最近的一篇论文发表在杂志上ACS工程非盟证明了灰的特性产生共燃的小桉树树皮/生物炭和煤炭。
研究:描述的灰烬从利用生物炭粉末燃料条件下煤。图片来源:悉尼Schaaf / Shutterstock.com
背景
生物质可以用作发电可持续的原料,确保能源安全。生物质直接燃烧是一种既定的发电技术。营养丰富的灰烬从燃烧生物质必须获得回收进入土壤促进再行业的可持续发展。
生物质和煤往往co-fired粉末燃料条件下发电。然而,回收产生的火山灰这种生物质能技术可以增加毒性的风险元素浸出进入土壤,煤灰包含几个有毒微量元素。因此,描述共燃生物质与煤的灰生产需要确定灰管理策略进行了优化。
使用生物质中的原料极具挑战性,由于其高含水量,笨重的大自然,与煤属性不匹配,易磨性较差。这些问题可以解决通过共燃生物炭与传统粉末燃料煤锅炉。的预处理生物质在低温下使用分布式快速热解产生的生物炭和生物。
生物可以转化为高价值的绿色化学品/液体运输燃料,而生物炭与高能量密度和优异的易磨性可以co-fired煤用于发电。生物炭含有更高的内容的火山灰、碳和无机灰分形成元素和挥发性物质相比,生物质更少。因此,生物炭可以产生灰烬co-fired时煤与不同的属性。
尽管灰烬从煤炭和生物质燃烧获得了在先前的研究中,从共烧煤产生的灰烬生物炭直到现在没有的特点。
提出的概念图biochar-based共烧技术。图片来源:吴,H et al ., ACS工程非盟
这项研究
在这项研究中,研究人员为灰烬从共烧煤和生物炭的浸出特性,热行为、矿物学、化学成分、粒度分布(PSD),形态学评估这个biochar-based共烧技术的潜力不同的应用程序。
三个燃料样品,牧羊犬煤炭、小桉树树皮、和生物炭的快速热解小桉树树皮,是利用共燃的混合燃料的实验做准备。
树皮是分开的桉树polybractea在烤箱/小桉树树,干40oC, size-reduced使用切磨,渗进75−90μm大小分数。随后,树皮受到快速热解使用快速热解反应器,享年500岁oC生产生物炭。
牧羊犬煤炭和干105oC在一夜之间和渗75−90μm大小的分数。随后,生物炭或树皮彻底与煤混合在40岁,20,5%浓度的基础上低热值(低热值)合成混合燃料燃烧实验。
drop-tube炉(DTF)系统是用于执行燃烧实验。炉温度维持在1400人oC,原料粒子的加热速度是10000°C / s。欧洲杯猜球平台原料粒子送入系统在0.05克/欧洲杯猜球平台分钟喂养率,及其在DTF等温区停留时间是1.7秒。
SEM图像产生的灰烬从燃烧的树皮(a、b),生物炭(e, f),煤(i, j),树皮/煤= 40/60 (m, n)和生物炭/煤= 40/60 (q, r),连同他们的EDS光谱(c、d、g h, k, l, o, p, s, t)。只是指出,EDS分析是定性,因为火山灰颗粒没有抛光。欧洲杯猜球平台图片来源:吴,H et al ., ACS工程非盟
原料颗粒完全燃烧后,两个氦流被用来解渴的烟气水冷抽样调查。欧洲杯猜球平台当时烟气稀释3.4 L / min的空气和转入Dekati气旋,在粒子与超过10μm收集空气动力学直径作进一步鉴定。欧洲杯猜球平台
煤的工业分析、生物炭和树皮进行下美国社会标准测试方法(ASTM) e870 - 82。一个元素分析仪是用于确定氮、氢、碳、氯和硫的内容,而被量化使用一种改进的埃斯卡法融剂。
Dionex ics - 3000离子色谱法是利用量化碱和碱土金属(AAEM)物种的燃料,而电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP−AES)来量化钛、磷、锰、锶、铁、硅和铝的燃料。
蔡司EVO 40 xvp扫描电镜仪器配备能量色散x射线谱仪(能谱)和Bruker-AXS D8进步型x射线衍射仪(XRD)是用于描述的灰烬。热重分析(TGA)的热行为进行了调查。
观察
研究人员系统地特征产生的灰烬co-combustion煤炭和生物炭/树皮。生物炭的性质是密切与煤的固定碳的性质,波动和低热值比树皮。热解期间获取的生物产量高,提高了整体经济过程的可行性。
热解后的干生物炭产量为24.3 wt %的树皮。然而,几乎89%的钾和钙的100%,镁,钠后的树皮被保留在生物炭热解过程。因此,这些元素的浓度明显高于生物质相比,生物炭。
只有28%氯被保留在生物炭为大多数氯氯甲烷的形式发布和/或盐酸在热解过程中,显示生物炭作为共燃燃料的另一个优点chlorine-related问题在很大程度上减轻。
生物炭的形貌和树皮火山灰颗粒是不规则的形状,而煤灰颗粒是圆的。欧洲杯猜球平台所有火山灰颗粒是单欧洲杯猜球平台峰分布,5−12μm足球场大面积模式直径,除了树皮的火山灰颗粒显示在95μm和65μm两大高峰。
量water-leachable营养元素产生的灰烬从燃烧的树皮,生物炭、煤,以及它们的混合物。S / L =固体/液体比水浸出。图片来源:吴,H et al ., ACS工程非盟
AAEM物种,如钙、镁、钾和钠的主要无机材料在生物炭和树皮灰烬。欧洲杯足球竞彩这些无机元素的贡献92−94 wt %的总无机物种在生物炭/树皮。在煤灰、硅、铝和铁占84 wt %的无机材料。欧洲杯足球竞彩
钙、镁含量高的生物炭/煤灰烬而树皮煤灰烬下类似共燃比率由于高浓度生物炭的这些元素。
赤铁矿、石英和莫来石的主要矿产发现煤灰,而石灰、方解石、菱镁矿,氢氧钙石主要矿物质的生物炭和树皮灰。在这些灰烬未燃烧碳含量是微不足道的。69%的钙,56%的镁、钠钾的41%,和56%的骨灰可以通过水浸出回收。
大量的微量元素,如砷、锌、硒、铅、镍、锰、汞、镉、铜,没有检测到洗水的渗滤液。然而,40%的铬灰中检测到生物炭/煤超过惰性阈值。
综上所述,本研究的结果表明,营养丰富的灰烬从共燃树皮/获得biochar-coal可以有效地、安全地回收进入土壤,除了产生的灰烬从40%生物炭/煤混合物由于高水平的铬的存在。
源
吴,H。高,X。陈,X。等。描述的灰烬从利用生物炭粉末燃料条件下煤。ACS工程非盟2022年。https://doi.org/10.1021/acsengineeringau.2c00012
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