表 1
样品的工业分析
Table 1.
Proximate analysis of samples
引用本文:
戴财胜, 刘学鹏, 戴谨泽, 马淞江. 锯木屑与褐煤共热解生物焦的成浆性能及其流变特性[J]. 燃料化学学报,
2016, 44(7): 784-791.
Citation: DAI Cai-sheng, LIU Xue-peng, DAI Jin-ze, MA Song-jiang. Preparation and rheological property of the char-water slurry based on co-pyrolysis of sawdust and lignite[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2016, 44(7): 784-791.
Citation: DAI Cai-sheng, LIU Xue-peng, DAI Jin-ze, MA Song-jiang. Preparation and rheological property of the char-water slurry based on co-pyrolysis of sawdust and lignite[J]. Journal of Fuel Chemistry and Technology, 2016, 44(7): 784-791.
锯木屑与褐煤共热解生物焦的成浆性能及其流变特性
摘要:
模拟外热式直立炭化炉组装热解实验平台对锯木屑、云南褐煤进行热解/共热解提质, 采用成浆实验法研究了锯木屑、云南褐煤热解生物焦/半焦及其共热解生物焦的成浆性能。结果表明, 热解能显著提高锯木屑、云南褐煤的成浆性能, 锯木屑、云南褐煤分别在500 ℃下热解1.5 h, 所得到的生物焦、半焦的成浆浓度分别由热解前的29.21%、54.63%提高至38.57%、60.19%。相同热解条件下, 锯木屑与云南褐煤共热解生物焦的成浆性能明显优于锯木屑、云南褐煤分别单独热解混合焦(生物焦与半焦的混合物) 的成浆性能。锯木屑浆、生物焦浆、共热解生物焦浆、混合生物焦浆等均从总体上表现为假塑性特性, 但当锯木屑含量大于等于50%时, 锯木屑与云南褐煤共热解生物焦浆的流变特性与生物焦浆类似, 在剪切速率较低的条件下, 具有明显的剪切变稠特性, 表现出较强的胀塑性。共热解生物焦的成浆性能优于混合生物焦的原因在于云南褐煤和锯木屑在共热解过程中的协同作用整体增强了共热解生物焦的芳构化程度。
English
Preparation and rheological property of the char-water slurry based on co-pyrolysis of sawdust and lignite
Abstract:
An integrated experimental apparatus for pyrolysis/co-pyrolysis was employed to carry out the upgrading process of sawdust, Yunnan lignite, and their blends. The slurry-ability of the upgraded char was investigated. The results show that the slurry-ability of sawdust and Yunnan lignite is significantly improved via pyrolysis process. Bio-char and semi-coke were prepared at 500 ℃ holding 1.5 h. The solid loadings of the resulting slurry fuels derived from sawdust and lignite were enhanced from 29.21% and 54.63% to 38.57% and 60.19%, respectively. Under the same pyrolysis conditions, the slurry-ability of the char prepared from co-pyrolysis of sawdust and Yunnan lignite is apparently superior to that of the corresponding bio-char/coal char mixture with the same original mass ratio of feedstock. The prepared char-water slurries generally display pseudo-plastic behavior, i.e., the shear press decreases with increasing shear rate. When the mass ratio of sawdust exceeds 50%, the rheological property of char-water slurry tend to be shear thickening, exhibiting strong dilatant behavior at low shear rate, which is similar to the rheological property of biochar-water slurry. The desirable slurry-ability of the char produced from co-pyrolysis could be attributed to the synergistic effect of biomass and coal, which is likely to improve aromaticity of the resulting hybrid char.
