبة ، عندما قد يحدث فصل ميكانيكي للكبريكيت حسب الحجم.

كما ذكر، تتطلب عمليات الباركيتينج عادة الموثق للجميع ولكن أعلى مواد بدء النقاء، والتي يمكن أن تتخذ أشكالا عديدة، ولكن الأكثر شعبية هي النباتات النشوية البيروالي أو مسحوق غبار الفحم(8). عملية briquetting عند استخدامها مع الموثق جذابة من منظور السلامة، أيضا، كما يتم تقليل الجسيمات الدقيقة التي قد تكون عرضة للانفجار. التلاعب في عملية briquetting، وحجم الجسيمات النهائي واختيار الموثق يمكن أن يؤدي إلى الفحم مصممة بشكل جيد لتطبيق معين، إذا لزم الأمر. إحدى المزايا الرئيسية في استخدام الموثق لإنتاج قوالب هو أن الضغط أقل مطلوب. إذا لم يتم استخدام الموثق، تعتمد قوة عملية الضغط إلى حد كبير على التكافؤ أو قوات فان دير وال، أو متشابكة. استخدام الموثق يضيف صلابة أكثر من ذلك بكثير ، مع ربط لزج للغاية تشكيل طبقات الامتزاز تحت الضغط -- تحسنا كبيرا على أي قوة يمكن توفيرها من خلال شيء من هذا القبيل فان دير والز وحدها.

عادة ما يشرع Briquetting إما عن طريق الصحافة التقليدية أو مع الطارد المسمار (9). الطاردات المسمار هي المسؤولة عن إنتاج قوالب مع درجة أعلى من التجانس. أنها تنتج قوالب أكثر كثافة ولكن أقل تسامحا من محتوى الرطوبة العالية. وكلاهما مثالان على تطبيقات الضغط، حيث تصل الضغوط الداخلية في كثير من الأحيان إلى حوالي 150 MPa. تطبيق الضغط أمر بالغ الأهمية في تشكيل قوالب قابلة للحياة - بغض النظر عما إذا كان يتم استخدام الموثق أم لا (10). بيليتيشن هو طريقة أخرى، ولكن هذا ينتج وقود أصغر مما يمكن اعتباره الفحم التقليدي.

اعتمادا على وقت إضافة الموثق ، قد يكون له تأثير على الكربنة. إذا كان الفحم مصنوعا من الخشب الكربوني بالفعل ، فإن الموثق يعمل فقط كموثق. وعلى العكس من ذلك، إذا أضيفت قبل الكربنة، يمكن تقديم تأثير. ولوحظت المجلدات العضوية المضافة إلى الفحم غير الكوك قبل الكربنة وزيادة القوة(11).

غبار الفحم كموثق

غبار الفحم
- المعروف في كثير من الأحيان وتبادليا باسم الأنثراسيت - هو مادة تنتجها الطحن الدقيق للفحم الأنثراسيت. ويعتبر الانثراسيت الشكل المتفوق للفحم. غبار الفحم يثبت أيضا هشاشتها كموثق في سيناريوهات أخرى.

كما يتم إضافة المجلدات قبل الضغط ومسؤولة عن تكتل الجسيمات، فمن الأهمية بمكان أن يتم النظر في عدة عوامل ويتم التوصل إلى الدرجات المناسبة من غبار الفحم:

يجب أن يكون حجم الجسيمات موحدا ، مما يضمن اتساق الربط
يجب ألا يكون حجم الجسيمات كبيرا جدا ، مما يهدد بالتدفق إلى منطقة الضغط
يجب أن تكون صلابة المادية المناسبة، وإلا سيتم إعاقة التكتل

لحسن الحظ ، يتم التلاعب بسهولة غبار الجمرة الخبيثة / الفحم ويمكن تشكيله بسهولة في الموثق المناسب للغاية.

