Угольная пыль: превосходный выбор в качестве связующего для древесного брикета
Древесные брикеты являются экономичным выбором, когда речь идет о домашнем твердом топливе - и желательны с точки зрения производства. Использование органических связующих веществ, таких как угольная пыль, может сделать жизнеспособным топливо из меньших и более низкокачественных кусков древесины и биомассы по сравнению с лиственными породами, необходимыми для кускового древесного угля, практически без разницы в производительности.
Знакомство
Древесное брикеты являются популярным источником бытового топлива, в первую очередь выполняя функцию нагрева или приготовления пищи. Их высокая плотность энергии, малый вес и низкая стоимость означают, что они являются разумным выбором, когда твердое топливо требуется в бытовых и легких промышленных условиях. Древесный уголь существует уже много сотен, если не тысяч лет, являясь единственным источником углерода, используемым для сокращения руд в доиндустриальные времена (1).
Древесный уголь не содержит угля, несмотря на свое название. Это остаток, образующийся при нагревании древесины до высоких температур в атмосфере с дефицитом кислорода, удаляя практически всю воду и летучие органические соединения, присутствующие в процессе. Кусковой древесный уголь (кусковой лес) - это то, что было получено из кусков лиственных пород, тогда как брикеты древесного угля производятся с использованием более мелких частиц древесного угля. Эти частицы образуются и удерживаются вместе со связующим веществом.
Связующие бывают разных типов, но, как правило, предпочтительнее органические связующие. Это связано с повышенным зольным содержанием, необходимым при использовании неорганического связующего вещества - это означает, что брикет будет иметь более низкую теплоемкость, чем древесный уголь или органические связующие брикеты (2). Антрацит – угольная пыль – это связующее вещество, которое становится все более популярным в использовании.
Одним из преимуществ брикетирования является то, что оно может использовать источники древесины более низкого качества (то есть не большие куски дорогой древесины лиственных пород), а это означает, что на единицу срубленной площади деревьев может быть произведено больше древесного угля. Основной концепцией древесного угля является идея карбонизации. То есть, где органический материал (древесина) превращается в углерод (древесный уголь) путем разрушительной дистилляции (в данном случае пиролиза). В процессе карбонизации древесины производятся другие материалы, включая смолы, терпены и «биомасль». Многие из них также могут быть использованы в качестве связующих в более поздних процессах производства древесного угля (3).
является углеродоемкой. Некоторые предположили, что древесный уголь может быть жизнеспособной альтернативой литейной коле в качестве источника топлива в целях сокращения выбросов (4). Часть проблемы заключается в том, что по сравнению с коксом практически все виды древесного угля имеют более низкую плотность энергии и относительно высокую реактивность (5) и поэтому не могут использоваться в печах с самой высокой температурой, например, в куполах. Несмотря на это, исследования показали, что замена только части кокса на антрацитсодержащий древесный уголь, стоимость «углеродного заряда» для купола была снижена на 6% (6). «Углеродный заряд» относится к общим выбросам парниковых газов за цикл печи. Другие жизнеспособные варианты использования, особенно для печей с более высокой температурой, включают те, где древесный уголь используется для нагрева доменного воздуха, идущем в печь, экономя кокс (7). Этот процесс также повысил эффективность с 43 до 62%.
Процесс гранулирования и брикетирования
В дополнение к производству продукта, который легче обрабатывается и упаковывается, брикетирование увеличивает насыпную плотность материала и делает распределение частиц по размерам в пределах гораздо более последовательным. Затраты на транспортировку и хранение могут быть легко сведены к минимуму в брикетированном формате. Брикетирование представляет собой тип уплотнения под давлением, при котором формируемому материалу дают агломерировать, а затем обрабатывают давлением в желаемую плотность, когда может произойти механическое разделение брикетов по размеру.
Как уже упоминалось, процессы брикетирования обычно требуют связующего вещества для всех, кроме исходных материалов высочайшей чистоты, которые могут принимать различные формы, но наиболее популярными являются пиролизированные крахмалистые растения или порошкообразная угольная пыль (8). Процесс брикетирования при использовании со связующим также привлекателен с точки зрения безопасности, поскольку мелкие частицы, которые могут быть подвержены взрыву, уменьшаются. Манипуляции с процессом брикетирования, конечным размером частиц и выбором связующего могут привести к хорошо подобранному древесному углю для конкретного применения, если это необходимо. Одним из основных преимуществ использования связующего для производства брикетов является то, что требуется уплотнение под более низким давлением. Если связующее не используется, сила процесса уплотнения в значительной степени зависит от валентности или сил Ван-дер-Ваальса, или сцепления. Использование связующего добавляет гораздо больше прочности, при этом высоковязкие связующие образуют адсорбционные слои под давлением - большое улучшение по сравнению с любой прочностью, которая может быть обеспечена только с помощью чего-то вроде Ван дер Ваальса.
Брикетирование обычно происходит либо с помощью традиционного пресса, либо с помощью шнекового экструдера (9). Шнековые экструдеры отвечают за производство брикетов с более высокой степенью однородности. Они производят более плотный брикет, но менее терпимы к высокому содержанию влаги. Оба являются примерами применения давления, при этом внутреннее давление часто достигает около 150 МПа. Применение давления имеет решающее значение при формировании жизнеспособного брикета - независимо от того, используется связующее или нет (10). Гранулирование является еще одним методом, но он производит меньшее топливо, чем то, что можно было бы считать обычным древесным углем.
В зависимости от того, когда добавляется связующее, оно может оказывать влияние на карбонизацию. Если древесный уголь изготовлен из уже обугленованной древесины, связующее служит только связующим веществом. И наоборот, если добавить до карбонизации, может быть оказан эффект. Были отмечены органические связующие вещества, добавленные в некоксующийся древесный уголь до карбонизации и повышения прочности (11).
