文摘
介绍开发过程中有个综合的机制pyrolysis-tar分解产生的诉讼程序油棕空水果群——(EFB)衍生生物炭与其他固体碳生物炭的身体内,分解产生的焦油蒸气在其孔隙表面,使用化学气渗透(CVI)方法。carbon-infiltrated生物炭产品,特点是调查可能被用作部分可口可乐在炼铁微风替换。Carbon-infiltrated生物炭用于烧结过程,提出了可以减少消费可口可乐和有限公司2钢铁行业的排放。
1。介绍
最大的棕榈油生产商之一,马来西亚已生成大量的油棕残留。高容量的油棕生物质残留带来管理和处置成本高。废物管理的低效率也会导致环境恶化,因为自然甲烷化过程从生物质倾销1]。
我们感兴趣的是利用油棕空果串(EFB),生物质能的丰富但略微利用在马来西亚。利用生物质能的热化学方法之一是高温分解,产生生物炭,biotar,气体(2]。产生的气体可直接用作可再生燃料来源,主要是在马来西亚的发电。生物炭(慢速热解的主要产物)和biotar(快速热解的主要产物)含有碳,可以收集和用作燃料来源。不同热解条件下导致了不同的产品,和每个热解过程必须遵循生物治疗的目标执行。几个技术已经由研究人员获得所需的产品,他们大多是通过控制重要工艺参数如温度和加热率。
论述了carbon-infiltrated生物炭生产的机制集成pyrolysis-tar分解过程。实验部分的生产已经提出了3),这是一个缓慢和快速热解过程的粗和细EFB粒子,分别。慢速热解粗EFB生产生物炭的高度多孔和能够被利用的底物biotar分解过程。化学蒸气渗透(CVI)技术来实现集成快速pyrolysis-tar分解在多孔EFB biochar-to产生增值EFB生物炭。
一个重要的产品使用技术是包含增加碳含量和热值carbon-infiltrated生物炭,就是能部分替代焦炭的微风。可口可乐的微风一般为高炉冶金焦炭生产的副产品,以微粒的形式。可口可乐的微风已经用于烧结机作为热源。Carbon-infiltrated生物炭,增加碳排放,但减少波动的重要内容,可以考虑作为补充燃料在烧结厂减少使用可口可乐的微风。利用EFB-derived产品部分替代这个预计将减少化石燃料有限公司2排放到环境中。
2。表征方法
Carbon-infiltrated生物炭生产使用集成pyrolysis-tar分解过程碳的类型和微观结构特征,以及了解开发过程的机制。这个碳沉积过程来自分解EFB-derived biotar EFB-derived生物炭的孔内发生。EFB转换成多孔生物炭涉及组件的分解,半纤维素、纤维素和木质素。内的化学和物理性质的沉积碳多孔生物炭。沥青的化学结构组件快速热解,产生的气体成分,提出了生物炭的结构。
为了研究carbon-infiltrated生物炭的物理性质,FE-SEM观察。与形态、孔隙大小分布研究了生物炭沥青碳化前后样品的氮气吸附等温线中间微孔隙和收集的数据采用Dubinin-Astakhov (DA)方法。这个方法被选中,因为它是最合适的方法为生物炭,异构碳质材料。
内的沉积碳多孔生物炭进行了分析使用英国inVia台光谱仪、配备CCD探测器sp调查3内容。测量的光谱选择的范围在900 - 2000厘米−1,测量了至少三次确认再现性。carbon-infiltrated生物炭的性质被相比商业可口可乐的微风。这种材料提出了一个替代或部分替代焦炭的微风在烧结机炼铁。
3所示。结果与讨论
通常为木质生物质如EFB、纤维素和半纤维素分解成挥发物,而通常木质素分解成残灰或生物炭根据工艺参数(4]。图1(一)介绍了结构快速热解过程中产生的焦油成分500 - 600°C改编自审查由李和铃木5]。焦油在这些温度的主要成分是苯酚,并从木质素酚是一个基于产品。因此,该沥青预期能够分解成大量的热解碳或二级char,相比产生的焦油在其他温度。图1 (b)描述了在这一过程中产生的气体和生物炭的结构。