-
Key words:
- sawdust
- / lignite
- / co-prolysis
- / bio-char water slurry
- / rheological property
-
锯木屑是木材加工过程中产生的生物质固体废物，主要由木质素、纤维素、半纤维素等高附加值有机物组成。目前，对锯木屑的综合利用主要有直接燃烧、压制木材、气化制化工原料、发酵制养殖饲料、制活性炭类吸附材料等途径[1-6]。其中，直接燃烧不仅能效低，还会因燃烧不充分产生大量的二次污染物，导致大气污染。
水煤浆技术是20世纪70年代兴起的一种新型煤基制浆技术，水煤浆即可以作为清洁燃料代油燃烧，也可以作为生产甲醇等化工产品的气化原料。锯木屑作为高附加值的生物质固体废物，具有代替水煤浆中的煤，制备浆体燃料/原料的潜能。目前，已有学者对生物质煤/焦浆做了相关研究。周志军等[7]将水稻杆与山东兖矿精煤混配制浆，研究表明，单一种类的添加剂并不适宜制备高浓度生物质煤浆。邓辉[8]将水葫芦与福建无烟煤混配，制得了稳定性能较好的生物质煤浆，水葫芦的添加量为3%-3.5%。彭倩[9]将密度较大的水花生与金陵石油焦混配制备生物质焦浆，提高了金陵石油焦的稳定性能，水花生的添加量可达到10.9%左右。Liu等[10]将城市污泥与石油焦混配制备生物质焦浆，研究结果表明，污泥的掺入可以有效提高水焦浆的稳定性能和流变性能，当污泥添加量达到6%以上时，其流变特性从胀塑性变为假塑性，具有剪切变稀特性。Chen等[11]采用带电共聚物和蔗糖作为添加剂对小桉树生物焦进行成浆性能实验，在优化粒度级配的前提下，可制备浓度约为40%的生物焦浆。Wei等[12]将锯木屑浆在氢气气氛下进行预处理(环境温度为230 ℃，环境压力为690 kPa)，然后与水煤浆混配，可制备浓度为55%的生物质煤浆，其中，生物质(锯木屑) 占固体质量的25%。
部分学者将生物质直接掺入成浆性能较好的煤/焦中，可以代替水煤/焦浆中的部分煤，制备生物质煤/焦浆，但生物质的掺入比例较低，且多利用与其混配的煤/焦本身具有优良的成浆性能，并未从本质上改善生物质的成浆性能；部分学者对生物质进行了预处理，一定程度地从本质上改善了生物质的成浆性能，但其成浆浓度依然较低，从能效考虑，难以实现工业化生产。研究将锯木屑与成浆性能差的云南褐煤混配共热解，将其固态产物(共热解生物焦) 直接制备高浓度生物焦浆，不仅从本质上改善了生物质(锯木屑) 的成浆性能、提高了锯木屑的掺混比例，还实现了生物质和低阶煤的协同资源化利用。
1 实验部分
1.1 实验原料
实验所用锯木屑为某木材加工厂加工杉树过程中产生的木屑，实验用褐煤为云南褐煤(简称lignite)，其工业分析见表 1。
表 1
样品的工业分析
Table 1.
Proximate analysis of samples
Sample Proximate analysis wad/% Qnet, ad/(MJ·kg-1) M A V FC Sawdust 28.86 0.21 62.28 8.65 19.267 Lignite 31.01 8.20 32.54 28.25 17.278 表 1 样品的工业分析
Table 1. Proximate analysis of samples1.2 实验方法
1.2.3 水焦浆/生物焦浆的浓度
水焦浆的浓度测定参照GB/T 18856.2-2008。研究用C表示生物焦浆的浓度。
1.2.1 半焦/生物焦/共热解生物焦的制备及其质量分析
模拟外热式直立炭化炉组装热解实验平台，示意图见图 1。设定热解实验平台的升温区间为室温-500 ℃，热解气氛为氮气，升温速率为20 ℃/min，保温时间为1.5 h，热解原料的粒径小于等于6 mm。用w表示热解原料中锯木屑占总原料的质量分数，将锯木屑(w=100%)、云南褐煤(w=0) 分别进行单独热解，热解完成后得到的固态产物分别称作生物焦(biochar) 和半焦(semi-coke)；将不同w(w=25%、50%、75%) 值的锯木屑与云南褐煤混合均匀共热解, 得到系列热解固态产物即为共热解生物焦(co-pyrolysis biochar)。将半焦、生物焦、共热解生物焦均统称为焦(char)，其产率及工业分析见表 2。焦的工业分析执行GB/T 212-2008，发热量测定执行GB/T 213-2008。相较于热解原料，焦的水分、挥发分显著降低，固定碳、发热量得到明显提高。随着热解原料中锯木屑的占比逐渐增加，焦的产率呈线性递减，水分呈递增趋势。
图 1
热解实验平台示意图
Figure 1.
Pyrolysis experimental facility
表 2
焦的产率及工业分析
Table 2.
