Изготовление брикетов для отопления: виды, технология, как изготовить самому

Древесные брикеты Holz цена Германия

Здесь, на Немецком биотопливном портале, собраны лучшие предложения древесных брикетов. Этот вид твердого биотоплива занимает первое место по своей энергоемкости, и многие жилищные и корпоративные секторы начали использовать древесные брикеты. Относительно низкая цена и простота использования делают древесные брикеты наиболее удобным источником энергии.

05.12.2019, 07:12

Предложение деревянных брикетов Pini kay

Наша компания является производителем топливных брикетов Pini Key без добавок из натуральной древесины смешанных пород. Брикет восьмиугольной огранки с отверстием. Размер ..

11.10.2019, 03:10

Брикеты Pini Kay

Брикеты Pini Kay Температура горения: 4500 Ккал / мкг. Влажность: около 7% Содержание золы: около 0,6% Механический дурабилит..

11.10.2019, 03:10

Брикеты NESTRO

Брикеты NESTRO Температура горения: 4300 — 4700 Ккал / мкг. Влажность: около 8% Содержание золы: около 0,7% Механика ..

Анжбот Брикетс

Angebote der polnischen Firma bietet Ihnen Produkte und Erzeugnisse der Holzbearbeitungsindustrie aus der Ukraine an.Wir beschäftigen uns mit d ..

21.06.2019, 09:06

RUF Продажа брикетов 1200 тонн в месяц

У нас есть в наличии 1200 тонн сосновых брикетов в месяц из утвержденных экологически чистых источников. Полная мощность будет доступна для первых поставок в сентябре.

20.03.2019, 11:03

Брикеты HQ RUF напрямую от производителя

1. Наша технологическая линия RUF установлена ​​на мебельной фабрике, которая сертифицирована FSC. Итак, мы используем опилки и стружку из FSC древесины (см. Письмо-атташе ..

Интересуют брикеты RUF

Заинтересованы в поставках брикетов RUF с нашей этикеткой. Отправьте свое предложение с указанием месторасположения вашего производства и склада.

Древесные брикеты Цена

Древесные брикеты — лучший альтернативный источник энергии, который можно использовать как в жилищном, так и в коммерческом строительстве. Основным компонентом древесных брикетов являются опилки, спрессованные под высоким давлением и превращающиеся в топливо. На Немецком портале биотоплива представлены самые интересные предложения от надежных производителей древесных брикетов в широком ценовом диапазоне.

Преобразование биомассы и пластиковых отходов в брикеты на твердом топливе

В этой работе исследуется производство брикетов для домашнего использования из биомассы в сочетании с пластиковыми материалами из различных источников.Дополнительно были изучены характеристики горения брикетов в обычном открытом камине. Понятно, что геометрия брикетов не влияет на дымовыделение. Когда брикеты содержат небольшое количество полиэтилентерефталата (ПЭТ), поведение при горении становится более устойчивым из-за увеличения поступления кислорода. Уровни задымленности находятся между 3-м и 4-м классами шкалы дымности. Измеряя выбросы окиси углерода, было замечено, что сжигание пластика в смеси с биомассой увеличивает выбросы окиси углерода с 10% до 30% по сравнению с выбросами окиси углерода из выбросов биомассы опилок, которые использовались в качестве эталона.

1. Введение

В городах и других индустриальных ландшафтах источниками загрязнения в основном являются транспорт, промышленность и бытовая деятельность. Эти действия являются основной причиной явления, которое обычно называют изменением климата [1]. В ответ на изменение климата использование топлива из биомассы увеличивается по мере поиска экологически безопасных (климатически) нейтральных видов топлива. Помимо климатических факторов, рост рыночных цен на традиционные ископаемые виды топлива привел к тому, что потребители отдали предпочтение альтернативным видам топлива [2].Более того, взрыв цен на нефть и газ дал толчок к использованию возобновляемых источников энергии. Недавний переход от традиционных источников энергии к возобновляемым (ВИЭ) и их постепенное широкое использование являются общей чертой энергетической политики, принятой в развитом мире. В Греции, в разгар экономического кризиса, потребление дров в городских районах имеет тенденцию к увеличению из-за каминов, используемых в жилых домах [3].

Кроме того, действует Директива 2000/76 / EC по сжиганию отходов, которая устанавливает пределы и требования для сжигания отходов [4].Чтобы обеспечить выполнение этой директивы, Европейская комиссия предоставила европейским организациям по стандартизации мандат M / 298 на разработку технических средств для соответствия основным требованиям этой Директивы о новом подходе. В соответствии с этим мандатом был выпущен ряд стандартов для твердого биотоплива и твердого регенерированного топлива. Твердая биомасса и твердое регенерированное топливо в качестве топлива для сжигания включают твердые материалы (например, бревна или куски древесины) [5–8], обработанные материалы (древесная щепа, пеллеты) [9], отходы (переработанная древесина, побочные продукты сельского хозяйства) [10 , 11], газифицированные материалы (метанизация твердого топлива) [12] и сжиженные материалы (напр.г., продукты этерификации) [13]. Эти виды топлива можно классифицировать по их происхождению и способу производства (стадии жизненного цикла). Первичный материал поступает специально для целей сжигания / выработки энергии, в то время как вторичный материал подвергается обработке для достижения предпочтительного формата сжигания (например, новая древесина, используемая для производства пеллет или щепы). Наконец, третичное топливо — это топливо, полученное из материалов, которые уже прошли большую часть своего жизненного цикла (например, восстановленные строительные материалы).Эти материалы затем перерабатываются, производя гранулы, стружку или брикеты для использования в качестве топлива для сжигания [5]. Твердое топливо можно сжигать в различных горелках и котлах с ручным и автоматическим управлением. Приборы классифицируются по их предполагаемому использованию и способам работы (периодический или автоматический). В этом исследовании рассматриваются только открытые камины. Остальные бытовые приборы для сжигания топлива находятся в центре внимания. Открытые камины представляют собой простейший класс бытовых устройств для сжигания биомассы и твердых отходов, где зона горения расположена на простой решетке на твердом основании (т.э., камень или кирпич). Как следует из названия, у открытых каминов есть хотя бы одна открытая сторона. Открытие зоны горения допускает значительные тепловые потери. Эти потери ограничивают максимально возможные температуры горения, ограничивают скорость горения и приводят к высоким концентрациям твердых частиц и выбросов газовой фазы [14]. Закрытые камины похожи по конструкции на открытые камины с добавлением боковых панелей, закрывающих зазор между вытяжкой и основанием. Чтобы облегчить загрузку камина и очистку камина, с одной стороны прибора установлена ​​дверца.

Циклы сгорания в системах отопления жилых помещений носят временный характер. Во время переходных циклов выделяются четыре четкие фазы, во время которых изменяются выбросы (зажигание, запуск, установившееся состояние и выгорание). Из всех этапов только этап запуска дает до 50% общих выбросов твердых частиц и до 70% органических материалов [5]. Частицы сажи (углеродистые) образуются в результате конденсации летучих органических материалов [5]. Известно, что помимо типа устройства на выбросы твердых частиц и газовой фазы влияют состав топлива и условия горения [15].Условия горения можно охарактеризовать по соотношению воздух-топливо для горения и концентрации выбросов оксида углерода [5]. Окись углерода является показателем эффективности сгорания и, как известно, наносит вред здоровью человека [16,

Модель устойчивой энергетики для производства брикетов из биомассы на основе рисовой шелухи в перуанских сельскохозяйственных районах с низким доходом

1. Введение

One Проблемой в рисовой промышленности является накопление рисовой шелухи в больших количествах, которая обугливается и выбрасывается в реки из-за небольшого интереса к переработке этих побочных продуктов для промышленных подпроцессов, что создает возможность для экономической оценки сельскохозяйственных отходов в пределах цепочка создания стоимости риса-сырца.Рисовая промышленность играет важную роль в перуанском экономическом секторе как культура, которая вносит наибольший вклад в развитие сельского хозяйства и ВВП, производя около 44,7 млн. Дневных заработных плат и создавая 161 300 рабочих мест в год, что свидетельствует о ее сильном социальном и экономическом влиянии в сельских районах. [1]. На рисунке 1 показано значение рисовой отрасли в Перу, которое входит в число 20 стран с самым высоким производством риса-сырца в мире, переработав в общей сложности 2200 тонн в течение сельскохозяйственной кампании 2013–2014 годов, что является второй латиноамериканской страной в этом сельскохозяйственном секторе. , поскольку большая часть производства этой культуры сосредоточена в странах Азии [2].

Рис. 1.

га рисовой шелухи, засеянной во время сельскохозяйственной кампании 2013–2014 гг. В Перу.

На национальном уровне Сан-Мартин является регионом с самой большой площадью рисовых полей, которые ежегодно достигают 86 053 га в июле и августе [3]. В этом регионе предприятие по производству риса ежедневно производит 45 тонн риса-сырца; Таким образом, вокруг комбината или на участках выращивания компании имеется большой запас рисовой шелухи, многие из которых сбрасываются в реки или на близлежащие дороги, что наносит вред окружающей среде и людям.

