04
2023
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05
焙燒生物質(zhì)顆粒的最佳粘結(jié)劑(3)
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5. 無(wú)機(jī)粘結(jié)劑
使用無(wú)機(jī)粘合劑的主要缺點(diǎn)是它們?cè)黾恿巳剂现谢曳值牧?。這降低了致密化產(chǎn)物的能量密度,并且可能使其不適合用于某些系統(tǒng),這取決于存在的雜質(zhì)(即, S、Na、K和其它污垢劑)。它們具有低成本和抗生物降解的益處。有機(jī)粘合劑通常通過(guò)化學(xué)反應(yīng)來(lái)強(qiáng)化粒料。
5.1 石灰
石灰(CaO)是水泥中的主要成分,因此是非常強(qiáng)的粘合劑。它通過(guò)形成結(jié)晶氫氧化鈣(Ca(OH)2)和碳酸鈣(CaCO 3)的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合,如方程式(1)和(2)所示。CaO是高腐蝕性的,并且其水合形式氫氧化鈣通常用作粘合劑以最小化處理危害,盡管耐久性可能損失。氫氧化鈣通過(guò)與二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)結(jié)合以重結(jié)晶為碳酸鈣(CaCO 3),從而在顆粒之間形成強(qiáng)離子鍵。在環(huán)境溫度(20 °C)下,碳酸化反應(yīng)(2)的動(dòng)力學(xué)將相當(dāng)慢,并且粒料的強(qiáng)度可隨時(shí)間增加。

還表明堿土金屬增加酚醛樹(shù)脂的交聯(lián),酚醛樹(shù)脂具有與木質(zhì)素類似的結(jié)構(gòu)和官能團(tuán)。在焙燒的顆粒中,木質(zhì)素的增強(qiáng)的交聯(lián)可能是與重結(jié)晶的硬化效應(yīng)一樣重要的結(jié)合機(jī)制。
Ca(OH)2粘合劑已顯示出產(chǎn)生非常堅(jiān)固的生物炭顆粒。需要超過(guò)10重量%的水以與Ca(OH)2和高度焙燒的材料(500 °C持續(xù)1小時(shí))形成耐用的粒料。這和缺乏殘留的固有粘合劑表明重結(jié)晶機(jī)制是主要的粘合機(jī)制。用15wt%Ca(OH)2和15wt%水分制備的丸粒顯示出非常高的耐久性,〉99.5%,并且在60%相對(duì)濕度的濕度室中儲(chǔ)存后耐久性增加。這種緩慢的重結(jié)晶進(jìn)一步增強(qiáng)了粒料的強(qiáng)度和耐久性。Ca(OH)2顆粒在加濕儲(chǔ)存期間也顯示出低吸濕性,在2周內(nèi)水分含量?jī)H增加10%。
Kong等人還研究了利用木質(zhì)素粘合劑和化學(xué)硬化劑(包括質(zhì)量比為1:4的NaOH、CaCL2、CaO和Ca(OH)2,硬化劑與木質(zhì)素)生產(chǎn)的生物炭顆粒。他們發(fā)現(xiàn)CaO和Ca(OH)2硬化劑在所有測(cè)試的硬化劑中產(chǎn)生最耐用的顆粒,耐磨性分別為99.63%和99.77%。他們進(jìn)行了水分吸收測(cè)試,包括將顆粒在60%相對(duì)濕度下儲(chǔ)存兩周。用NaOH和CaCl2硬化劑制成的粒料在這些水分吸收測(cè)試期間膨脹并失去所有耐久性,而用CaO和Ca(OH)2制成的粒料分別具有99.71%和99.82%的增加的耐磨性。然而,CaO和木質(zhì)素粒料具有降低的抗沖擊強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度,這可能是CaO和水之間反應(yīng)形成更易碎的Ca(OH)2的結(jié)果。Ca(OH)2和木質(zhì)素粒料保持相同的抗沖擊性并且具有略微降低的壓縮強(qiáng)度。增加Ca(OH)2與木質(zhì)素的比率具有減少水分吸收的有益效果,但產(chǎn)生更脆且稍微不太耐用的粒料。
