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江西11选5

时间:2019-12-14 00:24:06 作者:伟德备用网址 浏览量:80908

江西11选5

  [29]CASTELLANO J M,GÓMEZ M,FERNÁNDEZ M,et al.Study on the effects of raw materials composition and pelletization conditions on the quality and properties of pellets obtained from different woody and non woody biomasses[J].Fuel,2015,139:629-636.DOI:10.1016/j.fuel.2014.09.033.

  KONG等[8]进一步研究了添加水稻秸秆、小麦秸秆、橡胶树叶、尼龙四种纤维对锯末成型的影响,见图3,发现水稻秸秆、橡胶树叶对改善颗粒物理品质起到促进作用,因为水稻秸秆、橡胶树叶和锯末同属亲水性原料,粒子间能够有效互相缠绕,形成“固体桥”结构。小麦秸秆、尼龙属疏水性原料,对改善颗粒品质起消极作用。

  [27]陈正宇.生物质成型工艺参数研究[D].北京:机械科学研究总院,2013.

  [50]HARUNA N Y,AFZALB M T.Effect of particle size on mechanical properties of pellets made from biomass blends[J].Procedia engineering,2016,148:93-99.DOI:10.1016/j.proeng.2016.06.445.

,见下图

  [36]BRIGGS J L,MAIER D E,WATKINS B A,et al.Effect of ingredients and processing parameters on pellet quality[J].Poultry science,1999,78(10):1464-1471.DOI:10.1093/ps/78.10.1464.

  (5)成型燃料品质改善的根本原因是成型过程中官能团和化学键的变化。而目前对该方面的研究还不够,深入认识成型过程中官能团和化学键结合方式及其活化与断裂途径,可以从更微观的角度揭示木质素的黏结作用,是研究成型机理的基础。

,见下图

  [41]李美华.生物质燃料致密成型参数的研究[D].北京:北京林业大学,2005.

,如下图

  3.2木质素黏结作用

如下图

,如下图

  [53]LAM P Y,LAM P S,SOKHANSANJ S,et al.Effects of pelletization conditions on breaking strength and dimensional stability of Douglas fir pellet[J].Fuel,2014,117:1085-1092.DOI:10.1016/j.fuel.2013.10.033.

,见图

江西11选5

生物质成型燃料压缩机理的国内外研究现状

  原料中的脂肪在成型过程中主要起润滑剂作用,少量脂肪促进成型,因为细胞壁中的天然脂肪在受压过程中被挤出,起“固体桥”的作用,提高耐久性。但过多的脂肪会阻碍粒子间的结合,因为脂肪分布于粒子间,其疏水性能够抑制其他水溶性成分(如木质素、淀粉、蛋白质等)的黏结作用,降低粒子间的结合强度[30]。CAVALCANTI[40]对淀粉、蛋白质及脂肪在13种原料中的黏结性能进行了研究,结果表明脂肪含量大于6.5%,产品耐久性较差,也不利于改善淀粉及蛋白质的黏结效果。

  [52]TUMULURU J S,TABIL L G,SONG Y,et al.Impact of process conditions on the density and durability of wheat,oat canola and barley straw briquettes[J].Bioenergy research,2015,8(1):388-401.DOI:10.1007/s12155-014-9527-4.

  [22]MENON V,RAO M.Trends in bioconversion of lignocellulose:Biofuels,platform chemicals & biorefinery concept[J].Progress in energy and combustion science,2012,38(4):522-550.DOI:10.1016/j.pecs.2012.02.002.

  5.2水分

  (1.中国科学院广州能源研究所,广州510640;2.中国科学院可再生能源重点实验室,广州510640;3.广东省新能源和可再生能源研究开发与应用重点实验室,广州510640)

  2粒子结合方式

  生物质成型技术是生物质能的有效利用技术之一,是指在一定的温度与压力作用下,将各类分散的、无一定形状的农林剩余物经加工制成有一定形状、密度较大的各种燃料产品的技术[1]。成型过程中粒子经历重新排列、机械变形、塑性流变和密度增大等阶段,燃料品质同时受到内在原料化学组成和外在成型参数的影响[2],作用力和粒子结合机制见图1。本文主要介绍成型过程中粒子结合方式、木质素黏结作用、原料组分和成型参数等方面的研究现状,提出未来研究方向,为生物质成型机理发展提供参考。