Рисовая шелуха составляет 20% от общего производства риса-падди [4]. Ежедневно накапливается около 9 тонн этих сельскохозяйственных отходов [5]. Таким образом, компании, занимающиеся рисовой промышленностью, ищут возможности для переработки этих отходов с целью преобразования своего линейного производства в экономику замкнутого цикла, основанную на экономической оценке рисовой шелухи за счет разработки экологических продуктов с использованием чистых технологий, которые не создают дополнительных затраты на получение сырья.

В рамках концепции устойчивой энергетической модели следует проанализировать несколько альтернатив рециркуляции рисовой шелухи, поэтому анализируется текущая ситуация в районе, где имеется большое количество этих сельскохозяйственных отходов. Одним из факторов, оказывающих наибольшее воздействие на окружающую среду, является использование дров для приготовления пищи, что усугубляет местное загрязнение, которому в настоящее время наносится ущерб в результате сжигания рисовой шелухи. Таким образом, биотопливо разрабатывается на основе научных исследований для замены дров.Было установлено, что брикеты и гранулы биотоплива, также известные как «экологический уголь», обладают наивысшей энергоэффективностью. Оба ресурса были разработаны во всем мире для проектов, имеющих такую ​​же критичность, что и текущая ситуация в Сан-Мартин в отношении обезлесения и высокого потребления дров в сельских и сельскохозяйственных районах.

В настоящем деле было установлено, что брикет является лучшим вариантом замены дров. В отличие от пеллет, брикеты могут использоваться в домашних условиях, особенно в индивидуальных котлах, традиционных печах или каминах.Эти брикеты открывают большие возможности для новых рынков, поскольку они могут быть изготовлены в различных формах и размерах, в отличие от окатышей, которые обязательно имеют цилиндрическую форму и меньшего размера [6].

Разработка брикетов ни в коем случае не является новой технологией в сельскохозяйственных областях, где есть много видов биомассы или ресурсов для биотопливного материала. Проекты с аналогичными характеристиками уже реализованы с точки зрения защиты окружающей среды и с целью максимального использования энергетических ресурсов.Однако некоторые из них не достигли успешных результатов, и не обязательно из-за качества продукта, а из-за того, как было разработано предложение. Другие были успешными, но могли иметь больший экономический эффект.

Среди наиболее важных аспектов предложений по брикетам — определение затрат на сырье, принимаемых на себя рисовыми компаниями, и того, как это повлияет на их текущий бюджет. Например, Corinay Briquettes — производитель, экспортер и продавец угольных брикетов, чьей первоначальной целью было освоить изобилие этого ресурса в сельской местности.Кроме того, это заменит бытовое использование дров, тем самым снизив темпы обезлесения в регионе [7]. Одной из основных проблем является удорожание угля, поскольку «Corinay Briquettes» увеличила установленную мощность до 5000 тонн в год [8] из-за большого предложения брикетов, которое существует в сельской местности, где сосредоточено производство. По сравнению с настоящим предложением по производству брикетов в рамках модели устойчивой энергетики разница в том, что рисовая шелуха будет иметь нулевые затраты, по крайней мере, в первые годы эксплуатации.

Еще одним важным аспектом других проектов является определение различных программ производства брикетов. Например, компания «Норт Вуд» разработала различные сценарии производства брикетов из опилок, сосредоточив свой бизнес на анализе спроса и предложения, предоставляя информацию о количестве брикетов, необходимых для удовлетворения текущего потребления населения с использованием дров в определенной области [ 9]. Таким образом, устойчивость энергетической модели будет сосредоточена на удовлетворении краткосрочных и среднесрочных потребностей, чтобы можно было разработать различные сценарии производства, которые отвечали бы изменчивости спроса на этот инновационный экологический продукт, поскольку это может быть успешным в зависимости от рыночного признания.

Энергетическая модель устойчивости также фокусируется на принятии и восприятии брикетов обществом. Например, компания «Eco Amazonia» не преуспела в производстве брикетов из кокосовой шелухи, потому что биотопливо продавалось под названием «Ecocarbón» с угольной формой и цветом. По этой причине общество считало, что это не экологический продукт, так как он состоит из обугленной скорлупы кокосового ореха, которая позже будет генерировать большое количество летучих веществ [10]. Поэтому в настоящем предложении рассматривается возможность включения необугленной рисовой шелухи для производства брикетов.

Кроме того, одним из основных факторов энергетической модели является определение конкретного места, где будет разработано предложение. Как упоминалось выше, регион Сан-Мартин является идеальным местом для производства брикетов из-за его большого потенциала для выращивания рисовой шелухи в сочетании с высоким уровнем потребления дров. В этом регионе сектором с наибольшим количеством обработанного риса является центральная Уаллага, в общей сложности 73 343 тонны, разделенная между провинциями Пикота, Уаллага, Беллависта и Марискаль Касерес.Однако большой объем рисовой шелухи — не единственный фактор для определения местоположения; Также необходимо учитывать экологическую осведомленность малообеспеченных жителей. Например, муниципалитет Сан-Иларион, расположенный в центральном секторе Хуаллага, издал муниципальное постановление № 013-2004 / MDSH / A, которое запрещает сжигание шелухи владельцами мельниц. Экономическая санкция оценивается в 2 UIT [11]. Возможность инвестировать в чистые технологии становится обязательством для нескольких заводов в этом районе; следовательно, они ищут альтернативы переработке рисовой шелухи, экономически оценивая произведенную биомассу.На Рисунке 2 представлены регионы с наибольшим уровнем загрязнения окружающей среды из-за сжигания рисовой шелухи.

Рис. 2.

Загрязнение окружающей среды в результате сжигания рисовой шелухи во время сельскохозяйственной кампании 2013–2014 гг. В Перу.

Как упоминалось выше, брикет — не новая технология, поэтому определение конструкции брикета будет зависеть от использования продукта и технических характеристик брикетировочной машины. Для промышленных процессов или предприятий длина варьируется от 300 до 1000 мм, для производителей — от 100 до 500 мм, а для домашнего сектора — от 30 до 80 мм.На рисунке 3 показан идеальный прототип брикетов для домашнего использования.

Рисунок 3.

Размеры брикетов из рисовой шелухи.

Наличие внутреннего отверстия придаст брикету большую кислородную способность, но может увеличить количество летучих веществ, поэтому форма продукта будет напрямую зависеть от его использования, будь то промышленное или домашнее. Другой переменной является рыночный подход к производству брикетов, поскольку он не обязательно будет использоваться в качестве топлива, но также может выступать в качестве источника тепла в местах с низкими температурами или может экспортироваться на европейский рынок.Плотность — еще одна основная характеристика, поскольку по мере того как она становится плотнее; будет занимать меньший объем, что будет означать более легкое обращение, оптимальное хранение и более легкую транспортировку по сравнению с дровами. Его вес должен составлять 1000 кг / м3 [12], и это в основном зависит от плотности рисовой шелухи и давления, оказываемого брикетировочными машинами. Наконец, влажность напрямую влияет на теплопроизводительность, поскольку они содержат большой процент влаги, а при сгорании выделяется меньше энергии, что приводит к потреблению тепла при испарении.Влажность должна составлять от 8 до 10% [13].

2. Метод

В рамках методологии цель состоит в разработке энергетической модели, которая в основном основана на использовании возобновляемых источников энергии и поиске энергоэффективности, с целью обеспечения устойчивости предложения, удовлетворяющего экономическим требованиям, экологические и социальные аспекты.

Модель начинается с поиска альтернатив рециркуляции биомассы как альтернативного ресурса дровам, поэтому брикеты становятся идеальным биотопливом при разработке экологических предложений.Брикеты образуются из скопления различных видов отходов, будь то лесохозяйственные, сельскохозяйственные или промышленные [14], смешанные со связующими веществами, такими как крахмал маниоки или бентонит, с целью оптимального уплотнения смесей. В качестве сырья для брикетов в качестве сырья для производства брикетов выбрана рисовая шелуха из-за большого количества обугленной шелухи на месте, что позволит обеспечить большой запас этих отходов, что снизит социальные издержки населения.

Выбрав чистую технологию, необходимо провести техническую оценку брикета на основе энергоэффективности, которая включает расчеты теплопроизводительности и эффективности при сжигании.Брикет из рисовой шелухи имеет теплоемкость 4040 ккал / кг, то есть количество тепла, используемое на один сожженный килограмм [15]. Его КПД по энергии сгорания составил 80,39%; по сравнению с дровами требуется меньше килограммов брикетов для нагрева или приготовления пищи за более короткое время. Кроме того, важно указать метод разработки в рамках технической оценки продукта, чтобы соответствовать определенным техническим требованиям, таким как измерение влажности, с помощью метода сушки, который использует «Колумбийский технический стандарт для брикетов для домашнего использования», позволяющий значение от 9 до 10%.Кроме того, были исследованы два важных аспекта для получения оптимального брикета, основанного на адекватном сжигании биотоплива: гранулометрический анализ и анализ агломерации. Гранулометрический анализ используется для получения стойкого брикета с хорошим составом, анализируя частицы шелухи различных размеров с помощью металлических сит. С другой стороны, анализ агломерации с использованием крахмала кассавы в качестве связующего будет важен для достижения баланса между сопротивлением смеси и влажностью. Используются различные формы, первая из которых сжимает брикет с помощью поршня, а вторая — с помощью ручного пресса.Таким образом был получен брикет с высокими стандартами качества по процентному содержанию влаги, золы и летучих веществ.

