Li Wei Zhen 1,2,3Jiang Yang 1,2,3, Yin belle1,2,3
(Institut de Guangzhou recherche sur l'énergie, l'Académie chinoise des sciences, Guangzhou 510640, Chine; 2. Institut de Renewable Energy Laboratory, Guangzhou 510640, Chine; 3. Laboratoire clé de la province du Guangdong, la nouvelle recherche et le développement des énergies renouvelables et de l'énergie et des applications, Guangzhou 510640)
Résumé: briquette de biomasse par un propre et renouvelable, etc., mis au point au cours des dernières années, a également étudié le mécanisme de formation du papier intensifié décrit la liaison entre le mode de pont solide »de particules, les propriétés de transition thermique de la lignine au cours du moulage. et le collage et la condition, le rôle des composants de la charge, les paramètres de moulage, etc., affectent la technique compoundage de moulage proposé, les propriétés de transition thermique de matières premières, et le type de la lignine de la structure, la structure de l'état construit du « pont solide » et de la morphologie et des groupes fonctionnels changements de liaisons chimiques devraient être la direction principale du mécanisme de formage, une étude approfondie du mécanisme de formation d'une référence de la substance vivante.
0 Avant-propos
la technologie de moulage de la biomasse est une de l'utilisation efficace de la technologie de la biomasse, il se réfère à une certaine température et de pression, les divers types de dispersants, des résidus non forestiers forme prédéterminée prise par le traitement d'une forme, plus dense une variété de technologies de produits pétroliers [1]Le procédé de moulage de réarranger les particules subissent une déformation mécanique, le stade de l'écoulement plastique et la densité est augmentée, tandis que la qualité de la composition chimique de la matière première de carburant affectée par les paramètres intrinsèques et extrinsèques du moulage [2], Le mécanisme de formation de particules, et le développement de la force en liaison avec la figure 1. Ce mécanisme introduit procédé de moulage et de l'état, les particules de manière à destination, le rôle de la liaison de la lignine et les constituants de la charge d'autres paramètres de moulage, les directions de recherche future proposée, la biomasse avec Référence
1 processus de moulage
Procédé de moulage, en fonction des motifs de déformation de la matière, se diviser en quatre étapes [3-5], Comme cela est représenté sur la figure 2. une phase de masse afin de combler l'écart entre la matière première principale, l'air d'alimentation est exclue dans une certaine mesure, la pression et la déformation est linéaire, une pression accrue dans un plus petit incrément de déformation plus grande peut être obtenue. b est une phase de transition, la pression augmente, plus grosses particules brisées en petites particules, et est déformée élastiquement particule dominante vide interne à être rempli, la pression et la déformation exponentielle. c est la phase de compression, la matière première est déformée plastiquement principalement des particules la rupture ou la déformation se produit dans la barbotine: direction de contrainte principale verticale, des particules suffisamment étirée, en manière étroitement en prise; direction parallèle à la contrainte principale, la particule de diluant, de près en forme contre la forme de base du carburant, la pression et la matière première correspondante est déformée plastiquement. d est l'étape de transition, la matière plastique et la déformation élastique visco-élastique se produit, la principale déformation élastique.Résistance à la contrainte de matière première et les phénomènes de fluage, la pression sera considérablement réduite.
Combinaison de 2 particules
KALIYAN et ainsi de suite [6]La liaison entre les particules de briquette sont résumées manière, deux théories proposées: ① entre la particule assez proche, par un procédé de moulage attrayant de liaison, ou entre les particules en raison de la force d'attraction électrostatique générée par le frottement interne, les particules peuvent être liés l'un à l'autre. Lorsque la distance entre les particules est inférieure à 0,1 μm, les forces de van der Waals deviennent l'attraction principale de la liaison interparticulaire ② Les particules sont liées par la structure du «pont solide».