وتبين البحوث وبراءات الاختراع الأدبية أنه عندما يتم إنتاج قوالب الفحم باستخدام الموثق العضوي مثل الأنثراسيت، الموثق موجود بكميات تتراوح بين 2 و 8٪ تقريبا من حيث الوزن (12،13)، وهذا يعني أن عادة ما يزيد على 90٪ من كتلة الفحم مشتق من المنتج الخشبي الأصلي.

كما تضيف ملفات Anthracite في الفحم وظائف في شكل مصدر حراري - الأنثراسيت في حد ذاته قابل للاحتراق ، ويعتبر مصدرا ممتازا للوقود(14). ويلاحظ أيضا هذه الظاهرة في briquetting عندما تستخدم المجلدات الغنية بالكربون الأخرى، مثل اللجنين، (15).

وقد ثبت أن المجلدات القائمة على الفحم تتفوق على المجلدات العضوية الأخرى وجميع المجلدات غير العضوية تقريبا في التكرير من حيث القوة الضاغطة (16). إن التفاعل بين الموثق الكربوني ومواد الوقود الأصلية معقد، ويعتمد على شبكة معقدة من الترابط الهيدروجيني وقوات فان دير والس؛ بالإضافة إلى قوى الضغط المادية المطبقة عليه من قبل عملية التصنيع (17). غير أن زيادة القوة تفسر إلى حد كبير باختلاف خصائص ترطيب الفحم بالنسبة للفحم؛ مع زيادة محتوى الكربون (أي الفحم الغني بالكربون مثل الأنثراسيت) ، تنخفض زاوية الاتصال بالفحم والموثق ، مما يؤدي إلى زيادة طاقة الالتصاق (18) - وبالتالي زيادة القوة.

ويعتبر على نطاق واسع أن الأنثراسيت مادة سهلة للعمل بها، نظرا لطبيعتها المتدفقة الحرة عندما تكون في شكل مسحوق، وهذا هو ما يجعلها أكثر ملاءمة للاستخدام كموثق. وتصف التقارير الواردة في أدبيات البراءات استخدام المزيد من الأقمشة أو المجلدات اللزجة للكربون بأنها صعبة نسبيا، لا سيما في درجات الحرارة الجوية المرتفعة إلى حد ما(19). وقد يشكل ذلك مشكلة لتصنيع الفحم في بعض المناخات الأكثر دفئا في جميع أنحاء العالم النامي.

تأثير المياه

كما هو الحال مع العديد من الاعتبارات في مسبك والوقود بيئة الإنتاج، والسيطرة على الرطوبة أمر بالغ الأهمية. الوقود الرطب هو وقود سيء. إضافة
المواد الغنية بالكربون مثل الجمرة الخبيثة
يمكن أن تعدل الزهرية النسبية للوقود - وهذا أمر مهم من حيث التخزين. وقد تبين أنه عندما يتم تسخين anthracite إلى درجات حرارة قصوى، فإنه يصبح أكثر هيدروفيلي(20). وينبغي توخي الحذر المناسب لاستخدام الكمية المناسبة فقط من الأنثراسيت. غير أن مواد أخرى غنية بالكربون، بما في ذلك الفحم الليغنيت والقاري، يتفوق عليها باستمرار الأنثراسيت في هذا الصدد(21).

موجز

قوالب هي مصدر رخيص وموثوق للوقود
الخشب هو الحرارة المعالجة في بيئة منخفضة الأكسجين لإنتاج الفحم
يمكن استخدام الموثقات للتمسك قطع الخشب أصغر معا، وهذا يعني أنه يمكن استخدام الخشب أقل جودة بدلا من قطع باهظة الثمن من الخشب الصلب الكبيرة
غبار الفحم (anthracite) هو الموثق ممتازة نظرا لتوافرها، وسهولة التطبيق والأداء الممتاز
ويجري التحقيق في قوالب الفحم لاستخدامات المسبك للحد من انبعاثات الكربون الإجمالية