Для обеспечения успешной разработки энергетической модели, разработанной специально для предложений по производству брикетов из биомассы, важно создать интегрированную технологическую систему, начиная с процесса анализа спроса и предложения до коммерциализации брикетов и открытия новых рынков. В рамках этого анализа проводится рыночное исследование для определения населения, использующего дрова для приготовления пищи, а также для определения количества рисовой шелухи на мельницах.Кроме того, определяется продажная цена, включая процент прибыли, которую получит компания, и оценки окончательного бюджета предложения. Затем необходимо будет определить логистику цепочки поставок предложения, начиная с альтернатив поставок рисовой шелухи и крахмала маниоки, чтобы впоследствии разработать различные производственные программы на основе сценариев низкого, среднего и высокого спроса на продажу брикетов.

Как только производственные сценарии определены, перерабатывающий завод должен быть спроектирован с достаточной физической мощностью для хранения материала для высокого спроса с учетом вероятных открытий для новых рынков или потенциальных клиентов, включая адекватное распределение оборудования, материалов и другого физического производства. Ресурсы.Цепочка поставок завершается коммерциализацией брикетов в сельской местности, где продукт будет потребляться, с учетом необходимых ресурсов и транспортных расходов для правильной разработки. Например, компания или комбинат должны предусматривать транспортировку крахмала маниоки с сельскохозяйственных угодий на перерабатывающий завод или наиболее эффективный вид транспорта для коммерциализации брикетов и рисовой шелухи.

Наконец, энергетическая модель стремится к устойчивости за счет обеспечения работоспособности процесса, поэтому анализируются экономические, экологические и социальные последствия предложения по производству брикетов.Что касается экономического воздействия, компании планируют экономически оценить сельскохозяйственные отходы, которые впоследствии будут приносить дополнительный доход, выходя на новые рынки брикетов как в бытовом, так и в промышленном секторах. Что касается социальных последствий, то качество жизни улучшилось, поскольку показатели заболеваемости респираторными и легочными заболеваниями у жителей снизились за счет сокращения CO ₂ , производимого сжиганием рисовой шелухи и дров в домашнем секторе. На рисунке 4 показана энергетическая модель, предложенная для производства брикетов из рисовой шелухи.

Рисунок 4.

Разработка модели устойчивой энергетики.

Наконец, воздействие на окружающую среду было измерено по снижению CO ₂ , производимому при сжигании рисовой шелухи на рисовых полях или в окрестностях города, и по минимизации выбросов парниковых газов (ПГ) от замены брикетов древесиной при приготовлении пищи.

2.1. Ввод в эксплуатацию

В рамках внедрения процесса необходим анализ поставок рисовой шелухи, который гарантирует, что сырье соответствует производственным требованиям.Например, Сан-Мартин является регионом Перу с наибольшим участием в экономической деятельности с точки зрения производства риса, что составляет 18,49% годового производства в сельскохозяйственной кампании 2013 года, в общей сложности 563,99 тонны риса-сырца. Из общего количества произведенного 20% будет преобразовано в шелуху, что означает, что большие объемы этих сельскохозяйственных отходов будут сжигаться из-за ограниченной переработки. На рисунке 5 показаны различные текущие виды использования рисовой шелухи [16], отражающие потенциальный спрос на нее со стороны компаний или предприятий на региональном рынке.Во многих сельскохозяйственных районах региона Сан-Мартин была принята политика по повышению осведомленности и поощрению переработки отходов в других видах деятельности, регулируемых муниципальными постановлениями, запрещающими сжигание. Кроме того, из опроса 100 семей в регионе, исследование пришло к выводу, что 70% населения были бы готовы заменить дрова экологически чистыми продуктами, 50% заплатили бы цену, равную цене дров, а 70% согласны с тем, что брикеты нужно доставлять на дом.

Рисунок 5.

Утилизация рисовой шелухи в сельскохозяйственных районах региона Сан-Мартин.

С другой стороны, устойчивость энергетической модели основана на принятии изменчивости спроса в любом успешном сценарии продажи брикетов. По этой причине определенные производственные программы были разработаны на основе производственной мощности брикетировочной машины. Например, если рынок ориентирован на 23% населения, потребляющего дрова, заводы или компании должны производить 69 000 брикетов в месяц для 92 семей, используя 13 248 кг рисовой шелухи и 552 кг крахмала маниоки.В рамках анализа спроса и предложения окончательная оценка запасов составляет 36 000 брикетов, которые можно ежемесячно распределять среди домохозяйств с низкими доходами или отправлять птицеводам или пекарням в качестве альтернативного источника углей в их печах.

Однако, если в конце года программа производства брикетов нежелательна, может быть разработана вторая производственная программа без необходимости полностью менять рыночный фокус. Например, в период с января по июль первоначально должно быть освоено 20% рынка с ежемесячным производством 60 000 брикетов из рисовой шелухи.Впоследствии с июля по декабрь эта цифра увеличится на 40%, чтобы обеспечить 112 семей 84 000 брикетов с использованием максимальной производственной мощности брикетировочной машины. Включая окончательные запасы с января по июнь, это приведет к исчерпанию ресурсов до нуля в декабре. Следует отметить, что второй производственный сценарий должен учитывать одобрение и успех продаж в течение первого семестра.

Обратите внимание, что предлагаемая брикетировочная машина итальянского происхождения — модель E60, ECO от Prodeco, — которая использовалась в аналогичных проектах по производству брикетов.Его производственная мощность составляет 60 кг смеси крахмала маниоки и рисовой шелухи, что дает общее производство 300 брикетов в час. Таким образом, брикетировочная машина обрабатывает максимум 2400 брикетов в сутки. Кроме того, эти машины работают 8 часов в день, превращая 1 кг в пять брикетов для рынка, который потребляет в среднем 5 кг на семью. Следовательно, для ежедневного потребления необходимо производить в общей сложности 25 брикетов на семью, учитывая эквивалентный выход брикетов из лузги и дров.

Программа производства брикетов должна учитывать проект перерабатывающего завода (см. Рисунок 6) с целью стратегического распределения машин и ресурсов, соответствующих производству брикетов.Например, зоны смешивания и измельчения должны быть разделены, поскольку дым от измельчителя не должен вступать в контакт с процессом смешивания связующего и шелухи.

Рисунок 6.

Проект завода по переработке брикетов.

Производственный процесс начинается с выбора сырья, который состоит из двух этапов. Во-первых, при гранулометрическом анализе с помощью сит удаляются песок, штыри и остатки разного размера. Далее следует процесс «взвешивания», в котором взвешиваются различные ресурсы, используемые в течение всего производственного процесса.Затем процесс «смешивания» с помощью метода агломерации объединяет рисовую шелуху в различных количествах. Наконец, смесь уплотняется брикетировочной машиной и проходит через зону «сушки», чтобы затем упаковывать для продажи.

2.2. Метод

Одним из наиболее актуальных методов брикетирования является гранулометрический метод, который представляет собой процесс уплотнения или брикетирования с использованием поршня и пресса для уменьшения структуры смеси. Однако можно также использовать брикетировочную машину, оптимизируя трудозатраты и увеличивая производительность.Методы разработки были выполнены в лаборатории Перуанского университета прикладных наук (UPC).

Гранулометрический метод важен для правильного уплотнения смеси, поскольку существует диапазон, указывающий на оптимальное состояние смеси; например, нижний предел указывает на смесь с большей долей более мелкой рисовой шелухи, тогда как верхний предел указывает на смесь с более крупными зернами. Однако, если смесь выходит за пределы установленного диапазона, мелкозернистая смесь будет препятствовать потоку кислорода и горению, тогда как, если она превышает верхний предел, избыток кислорода будет производить больше загрязняющих газов [17].На Фигуре 7 показано соотношение размеров частиц рисовой шелухи, необходимое для получения адекватного состава. Обычно размер частиц составляет от 0,10 до 3,00 мм. Состав напрямую зависит от использования, поскольку смесь может состоять из мелких или крупных частиц, но должна попадать в этот диапазон [13].

Рис. 7.

Гранулометрия состава частиц рисовой шелухи.

Гранулометрическое распределение лучшего прототипа брикета, разработанного в лаборатории UPC, показано на рисунке 8. Этот прототип имел самую высокую энергоэффективность, как с точки зрения правильного сгорания, так и с точки зрения теплопроизводительности.Этот брикет состоит из частиц размером 0,850 мм, а также более мелких частиц, что делает его идеальным для прессования брикетов экспериментальным кустарным методом. Однако, как упоминалось выше, в состав брикета должны входить частицы разного размера, особенно для промышленного производства, поскольку брикетировочная машина может правильно уплотнять более крупные зерна рисовой шелухи со средним размером 2,36 мм [18].

Рис. 8.

Гранулометрическое распределение частиц рисовой шелухи.

Еще один метод в энергетической модели, который обеспечит устойчивость с технической точки зрения, — это агломерация, которая будет создавать ценность для производства брикетов.Агломерация — это начальная стадия смешивания крахмала кассавы и воды. Для этого эксперимента использовали один литр воды и 200 г крахмала маниоки, что дало примерно 15 брикетов. Процесс агломерации для этого типа производства брикетов был следующим, учитывая процентное содержание каждого ввода на каждой стадии:

1. Двадцать пять процентов холодной воды смешивают с 200 г крахмала маниока и перемешивают в течение 2 минут.