Yield and proximate analysis of char
Sample Yield w/% Proximate analysis wad/% Qnet,ar/(MJ·kg-1) M V A FC Semi-coke (w=0) 45.60 2.96 20.95 13.74 62.35 23.286 Co-pyrolysis biochar (w=25%) 40.65 2.98 23.66 11.22 62.14 23.590 Co-pyrolysis biochar (w=50%) 33.80 4.02 24.59 9.36 62.03 24.944 Co-pyrolysis biochar (w=75%) 25.75 5.70 19.10 7.30 67.90 26.939 Biochar (w=100%) 19.16 5.40 14.37 1.90 78.33 29.858 表 2 焦的产率及工业分析
Table 2. Yield and proximate analysis of char1.2.5 水焦浆的定黏浓度(φ)
根据不同浓度水焦浆的表观黏度绘制出表观黏度-浓度关系图，水焦浆在表观黏度为1 000 mPa·s处所对应的浓度即为定黏浓度(φ)。用定黏浓度(φ) 用来表征焦的成浆性能，定黏浓度(φ) 越大，表明焦的成浆性能越好。
1.2.2 水焦浆的制备
采用SDDP制样粉碎机将焦粉碎至0.3 mm以下，其中, 粒径小于等于0.074 mm的颗粒占75%-77%。每次制备水焦浆100 g，根据需要制备的水焦浆的浓度，准确称取预先计算所需的水、添加剂、焦，依次加入250 mL烧杯中，机械搅拌15 min，搅拌速率为1 000 r/min，就得到水焦浆。添加剂为课题组自主研发的DCS复合添加剂，添加量为焦质量的1%。
1.2.4 水焦浆的表观黏度
采用NXS-4C水煤浆黏度计对水焦浆的黏度进行测定。将规定量的水焦浆倒入测量容器中，使转子的剪切速率均匀的从0升到100 s-1，记录不同剪切速率下，水焦浆的黏度；当剪切速率达到100 s-1时，保持剪切速率不变，每隔10 s记录一次水焦浆的黏度数据，共计六次，取其平均值，记为表观黏度。水焦浆黏度测量过程中，利用HS-4B恒温浴槽保持仪器测量温度在(20±0.1) ℃。
2 结果与讨论
2.1 焦的成浆性能
2.2 水焦浆的流变特性
水焦浆作为代油燃烧的清洁燃料和重要的气化原料，需要保持较好的泵送性能以便于管道输送。流变特性是影响水焦浆泵送性能的重要参数之一。作为两相固-液流体，水焦浆的流变特性可以用幂次律模型进行表征：τ=k·γn。其中，τ表示剪切应力，Pa；k表示稠度系数，Pa·sn；γ表示剪切速率，s-1；n表示流变指数。若浆体为牛顿流体，则n=1；若为胀塑性流体，则n＞1，具有剪切变稠特性；若为假塑性流体，则n＜1，具有剪切变稀特性。
2.3 机理初探
对热解原料及半焦、生物焦、共热解生物焦进行红外光谱分析，测试时保证其透过率为80%左右。测试结果见图 9，利用OMNIC峰面积计算工具求取处于3 000-3 270 cm-1附近的芳香氢(Ar-H) 伸缩振动峰及处于2 867-3 000 cm-1附近的脂肪氢(Al-H) 伸缩振动峰的峰面积。之后，依据共热解生物焦中生物焦、半焦的理论比例，计算混合生物焦的芳香氢(Ar-H) 伸缩振动峰、脂肪氢(Al-H) 伸缩振动峰的峰面积。以芳香氢与脂肪氢伸缩振动峰的面积比值(Ar-H/Al-H) 来表征样品的芳构化程度。该比值越大，说明样品的芳构化程度越高。其计算结果见图 10，经热解/共热解提质后，生物焦的芳构化程度得到显著提高，共热解生物焦的芳构化程度明显高于混合生物焦的芳构化程度。这正是经热解/共热解提质后，水焦浆的成浆性能得到显著提高，且共热解生物焦的成浆性能优于混合生物焦的根本原因所在。
图 9
热解原料及生物焦的FT-IR谱图
Figure 9.
FT-IR spectrum of samples
图 10
热解原料及生物焦的芳构化程度
Figure 10.
