文摘
特梅尔穆萨(Prosopis chilensis)是一种入侵野生树在沙漠中发现的许多国家,例如,厄立特里亚、埃塞俄比亚、苏丹、南非、印度和美国。这个入侵树的热化学性质分析作为一个潜在的生物质能源原料。特梅尔的热值测定穆萨伍德被发现19.83 MJ /公斤。热重量分析和衍生品重量资料显示,分解发生在四个阶段代表水分含量、挥发分、固定碳、灰分形成。近似的参数范围内与其他已知的微生物和良好适合热化学能量转换。气化过程确认的存在一些气体,通常观察到在入侵生物量中。所有气化气体是在可接受的范围内,没有观察到的硫化氢气体,使转换环境友好。结果表明,能量转换temer穆萨适用于实时实现。
1。介绍
生物质是一种有吸引力的可再生能源;它构成了生物物质来自生物,可以再生1- - - - - -3]。从热带木材/干旱地区预计将有一个高热值(CV),这些树从自然更耐高温3]。因此,这些树转换成能源是经济可行的。直接燃烧、气化和热解的主要热化学转换技术是生物质能源(干2,4]。气化是焦点,因为它可以将各种类型的原料(生物质、煤和生物废弃物)为电能通过syngas-powered发电机,特别是生物质气化的集成和固体氧化物燃料电池(SOFC)的基础上结合和热发电(CHP) (5- - - - - -7]。特梅尔穆萨是一种侵入性的树,尚未被研究的能源前景。
特梅尔穆萨是一种侵入性树,主要发现在不同的国家在非洲的沙漠(例如,厄立特里亚、喀麦隆、乍得、冈比亚、加纳、几内亚、尼日利亚和南非),印度和美国。这是一个快速增长、丰富和外来树种与中小型树通常约12米的高度和直径1米。由于其快速增长的本质,这棵树非常准,有益的作为能源生产的原料。特梅尔穆萨属于豆科的家庭和有不同的名字在世界不同地区的学名Prosopis chilensis。这棵树非常对环境有害,因为它是产生巨大的二氧化碳(有限公司2(O),形成少量的氧气2),和消耗大量的地下水8]。根据太平洋岛屿生态系统风险(码头)的风险评分Prosopis chilensis19岁,很高与国际标准相比(风险因素应该低于6)(9]。
保护土地、环境和生态的负面影响这入侵物种,生物燃料技术是一种新的流程管理侵袭性的转换成生物能源(10,11]。潜在的生物质气化应用将有助于保护环境和这些国家解决能源问题12]。最近,密集的研究兴趣已种植与燃料电池集成生物质气化系统获得更高的效率,可以输入从气化炉合成气燃料的燃料电池(13- - - - - -15]。气化炉用可燃材料生产合成气,氢或氢燃料,例如,甲烷。可以利用这些气体作为燃料燃料燃料电池(16,17]。固体氧化物燃料电池是一种燃料电池类别,允许不同的燃料,如天然气和碳氢化合物(18- - - - - -20.]。
利用特梅尔穆萨为原料来实时实现,存在挑战有关的(我)生物量的管理:来源、存储、运输、和大小的生物质气化,(ii)的优化气化炉的操作参数,(3)清洗单位为了满足固体氧化物燃料电池的气体纯度要求和其他单位(iv)固体氧化物燃料电池材料发展应对H2年代和含碳合成气,电和热(v)的应用从固体氧化物燃料细胞组合一个家庭和热能力。最好的作者的知识,没有研究已经完成描述特梅尔穆萨发电的应用前景。因此,本研究旨在呈现物理和化学特征入侵特梅尔穆萨作为一个潜在的原料可以用于驱动的生物质气化合成气固体氧化物燃料细胞和热动力系统相结合。
2。材料和方法
特梅尔穆萨收集树枝从厄立特里亚和切成小块干燥在阳光直射下一周。杂物后,部分干在烤箱100°C的过夜删除左边的水分。最后,小块被标准磨成粉,已筛筛没有60获得生物样本的0.250毫米。外表,连根拔起的过程,可用区域如图1。
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2.1。热值(CV)测量