2. Семьдесят пять процентов всей воды кипятят до 100 ° C.

3. При кипении смесь перемешивают до клейкости.

4. Затем в контейнер для рисовой шелухи добавляется клеящая смесь.

Процесс агломерации можно увидеть в левой части рисунка 9, где также показана вся последовательность общих процессов производства брикетов из рисовой шелухи, начиная с «выбора» сырья, состоящего из двух стадий, в которых песок , пики и остатки различного размера удаляются путем фильтрации.Далее следует подпроцесс «взвешивания», в котором взвешиваются различные ресурсы, используемые на протяжении всего производственного процесса. Затем выполняется подпроцесс «смешивания» путем агломерации воды и крахмала кассавы, который позже в различных количествах объединяется с рисовой шелухой. Затем смесь уплотняют либо на брикетировочной машине для промышленных целей, либо на гидравлическом прессе для экспериментальных кустарных целей. Наконец, брикеты проходят зону «сушки» и расфасовываются для продажи.

Рисунок 9.

Процесс производства брикетов из рисовой шелухи.

Важно отметить, что оба метода — гранулометрия и агломерация — дают оптимальные значения эффективности сгорания и теплопроизводительности, поэтому обе переменные будут измеряться с помощью «теста кипящей водой» (BWT), который измеряет количество энергии, передаваемой от биотопливо в кастрюлю или емкость с определенным объемом воды [19]. Ниже приведены некоторые основные характеристики ЛОВ:

• Достаточное количество воды и топлива для эксперимента.Топливо должно быть однородным и полностью сухим.

• Объем холодной воды должен составлять не менее 10% от общего объема воды, используемой для эксперимента.

• Температура измеряется в точке кипения, потому что в этот момент нельзя больше изменять ни температуру, ни количество передаваемой энергии.

Другой характеристикой ЛОВ был расчет влажности биотоплива. Это наблюдение связано с замечанием, упомянутым Майклом Любвамой и Вианни Йига в статье «Характеристики брикетов, полученных из риса и кофейной шелухи для домашнего приготовления в Уганде», в которой они утверждают, что содержание влаги в биомассе любого типа должно колебаться между 10 и 15%, с силой сжатия 230 МПа.Кроме того, значения влажности должны колебаться от 9 до 10%, чтобы обеспечить эффективное сгорание с меньшими выбросами газов. Однако сжатие биомассы — не единственный процесс снижения влажности; также должен быть проведен процесс сушки, при котором электрический нагреватель используется для снижения влажности перед процессом смешивания. Расчеты, относящиеся к различным средствам расчета содержания влаги, будут показаны в следующих формулах [20]:

E1

E2

E3

Eqs.1 и 2 важны для анализа содержания влаги в брикетах и ​​дровах в различных состояниях, но использованное уравнение, которое чаще встречается в этом типе экспериментального метода, соответствует расчету влажности на сухой основе из-за лучшей энергоэффективности во время сгорания. Уравнение (3) показаны различные расчеты содержания влаги.

Как упоминалось ранее, содержание влаги в рисовой шелухе определяется с помощью электрической плиты после прохождения процесса измельчения. После этого его взвешивают и сравнивают со значением, полученным при сушке.В формуле. 4 наблюдается взаимосвязь между массой рисовой шелухи в различных состояниях влажности:

E4

Как упоминалось выше, расчет влажности важен для оптимального сгорания брикетов на основе эффективности сгорания и теплопроизводительности. В исследовании «Производство брикетов для использования в качестве источника энергии для сжигания с использованием тонких древесно-угольных отходов и осадка бытовых сточных вод» авторы описывают взаимосвязь между потерями тепла от топлива и теплом воды; таким образом уравнения.5 и 6 показаны расчеты для обеих переменных, включая некоторые теоретические значения [21].

Конвективный коэффициент 150 («H» воздух-вода) был учтен для расчетов потерь тепла и обозначен как «Q lost», так как это наиболее часто используемое значение в тепловых экспериментах [22]. Что касается теплоты воды, то теоретическое значение удельной теплоемкости воды, обозначенное как «Q вода», при нормальных условиях считалось равным 4,18 Дж / г ° C [23]; это значение представлено буквой Cp. Кроме того, емкость, в которой проводился тест, имела диаметр 0.12 м и высотой 0,1 м, поэтому объемный контейнер обозначен буквой «А». Уравнения, необходимые для оценки значений нагрева брикета, показаны ниже:

QlostJ = A × H × конечная температура − начальная температура E5

QwaterJ = Cpwater × конечная температура − начальная температура × масса водыE6

В таблице 1 представлены значения, использованные в эксперименте принимая во внимание начальные температуры при нормальных условиях и точку кипения как конечные температуры.

Таблица 1.

Характеристики эксперимента.

Разница между этими уравнениями позволяет нам рассчитать приблизительное количество тепла, выделяемого при сгорании, которое делится на обугленную массу брикета. Уравнение 7 вычисляет теплопроизводительность (HC):

HCkcal / кг = Qwater − Qlost / сожженная масса E7

Уравнение, разработанное Эстелой Ассурейрой [24], использовалось для расчета теплопроизводительности, в которой результирующая масса брикета связана с массой исходные материалы, используемые для его производства, и зольность каждого компонента.В уравнениях. 8 и 9 масса добавок, добавленных в состав брикета, называется «M bc». Обратите внимание, что в эксперименте необходимо добавить еще одно связующее. Пропорция этого входа и его процент золы должны быть включены в уравнение. 9.

Наконец, стоит упомянуть, что из приведенных выше уравнений можно было рассчитать расчетные значения теплопроизводительности, влажности и эффективности без использования тепловых насосов или других лабораторных приборов. Однако, если бы в центре внимания предложения по производству брикетов была промышленность и бизнес-концепция, было бы необходимо использовать брикетировочную машину и сложные измерительные приборы.

КПД сгорания% = начальная масса — конечная масса / масса bcE8

massbckg = масса шелухи × 1–% золы + масса связующего × 1–% золыE9

3. Результаты

Результаты экспериментов будут проанализированы двумя способами. Первый будет основан на энергетическом анализе прототипов брикетов и сравнении их физико-химических свойств с дровами методами агломерации и гранулометрии. Второй анализ соответствует воздействию на окружающую среду в сельскохозяйственных районах с низким доходом в Перу, где используются дрова, в результате производства брикетов из рисовой шелухи.

3.1. Энергетический анализ

Эксперимент был основан на подготовке различных прототипов брикетов с учетом размера, формы и состава в качестве соответствующих характеристик для каждого типа, чтобы получить наибольшую энергоэффективность, то есть сходство в теплопроизводительности и эффективности сгорания. .

Таблица 2 показывает, что лучшим прототипом брикета является 1, который обозначается как «BR 1», с теплопроизводительностью 4040 ккал / кг и эффективностью сгорания 80,39%.Этот брикет состоит из 80% рисовой шелухи и 20% крахмала маниоки. Другие ингредиенты не подходят для изготовления брикетов, например резина, которая увеличивает влажность, или бентонит, что приводит к низкому уровню уплотнения. В таблице 2 также приведены физико-химические характеристики каждого прототипа брикета, представленного номенклатурой «BR».

Таблица 2.

Анализ прототипа брикета.

В результатах, представленных в Таблице 2, плотность является физико-химической характеристикой, относящейся к способам производства брикетов, в зависимости от типа машины, используемой для уплотнения. Для этого экспериментального процесса, в котором использовался гидравлический пресс, плотность была выше, чем у брикетировочной машины, из-за большей силы сжатия, которую имеют машины (среднее теоретическое значение 350 кг / м ³ , на основе статистических данных относительно влияния компрессионной способности и этого типа материала) [25].Результаты, полученные в [ [26] показали очень низкое значение плотности. Добавление связующего увеличивает содержание влаги, снижая эффективность сгорания, так как она пропорциональна увеличению плотности. Кроме того, они упоминают важный аспект, касающийся затрат на транспортировку рисовой шелухи, заявляя, что эта стоимость будет выше из-за ограниченной доступности [26].

В брикеты кустарного производства следует добавлять агглютинанты для лучшего уплотнения смеси шелухи и крахмала маниоки. Кроме того, стоимость транспортировки брикетов всегда номинальная.В данном случае плотность брикета составила 678,7 кг / м ³ .

Помимо сравнения теплопроизводительности различных прототипов брикетов, необходимо будет сравнить физико-химические свойства с характеристиками дров, чтобы определить преимущества использования брикетов. В таблице 3 наблюдается большая теплопроизводительность по сравнению с дровами, так как дрова теряют большую часть тепловой энергии из-за определенных свойств. Однако брикеты теряют свои первоначальные свойства до полного израсходования.Эффективность сгорания брикета составляет 80,39%, что примерно на 10% больше, чем у дров, что означает, что для приготовления пищи потребуется меньше топлива.

Таблица 3.

Сравнение энергетических характеристик для обоих видов топлива.

На Рисунке 10 показан прототип брикета 1, обозначенный как BR 1, который имеет теплопроизводительность 4040 ккал / кг и эффективность сгорания 80,39%.

Рис. 10.

Прототип брикета из рисовой шелухи «BR 1» 1.