Угольная пыль как связующее
Угольная пыль
- часто и взаимозаменяемо известная как антрацит - это материал, полученный путем тонкого измельчения антрацитового угля. Антрацит считается высшей формой угля. Угольная пыль также доказывает свою храбрость в качестве связующего вещества в других сценариях.
Поскольку связующие добавляются до уплотнения и отвечают за агломерацию частиц, крайне важно учитывать несколько факторов и достигать соответствующей классификации угольной пыли:
- Размер частиц должен быть однородным, обеспечивающим консистенцию связывания
- Размер частиц не должен быть слишком большим, что может привести к попаданию в зону уплотнения
- Твердость материала должна быть соответствующей, иначе агломерация будет затруднена
К счастью, антрацитовая / угольная пыль легко манипулируется и может быть легко сформирована в очень подходящее связующее.
Исследования и патентная литература показывают, что когда древесные брикеты производятся с использованием органического связующего, такого как антрацит, связующее присутствует в количествах от приблизительно 2 до 8% по весу (12,13), что означает, что обычно более 90% массы древесного угля получают из исходного древесного продукта.
Антрацитовые связующие в древесном угле также добавляют функциональности в виде источника тепла - антрацит сам по себе горюч и считается отличным источником топлива (14). Это явление также наблюдается при брикетировании, когда используются другие богатые углеродом связующие вещества, такие как лигнин (15).
Было показано, что связующие на основе угля превосходят другие органические и практически все неорганические связующие в брикетировании с точки зрения прочности на сжатие (16). Взаимодействие углеродистого связующего и исходного топливного материала является сложным, опираясь на сложную сеть водородных связей и сил Ван-дер-Ваальса; в дополнение к физическим сжимательным силам, приложенным к нему производственным процессом (17). Однако повышение прочности во многом объясняется различными смачивающими свойствами угля по отношению к древесному углю; с увеличением содержания углерода (т.е. богатых углеродом углей, таких как антрацит) угол контакта древесного угля и связующего уменьшается, тем самым вызывая увеличение энергии адгезии (18) - следовательно, увеличение прочности.
Широко распространено внимание, что антрацит является легким материалом для работы из-за его свободнотекущей природы в порошкообразной форме, и именно это делает его еще более подходящим для использования в качестве связующего. В отчетах патентной литературы использование более смолистых или вязких углеродных связующих описывается как относительно сложное, особенно при умеренно высокой атмосферной температуре (19). Это потенциально может стать проблемой для производства древесного угля в некоторых более теплых климатических условиях во всем развивающемся мире.
Воздействие воды
Как и во многих отношениях в области литейного производства и производства топлива, контроль влажности имеет первостепенное значение. Мокрое топливо - плохое топливо. Добавление
богатых углеродом материалов, таких как антрацит,
может модулировать относительную гидрофильность топлива - это важно с точки зрения хранения. Было показано, что когда антрацит нагревается до экстремальных температур, он становится более гидрофильным (20). Следует проявлять надлежащую осторожность, чтобы использовать только соответствующее количество антрацита. Однако другие богатые углеродом материалы, включая бурый уголь и битуминозные угли, в этом отношении неизменно превосходят антрацит (21).
Консультирование по оксиду марганца
- Брикеты – дешевый и надежный источник топлива
- Древесина термически обрабатывается в среде с низким содержанием кислорода для производства древесного угля
- Связующие могут использоваться для склеивания небольших кусков древесины вместе, а это означает, что вместо дорогих кусков крупной древесины лиственных пород можно использовать древесину более низкого качества.
- Угольная пыль (антрацит) является отличным связующим благодаря своей доступности, простоте применения и отличным характеристикам
- Брикеты древесного угля исследуются для литейного использования для сокращения общих выбросов углерода
Ссылки
1 В. Смил, Все еще железный век: железо и сталь в современном мире,Баттерворт-Хайнеманн, Лондон, 2016
2 Р. Х. Вендербош и др., Adv. Хим. Англ., 2013, 42, 75
3 Н. Танкреди и др., Д. Энерг. Нат. Ресас., 2015, 4, 34
4 Э. Муса и др., Аппл. Sci., 2019, 9, 5288
5 Н. Норберг и др., Аппл. Энергия, 2018, 213, 384
6 Р.M Ториелли и др. Int. Дж., 2014, 8, 37
7 М. Х. Гавра и др., Int. Дж.Эмерг. Технологий. Англ. Res., 2017, 5, 54
8 К. Н. Финни и др., Энергетическое топливо, 2009,23, 3195
9 Р. Саидур и др., Обновить. Поддерживать. Энергия. Rev., 2011, 15, 2262
10 Л. Ф. Хоули, Дж. Англ. Хим., 1921, 13, 301
11 B. Rubio et al., Carbon, 1999, 37, 1833
12 Патент США US5221290A, 1991
13 А. Демирбас, Источники энергии, пт. О: Восстановление, утилизация, Env. Эффекты, 2009, 31, 1694
14 A. Caldera-Pires et al., J. Cleaner Prod., 2011, 19, 1647
15 F. Cannon et al., Fuel, 2012, 97, 869
16 Д. Таулби и др., Int. J. Подготовка угля Утилиз., 2009, 29, 1
17 Г. Чжан и др., Обновить. Поддерживать. Энергия. Rev., 2018, 82, 477
18 B. Tian et al., China Coal, 2013, 37, 80
19 Патент США US1609097A, 1922
20 W. Xia и G. Xie, Powder Tech., 2014, 264, 31
21 F. F. Alplan et al., Коллоиды и поверхности, 1984,12, 1
Для отправки комментария необходимо войти на сайт.