获得颗粒的生物样本球状的大约为每个实验运行通用。颗粒被放置在一个弹式热量计(C200 P.A.希尔顿Ltd .)测量反应热根据美国和材料试验学会D2015方法。棉线和镍铬合金线导致火弹式量热器的样本在点火阶段设备。恒定体积下的热值计算使用以下方程(22]。 其中简历是热值(kJ /公斤),ε热量相当于原子弹(J / K),θ有效温度上升(K),米c的质量是棉线(g),问c是棉线的热值(J / g),镍铬合金线的质量(g),镍铬合金线的热值(J / g),然后呢米f是燃料的质量(生物质)(g)。
2.2。燃烧和近似分析
小块(∼1 g)特梅尔穆萨在炉燃烧约500°C。炉温度从25°C提高到500°C的速度10°C /锭,形成类似二恶英和二恶英和化合物在燃烧区(低于500°C温度23]。三种气体传感器的德尔格X-am 5000(传感器检测一氧化氮(NO),氨(NH)3(CO),二氧化碳2);传感器检测磷化氢B (PH3)、二氧化硫(2)、硫化氢(H2,和一氧化碳(CO);传感器C检测二氧化氮(没有2)、氰化氢(HCN)和氯(Cl2)被用来测量气体同时输出。
图2(一个)显示了本地生产的气体检测系统使用室和探测器。气体产生的生物质燃烧炉,和气体通过气体线连接到室。室可以控制数据收集的气体分散。数据收集产生的气体传感器监控每5分钟后开始生物质燃烧研究废气。近似分析是一个重要的特征来估计生物质热化学转换材料的适用性。分析,水分含量(MC)、挥发性物质(VM),固定碳(FC),和灰分(AC)得到同步热分析仪,STA8000,珀金埃尔默Songkla王子大学利用美国和材料试验学会E1131 [24)方法。该方法有效地执行成分分析(挥发性物质,易燃材料,和灰分)的固体和液体。氮被介绍给样品从环境到600°C,和空气样品从600°C到1000°C。在氧化气氛中,固定碳被氧化为750°C,灰是残渣。
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近似分析检查基于热重量分析方法是准确的初始质量的原因是称重系统在稳定状态下引入热之前,和热行为概要文件开始显示当温度增加到1000°C。大约37.73毫克的特梅尔穆萨木材样本放置在热重量分析设备和加热两个步骤有两个住时间设置,如图2 (b)。在第一步中,样本从25°C加热到110°C在50°C /分钟,居住在110°C 5分钟。在第二步中,温度从110°C到950°C在100°C /分钟和居住了25分钟。
3所示。结果和讨论
3.1。热值(CV)的实验
热值(CV)是一种重要的证明方法生物质作为一个潜在的能源(25]。这个值是影响化学成分、水分和灰分。平均总热值(GCV)或高热值(疱疹)特梅尔穆萨是干燥的基础上通过19.83 MJ /公斤和17.93 MJ /公斤在潮湿的基础。标准差在干燥和潮湿的基础上是0.3801和0.3436,分别。总热值是释放的能量从一个烘干的材料,而低热值(中译)是风干的材料(26]。烘干的木材样本的热值是文献中报道的范围扩张MJ /公斤(27]。从实验中发热值与文献值吻合较好,甚至最高相比存在的结果。这表明中包含的热能特梅尔穆萨作为能量转换的潜在的原料。干基热值,19.83 MJ /公斤,非洲与其他不同国家的生物质材料相比(表1)来评估,特梅尔穆萨高热值在相当范围内的文学。虽然硬木比软木和藤蔓热值较高,灰分含量也高,这意味着热值并不是唯一要考虑的因素,生物质能的应用。几项研究利用生物质底灰的替代混凝土和水泥砂浆的生产,例如,作为一个在公路路堤填料,经试验材料,或非结构混凝土,这依赖于替代比例。最近的一份报告Orwa et al。32]表明,特梅尔穆萨高热值与小灰。的高热值生物质是一个有利的财产作为原料的热化学过程。作为特梅尔穆萨热值高,与报道的协议其他木材的值类型显示了热能产生的能力。的高热值生物质有迹象表明这个入侵树一个候选人,可以作为原料在生物质气化热化学转换。生物质气化可以气化生物质转化为可燃气体产品可以运行内燃机发电。特梅尔穆萨是一个有前途的未来电能资源的树。