3.2. Анализ воздействия на окружающую среду

В рамках энергетической модели воздействие на окружающую среду будет измеряться на основе сокращения CO ₂ от использования рисовой шелухи в производстве брикетов, а также газов, выделяемых дровами для приготовления пищи, и количества CO ₂ произведено вырубкой деревьев.

Первым источником выбросов CO ₂ является количество гектаров, вырубленных из-за производства дров; таким образом, замена дров на брикеты снизит выбросы парниковых газов. Количество дров, получаемых на один спил, было рассчитано в исследовании Национального университета Сан-Мартин (UNSM) в Тарапото [27]. Уравнение 10 показан объем среднего дерева в районе Сан-Мартин, который составляет 0,32 м ³ . Обратите внимание, что высота дерева обозначена как «коммерческая H», значение коэффициента для Сан-Мартина обозначено как «Cf», а «AB» было рассчитано по формуле.10:

Объем, м3 = D2 × 0,7854 × товарныйH × CfОбъем, м3 = 0,302 × 0,7854 × 7 × 0,65 Объем, м3 = 0,3216E10

С другой стороны, на основе расчетного объема дров, полученных от дерева, который составляет 0,32 м ³ , можно было подсчитать приблизительное количество деревьев, которые будут вырублены. Информация была взята из исследования «Tienda Biomasa» испанской компании Leñas Oliver SL, которая подсчитала, что для продажи своей экологической продукции, такой как брикеты, пеллеты и другие виды биотоплива, 1000 кг дров эквивалентны 2 м ³ [ 28].Таким образом, если конкретное предложение по производству брикетов ориентировано на 23% рынка, для населения, которое ежемесячно потребляет 27 600 кг дров, объем получаемых дров составит 55,20 м ³ . Из значения, полученного в формуле. 10, было подсчитано, что ежемесячно будет спасено 173 дерева.

При анализе деревьев, спасенных от использования брикетов, важно учитывать количество гектаров леса, которые будут защищены. В данном случае деревья региона Сан-Мартин принадлежат к 50-летним вторичным лесам, согласно данным, полученным Управлением лесного хозяйства Мойобамбы [29].Таким образом, в соответствии с характеристиками, приведенными в Таблице 4, в год будет вырубаться на 6 га меньше леса.

Таблица 4.

Характеристики лесных ресурсов Сан-Мартина.

На рисунке 11 показана экспоненциальная зависимость между количеством сохраненных деревьев и количеством выбросов CO ₂ , которое представляет каждое из них.Из исследования воздействия дров на окружающую среду, проведенного перуанскими исследователями Торресом, Х. и Поло, К., в сотрудничестве с учеными Зейфертом,

Возможное применение древесных брикетов масличных пальмовых отходов для замены угля

1. Введение

1.1. Спрос на энергию

Международное энергетическое агентство (МЭА) в своем новом сценарии политики заявило, что ожидается, что мировой спрос на энергию будет постоянно расти ежегодно примерно до 1,2% с 2008 по 2035 год, при этом 70% спроса неизбежно будет приходиться на развивающиеся страны.Однако большая часть (87%) этой потребности в энергии будет обеспечиваться в основном за счет ископаемого топлива. Рост всего мирового спроса на энергию связан с увеличением населения мира и глобальным экономическим ростом [1, 2]. Кроме того, потребление энергии в основных городах развивающихся стран связано со стадиями выбросов парниковых газов (ПГ) и, как ожидается, будет расти [3]. Глобальное потепление было одной из основных экологических проблем на протяжении многих десятилетий. Однако количество CO ₂ в атмосфере будет постоянно увеличиваться, за исключением того, что ключевые изменения внесены в способ использования ископаемого топлива в производстве энергии [4, 5].Ископаемое топливо по-прежнему контролирует стоимость мирового энергетического рынка, составляющую около 1,5 триллиона долларов США (USD). Например, по оценке Всемирного энергетического совета (WEC) в 2007 году извлекаемые запасы угольных полезных ископаемых в 2006 году составят около 850 миллиардов тонн [6].

При сжигании угля генерируется больше выбросов CO ₂ , чем при сжигании нефти и природного газа в 1,5 и 2 раза по отдельности [7]. Малайзия не является исключением в использовании ископаемых видов топлива для производства электроэнергии. По состоянию на 2010 год уголь в Малайзии производится в основном на шести шахтах в Сараваке.Ресурсы угля составляют около 1724 млн. Тонн, из которых 274 млн. Тонн определены, 347 млн. Тонн указаны, а остаток — 1102 млн. Тонн предположительно [2]. В настоящее время общественная и политическая чувствительность к экологическим проблемам и энергетической безопасности сосредоточена на продвижении неископаемых источников энергии вместо ископаемых видов топлива. На возобновляемые источники энергии, такие как малая гидроэнергетика, солнечная энергия, ветер, геотермальная энергия и биомасса, в настоящее время приходится 14% от общего мирового потребления энергии, из которых 62% приходится на биомассу [8].

1.2. Возобновляемые источники энергии

Возобновляемые источники энергии — это источник энергии, который не исчезает. Эти типы источников энергии использовались с самого начала человеческой цивилизации. Они широко доступны, потому что они естественным образом существуют в нашей среде [9]. Есть три источника энергии, и они включают; ископаемое топливо, возобновляемые и ядерные источники энергии. Однако среди этих источников энергии возобновляемые источники энергии — единственный источник, который можно использовать для многократного получения энергии.Их также можно легко использовать для удовлетворения внутреннего спроса на энергию для местных сообществ. В таблице 1 представлен глобальный сценарий использования возобновляемых источников энергии, прогнозируемый к 2040 году. Солнце является крупнейшим источником всех видов энергии. Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) обладают преимуществами для уменьшения выбросов парниковых газов, минимизации глобального потепления за счет замены традиционных источников энергии и уменьшения количества отходов. Возобновляемые источники энергии, такие как биомасса, гидроэнергия, геотермальная, солнечная, ветровая и морская энергия, обеспечивают около 14% от общего мирового спроса на энергию.Прогнозируется, что к 2100 году этот процент значительно улучшится примерно до 30–80%, как показано в таблице 1 [10].

Таблица 1.

Глобальный сценарий использования возобновляемых источников энергии к 2040 году.

1.3. Энергия биомассы

Среди возобновляемых источников энергии биомасса является крупнейшей и важной, которая используется как в развитых, так и в развивающихся странах. Биомасса образуется, когда двуокись углерода и солнечная энергия (солнечный свет) с водой смешиваются в процессе фотосинтеза. Однако сжигание биомассы приводит к выбросу диоксида углерода в атмосферу, сопровождающемуся преобразованием накопленной химической энергии биомассы в тепловую [11].Биомасса является экологически чистым возобновляемым источником энергии, который может значительно улучшить нашу окружающую среду, экономику и энергетическую безопасность за счет сокращения сжигания ископаемого топлива, выбросов парниковых газов (ПГ) и загрязнения окружающей среды [12].

Биомасса может использоваться для производства тепла и электроэнергии для промышленных и бытовых целей. Это особое значение по сравнению с ветровой и солнечной энергией через фотоэлектрические элементы делает биомассу важной составляющей энергии сегодня и в будущем. Биомасса, такая как древесина, энергетические культуры, лесные и сельскохозяйственные отходы, промышленные и муниципальные отходы, могла бы быть заметной альтернативой углю [12, 13].Более того, согласно статистике МЭА, биомасса обеспечивала около 10% первичного мирового спроса на энергию в 2005 году. Биомасса может быть преобразована в газ и жидкое топливо (бионефть, биодизель и биоэтанол) посредством газификации и пиролиза, переэтерификации и ферментация соответственно [14].

Биомасса — это лигноцеллюлозный материал, полученный из живых органических веществ, таких как древесина и сельскохозяйственные отходы. Однако нелигноцеллюлозные вещества, такие как животные и твердые бытовые отходы (ТБО), также считаются биомассой.Три основных составляющих биомассы [15, 16] — это целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин. Он также содержит водные экстрактивные вещества и золу [16]. Составляющие тесно связаны и химически связаны нековалентными силами. Все вместе они сшиты, таким образом, неся состав и прочность растения [15]. Базовые структуры компонентов лигноцеллюлоз биомассы можно записать как (C ₆ H ₁₀ O ₅ ) m, (C ₅ H ₈ O ₄ ) m и [C ₉ H ₁₀ O ₃ · (OCH ₃ ) _0.9–1,7 ] m для целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина соответственно, где m — степень полимеризации [14].

1.4. Биомасса масличной пальмы в Малайзии

За последние несколько десятилетий пальмовое масло стало значительным и продолжительным развитием мирового рынка. Малайзия и Индонезия являются ведущими странами-производителями пальмового масла в мире, которые вместе производят около 85% мирового пальмового масла. Дополнительные страны-производители включают Таиланд, Колумбию, Нигерию, Папуа-Новую Гвинею и Эквадор [17].Масличная пальма — самый важный продукт, который изменил ситуацию в сельскохозяйственном секторе и экономике Малайзии. Прогнозируется, что в период 2016–2020 годов стандартное ежегодное производство пальмового масла в Малайзии достигнет 15,4 млн тонн. Лигноцеллюлозная биомасса, производимая при производстве масличных пальм, включает стволы масличных пальм (OPT), листья масличных пальм (OPF), пустые фруктовые грозди (EFB) и волокна, отжатые пальмы (PPF), скорлупу пальм и стоки с пальмовых заводов (POME). . Появление этих отходов масличной пальмы создало серьезный кризис утилизации, но основные задачи управления отходами в Малайзии заключаются в ограничении и повторном использовании отходов и рекуперации энергии.В основном это относится к отходам агропромышленного комплекса, например, остаткам пальмового масла, применяемым к городским отходам. Одним из значительных преимуществ отходов масличной пальмы является то, что фабрика по производству пальмового масла является независимой по энергии, использует PPF, EFB и скорлупу, которые используются в качестве топлива для выработки пара в котлах на отработанном топливе для обработки, а также выработки электроэнергии с помощью паровых турбин [18 ].