Aromatization level of samples
2.1.2 锯木屑和云南褐煤共热解生物焦的成浆性能
为了比较锯木屑和云南褐煤共热解生物焦与云南褐煤、锯木屑分别单独热解所得到的半焦与生物焦的混合物(简称混合生物焦) 的成浆性能的差异，在相同热解条件下，一方面，将锯木屑与云南褐煤按不同的比例混配进行共热解得到系列共热解生物焦；另一方面，将锯木屑(其质量与共热解的锯木屑质量相同) 与云南褐煤(其质量与共热解的云南褐煤的质量相同) 分别单独热解得到系列对应的混合生物焦，对共热解生物焦和混合生物焦进行成浆性能实验，其结果见表 3、图 3。
表 3
共热解生物焦与混合生物焦成浆性能对比
Table 3.
Slurry-ability of co-pyrolysis BCWS and blended BCWS
Sample φ/% co-pyrolysis BCWS blended BCWS w=25% 59.36 56.86 w=50% 58.08 50.43 w=75% 50.10 41.65 表 3 共热解生物焦与混合生物焦成浆性能对比
Table 3. Slurry-ability of co-pyrolysis BCWS and blended BCWS
图 3
生物焦浆的表观黏度-浓度关系图
Figure 3.
Apparent viscosity-concentration dependence of BCWS
随着共热解原料中锯木屑的比例增加(即w值的增大)，共热解生物焦浆(co-pyrolysis biochar water slurry, 简称co-pyrolysis BCWS) 的定黏浓度(φ) 逐渐减小，共热解生物焦的成浆性能逐渐变差，但在w小于等于50%时，共热解生物焦浆的φ变化幅度不大，且均具有较高的成浆性能。
混合生物焦的成浆性能与共热解生物焦浆有类似的变化趋势，随着w值的增大，混合生物焦浆的成浆性能明显变差。但不同于共热解生物焦浆在w小于等于50%时，成浆性能变化幅度不大的特点，混合生物焦浆(blended biochar water slurry, 简称blended BCWS) 的φ随着w值的增大，呈稳定减少趋势。
对比相同w值时，共热解生物焦和混合生物焦的成浆性能，可发现共热解生物焦的成浆性能均显著优于混合生物焦的成浆性能，随w的增加，φ值差异更显著(见表 3)。这可能是因为锯木屑和云南褐煤在共热解过程中，具有协同作用，整体提高共热解生物焦的芳构化程度，从而提高其成浆性能。
2.1.1 云南褐煤/锯木屑及其热解半焦/生物焦的成浆性能
云南褐煤、锯木屑及其热解固态产物的成浆性能见图 2，由图 2可知，锯木屑的成浆性能极差，利用插值法可得出其定黏浓度仅29.21%，而其热解得到的生物焦的定黏浓度可达到38.57%。同理，半焦的定黏浓度从云南褐煤的54.63%提高至60.19%。这说明热解能显著提高锯木屑、云南褐煤的成浆性能。
图 2
锯木屑/褐煤及其生物焦/半焦的成浆性能
Figure 2.
Slurry-ability of sawdust/lignite and biochar/coal char
2.2.1 云南褐煤浆和锯木屑浆的流变特性
图 4为云南褐煤浆的流变特性，图 5为锯木屑浆的流变特性，表 4为云南褐煤浆及锯木屑浆的流变特性参数。由图 4、图 5、表 4可知，云南褐煤浆(coal water slurry, 简称CWS) 和锯木屑浆(sawdust water slurry, 简称SWS) 的流变曲线具有显著的剪切变稀特性(n＜1)，即云南褐煤浆、锯木屑浆均为假塑性流体。这是由于云南褐煤和锯木屑表面存在大量极性基团，其与浆体中的水通过氢键的作用，使大量的水分子附着于云南褐煤、锯木屑的表面，形成致密的水化膜，将浆体中的部分自由水和添加剂禁锢在固体颗粒的表面，形成较稳固的三维网状结构。而在剪切的过程中，该三维网状结构随着剪切速率的增加，不断的被破坏，依据此结构而附着在云南褐煤、锯木屑表面的水分子和添加剂也因此被释放到浆体中，在浆体的颗粒之间充当润滑剂和分散剂的作用[13]。因此，随着剪切速率的增加，云南褐煤浆和锯木屑浆的黏度逐渐降低。
图 4
云南褐煤浆的流变特性
Figure 4.
Rheological properties of CWS
图 5
锯木屑浆的流变特性
Figure 5.
Rheological properties of SWS
表 4
云南褐煤浆及锯木屑浆的流变特性参数
Table 4.