通常將石灰添加到生物質(zhì)燃料顆粒中以減少高溫鍋爐或窯爐中的熟料形成和結(jié)渣。石灰(CaO)與燃料中的其他灰分組分(例如硅酸鹽)反應(yīng)以形成具有高熔點(diǎn)的化合物。在生物質(zhì)顆粒和煤的共燃燒中,石灰具有通過(guò)形成CaSO4減少硫排放的額外益處。
5.2 氯化鈣
氯化鈣用于加速水泥的固化。若與石灰配合使用,可提高球團(tuán)的耐久性,縮短干燥時(shí)間。如果與水反應(yīng),它將溶解并形成氫氧化鈣和鹽酸:

這將具有形成氫氧化鈣和鹽酸的雙重益處,氫氧化鈣充當(dāng)粘合劑,鹽酸可以釋放木質(zhì)素以用于更好的顆粒粘合。CaCl 2會(huì)導(dǎo)致造粒設(shè)備的腐蝕問(wèn)題,并且在燃燒/氣化過(guò)程中通過(guò)釋放HCl引起問(wèn)題。
5.3 燒堿
氫氧化鈉(NaOH),也稱為苛性鈉或堿液,是一種常見(jiàn)的工業(yè)化學(xué)品,在許多過(guò)程中用作強(qiáng)堿。它是通過(guò)電解鹽(NaCl)水的氯堿工藝生產(chǎn)的。NaOH不直接充當(dāng)粘合劑。當(dāng)在溶液中用作預(yù)處理時(shí),NaOH破壞木質(zhì)素和碳水化合物之間的酯鍵,這溶解木質(zhì)素,在造粒之前以與硫酸鹽法中的脫木質(zhì)素大致相同的方式將其從木質(zhì)纖維素基質(zhì)中釋放。在造粒過(guò)程中,木質(zhì)素將材料重新結(jié)合成粒料形狀。
Kong等人使用NaOH作為生物炭顆粒中木質(zhì)素粘合劑的硬化劑,NaOH與木質(zhì)素的質(zhì)量比為1:4。他們發(fā)現(xiàn),與僅木質(zhì)素的粘合劑相比,NaOH增加了粒料耐久性。然而,當(dāng)在60%相對(duì)濕度下儲(chǔ)存兩周時(shí),粒料崩解并失去所有耐久性。
5.4 膨潤(rùn)土
膨潤(rùn)土是主要由蒙脫石組成的水合硅酸鎂鋁粘土。它由表面帶負(fù)電荷和邊緣帶正電荷的板狀顆粒組成。正是這種極性賦予膨潤(rùn)土結(jié)合能力。不同類型的膨潤(rùn)土由其主要元素-鈉膨潤(rùn)土、鈣膨潤(rùn)土或鉀膨潤(rùn)土來(lái)定義。鈉膨潤(rùn)土在水中具有高溶脹能力,高達(dá)其體積的12倍,而鈣膨潤(rùn)土具有很小的溶脹能力。膨潤(rùn)土是一種開(kāi)采礦物,美國(guó)是主要生產(chǎn)國(guó)。膨潤(rùn)土通常用作粘結(jié)劑,用于生產(chǎn)濃度為1重量%的鐵礦石球團(tuán)以及用于鐵和鋼鑄件中。Pfost和Young發(fā)現(xiàn),向飼料顆粒中添加2.4重量%的膨潤(rùn)土可使顆粒耐久性提高6%,并減少家禽飼料顆粒中的細(xì)粉。
5.5 硫酸
硫酸(H2SO 4)是一種常見(jiàn)的工業(yè)化學(xué)品。它以與苛性鈉作為增塑劑大致相同的方式結(jié)合,通過(guò)破壞分子間木質(zhì)素鍵,在造粒之前軟化木質(zhì)素。這使得木質(zhì)素在壓縮、塑化和再硬化過(guò)程中流入顆粒間空間以形成橋。沒(méi)有公開(kāi)的結(jié)果檢查硫酸粘合劑的有效性,但預(yù)期其將以與作為增塑劑的苛性粘合劑相同的方式粘合。使用酸水解來(lái)軟化熱改變的木質(zhì)素是一個(gè)新的概念,值得進(jìn)一步研究以檢查其有效性。