Alimenter une partie des substances ou additifs, en raison de la réaction chimique, la cristallisation ou de solidification lorsque le contact entre les particules diffusées ensemble pour former un réticulée pour former une structure « pont solide », comme le mode principal entre les particules liées. Kaliyan autres études ont démontré que le maïs La lignine, les hydrates de carbone, l'amidon, les protéines et les graisses de la paille et du panic érigé se ramollissent ou se déforment, formant ainsi une structure en «pont plein» .KONG et al. [7]L'étude a confirmé que l'ajout de fibres d'emballage de déchets pendant la formation de sciure de bois crée une structure de «pont solide» avec une meilleure durabilité mécanique.
KONG et ainsi de suite [8]Une étude plus approfondie de la paille, les tiges, les feuilles, le caoutchouc, le nylon quatre types de fibre de blé formant l'ajout de riz sciure de bois, représenté sur la figure 3, a révélé la paille de riz, les feuilles, pour améliorer la qualité physique des particules de caoutchouc jouent un rôle de catalyseur comme la paille de riz, de feuilles et de caoutchouc la sciure de bois appartiennent matériau hydrophile, parmi les particules peuvent être efficacement enchevêtrés les uns avec les autres pour former une structure «pont solide. paille de blé, du genre de nylon matériau hydrophobe, afin d'améliorer la qualité de la particule effet négatif.
3 effet de liaison à la lignine
3.1 caractéristiques de transition thermique
La biomasse est un polymère naturel, la transition de propriétés thermiques se réfère à la température de transition vitreuse (Tg) et la température de fusion de la température de transition vitreuse se réfère à une température de ramollissement du polymère à l'état de verre à une transition d'état plastique. Par le polymère un poids moléculaire différent et une longue structure de chaîne de la composition de monomère, la transition vitreuse se produit dans une plage de température, une caractéristique importante de la température de fusion du polymère se réfère à un polymère. la température de transition thermique du solide à propriétés liquides modifier la lignine jouer un rôle critique au cours de la température de moulage au-dessous de l'état de transition de verre, étant donné que la cohésion et la liaison covalente formée par des liaisons secondaires, présentent une résistance mécanique plus élevée, un plus grand module d'élasticité ;. à une température au-dessus de l'état de transition vitreuse, Une partie de la rotation ou du déplacement moléculaire de la lignine devient progressivement le mouvement d'expansion thermique moléculaire, une mobilité accrue, une plus grande viscosité [9]La température de transition vitreuse de la lignine dépend de sa source et est liée au type, à la teneur en humidité et au processus d'extraction [10-11]STELTE et al [12]Les études indiquent qu'il y a plus d'un groupe acétyle, un groupe méthoxy et une petite quantité de structure hydroxyle phénolique structure de la lignine de bois dur, une température de transition vitreuse de moins de résineux [12]STELTE et al [13]Après l'étude, la température de transition vitreuse de la paille de blé de blé de la particule façonnée. Teneur en eau de 8%, de la paille de blé, et on l'extrait avec une température de transition vitreuse de la paille de l'hexane ont été 53 ℃ et 63 ℃, la température de transition vitreuse ce qui suit (30 ℃) ci-dessus (100 deg.] C) par rapport à la faible densité des particules et de la force, une extension axiale plus grande.
KALIYAN et ainsi de suite [14]Détermination de la température de transition vitreuse de la canne de maïs et le panic sous l'eau différent en utilisant la calorimétrie différentielle à balayage (a DSC), les résultats présentés dans le tableau 1, l'eau a été trouvée pour augmenter la température de transition vitreuse diminue, car l'humidité peut agir comme un agent de plastique, de la lignine - les portions de couplage entre des molécules d'hydrogène de lignine lignine - eau couplé remplacés LI analogues. [15]Par DSC, la calorimétrie différentielle à balayage de modulation de température (TMDSC), procédé thermomécanique (TMA) et rhéomètre (par rhéologie) a été testé trois industries température de transition vitreuse de la lignine. Lors de l'utilisation DSC testé directement programme de température de l'échantillon, une courbe de DSC est large pic endothermique se produisant en raison de l'évaporation de l'eau, ce qui entraîne des erreurs importantes, représentées sur la figure 4. en conséquence, l'échantillon doit être préchauffé pour faire évaporer l'humidité tout en éliminant l'histoire de préchauffage tandis que le composant de la lignine est plus sensible à la température, lorsque le traitement de préchauffage de décomposition thermique va amener la température atteint 120 degrés.] C, ce qui entraîne des changements structurels [16]. On met fin à la température du traitement de préchauffage est effectué à 90 ℃, les résultats présentés dans le tableau 2 a été trouvé par rapport au composant insoluble dans la lignine d'origine et de methanol (MI), de la lignine soluble dans le methanol (MS) contient moins de condensation Structure, avec une température de transition vitreuse inférieure.