Parameters of rheological model for CWS and SWS
Sample C/% μ/(mPa·s) k/(Pa·sn) n R2 CWS 64.65 1 005.7 3.405 86 0.723 57 0.998 56 53.99 812.2 2.562 68 0.741 08 0.998 91 53.55 738.7 2.534 72 0.722 82 0.996 47 SWS 22.48 202.7 1.031 34 0.649 88 0.996 50 20.67 47.0 0.893 25 0.392 53 0.985 21 表 4 云南褐煤浆及锯木屑浆的流变特性参数
Table 4. Parameters of rheological model for CWS and SWS2.2.2 半焦浆(w=0) 和生物焦浆(w=100%) 的流变特性
表 5为半焦浆和生物焦浆的流变特性参数。由表 5可知，半焦浆和生物焦浆整体上具有剪切变稀特性(n＜1)，表现出假塑性特性。图 6为半焦浆的流变特性，图 7为生物焦浆的流变特性。对比图 6、图 7可知，半焦浆(semi-coke water slurry, 简称SCWS) 始终呈现剪切变稀的特性，而生物焦浆(biochar water slurry, 简称BCWS) 虽然整体呈现剪切变稀的特性，但在剪切速率较低的条件下，具有明显的剪切变稠特性，表现出一定的胀塑性特性。这可能是因为生物焦浆中的小颗粒在较低剪切应力的作用下，发生水电丛聚现象，提高浆体的黏度。这种丛聚进一步压迫浆体中的颗粒，使其形成一种不规则的棒状粒子，从而更进一步提高浆体的黏度[14]。而在较高剪切应力的作用下，浆体中这种不规则的棒状粒子被打散，进而又重新表现为剪切变稀特性。
表 5
半焦浆和生物焦浆的流变特性参数
Table 5.
Parameters of rheological model for SCWS and BCWS
Sample C/% μ /(mPa·s) k/(Pa·sn) n R2 SCWS 61.57 1 325.2 8.717 54 0.589 47 0.994 65 (w=0) 60.17 995.2 5.971 65 0.588 06 0.988 50 59.90 735.7 4.073 36 0.620 52 0.987 61 BCWS 31.29 590.2 2.461 12 0.714 08 0.976 87 (w=100%) 40.12 1 087.3 4.600 12 0.705 47 0.986 17 表 5 半焦浆和生物焦浆的流变特性参数
Table 5. Parameters of rheological model for SCWS and BCWS
图 6
半焦浆的流变特性
Figure 6.
Rheological properties of SCWS
图 7
生物焦浆的流变特性
Figure 7.
Rheological properties of BCWS
2.2.3 共热解生物焦浆的流变特性
对共热解生物焦浆、混合生物焦浆的流变曲线进行幂次律模型拟合，结果见表 6。
表 6
共热解生物焦浆和混合生物焦浆的流变特性参数
Table 6.
Parameters of rheological model for co-pyrolysis/ blended BCWS
w/% Co-pyrolysis BCWS Blended BCWS C /% μ/(mPa·s) k/(Pa·sn) n R2 C /% μ/(mPa·s) k/(Pa·s n ) n R2 25 60.37 1 303.2 5.309 21 0.706 97 0.997 67 57.65 1 155.2 7.690 04 0.583 83 0.999 22 58.80 832.0 1.570 16 0.849 19 0.999 66 55.69 767.5 4.227 53 0.642 21 0.999 48 58.49 698.8 1.330 09 0.853 53 0.999 57 57.67 587.8 0.909 96 0.880 00 0.999 79 50 58.83 1 132.7 1.911 60 0.872 80 0.994 25 50.60 1 038.0 3.560 40 0.752 67 0.997 30 58.12 1 009.8 1.686 92 0.869 01 0.996 26 48.75 617.2 3.789 04 0.614 14 0.994 91 57.58 857.0 1.332 04 0.882 70 0.996 40 75 50.12 1 006.7 2.009 97 0.843 83 0.992 81 42.10 1 128.3 6.082 80 0.667 04 0.971 95 49.95 942.5 1.798 53 0.852 98 0.993 72 39.89 500.0 2.698 19 0.678 89 0.971 51 48.83 783.2 1.203 86 0.892 46 0.996 99 表 6 共热解生物焦浆和混合生物焦浆的流变特性参数
Table 6. Parameters of rheological model for co-pyrolysis/ blended BCWS共热解生物焦浆和混合生物焦浆整体上均呈现假塑性特性(n＜1)，且混合生物焦浆的假塑性特性更显著。就共热解生物焦浆而言，随着成浆浓度的增高，n均逐渐增大，浆体的假塑性特性均逐渐减弱。而在混合生物焦浆中，并未发现类似的规律。图 8为共热解生物焦浆和混合生物焦浆的流变特性。由共热解生物焦的流变特性曲线可知，在剪切速率较低的条件下，锯木屑含量大于等于50%时，锯木屑与云南褐煤共热解生物焦浆的流变特性与生物焦浆类似，具有明显的剪切变稠特性，表现出较强的胀塑性。相应的，如混合生物焦的流变特性曲线所示，仅w大于等于75%的混合生物焦浆在剪切速率较低的条件下呈现出微弱的与生物焦浆类似的胀塑性特性。这是由于锯木屑中的H/C比较高，在共热解过程中锯木屑析出大量的富氢气体和氢气，这些气体作为氢源与煤中的自由基发生反应，促进了煤的热解过程，改变了共热解焦的结构特征，从而改变了其制备的浆体的流变特性[15]。
图 8
共热解生物焦浆和混合生物焦浆的流变特性
Figure 8.