生物质成型燃料压缩机理的国内外研究现状  1成型过程

  STELTE等[9]认为,羟基特别是酚羟基易形成丰富的氢键结构,有利于促进黏结成型,增大颗粒机械强度。桉木屑和硬杂木屑木质素含量相差不大(依美国可再生能源实验室数据库,桉木屑含木质素26.91%~28.16%,硬杂木屑含木质素23.87%~28.55%),但实际桉木屑成型能耗高、成型后密度和强度低。这可能是因为桉木屑木质素以紫丁香基结构单元为主,硬杂木屑木质素以愈创木基结构单元为主[21],紫丁香基结构单元木质素黏结指数低于愈创木基结构单元,成型效果有较大差异[13]。

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  [26]蒋恩臣,高忠志,秦丽元,等.纤维素单独成型及燃烧特性研究[J].东北农业大学学报,2016,47(5):106-112.DOI:10.3969/j.issn.1005-9369.2016.05.015.

  软木中以愈创木基结构单元为主,硬木中以紫丁香基结构单元为主。木质素含量对成型的影响已有一定研究[27]。VANDAM等[28]发现温度高于140℃能增大木质素的黏结强度;CASTELLANO等[29]发现原料组分是影响颗粒品质的关键因素,木质素含量高、抽提物含量低的原料成型后的颗粒具有更好的物理品质;LEHTIKANGAS[30]发现针对新鲜的和储存后的树皮、锯末、采伐剩余物原料,木质素含量高的颗粒具有较好的耐久性;HOLM等[31]认为木质素含量越高,颗粒内部结合得越好,温度高于玻璃态转变温度,颗粒机械强度增大;但BRADFIELD等[32]认为木质素是内部强度较差的黏胶状物质,一定范围内可在晶体结构的木质聚合物间起黏结作用,但其含量超过临界值,过量的黏胶状物质堆积在晶体间,降低了颗粒的强度与耐久性;WILSON[33]发现,对于硬木和软木,木质素含量和颗粒的耐久性关系不明显。

  [39]WOOD J F.The functional properties of feed raw materials and their effect on the production and quality of feed pellets[J].Animal feed science and technology,1987,18(1):1-17.DOI:10.1016/0377-8401(87)90025-3.

  成型过程中,木质素发生热转变后起黏结固化和填充作用,是生物质自身起黏结作用的主要成分[17-18]。在70~110℃时,木质素开始软化,具有一定黏度,在200~300℃时,呈现熔融状态,黏度变大。此时,在一定压力下,与原料中的纤维素、半纤维素等通过分子间互相吸引和缠绕黏结成型[19-20]。

  4.6脂肪

  [25]MATTOS B D,LOURENÇON T V,SERRANO L,et al.Chemical modification of fast-growing eucalyptus wood[J].Wood science and technology,2015,49(2):273-288.DOI:10.1007/s00226-014-0690-8.

1.

  2粒子结合方式

  [26]蒋恩臣,高忠志,秦丽元,等.纤维素单独成型及燃烧特性研究[J].东北农业大学学报,2016,47(5):106-112.DOI:10.3969/j.issn.1005-9369.2016.05.015.

  2粒子结合方式

  [35]THOMAS M,HUIJNEN P T H J,VAN VLIET T,et al.Effects of process conditions during expander processing and pelleting on starch modification and pellet quality of tapioca[J].Journal of the science of food and agriculture,1999,79(11):1481-1494.DOI:10.1002/(SICI)1097-0010(199908)79:11<1481::AID-JSFA390>3.0.CO;2-0.

  [11]LIU Z J,JIANG Z H,CAI Z Y,et al.Dynamic mechanical thermal analysis of moso bamboo(phyllostachys heterocycla) at different moisture content[J].Bioresources,2012,7(2):1548-1557.DOI:10.15376/biores.7.2.1548-1557.

  但过多的水分会降低产品品质,因为过多的水分不能被粒子吸收而附着在表面上,使粒子不易压紧。不同原料所需的最佳水分含量也不相同[46],大于或小于最佳值,产品品质都会降低。LI等[47]对树皮、木屑、苜蓿进行压块,发现最佳水分含量为8%左右。

  [50]HARUNA N Y,AFZALB M T.Effect of particle size on mechanical properties of pellets made from biomass blends[J].Procedia engineering,2016,148:93-99.DOI:10.1016/j.proeng.2016.06.445.

  [40]Cavalcanti W.The effect of ingredient composition on the physical quality of pelleted feeds:a mixture experimental approach[D].Manhattan:Kansas State University,2004.

2.