(一)
(b)
图2显示了FE-SEM生物炭材料在100000 x放大的照片。这个结果揭示了生物炭孔隙的形状,似乎类似于纳米级裂缝。这显然支持EFB生物炭的概念是一个多相材料组成的微孔隙,中孔和大孔隙。可以看出沥青碳化后的毛孔缩小毛孔内的过程。图3显示了生物炭沥青碳化前后的孔隙大小分布分析使用氮吸附法。Dubinin-Astakhov方程用于这种类型的材料和提出的非线性曲线拟合吸附等温式。从这个图,可以清楚地看到,毛孔被“消费”沥青碳化过程后,毛孔和2.0 - -2.5纳米尺寸范围有最“孔隙消费。”这一现象归因于毛孔内的碳沉积。这对生物炭可以推断,,2 - 2.5纳米孔隙大小的范围适用于碳沉积的过程。此外,流程生产更多的毛孔中提到的尺寸范围必须控制的生物炭使用慢升温速率和较低的加工温度。
(一)
(b)
图4介绍了多孔材料中的扩散类型,包括分子扩散、克努森扩散和两者的混合扩散类型(6]。与CVI工艺的研究在生物炭,克努森扩散是最有利的扩散类型,以确保最大的碳可以沉积在生物炭颗粒的孔隙网络。蒸汽通过大孔隙扩散到中孔发生分解,最终填补毛孔积炭。图5介绍了克努森扩散的机制与沥青碳化过程的CVI法。
焦油的化学反应分解产生积炭是如下所述:
较小的孔隙大小和低反应温度尤为重要,以确保一个纯粹的克努森扩散发生,使毛孔不堵塞,就像如果分子扩散也生效。小孔隙大小将增强分子的碰撞与墙壁孔隙表面。此外,低温反应是必要的,这样的分子移动缓慢,抑制他们相互碰撞的可能性。在这项研究中,焦油蒸汽分解成固体碳和气体分子碰撞时孔隙表面,使固体碳孔隙表面沉积正确,因此可能导致毛孔是填满这个额外的碳的最大数量。对于较大的孔隙大小、分子扩散将焦油的地方大多会分解成气体代替固体碳。这种类型的扩散也可能造成堵塞,导致很少或没有适当的固体碳的沉积。
另一方面,低焦油碳化反应温度是同样重要的,以避免不必要的反应发生过程中,可能会导致降低最终产品的碳含量。反应可能发生在沥青碳化过程中甲烷化和Boudouard反应。反应如下所述:
标准的甲烷化和Boudouard反应发生在约700°C和680°C,分别。然而,如果非晶碳的类型具有高孔隙度,这些反应所需的温度可能低于报道。此外,对于Boudouard反应,当温度进一步提高,生产的公司更有可能发生进而可能导致生物炭是消耗的碳含量,减少固体碳的总量。
图6显示了拉曼光谱的沉积碳沥青碳化过程利用EFB和冶金焦比较的微风。拉曼光谱的特点是两个强大的主要山峰:D(缺陷障碍)的峰值和G(石墨)峰值。与理想的石墨晶格,D峰和G峰出现在1350厘米左右−1和1580厘米−1分别为(7]。
有一些方法来评估基于拉曼光谱的无序结构材料,包括峰值强度比,G峰值的位置,和峰面积比8,9]。使用D和G峰值强度,我D和我G分别集群结构的直径可以估计使用的比例我D来我G(我D/我G)。此外,sp3分数的无定形碳可以计算通过使用G峰值位置,ωG(10]。
图6还描述了各自的sp的拉曼光谱3冶金焦的微风,生物炭和积碳。G峰值略向右平移,石墨化程度的增加。冶金焦微风被发现有更高程度的石墨化,表明一个更有序碳结构相比EFB-derived产品。比慢速热解过程中,产生的生物炭的沉积碳源于快速热解产生的焦油显示轻微转向正确的G峰值位置。在更高的温度,sp3内容小,因为增加石墨化,这也导致了更多的命令碳结构和大的碳微晶的存在(11]。
结果簇直径和sp3冶金焦的微风中,内容EFB生物炭,沉积碳绘制在图7。集群对可口可乐的微风是最小的直径(2.40海里)其次是EFB生物炭(3.28 nm)和沉积碳(3.90海里)。另一方面,生物炭sp最高3内容,其次是沉积碳和可口可乐的微风。材料与高sp3内容是一个高度无序材料分散结构。因此,结果表明,生物炭慢速热解产生的过程是最无序材料相比可口可乐的微风和积碳,快速热解产品。这是它之所以被选中作为焦油分解反应的介质。集群直径,认为沉积碳记录最大的集群直径被打开了,这是由于加工温度较高和快速加热率比要求生产生物炭。