3.2 effet de liaison de la lignine
Procédé de moulage, la lignine de transition montante adhesive thermodurcissable et l'effet de charge est le composant principal de la biomasse elle-même joue le rôle de liaison [17-18]Au moment de 70 ~ 110 ℃, la lignine commence à se ramollir, ayant une certaine viscosité, à 200 ~ 300 ℃, présenté dans un état fondu, la viscosité augmente. A ce moment, sous pression, la cellulose de la matière première, l'hémicellulose autre attirer les uns des autres par une liaison intermoléculaire et formant enroulement[19-20].
3.3 structure de la lignine
STELTE et ainsi de suite [9]Que, en particulier liaison hydroxyle pour former facile riche en hydroxyle phénolique de l'hydrogène, et la promotion de liaison formant, ce qui augmente la résistance mécanique des particules. Bois dur d'eucalyptus et sciure de bois la teneur en lignine ou moins (selon la base de données U.S. Renewable Energy Laboratory, eucalyptus la sciure de bois contenant 26,91% ~ 28,16% de lignine, la lignine contenant du disque sciure 23,87% ~ 28,55%), mais la haute énergie réelle formant des copeaux de bois d'eucalyptus, après la formation de la faible densité et de force. ceci est probablement parce que la lignine dans les copeaux de bois d'eucalyptus lilas Unité structurelle à base de lignine de bois dur à l'unité structurale à base de bois de gaïac [21], L'indice de liaison de la lignine de l'unité structurelle à base de lignine est inférieur à celui de l'unité structurale à base de bois de gaïac, l'effet de formation est très différent[13].
4 composition chimique brute
La biomasse a une structure complexe, y compris la cellulose, l'hémicellulose et la lignine, ainsi que les matières extractibles et les cendres [22-23]Différents rôle des différentes composantes du processus de moulage, illustré à la figure 5. Les différentes structures et différents types de composants des matières premières, la facilité de moulage et l'effet sont tout à fait différents[24].
4.1 Cellulose
La cellulose est un ß-1,4 liaisons glycosidiques liés D- glucose centaines de milliers de formation d'un polymère linéaire hautement ordonnée, est l'unité de répétition minimale de cellobiose (C 6H10O5)nDans les cellules végétales, la cellulose forme des microfibrilles cristallines entourées de fibres amorphes à la fois cristallines et non cristallines [25]La structure cristalline de la cellulose et riche en liaison hydrogène de telle sorte qu'il ne peut pas être moulé en tant que liant, mais peut devenir plus souple après le chauffage. En liaison par liaison hydrogène du rôle de barres d'armature "filaments semblables dans le combustible, carburant devient « squelette ». Jiangen Chen et « 26 » pour étudier les propriétés d'un seul moulage de poudre de cellulose a été trouvée pour augmenter la teneur en eau dans une certaine plage, la pression et la température, les particules peuvent améliorer la qualité, la teneur en humidité de 14% à 29%, une pression de 3 ~ 4kN, la meilleure température de moulage est 100 ℃.