  [4]KALIYAN N,MOREY R V.Constitutive model for densification of corn stover and switchgrass[J].Biosystems engineering,2009,104(1):47-63.DOI:10.1016/j.biosystemseng.2009.05.006.

3.  [38]S S,S M,X B,et al.Binderless pelletization of biomass[Z].Tampa:2005:17-20.

  [38]S S,S M,X B,et al.Binderless pelletization of biomass[Z].Tampa:2005:17-20.

4.  水分是成型过程中需控制的一个重要参数。TUMULURU[17]的研究结果表明,水分能降低玻璃态转变温度、促进“固体桥”结构形成、增加粒子间的接触面积。水分是天然的黏结剂和润滑剂,一定量的水分可在粒子间形成薄膜,增大粒子间接触面积和相互作用力(范德华力),薄膜还可减小原料和模具间及原料粒子间的摩擦力,减少能耗[44-45]。

  [8]KONG L J,XIONG Y,LIU T,et al.Effect of fiber natures on the formation of “solid bridge” for preparing wood sawdust derived biomass pellet fuel[J].Fuel processing technology,2016,144:79-84.DOI:10.1016/j.fuproc.2015.12.001.

  生物质结构复杂,包含纤维素、半纤维素和木质素,还有抽提物和和灰分等[22-23]。不同组分在成型过程中的作用不同,见图5。不同类型生物质组分和结构不同,成型难易及效果有较大差异[24]。

  1成型过程

  [53]LAM P Y,LAM P S,SOKHANSANJ S,et al.Effects of pelletization conditions on breaking strength and dimensional stability of Douglas fir pellet[J].Fuel,2014,117:1085-1092.DOI:10.1016/j.fuel.2013.10.033.

  [28]VAN DAM J E G,VAN DEN OEVER M J A,TEUNISSEN W,et al.Process for production of high density/high performance binderless boards from whole coconut husk:Part 1:Lignin as intrinsic thermosetting binder resin[J].Industrial crops and products,2004,19(3):207-216.DOI:10.1016/j.indcrop.2003.10.003.

  [44]MANI S,TABIL L G,SOKHANSANJ S.Effects of compressive force,particle size and moisture content on mechanical properties of biomass pellets from grasses[J].Biomass and bioenergy,2006,30(7):648-654.DOI:10.1016/j.biombioe.2005.01.004.

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  [52]TUMULURU J S,TABIL L G,SONG Y,et al.Impact of process conditions on the density and durability of wheat,oat canola and barley straw briquettes[J].Bioenergy research,2015,8(1):388-401.DOI:10.1007/s12155-014-9527-4.

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  生物质是一种天然高分子聚合物,其热转变特性指玻璃态转变温度(Tg)和熔融温度。玻璃态转变温度是指聚合物软化,从玻璃态向塑性态转变的温度。聚合物由分子量和链长不同的结构单体组成,玻璃态转变发生在一个温度区间内,是聚合物的一种重要特性。熔融温度是指聚合物由固态向液态转变的温度。木质素的热转变特性在成型过程中起关键作用。在玻璃态转变温度以下,由于价键和次价键所形成的内聚力,表现出较高的力学强度,有较大的弹性模量;在玻璃态转变温度以上,木质素分子部分转动或位移逐渐变成分子的热膨胀运动,流动性增强,有较大的黏度[9]。木质素的玻璃态转变温度取决于其来源,与种类、水分含量、提取过程有关[10-11]。STELTE等[12]的研究表明,硬木木质素存在较多乙酰基、甲氧基结构和少量的酚羟基结构,其玻璃态转变温度低于软木[12]。STELTE等[13]研究了小麦秸秆玻璃态转变温度对成型颗粒的影响。水分含量为8%时,小麦秸秆和经正己烷提取后的小麦秸秆的玻璃态转变温度分别为53℃和63℃,在玻璃态转变温度以下(30℃)与以上(100℃)比较时,颗粒密度和强度较低,轴向延伸较大。

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  料的热转变特性,得到的研究结果也不完全一致。因此,有必要对原料的热转变特性进行深入研究,可为成型燃料生产保持合理温度区间、降低生产能耗提供理论依据。

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  [39]WOOD J F.The functional properties of feed raw materials and their effect on the production and quality of feed pellets[J].Animal feed science and technology,1987,18(1):1-17.DOI:10.1016/0377-8401(87)90025-3.

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  [19]袁振宏.生物质能高效利用技术[M].北京:化学工业出版社,2015.

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