3.2。近似分析
评价热化学反应在生物质热解/气化、热重分析(TGA)是一个最好的方法来知道质量损失通过热降解[34]。热重分析,如图3(一个)透露,特梅尔穆萨的质量损失与时间在25 - 950°C。主要的衍生品重量山峰展示了生物质在升高的温度下的最大热降解速率。在生物质降解阶段,每个生物组件分解在不同的温度范围。图3 (b)显示的比较得到热重量分析概要和衍生品的重量特梅尔穆萨。质量损失和衍生品重量配置文件是在良好的协议与木质材料,报告显示相同的生物质降解的趋势。热重量分析图显示三个地区的大规模变化,而生物质降解的主要山峰从导数观察体重形象三个热降解阶段(10,35]。表2给出了详细的减肥应用基样品干燥样品作为比较基础。第一个质量损失9.583%的发生从室温到110°C显示光的去除挥发性物质和水分可用内容在生物质(36,37)导数的最高重量在110°C的温度。入侵物种的水分含量是有前途的,因为如果含水量百分比超过10%,有负面影响在生物燃料生产热化学转换(38]。重量变化是可比的蓝桉,桉树saligna,桉树茅,这是在9.94 - -12%的范围30.]。一份报告显示的含水率Prosopis africana和Balanites aegyptiaca分别为10%和12%,(28]。这个实验的含水率低于文献值。这显示一个积极的属性和高热值的特梅尔穆萨的原因。获得的热量从燃烧生物质含水率的影响。如果一个示例包含水分,完全燃烧的热量需要先删除水分,减少总热量实现(29日]。发现高含水率降低燃烧率(39]。第二质量急剧变化开始在350°C到750°C,而质量稳定在950°C的峰值导数体重发生在500°C表明降解挥发性物质,与正常挥发在协议范围200 - 750°C的氮(9,10,40]。减肥为74.98% 110°C和950°C之间主要的降解半纤维素、纤维素和木质素(9]。稳定的质量在950°C指出总挥发物被移除。然而,挥发性问题包括可燃气体促进点火阶段,热化学转换过程是有利的。在第三区域的重量变化,严重的质量损失代表固定碳水平的不挥发物,可燃、可氧化的。特梅尔穆萨显示固定碳含量的损失在950°C曲线导数氧气气氛下重量。固定碳的损失是由碳化过程和木质素分解(41]。森林的近似分析包括挥发物(70.00 - -83.60%),固定碳(15.20 - -28.30%),灰(0.10 - -11.30%)42]。报告称,高挥发分和固定碳的比例与燃料的反应有关系(39]。表中给出的挥发性物质2在70 - 85%的范围,而固定碳较低范围的10 - 15%,表明挥发物固定碳的比率高。这个比例是提高燃料点火。在最后地区稳定的体重变化,灰分含量仍然作为一个非易失性残留氧气完全挥发后(24]。灰是一种无机不燃的物质。在950°C,其余质量代表了灰分含量为1.848%,这意味着不燃灰在场与文学范围的0.10 - -11.30%。低灰分给高热值(43]。由于生物质气化由热解和燃烧,氮可以代表的热重量分析热解阶段,和燃烧热行为从热重量分析中可以观察到氧气。