4.2 Hémicellulose
L'hémicellulose est polymérisé à partir de différents types de corps monosaccharide constitué d'un polysaccharide, ladite chaîne de polymère présente la forme d'une forme amorphe, et à chaîne courte présentes dans les unités de xylose du squelette d'hémicellulose de bois dur via glycoside β-1,4 liaison ensemble, joint par des liaisons ß-1,2 glycosidiques à chaîne ramifiée, et un groupe méthyle du groupe 4-O- constitué de l'acide glucuronique. acétyle moins squelette de l'hémicellulose contenue liège, mais reliée à la principale chaîne latérale arabinofuranosyl sur la chaîne. dans le processus de moulage, la pression dans l'hydrolyse courante de dégradation de l'hémicellulose et de la lignine peut jouer un rôle de liant.
4.3 Lignine
La lignine est différente de la guaiacyle, lilas groupe de monomères phénylpropanoïdes obtenu par polymérisation du composé hydroxy-aromatique ayant une structure de réseau tridimensionnel polyphénolique matériau trois teneur en monomère différent.
groupe d'oeuvre à un motif structurel à base de gaïacol, de feuillus syringyle les unités structurales principales. modifier la teneur en lignine de certaines recherches ont été formées [27]VANDAM et al [28]Trouvé que la température au-dessus de 140 ℃ peut augmenter la force de liaison de la lignine, CASTELLANO et ainsi de suite [29]Elle a constaté que le facteur clé est les composants de départ de la qualité des particules, à haute teneur en lignine, teneur en matières extractibles faible de particules après que le matériau a été formé en ayant la meilleure qualité physique; LEHTIKANGAS'30 « trouvé dans l'écorce pour frais et après le stockage, la sciure de bois, les résidus connectant les matières premières, à haute teneur en lignine des particules ont une bonne durabilité; HOLM à l'autre [31]Que plus la teneur en lignine, mieux liée à l'intérieur des particules, une température supérieure à la température de transition vitreuse, ce qui augmente la résistance mécanique des particules; et analogues, mais BRADFIELD [32]La lignine est considérée comme une faible résistance interne de la substance analogue à de la colle dans une certaine plage peut jouer un rôle dans la liaison entre la structure cristalline du polymère du bois, mais la teneur est supérieure à leur valeur critique, l'excès de substance analogue à de la colle déposée entre les cristaux, est réduite La force et la durabilité des granules; WILSON [33]On a constaté que la relation entre la teneur en lignine et la durabilité du grain n'était pas évidente pour le bois dur et le bois résineux.
4,4 amidon
D- L'amidon est un polymère de glucose, d'une ramification dans l'amylopectine et de l'amylose sans ramification, insoluble dans l'eau à température ambiante. Dans le procédé de moulage, à une certaine température, l'humidité, la pression et l'action de compression dans le temps se produit une pâte d'amidon phénomène (irréversible), fonctionne comme un lubrifiant et de liant « 34 », le combustible est évacué du moule facilite l'amidon gélatinisé, il existe deux mécanismes :. ① sous l'effet de l'humidité et de la température, la structure cristalline de endommagée; ② réceptrice Dans le processus de pressage, les grains d'amidon sont cassés par cisaillement et extrusion, plus le degré de gélatinisation de l'amidon est élevé, plus l'effet de liaison est évident et plus la résistance mécanique du combustible est grande.[35].
4,5 protéines
A une certaine température et de conditionnement de l'humidité, la matière première exposera la dénaturation des protéines, de protéines, de matières grasses et de l'amidon est transformé en un nouveau matériau, aider à améliorer la liaison de la protéine. Le BRIGGS et [36]Recherche, augmenter la teneur en protéines des matières premières, peut améliorer la durabilité mécanique des produits, et la protéine non dénaturée peut améliorer la qualité physique du produit plus que la protéine dénaturée. [37]Lorsque la matière de départ qui contient suffisamment de protéines d'origine, son effet peut être amélioré en tant que liant. Sokhansanj comme « 38 » a l'amidon brut et la teneur en protéines plus élevée que la cellulose ne contient que des matières premières pour obtenir une meilleure résistance mécanique du produit, pour l'eau d'alimentation optimale ne contient que la cellulose est de 8% à 12% plus forte teneur en amidon et des protéines de la matière première, qui peut atteindre 20% de l'humidité optimale, extrait de soja, le blé, le seigle et l'orge et d'autres paires de protéines Jouer un rôle dans la promotion de l'extraction des protéines du maïs au contraire [39]Ont étudié le rôle catalytique du moulage de la protéine et de l'amidon, que la protéine brute de la protéine dénaturée est plus propice à un moulage, par rapport à l'amidon ajouté, si l'amidon brut ou de l'amidon gélatinisé, le rôle de la protéine brute à promouvoir une meilleure.