Уровень извлечения масла составляет всего около 10% производства пальмового масла, при этом большая часть 90% остается в виде биомассы. Например, в 1 кг пальмового масла образуется около 4 кг сухой биомассы [19, 20].Отходы масличной пальмы, образующиеся при производстве пальмового масла в Малайзии, являются одними из самых лучших остатков биомассы. Будучи лигноцеллюлозной биомассой, они также обладают несъедобными характеристиками, что делает их привлекательными во всем мире [21]. В частности, Малайзия произвела около 9,9 миллионов тонн отходов пальмового масла в качестве основных источников биомассы, включая EFB, скорлупу и волокно, которые продолжают расти на 5% ежегодно [22]. Однако часть сельскохозяйственных остатков масличной пальмы включает волокна мезокарпия (13.5%), скорлупа ядра пальмы (5,5%) и пустая гроздь плодов (22%). Пальмовая скорлупа и пальмовое волокно использовались в качестве топлива для работы паровых котлов, тогда как пустая гроздь фруктов использовалась для мульчирования на плантациях [23].

В 2009 году отходы масличной пальмы, переработанные в Малайзии, составили 7,0 млн тонн EFB, 11,6 млн тонн PKS и MF, 44,8 млн тонн листьев и 13,9 млн тонн стволов. Однако предполагается, что ожидаемая полезность этих отходов ограничена [24]. Между биомассой масличной пальмы волокно мезокарпа имеет более высокую теплотворную способность по сравнению с оболочкой пальмы и EFB [23].Эти остатки масличной пальмы имеют различный химический состав и высокую теплотворную способность, составляющую около 18–19 МДж кг ^–1 . Они лучше дополняют и ингредиенты для топлива в виде пеллет и брикетов [25]. Было заявлено, что в 2012 году количество прибыльных отходов масличной пальмы (в сухом весе) в Малайзии составило около 83 миллионов тонн. Более того, через несколько лет (2020 г.) он вырастет до 100 млн. Тонн [24]. Эти отходы будут продолжать способствовать решению проблемы утилизации сельскохозяйственных отходов в Малайзии, если не будут приняты необходимые меры.

1.5. Термохимическая конверсия биомассы

Прямое сжигание биомассы — не лучший способ использовать ее в качестве горючего. Некоторые процессы могут быть использованы для улучшения стандарта биомассы для лучшего и правильного применения. Некоторые из этих процессов включают обезвоживание и сушку, измельчение или измельчение, а также процесс уплотнения, например, гранул. Помимо вышеупомянутой традиционной предварительной обработки, существует также другой важный и эффективный метод повышения качества биомассы в качестве топлива, известный как торрефикация [11].Торрефикация может быть описана как термохимический процесс, осуществляемый в диапазоне температур 200–300 ° C в бескислородных условиях с целью повышения стандарта качества биомассы [26].

Процесс конверсии пиролиза является одним из известных термохимических методов, с помощью которого биомасса превращается в три основных побочных продукта, а именно; твердый уголь, бионефть и газы [27, 28]. Процедура пиролиза делится на медленный пиролиз и быстрый пиролиз. Медленный пиролиз дает больше биоугля, но меньше биомасла: около 35% — биочага, 30% — биомасла и 35% — синтез-газа.Однако быстрый пиролиз дает выход около 15% биоугля, 70% биомасла и 13% синтез-газа [20]. Параметры пиролиза, такие как температура, время удерживания, скорость нагрева, размер частиц, инертный газ и тип реактора, дают различные выходы продуктов пиролиза. Температура и время выдержки являются одними из наиболее важных рабочих параметров. По мере увеличения температуры и времени пребывания выход биоугля снижается из-за газификации твердого биоугля. При повышении температуры до 500 ° C может быть достигнут максимальный выход биомасла.Однако при дальнейшем повышении температуры урожайность падает. Интересно, что газовые продукты предпочтительны при высокой температуре и длительном времени выдержки, что неудивительно из-за количества летучих, выделяющихся при повышении температуры [20]. Для древесной биомассы жидкий продукт обычно максимизируется при температуре около 500–520 ° C для быстрого пиролиза. Однако более низкие температуры благоприятствуют производству биоугля [29].

1.6. Брикетирование биомассы для твердого топлива

Брикетирование — это процесс сжатия материалов до небольших переносных размеров с диаметром от 30 до 100 мм и любой длины в зависимости от применяемой технологии, которая может быть винтовой или поршневой [30].Возможно, процесс брикетирования рассматривается как способ улучшить использование низкосортных отходов. Брикетирование в основном используется для уплотнения биомассы и источников биомассы, таких как пластик, многие виды измельченных бумажных отходов и других горючих отходов [31]. В некоторых странах для производства топливных брикетов используются твердые бытовые отходы (ТБО), промышленные отходы и шламы [32]. Хорошо известно и считается, что остатки биомассы можно использовать в качестве замены топлива для сжигания на угольных электростанциях [33].Есть много способов брикетирования; к ним относятся параметры предварительной обработки и эксплуатационные параметры (факторы), которые контролировали качество топливных брикетов. Кроме того, физические свойства, такие как связующее, содержание влаги, размер частиц и сжимающие силы (давление), входят в число факторов, влияющих на качество брикетов с точки зрения прочности и удельного сопротивления во время транспортировки [34]. Однако качество брикета существенно зависит от процесса сушки [35].

В этом исследовании изучалась возможность использования пустых гроздей плодов, волокна мезокарпа и скорлупы ядра пальмы для замены угля.Эти биомассы были подвергнуты пиролизу, а полученные биомасло и биоуголь были использованы для образования брикетов древесного угля (твердого топлива). Вязкость биомасла была улучшена за счет добавления 10% крахмала и использования его в качестве связующего.

2. Материалы и методы

2.1. Сбор и подготовка образцов биомассы

Биомасса масличной пальмы, используемая в этом исследовании, включает волокна мезокарпа (MF), пустую гроздь плодов (EFB) и скорлупу ядра пальмы (PKS), как показано на Рисунках 1–3. Они были получены только что на фабрике по производству пальмового масла, расположенной в Нибонг Тебал, Пулау Пинанг, Малайзия.Эти образцы биомассы были побочными продуктами различных процессов, таких как прессование и растрескивание орехов в перерабатывающих отраслях, где производится сырое пальмовое масло. Образцы биомассы сушили до влажности менее 10 мас.% В течение 24 ч при 105 ° C. Образец EFB был разрезан на меньшие размеры, и все образцы хранились в эксикаторах перед экспериментами и анализами. Крахмал Sago был получен в торговом центре MYDIN, расположенном в Букит Джамбул, Пулау Пинанг, Малайзия. Полубитуминозный уголь поставляла компания из Саравака, Малайзия.

Рис. 1.

Пальмовое масло EFB в полученном виде.

Рис. 2.

Волокно масличной пальмы в полученном виде.

Рис. 3.

Скорлупа ядра масличной пальмы в полученном виде.

2.2. Физиохимическая характеристика

Был проведен приблизительный анализ по ASTM E871 для содержания влаги, ASTM E872 для содержания летучих веществ и ASTM E1755-01 для содержания золы, разница между которыми была использована для определения количества связанного углерода. Элементный анализ был проведен для анализа процентного содержания углерода (C), водорода (H), азота (N), серы (S) и кислорода (O).Это было выполнено с использованием анализатора Perkin Elmer 2400, и 2–2,8 мг образца были использованы для измерения процентного веса каждого присутствующего элемента. Более высокая теплотворная способность (HHV) была определена с использованием калориметрической системы бомб IKA C 200 и кислородной станции C248 с пустым водяным шлангом. Для каждого испытательного цикла отмеряли 0,5–0,8 г образца и помещали в тигель, соединенный с резьбой от запальной проволоки, который затем закрывали, и закачивали газообразный кислород. Лигноцеллюлозный состав материалов измеряли в соответствии с процедура, предписанная Сукираном [22].

2.3. Эксперимент по пиролизу

Эксперимент по пиролизу проводили трижды отдельно, используя реактор из нержавеющей стали длиной 150 мм и внутренним диаметром 70 мм; около 180 г сырой биомассы взвешивали и помещали внутрь электропечи. Реактор нагревали при температуре 400 ° C в течение 120 мин и со скоростью нагрева 10 ° C мин. ^-1 . Во время пиролиза температуру реактора контролировали с помощью термопары K-типа, а в качестве реакционного газа использовали азот (N ₂ ) со скоростью 2 л / мин, как показано на рисунке 4.

Рисунок 4.

Схема системы пиролиза.