3.1。Carbon-Infiltrated生物炭在烧结厂的应用
烧结厂功能在高温下结块小颗粒的铁矿石和焦炭的微风和其他好材料准备适合高炉的原料。在烧结厂操作,可口可乐的微风是主要的能量来源,通过氧化过程发生燃烧。这个过程消耗高能源和产生大量的有限公司2因为碎焦炭和焦炉煤气燃烧(齿轮)。有效控制至关重要的燃料消耗烧结厂,因为它在生产成本中扮演着重要角色12]。
另一方面,生物炭的影响利用替代焦炭的微风在烧结厂烧结生产率和质量报告,增加了生物炭在烧结厂能够增加燃料燃烧率。除此之外,降低的程度也增加了生物炭烧结由于其多孔结构。然而,可口可乐的微风的近似替代20 - 25%农业residue-derived生物炭被发现适合获得最佳烧结生产率和烧结矿质量(13]。
表1礼物的比较EFB-derived生物炭和carbon-infiltrated生物炭商业可口可乐的微风在烧结过程中使用。EFB生物炭和carbon-infiltrated生物炭的值从实验数据(3),而可口可乐的微风从商业获得可口可乐的值和/或可口可乐的微风数据。有一个类似的粒子大小的范围,生物炭的碳含量从63.7增加到69.8质量%发达集成pyrolysis-tar分解过程,这是接近最低商业碎焦炭的碳含量,75质量%。有趣的是,最后carbon-infiltrated生物炭产品的碳含量被认为能够进一步增加的数量增加焦油源(14]。然而,在这工作,设备的限制是,焦油源的数量必须受到限制。热值(干基,d.b。)的carbon-infiltrated生物炭也发现接近商业可口可乐的微风。从表中显示的值1,可以看出这个开发过程产生carbon-infiltrated生物炭设法帮助提高和升级的价值EFB-derived生物炭用作固体生物燃料,用更高效的exergetic EFB性能比传统的生物炭生产。
因此,利用carbon-infiltrated EFB生物炭在烧结厂是被认为是一个有前途的替代焦炭微风在炼铁行业。此外,焦油后分解过程产生的气体可以作为一种能源也成为部分替代齿轮。数据8(一个)和8 (b)说明传统的示意图和提出的系统,该系统可以帮助减少可乐的消费微风在传统烧结机。可乐的微风而不是唯一的燃料在烧结厂,carbon-infiltrated提出了生物炭作为部分替代为了减少化石燃料的消耗。Carbon-infiltrated生物炭可以通过综合使用EFB由CVI反应堆pyrolysis-tar分解过程。利用这个EFB-derived carbon-infiltrated生物炭也可以减少CO的排放2到环境中。
(一)
(b)
4所示。结论
扩散的机理研究。在这项研究中,生物炭生产的低温,400°C被选为了生产生物炭一小平均孔隙大小适合克努森扩散。沥青的碳化过程,较低的反应温度为400°C被选中,这样焦油蒸气分子活跃度较低,以确保纯克努森扩散发生,最大化的碳的数量能够沉积在多孔生物炭的网络。孔隙大小分布的情节,最毛孔被填满的毛孔在尺寸范围2.0 - -2.5海里。
sp的3分数计算EFB-derived产品相比与商业冶金焦的微风。生物炭基体和沉积碳被归类为非晶碳sp的38.67%和19.45%3内容,分别。随着sp3内容更高,成为高活性的材料由于其分散结构。这个反应性特征也很重要的产品作为一种能源在烧结机除了其碳含量和热值。冶金焦微风记录sp的13%3内容,表明carbon-infiltrated生产生物炭的活性比商业可口可乐的微风。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项研究部分由国际伊斯兰大学马来西亚通过IIUM研究专项资助计划(钻井平台16-353-0517)。