4,6 graisse
matière première graisse lors du moulage agissent principalement comme lubrifiants, de promouvoir la petite quantité de moulage de matières grasses, car la paroi cellulaire est extrudé dans le processus de compression des graisses naturelles, servent également comme « un pont solide « pour améliorer la durabilité. Cependant, trop liaison postérieure graisse entre les particules, étant donné que les particules de matière grasse situées entre les deux, qui peuvent supprimer l'effet de liaison hydrophobe d'autres composants solubles dans l'eau (par exemple, la lignine, l'amidon, protéine, etc.), ce qui réduit la force de liaison entre les particules [30]. L'amidon » CAVALCANTI'40, de protéines et de matières grasses dans les caractéristiques adhésives de 13 types de matières premières ont été étudiées, les résultats montrent que la teneur en matières grasses de plus de 6,5%, la durée de vie des produits est faible, ne contribuent à améliorer l'effet de liaison de l'amidon et de protéines.
5 paramètres de formation
Pression 5.1
Pression de moulage est une condition nécessaire, soumis à une certaine pression, la matière première peut être moulée par compression dans une certaine plage de pression initiale, la pression et la densité de la relation sensiblement linéaire entre le produit, au-delà de la plage de pression, et la densité du produit de façon exponentielle, La pression atteint une certaine valeur, la densité du produit augmente avec la pression n'est pas évidente [41]Wu Kai et ainsi de suite [42]L'étude a révélé que dans le moulage du dispositif d'anneau, le moule annulaire et le couple de matériau exponentielle du coefficient de Poisson, tandis que le moule annulaire et le taux de compression du couple est exponentielle. Stelte etc. [43]L'étude a révélé que la relation exponentielle de pression avec la longueur des particules, l'augmentation de la température peut réduire la pression requise.
5.2 humidité
L'humidité est un paramètre important à contrôler dans le processus de mise en forme [17]Les résultats ont montré que l'eau peut diminuer la température de transition vitreuse et de promouvoir la structure « en pont solide » est formée, la zone de contact entre les particules. L'eau est un liant naturel et un lubrifiant, une quantité d'humidité peut former un film mince entre les particules, par Large zone de contact entre les particules et la force d'interaction (force de Van der Waals), le film peut également réduire la friction entre les matières premières et les particules de moule et de matière première, réduisant la consommation d'énergie[44-45].
Mais trop d'humidité réduit la qualité du produit, car l'excès d'eau ne peut pas être des particules absorbées fixées à la surface, les particules facilement compactés. Différents taux d'humidité optimal de la matière première ne sont pas nécessairement les mêmes que « 46 », plus ou moins La meilleure valeur, la qualité du produit sera réduite LI et ainsi de suite [47]Écorce, les copeaux de bois, briquetage de luzerne, trouver teneur optimale en humidité d'environ 8%.
MANI [44]Il a noté, la teneur optimale en humidité du matériau à base de fibres formé en un 8% ~ 12%. OBEMBERGER etc. [48]Des études ont montré que la teneur en humidité de la paille de riz est le meilleur produit de qualité. Jiang Yang, etc. « 24 » pour étudier la relation entre les tiges de maïs, paille de soja, de roseaux et d'autres taux d'humidité et de la densité de 8% à 12%, que la teneur en humidité de 12% ~ 18% est plus approprié.