2.4. Инструменты и методы брикетирования

Использованная цилиндрическая форма для брикетирования была изготовлена ​​из закаленной стали с внутренним диаметром 19,4 мм и высотой 50,2 мм. Другие детали для брикетирования — поршень пресса 65,0 мм и стопорный поршень 10,0 мм. Используемая ручная гидравлическая прессовая машина (брикетировочная машина) специально изготовлена ​​для экспериментальных работ. Он имеет максимальное давление всего 1000 кг / см ⁻² (98.07 МПа). Для каждого изготовленного биобрикета около 10–20 г смеси помещали в форму и сжимали при постоянном давлении 400 кг / см ^–2 в течение 2–5 минут до тех пор, пока не исчезло изменение показаний нагрузки. Эта процедура была повторена для всех производимых брикетов. Форма и поршень, а также схематическая установка брикетировочной машины показаны на рисунках 5 и 6 соответственно.

Рисунок 5.

Форма для брикетирования и поршень.

Рисунок 6.

Схема брикетировочной машины.

Крахмал растирали в порошок, смешивали с био-маслом объемом около 50 мл и нагревали. Смесь интенсивно перемешивали до образования однородного раствора (связующее биомасло). Биочаг и биомасло (связующее) смешивали в соотношении 60:40 массовых процентов. Перед загрузкой в ​​форму и прессованием смеси давали высохнуть в течение 10 минут при комнатной температуре. Вес полученного брикета регистрировали немедленно и помещали в условия окружающей среды примерно на 7 дней для сушки. Процедура брикетирования представлена ​​на Рисунке 7.

Рисунок 7.

Процессы брикетирования.

2.5. Термогравиметрический анализ (ТГА)

Термогравиметрический анализ (ТГА) проводили на образце с использованием термогравиметрического анализатора Perkin Elmer STA 6000. Термический анализ использовался для изучения тепловых характеристик образцов путем наблюдения за изменением веса, происходившим при нагревании образцов, в отношении гемицеллюлозы, целлюлозы и лигнина, и определения их поведения при термическом разложении. Анализ проводился в присутствии газового потока азота (N ₂ ) при скорости нагрева 10 ° C мин. ^-1 , с размером образца 250-355 мкм, и образцы нагревали от температуры окружающей среды до примерно 850 ° С.

После изготовления и сушки брикетов древесного угля их измельчали ​​и подвергали сжиганию вместе с углем с помощью ТГА в диапазоне температур 30–850 ° C при постоянной скорости нагрева 10 ° C мин. ⁻¹ в атмосфере кислорода. среды при расходе 50 мл мин ⁻¹ . При анализе горения были определены профили горения, такие как пиковая температура, температура возгорания и температура выгорания в каждой зоне горения. Также были проанализированы потери веса, количество сгоревших брикетов, скорость горения и тепловыделение при горении.График зависимости DTG% / мин от температуры был использован для определения характеристик горения брикетов. Скорость горения и тепловыделение рассчитывались по приведенным ниже уравнениям [23].

Скорость горения = общая масса сгоревшего брикета / время горения E1

Тепловыделение = теплотворная способность × скорость горенияE2

3. Результаты и обсуждение

3.1. Лигноцеллюлозные компоненты отходов масличной пальмы

Состав целлюлозы, гемицеллюлозы, лигнина и экстракта в отходах масличной пальмы находился в диапазоне 20–39, 23–35, 20–49 и 3–10 мас.% Соответственно, как показано в таблице 2.Для сравнения, пустая гроздь фруктов имеет высокое содержание целлюлозы и гемицеллюлозы и низкое содержание лигнина и экстрактивных веществ, чем другие. Волокно Mesocarp имеет более высокое содержание экстрактивных веществ, чем PKS и EFB, что может быть причиной его более высокой теплотворной способности, чем у других. Высокое содержание лигнина в скорлупе пальм привело к высокому выходу биоугля. В других исследованиях было обнаружено, что целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, экстрактивные компоненты и зола отходов масличной пальмы соответственно составляют 33,9, 26,1, 27,7, 6,9 и 3,5 (% сухой массы.) для MF. В то время как 38,3, 35,3, 22,1, 2,7 и 1,6 (% сухого веса) для EFB, 20,8, 22,7, 50,7, 4,8 и 1,0 (% сухого веса) для PKS [20]. Процентный состав лигноцеллюлозы играет жизненно важную роль в выходе продуктов пиролиза. Лигноцеллюлозные компоненты древесины и просо проса содержали 35–50 и 30–50% целлюлозы, 20–30 и 10–40% гемицеллюлозы и 25–30 и 5–20% лигнина соответственно [36].

Таблица 2.

Физиохимические свойства отходов масличной пальмы.

Массовая доля сухой основы (мас.%).

По разнице.

3.2. Предварительный и элементный анализ

Результаты приблизительного анализа биомассы масличной пальмы представлены в таблице 2. Содержание влаги, золы и связанного углерода составляло 7,30, 7,51 и 10,09 мас.% Для EFB, 6,2, 7,02 и 15,83 мас.% Для MF. и 4,9, 8,7 и 15,9 мас.% для ПКС соответственно. Содержание летучих веществ составляло от 75 до 82 мас.%, При этом EFB имеет более летучие вещества, чем MF и PKS. Относительно аналогичные результаты в (мас.%) Можно найти в другом исследовании [28].По сравнению с другими источниками биомассы, EFB имеет аналогичное содержание летучих веществ с опилками (82,20 мас.%) И ниже, чем в шелухе риса (61,81 мас.%). Однако стебель хлопчатника имеет высокое содержание фиксированного углерода и более высокое содержание золы, чем все изученные отходы масличной пальмы [37]. Процент летучих веществ, связанный углерод, зольность и влажность являются приемлемыми параметрами выхода продуктов пиролиза. Джахирул и др. сообщили, что процентное содержание летучих веществ, связанного углерода, содержания золы и влаги является подходящими параметрами выхода продуктов пиролиза.Биомасса с высоким содержанием летучих веществ производит большое количество биомасла и синтез-газа, тогда как фиксированный углерод увеличивает образование биоугля. Содержание влаги в биомассе влияет на систему теплопередачи, что в первую очередь влияет на распределение продукта. Также увеличение содержания влаги увеличивает выход жидкого продукта и снижает выход твердого и газообразного продукта. Это может быть связано с огромным количеством конденсата, который образуется из влаги в жидкой фазе [36].

Химический состав отходов масличной пальмы обусловлен присутствующими элементами.Результаты анализа, приведенного в таблице 2 выше, показали, что ПКС имеет высокое содержание углерода 50,29 мас.% И низкое содержание кислорода 42,82 мас.%, Чем содержания в MF и EFB, соответственно. Было обнаружено, что содержание водорода, серы и азота составляет соответственно 6,20, 0,09 и 0,47 мас.% Для EFB, 5,52, 0,12 и 0,59 мас.% Для MF и 6,35, 0,08 и 0,48 мас.% Для PKS. Другие отходы масличной пальмы, такие как листья масличной пальмы и ствол масличной пальмы, имеют высокое и низкое содержание кислорода (50,88 и 53,12 мас.%) И углерода (42.76 и 40,64 мас.%) Соответственно [38, 39], чем ЭФБ, МФ и ПКС. Для рисовой шелухи и опилок они имеют содержание углерода на 47,80 и 46,90 мас.% [37] выше, чем в EFB и MF.

3.3. Теплотворная способность

Теплотворная способность используется для измерения содержания энергии и теплового КПД материалов. В этой работе были определены и рассчитаны соответственно более высокая и низкая теплотворная способность (HHV и LHV) отходов масличной пальмы. Полученные результаты показали, что HHV EFB, MF и PKS были соответственно равны 16.9, 19,06 и 19,5 МДж кг ^-1 , как показано в Таблице 2. Другие виды топлива, такие как полубитуминозный малазийский уголь и оливковая шелуха, обладают высокой теплотворной способностью 24,6 МДж кг ^-1 [23] и 21,80 МДж кг ⁻¹ [37], соответственно по отношению к изученным в данной работе отходам масличной пальмы. Рассчитанная LHV составила 15,5 МДж кг ^-1 для EFB, 17,9 МДж кг ^-1 для MF и 18,1 МДж кг ^-1 для PKS, соответственно.

3.4. Термогравиметрический анализ

На рисунке 8 показаны кривые ТГА и дифференциальной термогравиметрии (ДТГ) образца.Образцы показали аналогичное поведение при пиролизе. Первый небольшой пик соответствует испарению влаги и ранней потере веса при температуре ниже 150 ° C для всех образцов биомассы пальмы. Разложение гемицеллюлозы начинается при температурах около 270 ° C для EFB, 290 ° C для MF и 300 ° C для PKS. Сообщается, что Sulaiman и Abdullah кривые DTG для PKS и MF достигают отдельных пиков для гемицеллюлозы при температуре около 300 ° C и целлюлозы выше 300 ° C [40]. В этом исследовании пик при примерно 310 ° C и два пика при 360 ° C соответствуют разложению целлюлозы для EFB, MF и PKS соответственно.Хотя распад целлюлозы и гемицеллюлоз является постоянным прогрессом, потеря веса этих составляющих сохранялась на протяжении почти всего периода нагрева. Однако максимальная скорость снижения целлюлозы составляет от 300 до 360 ° C, а для гемицеллюлозы — от 270 до 300 ° C. Разложение лигнина наблюдается при 650 ° C, но PKS показывает высокую устойчивость к температуре из-за высокого содержания лигнина. Общие потери веса при температуре от 100 до 450 ° C составляют 78,6, 75,71 и 98.5% для EFB, MF и PKS соответственно.