Rheological properties of co-pyrolysis/blended BCWS
在混合生物焦浆中，当生物焦的比例达到很大时，混合生物焦浆才表现出与生物焦浆类似的流变特性；而在共热解生物焦浆中，由于共热解过程的协同作用使其得到的产物与单独热解之后再混合的产物具有不同的特性，该特性的差异表现在水焦浆中，使共热解生物焦浆在更低的w值时，就表现出与生物焦浆相似的流变特性。
3 结论
热解能显著提高云南褐煤浆、锯木屑的成浆性能，经热解提质后，云南褐煤、锯木屑的成浆浓度分别从54.63%、29.21%提高至60.19%、38.57%。
相同热解条件下，锯木屑与云南褐煤共热解生物焦的成浆性能明显优于锯木屑、云南褐煤分别单独热解混合生物焦(生物焦与半焦的混合物) 的成浆性能。
锯木屑浆、生物焦浆、共热解生物焦浆、混合生物焦浆等均从总体上表现为假塑性特性。但当锯木屑含量w大于等于50%时，锯木屑与云南褐煤共热解生物焦浆的流变特性与生物焦浆类似，在剪切速率较低的条件下，具有明显的剪切变稠特性，表现出较强的胀塑性。相应的，仅w大于等于75%时，混合生物焦浆在剪切速率较低的条件下呈现出微弱的与生物焦浆类似的胀塑性特性。
共热解生物焦的成浆性能优于混合生物焦的原因在于云南褐煤和锯木屑在共热解过程中的协同作用整体提高了共热解生物焦的芳构化程度。
-
-
[1]
王建和. 国内外对锯木屑的利用和研究概述[J]. 广东林业科技, 1991(3): 23-27. WANG Jian-he. Review on research and utilization of sawdust[J]. Guangdong Forestry Sci Technol, 1991, (3): 23-27.
-
[2]
吕友军, 郭烈锦, 郝小红, 翼承猛. 锯木屑在超临界水中气化制氢过程的主要影响因素[J]. 化工学报, 2004,55,(12): 2060-2066. LÜ You-jun, GUO Lie-jin, HAO Xiao-hong, JI Cheng-meng. Influence of main paramters on wood sawdust gasification in supercritical water[J]. J Chem Ind Eng (China), 2004, 55(12): 2060-2066.
-
[3]
HUBEr G W, SARA I, AVELINO C. Synthesis of transportation fuels from biomass: Chemistry, catalysts, and engineering[J]. Chem Rev, 2006, 106(9): 4044-98. doi: 10.1021/cr068360d
-
[4]
吴国庆. 锯木屑发酵养猪法[J]. 农村新技术, 2014(6): 25-26. WU Guo-qing. The method to raise pigs with sawdust[J]. New Rural Tech, 2014, (6): 25-26.
-
[5]
何辰庆, 吴云鹤. 利用生物质生产高效蛋白饲料的研究[J]. 生物技术, 1993,3,(3): 33-36. HE Chen-qing, WU Yun-he. Study of production of high efficiency protein feed by using biotic matters[J]. Biotechnol, 1993, 3(3): 33-36.