5.6 硅酸鹽
硅酸鹽、硅酸鈉(Na 2SiO 3)和硅酸鉀(K2 SiO 3)形成氧-硅聚合物,堿金屬與氧形成離子鍵,如圖6所示。硅酸鈉是一種無(wú)機(jī)粘合劑,用于粘合紙板、絕緣材料和木材。由于其極性,其可溶于水。它通過(guò)在粘合劑干燥時(shí)產(chǎn)生的高粘性膜來(lái)粘合。由于其極性性質(zhì),其還可能充當(dāng)增塑劑或與木質(zhì)素或纖維素形成弱離子鍵。它還沒(méi)有被用作球團(tuán)生產(chǎn)中的粘合劑,但它顯示出潛力。它在固化或儲(chǔ)存過(guò)程中不釋放揮發(fā)物,毒性相對(duì)較低,不易發(fā)生生物降解;然而,吸濕性和耐候性可能是問(wèn)題。
圖6. 硅酸鈉分子,聚合物鏈由虛線表示
McGoldrick申請(qǐng)了一種由硅酸鉀和表面活性劑組成的粘合劑混合物的專利,用于生產(chǎn)生物質(zhì)團(tuán)聚體。表面活性劑將溶液中的粘合劑推至團(tuán)聚體的表面并在團(tuán)聚體表面上產(chǎn)生硬“殼”。這允許附聚物在運(yùn)輸和燃燒期間保持其形狀。
6. 粘結(jié)劑比較
在技術(shù)經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)上比較了前一節(jié)中確定和討論的粘結(jié)劑。價(jià)格是通過(guò)與供應(yīng)商協(xié)商確定的,如表3所示。濃度取自以前關(guān)于生物質(zhì)或煤的粘合劑的研究,如果沒(méi)有,則基于類似的粘合劑進(jìn)行假設(shè)。然后確定每噸木屑顆粒的增加成本。粘合劑在水中的溶解度是決定粘合劑在材料內(nèi)良好分散的能力和潛在地其幫助溶解熱改變的木質(zhì)素以充當(dāng)粘合劑的能力的重要因素。
為了確定用于焙燒顆粒的最佳粘合劑,使用10個(gè)參數(shù)來(lái)定量比較在先前部分中討論的最有希望的粘合劑。在該比較中,木質(zhì)素是指添加到賠燒的粒料中的硫酸鹽木質(zhì)素,而不是天然木質(zhì)素。確定并非所有比較參數(shù)都具有相同的值。因此,對(duì)每一項(xiàng)都給予了加權(quán)。參數(shù)和權(quán)重示于表4中。對(duì)于每個(gè)參數(shù),粘合劑得到0-4的分?jǐn)?shù),對(duì)于該參數(shù),4是非常好的,0是非常差的。對(duì)于每種粘合劑,將權(quán)重乘以每個(gè)參數(shù)的評(píng)分,這些值的總和給出粘合劑的總評(píng)分,最大總評(píng)分為100。這些價(jià)格值由供應(yīng)商提供,見(jiàn)表4。
表4. 用于粘合劑比較的參數(shù)和權(quán)重
| 參數(shù) | 權(quán)重 |
| 耐用性 | 5 |
| 疏水性 | 5 |
| 成本 | 4 |
| 污染物 | 3 |
| 熱值 | 2 |
| 毒性(人類健康和安全) | 2 |
| 毒性(環(huán)境) | 1 |
| 可用性 | 1 |
| 灰分 | 1 |
| 食物來(lái)源 | 1 |