Рис. 8.

Термический анализ (кривые ТГА и ДТГ).

3.5. Выход продуктов пиролиза

Показаны выходы биоугля, бионефти и газа, полученные при пиролизе отходов масличной пальмы при температуре 400 ° C, скорости нагревания не менее 10 ° C ⁻¹ и времени выдержки 120 мин. на рисунке 9 для EFB, MF и PKS. Джахирул и др. сообщили, что разложение лигноцеллюлозных компонентов зависит от температуры, скорости нагрева и других загрязняющих веществ из-за их различной молекулярной структуры.Гемицеллюлоза разлагается легко, затем целлюлоза, а лигнин разлагается. Однако во время пиролиза лигнин и гемицеллюлоза не влияют друг на друга, но оба могут влиять на пиролиз целлюлозы. Они также сообщили, что процентное содержание летучих веществ, связанного углерода, зольности и влажности являются подходящими параметрами выхода продуктов пиролиза. [36].

Рис. 9.

Продукты пиролиза, полученные из EFB, волокна и оболочки.

3.5.1. Biochar yield

Как видно на рисунке 9, PKS и MF были выделены как образцы, которые дали огромное количество biochar по сравнению с EFB.Количество выхода биоугля составило 42,11% для EFB, 45,12% для MF и 46,57% для PKS, соответственно. Соответственно, наблюдали влияние лигнина (связанный углерод) и целлюлозы на выходы биоугля. В таблице 2 показано, что PKS и MF содержат значительное количество лигнина и связанного углерода и меньшее количество целлюлозы, чем EFB, и, следовательно, они дают большое количество biochar по сравнению с EFB. Известно, что biochar из лигнина. Таким образом, элементный состав биоугля близок к лигнину [36].

Выход биоугля может быть связан либо с первичным, либо с вторичным разложением сырых образцов во время пиролиза, что, следовательно, влияет на процессы конверсии пиролиза. Более того, распад целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина во время пиролиза играет жизненно важную роль в выходе биоугля [28, 41]. Высокий выход биоугля при низких температурах показывает, что материал подвергся лишь частичному пиролизу [41]. Сообщалось, что во время процесса пиролиза было обнаружено, что целлюлоза, гемицеллюлоза и лигнин, соответственно, демонстрировали от самой высокой до самой низкой скорости распада.При температуре более 400 ° C целлюлоза практически пиролизируется с небольшим количеством твердого остатка [42].

3.5.2. Выход бионефти

Выход бионефти, как показано на Рисунке 9, показывает, что количество произведенного бионефти составляло от 34 до 35%. Однако EFB и PKS произвели максимальное и минимальное количество 35,97 и 35,20% биомасла соответственно. Тот факт, что EFB и MF генерируют большее количество биомасла, чем PKS, можно отнести к большому количеству целлюлозы и гемицеллюлоз, как показано в таблице 2.Было отмечено [36], что целлюлоза в основном отвечает за производство бионефти во время пиролиза биомассы (около 500 ° C). Однако биомасло лучшего качества может быть получено из биомассы с высоким содержанием лигнина. Биомасса с высоким содержанием летучих веществ производит большое количество биомасла и синтез-газа. Содержание влаги в биомассе оказывает влияние на процесс теплопередачи со значительным влиянием на распределение продукта [36]. Вязкость биомасляного связующего улучшилась до 40 сП с добавлением 10% крахмала по сравнению с начальным значением 3 сП.

3.6. Характеристики горения древесно-угольных брикетов и угля

Полученные образцы древесно-угольных брикетов и их физические свойства показаны на Рисунке 10 и Таблице 3 соответственно. Физические свойства и характеристики горения брикетов древесного угля, полученных в этой работе, сравнивались с малазийскими полубитуминозными углями (углем) в целях замены.

Рис. 10.

Образцы угольных брикетов.

Таблица 3.

Физиохимические свойства древесноугольных брикетов и угля (твердое топливо).

Массовая доля сухой основы (мас.%).

По разнице.

Приблизительный анализ и HHV брикетов древесного угля показаны в таблице 3. По результатам установлено, что содержание летучих веществ, связанного углерода, золы, влажности и HHV соответственно составляет от 41 до 49, от 39 до 50, от 6 до 11, от 2 до 4 мас.% И от 23 до 26 МДж кг ^-1 . Максимальное количество летучих веществ — 49.74 мас.% Было получено от твердого топлива EFB, а минимальное значение 41,92 мас.% Было получено от твердого топлива ПКС. Уголь показал самый высокий уровень связанного углерода, за ним следуют твердые топлива MF, PKS и EFB соответственно. Последовательность значений теплотворной способности: сначала MF, затем PKS, уголь и, наконец, EFB. Последовательность может зависеть от содержания летучих веществ и других факторов, присутствующих в твердом топливе, которые определяют качество топлива. Однако низкое содержание летучих веществ и высокое содержание золы могут затруднить воспламенение топлива и, следовательно, не могут быть признаны хорошим горючим топливом.Для сравнения, древесно-угольные брикеты MF и PKS имели более высокую HHV 26,15 и 25,99 МДж кг ^-1 по отдельности, чем уголь, который имел 24,21 МДж кг ^-1 , за исключением древесного угольного брикета EFB, который показал самое низкое значение 23,93 МДж кг ^-1 . Таким образом, можно сказать, что все брикеты из древесного угля показали аналогичные свойства с углем. И поэтому считается лучшим вариантом для замены угля.

Ранее указывалось, что для того, чтобы твердое топливо могло легко воспламеняться и гореть, оно должно содержать умеренный процент летучих веществ.Было замечено, что высокое содержание влаги и золы может привести к возгоранию и другим затруднениям сгорания [37, 43]. Существенные преимущества биомассы в качестве топлива для сжигания заключаются в высокой летучести и высокой реакционной способности топлива и образующегося полукокса [44]. На основании этих причин, а также поскольку все брикеты древесного угля, полученные в этом исследовании, имели аналогичные свойства или даже лучше, чем уголь, выбор лучшего топлива определяется по содержанию летучих веществ, золы и влаги, соответственно, из-за их роли во время сгорания.Все твердое топливо подвергалось сжиганию при 10 ° C мин. ^-1, , а результаты профилей горения, полученные с помощью DTG, показаны на рисунке 11.

О нас | SANGLA брикеты и пеллеты

Компания «Sangla» основана в 2006 году как дочернее предприятие крупного эстонского производителя высококачественного отопительного и фрезерного торфа. Мы производим не только торфяные брикеты, но и другие изделия из древесины для отопления.

Развитие нашей компании происходит за счет гибкой системы обслуживания клиентов и широкого спектра предложений.Наша компания всегда рада обслуживать наших старых и новых клиентов.

Мы открыты для диалога и поможем решить любые возникшие вопросы.

О нашей продукции

Наши предки на протяжении многих веков использовали дрова для отопления домов. Но сегодня рубить дрова и сжигать их в печи — большая расточительство. Поскольку современные отопительные приборы позволяют использовать различные виды топлива, одним из них является природный биологический материал — торф .

Торф образуется естественным путем, путем разложения разложившихся частей деревьев, кустарников, трав и мхов, в условиях повышенной влажности и ограниченного доступа кислорода.

• Основные преимущества торфа — это низкая себестоимость производства, экологическая чистота горения (небольшая доля серы), полное сжигание (небольшой остаток золы) и применение новых технологий сжигания. Все это делает торф перспективным источником производства более дешевой тепловой энергии, чем например, при использовании угля как жидкого топлива, так и, что самое главное, экологически чистым.

По оценке торфа в 3 раза выше, чем у дров, древесных брикетов. Это позволяет меньше потреблять сырья, а использовать в 2 — 3 раза дольше. Энергетическая ценность наших торфяных брикетов составляет 5674 ккал, в отличии от аналогов 3600 ккал. При горении не имеет запаха, а золу можно использовать как естественное удобрение для растений. Процент параметров зольность составляет 6,57%

В качестве топливного торфа применяется в виде брикетов: брикет имеет прямоугольную форму, длина которой составляет до 400 мм.

У етом на брикете есть насечки по всей длине, брикет легко ломается, в случае если меньшего размера.

Латвийская фирма «Sangla» предлагает покупателям высококачественные торфяные брикеты, обладающие высокими тепловыми, зольными и экологическими показателями, произведенные эстонской компанией Sanglaturvas.

Все параметры и качество продукта подтверждаются лабораторными исследованиями, проведенными Швецией и европейскими сертификатами. Санглатурвас является передовым производителем торфяных брикетов на европейском рынке и успешно сотрудничает с предприятиями Скандинавии и Западной Европы.

Латвийские потребители, а это не только отдельные покупатели, но и частные поселения, сотрудничающие с ООО «Sangla», уже сделали вывод — этот товар не имеет аналогов в Латвии, гораздо удобнее и чище.

С развитием современных технологий сжигания и использования экологически чистых процессов получения энергии, сфера использования торфа в качестве топлива оценивается учеными, как одно из наиболее перспективных направлений в энергетике XXI века.