5.3 taille des particules
La taille des particules est également un facteur de mise en forme, plus la taille des particules, la plus sensible à la compression, meilleure est la qualité du produit [49]L'uniforme de la taille des particules, morphologiquement diverse ou une plus grande taille de particule se traduira par la densité du produit, la résistance diminue, la surface et des fissures internes. Haruna et [50]expérience de formage pour l'agriculture, la matière première de bois, ont trouvé plus la taille des particules, plus la densité de la particule façonnée. MANI trouvé, pulvérisée par un tamis diminue progressivement jusqu'à 3,2 mm 0,8 mm, la densité du produit devient plus grande. En effet, la mélange de matières premières de faire varier la forme des particules, une meilleure qualité du produit, parce que les fibres ou les particules ont une résistance d'enroulement de feuille incurvée et tordue, entrelacés lorsqu'ils sont regroupés, forment un, améliorant ainsi « pont solide » structure « 6 » la qualité du produit[44].
5.4 Température
processus de moulage, peut augmenter la température de ramollissement de la lignine, jouer un rôle dans la liaison, tout en permettant la matière première elle-même devient doux et facile à comprimer, mais la température ne doit pas être trop matériel élevé, carbonisée autrement grave, le moulage a échoué. Quand le moulage optimum différents matériaux La température est généralement 80 ~ 150 ℃[51-53]. Wanggong Liang et « 54 » à l'aide de tiges de maïs moulage caractéristiques de réponse Procédé de surface, a trouvé une interaction entre l'humidité et la température, lorsque la température est inférieure à 100 deg.] C pour réduire la teneur en humidité, lorsque la température est supérieure à 100 deg.] C augmenter la teneur en humidité, la consommation d'énergie spécifique peut être maintenue De même, il y a la plus faible consommation d'énergie à 100 ℃.
6 Discussion et suggestions
(1) de mélange technique de moulage en utilisant la différence dans les propriétés physico-chimiques des matériaux différents, des formulations de moulage d'un certain pourcentage, les composants d'alimentation complémentaires pour obtenir des propriétés améliorées de verrouillage mécanique entre les particules, l'effet d'amélioration de l'aptitude au moulage, une seule solution d'alimentation ne peut pas satisfaire les normes requises efficaces Les moyens techniques devraient être l'une des principales directions de la recherche future.
(2) différents chercheurs adoptent différentes méthodes de recherche, différentes de l'original
propriétés de transition thermique des matériaux, les résultats de la recherche ne sont pas exactement les mêmes. Il est donc nécessaire de modifier les propriétés thermiques de la matière première étude approfondie peut fournir une base théorique pour la production de briquette de maintenir une plage de température raisonnable, réduire la consommation d'énergie.
(3) Etant donné que la lignine pendant le moulage rôle important dans la liaison, mais seulement après avoir un rôle dans la transition de ramollissement de liaison thermique se produit. Dans le procédé de moulage de lignine différents matériaux ne sont pas exactement la même fonction, l'influence de la teneur en lignine est en outre formée aucune compréhension commune des effets de la structure de la lignine formant peu, il est donc nécessaire de modifier la base de l'étude de ses propriétés thermiques sur l'impact des différents matériaux constituant l'étude de classification de sa structure et le contenu, qui peut être La production de matières premières déploiement, formant un ensemble raisonnable de paramètres pour fournir des conseils théoriques.
(4) Construction d'une configuration de « ponts solides » peut améliorer considérablement la qualité des produits, mais les conditions de sa construction et pendant la construction Morphology Microscopique est pas assez profond, la recherche dans ce domaine peut élucider la liaison entre les particules et de manière améliorée La qualité du carburant indique la direction.
(5) améliorer la qualité de briquette est les changements de cause racine dans le processus de moulage des groupes fonctionnels et des liaisons chimiques. La recherche actuelle sur cet aspect ne suffit pas connaissance approfondie du processus de moulage des groupes fonctionnels et des liaisons chimiques ainsi son activation et les moyens cassés, de plus Micro-perspective révèle la liaison de la lignine, est la base pour l'étude du mécanisme de formation.
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