-
[6]
钱永, 吴磊, 王建军, 庄俊涛. NaOH改性落叶松锯木屑对活性染料的吸附性能[J]. 生态与农村环境学报, 2012,28,(4): 445-450. QIAN Yong, WU Lei, WANG Jian-jun, ZHUANG Jun-tao. Performance of NaOH-modified larch sawdust adsorbing reactive dyes[J]. J Ecol Rural Environ, 2012, 28(4): 445-450.
-
[7]
周志军, 李响, 周俊虎, 刘建忠, 岑可法. 生物质水煤浆及添加剂的研究[J]. 煤炭学报, 2012,37,(1): 147-153. ZHOU Zhi-jun, LI Xiang, ZHOU Jun-hu, LIU Jian-zhong, CEN Ke-fa. Evaluation of surfactants used in biomass coal-water slurries[J]. J Chin Coal Soc, 2012, 37(1): 147-153.
-
[8]
邓晖.生物质水煤浆的研制[D].福州:福州大学, 2010.DENG Hui. The study of biomass coal water slurry[D]. Fuzhou: Fuzhou University, 2010.
-
[9]
彭倩.生物质水煤浆制备及燃烧气化研究[D].杭州:浙江大学, 2011.PENG Qian. Preparation, combustion and gasification of biomass coal water slurry[D]. Hangzhou: Zhejiang University, 2011.
-
[10]
LIU M, DUAN Y, MA X. Effect on surface chemistry and structure of sludge particles on their co-slurrying ability with petroleum coke[J]. Int J Chem React Eng, 2014, 12(1): 429-439.
-
[11]
CHEN R, WILSON M, LEONG Y K, BRYANT P, YANG H, ZHANG D K. Preparation and rheology of biochar, lignite char and coal slurry fuels[J]. Fuel, 2011, 90(4): 1689-1695. doi: 10.1016/j.fuel.2010.10.041
-
[12]
WEI H, CHAN S P, NORBECK J M. Rheological study of comingled biomass and coal slurries with hydrothermal pretreatment[J]. Energy Fuels, 2009, 23(1): 4763-4767.
-
[13]
杨波丽, 龚凯峰, 邹建辉, 刘海峰, 王辅臣, 于遵宏. 褐煤与石油焦共成浆性研究[J]. 燃料化学学报, 2008,23,(4): 391-396. YANG Bo-li, GONG Kai-feng, ZHOU Jian-hui, LIU Hai-feng, WANG Fu-chen, YU Zun-hong. Slurryability of lignite and petroleum coke mixture[J]. J Fuel Chem Technol, 2008, 23(4): 391-396.
-
[14]
FARR R S, MELROSE J R, BALL R C. Kinetic theory of jamming in hard-sphere startup flows[J]. Phys Rev E: Stat Phys, Plasmas Fluids, Relat Interdiscip Top, 1997, 55(6): 7203-7211.
-
[15]
杨小芹, 刘雪景, 刘海雄, 岳晓明, 曹景沛, 周敏. 白松木屑半焦与褐煤共气化过程中的协同效应[J]. 物理化学学报, 2014,30,(10): 1794-1800. YANG Xiao-qin, LIU Xue-jing, LIU Hai-xiong, YUE Xiao-ming, CAO Jing-pei, ZHOU Min. Synergy effect in co-gasification of lignite and char of pine sawdust[J]. Acta Phys Chim Sin, 2014, 30(10): 1794-1800.