耐久性和疏水性的權(quán)重最高。所得粒料的耐久性對(duì)于粘合劑是必不可少的,因?yàn)檫@是粘合劑的主要功能。疏水性在經(jīng)焙燒的粒料的情況下具有幾乎同等的重要性,因?yàn)樯a(chǎn)經(jīng)焙燒的粒料的主要益處之一是它們對(duì)風(fēng)化和生物降解的抗性。耐久性和疏水性評(píng)分是基于全面的文獻(xiàn)綜述進(jìn)行評(píng)估的,如前面章節(jié)所強(qiáng)調(diào)的。在一些情況下,潛在的粘合劑尚未在球團(tuán)或壓塊中進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試,并且潛在的耐久性改善是未知的。在這些情況下,耐久性評(píng)分為2。
某些可量化參數(shù)的評(píng)分方法列于下表5中。通過(guò)審查每種粘合劑的材料安全數(shù)據(jù)表(MSDS)和環(huán)境毒理學(xué)報(bào)告,對(duì)環(huán)境毒性進(jìn)行評(píng)分。對(duì)于“污染物”參數(shù),基于元素雜質(zhì)(S、Na、K、Cl、重金屬等)對(duì)樣品的潛在影響給出評(píng)分。燃燒系統(tǒng),如表3所示。例如,廢甘油含有NaOH或KOH雜質(zhì),以及與其他元素結(jié)合的Na和K,導(dǎo)致燃燒系統(tǒng)結(jié)垢。成本通過(guò)從工業(yè)供應(yīng)商獲得1噸粘合劑材料并運(yùn)送到加拿大溫哥華的報(bào)價(jià)來(lái)確定。
表5. 定量參數(shù)的評(píng)分方法
| 評(píng)分 | 熱值(高熱值) | 毒性/健康&安全 (WHMIS評(píng)級(jí)) | 可獲取性(供應(yīng)商) | 球團(tuán)灰分增加 (wt%) | 成本(USD/ton) | |
| 4 | 非常好 | >25 MJ/kg | 0 | 北美許多 | <0.1% | <$2 |
| 3 | 好 | >15 MJ/kg | 1 | 國(guó)際上許多 | <0.5% | <$5 |
| 2 | 可接受 | >10 MJ/kg | 2 | 幾十個(gè) | <1% | <$10 |
| 1 | 差 | >5 MJ/kg | 3 | 很少 | <2% | <$20 |
| 0 | 非常差 | <5 MJ/kg | 4 | 暫無(wú) | >2% | >$20 |
基于粘合劑的無(wú)機(jī)部分和基于先前粘合劑研究所需的濃度范圍來(lái)計(jì)算灰分的增加。最后,基于粘合劑在食品或加工中的使用來(lái)確定“食品來(lái)源”的分?jǐn)?shù)。這一參數(shù)反映了將生物能源對(duì)糧食供應(yīng)或價(jià)格的影響降至最低的重要性。
檢查的粘合劑的評(píng)分矩陣見(jiàn)表6??偟膩?lái)說(shuō),有機(jī)粘合劑顯示出用于焙燒能量粒料的更高潛力。這部分是由于缺乏關(guān)于無(wú)機(jī)粘合劑的潛在耐久性改進(jìn)的信息。此外,熱值降低和毒性、灰分和污染物通常較高導(dǎo)致無(wú)機(jī)粘合劑得分較低。
表6. 所選粘合劑的參數(shù)評(píng)分矩陣
| 耐用性 | 疏水性 | 熱值 | 毒性(人類健康和安全) | 毒性(環(huán)境) | 可用性 | 污染物 | 灰分 | 成本 | 食物來(lái)源 | 總分 | ||
| 有機(jī)粘結(jié)劑 | 木質(zhì)素 | 4 | 4 | 3 | 3 | 3 | 1 | 2 | 4 | 0 | 4 | 70 |
| 生物質(zhì)焦油 | 4 | 3 | 2 | 2 | 1 | 0 | 4 | 4 | 1 † | 4 | 68 | |
| 妥爾油瀝青 | 2 * | 4 | 4 | 3 | 3 | 3 | 3 | 4 | 0 | 4 | 67 | |
| 淀粉(糊化) | 4 | 2 | 2 | 3 | 4 | 4 | 4 | 4 | 0 | 0 | 64 | |
| 木質(zhì)素磺酸鹽 | 3 | 4 | 2 | 2 | 3 | 3 | 0 | 4 | 1 | 4 | 61 | |
| 甘油 | 3 | 0 | 2 | 3 | 4 | 3 | 2 | 3 | 4 | 4 | 61 | |
| 淀粉(干) | 2 | 0 | 2 | 3 | 4 | 4 | 4 | 4 | 3 | 0 | 56 | |
| 蛋白質(zhì) | 2 | 3 | 2 | 3 | 4 | 1 | 4 | 1 | 0 | 0 | 53 | |
| 硬脂酸鈣 | 2 * | 3 | 4 | 2 | 3 | 4 | 1 | 4 | 0 | 3 | 54 | |
| 纖維(可溶性) | 2 | 0 | 1 | 3 | 4 | 1 | 4 | 4 | 2 | 0 | 47 | |
| 糖蜜 | 3 | 0 | 1 | 4 | 4 | 1 | 2 | 4 | 0 | 2 | 42 | |
| CMC | 4 | 0 | 2 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 0 | 4 | 45 | |
| 煤焦油瀝青 | 4 | 4 | 4 | 0 | 0 | 2 | 0 | 3 | 1 | 4 | 61 | |
| 瀝青 | 3 | 4 | 3 | 2 | 2 | 1 | 0 | 2 | 0 | 4 | 54 | |
| 無(wú)機(jī)粘結(jié)劑 | 熟石灰 | 4 | 3 | 0 | 1 | 2 | 4 | 2 | 1 | 3 | 4 | 66 |
| 硫酸 | 2 * | 4 | 0 | 1 | 0 | 4 | 0 | 3 | 3 | 4 | 55 | |
| 膨潤(rùn)土 | 3 | 2 | 0 | 2 | 3 | 4 | 2 | 0 | 1 | 4 | 50 | |
| 硅酸鈉 | 3 * | 3 | 0 | 1 | 1 | 4 | 0 | 1 | 2 | 4 | 50 | |
| 氯化鈣 | 2 * | 2 | 0 | 2 | 0 | 4 | 0 | 1 | 0 | 4 | 33 | |
| 燒堿 | 2 * | 1 | 0 | 1 | 2 | 4 | 0 | 2 | 2 | 4 | 37 | |
| *結(jié)合能力仍不確定,需要進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。 †成本不確定,因?yàn)闆](méi)有生產(chǎn)商。 | ||||||||||||
潛力最大的粘合劑是木質(zhì)素,與石灰、木質(zhì)素磺酸鹽、妥爾油瀝青、生物質(zhì)焦油和淀粉接近,如圖7中前十種粘合劑的列表所示。應(yīng)當(dāng)注意,沒(méi)有粘合劑是完美的,并且每種粘合劑都有其缺點(diǎn)。在木質(zhì)素和木質(zhì)素磺酸鹽的情況下,取決于當(dāng)?shù)胤ㄒ?guī),硫的存在對(duì)于某些最終用戶可能是不可接受的。目前歐洲對(duì)木質(zhì)顆粒的規(guī)定(CEN/TS 14961)將硫含量限制為0.05重量%。這將限制所添加的木質(zhì)素粘合劑的量并防止使用一些木質(zhì)素磺酸鹽。新的木質(zhì)素生產(chǎn)/分離方法旨在降低硫含量。此外,木質(zhì)素和生物質(zhì)焦油的價(jià)格仍然存在不確定性,因?yàn)閹缀鯖](méi)有大批量生產(chǎn)設(shè)施。
圖7. 前十位潛在結(jié)合劑的參數(shù)比較研究評(píng)分
淀粉是一種經(jīng)證實(shí)的強(qiáng)力粘合劑[35,58],但其親水性可能導(dǎo)致潛在的風(fēng)化和生物降解。如果在造粒/壓塊之前或期間充分膠凝,則可以使淀粉吸水性更低;然而,它仍然可能易于生物降解。需要進(jìn)一步研究粘結(jié)劑對(duì)焙燒球團(tuán)/壓塊的風(fēng)化和生物降解的影響。另外,預(yù)膠化淀粉比干淀粉昂貴得多。如果在使用干淀粉造粒之前或之后立即進(jìn)行糊化過(guò)程,則糊化淀粉將更便宜并且作為粘合劑更有吸引力。CMC、木質(zhì)素、淀粉和甘油使棕櫚球的HHV提高了15.07-21.23%;顆粒的HHV達(dá)到20.68-21.24 MJ/kg。熟石灰是性能最好的無(wú)機(jī)粘結(jié)劑,并且是唯一一種進(jìn)入前十名的粘結(jié)劑。這是因?yàn)樗蛔C明具有很強(qiáng)的結(jié)合能力、與水無(wú)反應(yīng)性、可用性和成本。它還可以作為固體燃料鍋爐和氣化爐中的硫洗滌器。石灰的一個(gè)潛在缺點(diǎn)是在其生產(chǎn)過(guò)程中釋放二氧化碳。如果將焙燒的球團(tuán)用于抵消煤以獲得碳信用額,則這可能限制或阻止其用作粘合劑。
焙燒的木質(zhì)纖維素生物質(zhì)顆粒的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析表明,選擇合適的粘合劑和數(shù)量可以顯著提高致密產(chǎn)品的質(zhì)量和一致性。粘合劑可能通過(guò)改變?cè)O(shè)備要求、資本成本和所需粘合劑的量而負(fù)面地影響焙燒顆粒生產(chǎn)的盈利能力。例如,使用干谷物或玉米淀粉的酒糟比大豆更具成本效益。
在上述分析中未討論使用廢棄生物質(zhì)作為粘合劑或使用多種粘合劑。使用顆粒狀生物質(zhì)廢物作為粘合劑降低了總成本。García等人使用葡萄渣、杏仁殼、橄欖核和松木鋸屑作為固體添加劑,并在松木造粒中使用甘油。添加20wt%葡萄渣和10wt%甘油使運(yùn)輸成本降低了20%。木質(zhì)素和淀粉改善強(qiáng)度和堆密度的焙燒生物質(zhì)略優(yōu)于鋸末。三種粘合劑降低了生物質(zhì)的堆積密度,與對(duì)照木質(zhì)顆粒相比,這降低了經(jīng)處理的顆粒的體積能量密度。
與原始生物質(zhì)相比,顆粒的HHV可以增加或減少,這取決于HHV、水分含量、粒度和粘合劑的重量分?jǐn)?shù)。黃原膠和瓜爾膠將用過(guò)的咖啡渣的HHV從25.4KJ/g降低到24.44和24.39。在高壓下開(kāi)發(fā)的非碳化咖啡殼壓塊的HHV為15.2MJ/kg。添加木薯和粘土的咖啡團(tuán)塊的HHV分別達(dá)到21.9- 23.5MJ/kg和13- 17.2MJ/kg。對(duì)于稻殼,使用木薯和粘土分別為15.9-20.9和9.5-12.0 MJ/kg。Ahn等人, 2014研究了粘合劑的化學(xué)組成對(duì)HHV和粘合劑耐久性的影響。菜籽粉、咖啡粉、樹(shù)皮、松果和木質(zhì)素粉末被用作落葉松和郁金香樹(shù)顆粒制造中的粘合劑。菜籽粉、咖啡粉、樹(shù)皮、松果和木質(zhì)素粉末的平均較高熱值(HHV)分別為17.4MJ/kg、26.3MJ/kg、23.4MJ/kg、19.5MJ/kg和20.7MJ/kg。高含量的油/脂肪和木質(zhì)素增加粘合劑的HHV,而高水分降低HHV。例如,由于某種提取物,松果的HHV通常具有高值;然而,在該研究中,松果的高水分含量導(dǎo)致所生產(chǎn)的顆粒中的較低HHV。木質(zhì)素粉末具有比木質(zhì)素更低的HHV。這是由于木質(zhì)素粉末固有的粘合性質(zhì),其導(dǎo)致在高溫下不完全燃燒。
7. 結(jié)論
在傳統(tǒng)的燃煤鍋爐、熔爐和窯爐中,碳化生物質(zhì)球團(tuán)是一種很有前途的近期燃料替代品。與傳統(tǒng)的白色木質(zhì)顆粒相比,它們的能量密度、可磨性、耐候性和抗生物降解性都更優(yōu)秀。這可以降低將現(xiàn)有煤炭設(shè)施轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)所需的儲(chǔ)存和運(yùn)輸成本以及資本投資。在農(nóng)業(yè)飼料顆粒和球團(tuán)中使用粘合劑是司空見(jiàn)慣的,但在焙燒生物質(zhì)材料中很少使用粘合劑。
由于木質(zhì)素的部分熱分解、木質(zhì)素塑性降低,其結(jié)合能力降低,烘焙的材料更難以致密。因此,可能需要粘合劑來(lái)使焙燒的燃料產(chǎn)品致密化,以增加致密化燃料的耐久性并減少細(xì)粉的產(chǎn)生,細(xì)粉會(huì)造成材料損失,危害健康和安全。碳化木材的粘合劑必須能夠像碳化材料本身一樣抵抗風(fēng)化。此外,粘合劑必須具有成本效益,因?yàn)楣腆w燃料產(chǎn)品的價(jià)格已經(jīng)很低了,如果沒(méi)有政策鼓勵(lì),很難與生物質(zhì)資源競(jìng)爭(zhēng)。理想的粘合劑應(yīng)該是疏水性好、成本低的,并且能夠使用最小量產(chǎn)生堅(jiān)固的、致密的產(chǎn)品。本文研究了多種粘合劑對(duì)焙燒球團(tuán)/壓塊的適用性。
總的來(lái)說(shuō),有機(jī)粘合劑更適合碳化顆粒。這是由于缺乏關(guān)于無(wú)機(jī)粘合劑的潛在耐久性改進(jìn)、熱值降低、毒性更高以及增加的灰分和污染物的信息。性能最好的粘合劑是木質(zhì)素、生物質(zhì)焦油、妥爾油瀝青和石灰。由于能源產(chǎn)品的高度競(jìng)爭(zhēng)性,粘合劑的附加成本必須低。
熟石灰是性能最好的無(wú)機(jī)粘合劑,也是唯一進(jìn)入前十名的無(wú)機(jī)粘合劑。這是因?yàn)槭焓业慕Y(jié)合能力強(qiáng)、不與水反應(yīng)、可用性高、成本低。它還可以作為固體燃料鍋爐和氣化爐中的硫洗滌器。但是其在處理和運(yùn)輸方面存在危險(xiǎn)。
烘焙工藝種類繁多,由于處理?xiàng)l件(時(shí)間、溫度、熱量傳遞等),都會(huì)產(chǎn)生不同的產(chǎn)品。此外,烘焙設(shè)施的位置將改變不同粘合劑的可用性。不可能有一種適合所有類型的烘焙材料以及位置的單一粘合劑解決方案。本文應(yīng)作為焙燒球團(tuán)/壓塊生產(chǎn)商的指南。此外,需要對(duì)用于焙燒材料粒料/團(tuán)塊的粘合劑進(jìn)行進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究,以減少使用不同粘合劑的球團(tuán)耐久性的不確定性。
Butler, J. W., Skrivan, W., & Lotfi, S. Identification of Optimal Binders for Torrefied Biomass Pellets. Energies, 16(8), 3390. https://doi.org/10.3390/en16083390
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