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生物质主要由半纤维素、纤维素、木质素和其他少量的有机物(1]。杨等人发现,半纤维素很容易删除从主茎,这发生在220 - 315°C的范围,而纤维素的结构很强,降低在315 - 400°C的范围(44]。导数重量特梅尔穆萨的峰值在362°C,它存在于热降解范围220 - 400°C,似乎导致半纤维素和纤维素降解。木质素是最困难的结构分解,降解缓慢的过程,而且不断地在一个广泛的150 - 900°C (9]。然而,半纤维素、纤维素和木质素降解可以观察到在热解条件下(44]。预期范围的近似分析参数与文学。较少的水分含量和灰了,表明能源发电的能力当使用特梅尔穆萨自少水分增加能量来源于生物的机会。此外,少在生物质灰分含量有利于预防堵塞时生物质气化应用(10]。但是,生物质气化的容量和效率综合固体氧化物燃料细胞结合热力和电力可以实现方法与新型原料,检查特梅尔穆萨。
3.3。燃烧气体分析
燃烧气体分析中进行了封闭系统评估产生的气体和遵守安全燃烧的实验特梅尔穆萨在缺乏空气能代表产生的气体在燃烧阶段实时使用生物质气化。
下表3,不,NH3PH值,3,所以2有限公司,没有2,Cl2从气体传感器检测,而H2不存在,这是对环境有益45]。大多数气体被发现在温度高于414°C,而没有2和Cl2低温公布由于释放挥发性问题的倾向越高(46]。的有限公司2没有感觉到即使在有限的天然气扩散室和1 g示例。另一方面,HCN检测温度高于414°C,表明该系统是有效的检测HCN在升高的温度下。在高温下,PH值3和有限公司是高含量监测的传感器。在实验中,温度并不固定,这是由于数据收集,每5分钟。警报(A1和A2)阈值时,出现的内容超过气体传感器的设置值(47]。在升高的温度下,气体没有固定值。这是因为气体传感器为安全应用程序而设计的。然而,最终分析建议调查元素气体的生物量(C、H、O、N和S)。此外,气相色谱技术可以用来分析热化学转换的合成气生产特梅尔穆萨。
生命或者健康标准的立即危险(IDLH)浓度和暴露限制从燃烧产生的气体在表4。作为一个安全的前景,燃烧实验可以运行3 - 4个小时一个星期使用空气循环。燃烧实验的评估产生的气体含量随温度从生物质在实验室范围内,这就需要发展天然气在未来控制系统或气体过滤。作为一个没有生产(在表的例子3)特梅尔穆萨的燃烧,没有0.90 ppm水平高于500°C,它是低于25 ppm的暴露极限吸入长达10个小时的工作日期间每周40小时工作时间如上所述,NIOSH REL是国家职业安全与卫生研究所推荐暴露限制,两个时间加权平均浓度是一个长达10个小时的工作日在一周工作40小时,OSHA图像的基本单位是职业安全与健康管理局允许暴露限制,圣是一个不应超过15分钟的两个接触在任何时间在工作日期间,C是一个上限值不应超过任何时候__使用寿命结束的指示器(ESLI)。从获得的数据,0.90 ppm水平远低于100 ppm标准立即危险生命或者健康(IDHL)浓度,而其他相应气体低于IDHL [48]。
4所示。结论
特梅尔的物理和化学性质的调查穆萨在这进行研究。特梅尔穆萨显示高热值的干燥的基础上19.83 MJ /公斤,这是一个重要的属性的原料在热化学转换。热重和近似分析显示,观察到的水分含量(9.583%),灰分含量(1.848%)、挥发物含量(74.98%),和固定碳(13.59%)热化学转换过程的内容可以是有利的。高比率的挥发分和固定碳的燃料与反应性的关系增强燃料点火。获得近似分析值证明,该入侵生物质气化转换过程是一个很好的来源。气组合的迹象的可能性,可持续性和可访问性的特梅尔穆萨作为一个有效的对未来能源生成过程。这些入侵temer穆萨树可以有前途的新型原料在生物质气化集成固体氧化物燃料细胞结合热力和电力。
数据可用性
使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
NR,作者要感谢大学文莱达鲁萨兰国(钻井)资金克服研究生奖学金执行学院集成技术研究,克服。作者感谢环境和生命科学,科学教师,钻井协助球磨设备。执行这项工作在金融援助从竞争研究格兰特(钻井/ OVACRI / CRGWG (006) / 161201)。