-
[1]
-
图 1 热解实验平台示意图
Figure 1 Pyrolysis experimental facility
1: nitrogen gas cylinder; 2: rotor flowmeter; 3: temperature controlled equipment; 4: resistance furnace; 5: pyrolysis reactor; 6: condensing unit; 7: dry ice; 8: gas-liquid separator; 9: gas bag
图 2 锯木屑/褐煤及其生物焦/半焦的成浆性能
Figure 2 Slurry-ability of sawdust/lignite and biochar/coal char
图 3 生物焦浆的表观黏度-浓度关系图
Figure 3 Apparent viscosity-concentration dependence of BCWS
■: w=25%(co-pyrolysis); ○: w=50%(co-pyrolysis); △: w=75%(co-pyrolysis); ▽: w=25%(blended); ●: w=50%(blended); ●: w=75%(blended)
图 9 热解原料及生物焦的FT-IR谱图
Figure 9 FT-IR spectrum of samples
■: YN; : sawdust; ▲: w=25%(co-pyrolysis); ▲: w=0(semi-coke)；♦: w=50%(co-pyrolysis)；◁:w=75%(co-pyrolysis)；▶:w=100%(bio-char)
图 10 热解原料及生物焦的芳构化程度
Figure 10 Aromatization level of samples
表 1 样品的工业分析
Table 1. Proximate analysis of samples
Sample Proximate analysis wad/% Qnet, ad/(MJ·kg-1) M A V FC Sawdust 28.86 0.21 62.28 8.65 19.267 Lignite 31.01 8.20 32.54 28.25 17.278 
下载: 导出CSV
表 2 焦的产率及工业分析
Table 2. Yield and proximate analysis of char
Sample Yield w/% Proximate analysis wad/% Qnet,ar/(MJ·kg-1) M V A FC Semi-coke (w=0) 45.60 2.96 20.95 13.74 62.35 23.286 Co-pyrolysis biochar (w=25%) 40.65 2.98 23.66 11.22 62.14 23.590 Co-pyrolysis biochar (w=50%) 33.80 4.02 24.59 9.36 62.03 24.944 Co-pyrolysis biochar (w=75%) 25.75 5.70 19.10 7.30 67.90 26.939 Biochar (w=100%) 19.16 5.40 14.37 1.90 78.33 29.858
下载: 导出CSV
表 3 共热解生物焦与混合生物焦成浆性能对比
Table 3. Slurry-ability of co-pyrolysis BCWS and blended BCWS
Sample φ/% co-pyrolysis BCWS blended BCWS w=25% 59.36 56.86 w=50% 58.08 50.43 w=75% 50.10 41.65
下载: 导出CSV
表 4 云南褐煤浆及锯木屑浆的流变特性参数
Table 4. Parameters of rheological model for CWS and SWS
Sample C/% μ/(mPa·s) k/(Pa·sn) n R2 CWS 64.65 1 005.7 3.405 86 0.723 57 0.998 56 53.99 812.2 2.562 68 0.741 08 0.998 91 53.55 738.7 2.534 72 0.722 82 0.996 47 SWS 22.48 202.7 1.031 34 0.649 88 0.996 50 20.67 47.0 0.893 25 0.392 53 0.985 21
下载: 导出CSV
表 5 半焦浆和生物焦浆的流变特性参数
Table 5. Parameters of rheological model for SCWS and BCWS
Sample C/% μ /(mPa·s) k/(Pa·sn) n R2 SCWS 61.57 1 325.2 8.717 54 0.589 47 0.994 65 (w=0) 60.17 995.2 5.971 65 0.588 06 0.988 50 59.90 735.7 4.073 36 0.620 52 0.987 61 BCWS 31.29 590.2 2.461 12 0.714 08 0.976 87 (w=100%) 40.12 1 087.3 4.600 12 0.705 47 0.986 17
下载: 导出CSV
表 6 共热解生物焦浆和混合生物焦浆的流变特性参数
Table 6. Parameters of rheological model for co-pyrolysis/ blended BCWS
w/% Co-pyrolysis BCWS Blended BCWS C /% μ/(mPa·s) k/(Pa·sn) n R2 C /% μ/(mPa·s) k/(Pa·s n ) n R2 25 60.37 1 303.2 5.309 21 0.706 97 0.997 67 57.65 1 155.2 7.690 04 0.583 83 0.999 22 58.80 832.0 1.570 16 0.849 19 0.999 66 55.69 767.5 4.227 53 0.642 21 0.999 48 58.49 698.8 1.330 09 0.853 53 0.999 57 57.67 587.8 0.909 96 0.880 00 0.999 79 50 58.83 1 132.7 1.911 60 0.872 80 0.994 25 50.60 1 038.0 3.560 40 0.752 67 0.997 30 58.12 1 009.8 1.686 92 0.869 01 0.996 26 48.75 617.2 3.789 04 0.614 14 0.994 91 57.58 857.0 1.332 04 0.882 70 0.996 40 75 50.12 1 006.7 2.009 97 0.843 83 0.992 81 42.10 1 128.3 6.082 80 0.667 04 0.971 95 49.95 942.5 1.798 53 0.852 98 0.993 72 39.89 500.0 2.698 19 0.678 89 0.971 51 48.83 783.2 1.203 86 0.892 46 0.996 99
下载: 导出CSV
-
扫一扫看文章
计量
- PDF下载量: 0
- 文章访问数: 0
- HTML全文浏览量: 0
下载:
