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木薯茎秆作为压球机用型煤粘合剂的研究

发布时间:2018-05-16 08:25| 浏览: |来源: 新火彩票平台

木薯是热带和亚热带多年生、温带一年生薯属灌木,具有生物产量高、抗逆性强、耐贫瘠和病虫害少等优点,其块根淀粉含量高,是生产燃料  乙醇的理想原料。木薯生长在地面上的茎秆和生长在地下的块根产量基本持平,但是木薯茎秆利用率却远低于木薯块根。目前利用木薯茎杆作为饲  料、肥料的仅为产量的20%左右,其余则被堆放、焚烧和废弃,既浪费又污染环境。
因此,致力于木薯茎秆的资源开发和利用,对能源发展和环境保护有着重要的意义。生物质型煤是近年发展起来的新技术,通过节煤和生物质代煤  的双重作用,可以减少温室气体CO,和燃煤SO,的排放,有利于缓解气候变暖和酸雨污染,对保护环境和节约能源均具有重大意义,是型煤技术发  展的一个重要方向E3-83。许多国家对生物质型煤压球机粘合剂的开发利用高度重视,并进行了大量研究。土耳其科学家将褐煤和松果、锯木、造  纸废液等混合物在50~250MPa压力下制成燃料型煤,生物质添加量为0~30%J。西班牙科学家将锯木、橄榄核与劣质煤混合,用腐殖酸盐作粘结剂  制成型煤¨机械厂研究对玉米茎秆作型煤设备所用粘结剂进行了研究,三门峡型煤研究所对稻草茎秆作型煤粘结剂进行了研究,比如对玉米茎  秆、小麦茎秆作型煤粘结剂进行了研究。
笔者采用NaOH改性后的木薯茎秆作为压球机所用型煤粘结剂的主要原料,通过单因素试验和正交试验,以生物质型煤抗压强度为考察指标,对影响  型煤抗压强度的各因素进行了分析,确定了各因素的影响次序,为改性生物质型煤的推广和应用提供了有效依据1.1试验原料木薯茎秆取自_一明  市农村,自然风干后,粉碎至3mm以下备用;采用三明市的无炯煤为原料煤,破碎、筛分后,取3mm以下备用。
1.2试验仪器
JM6102电子天平,DGF30/14一ⅡA型电热鼓风干燥箱,HH一4数显式电热恒温水浴锅,JJ一2增力电动搅拌机,FZ102微型植物试样粉碎机,型煤压  球机成型装置,BF—F一200A抗压试验机。
1.3生物质型煤的制备
称取适量的木薯茎秆,转移至盛有NaOH的水溶液中,茎秆和水溶液的质量比1:10。在一定温度下对生物质进行改性处理,将改性后的生物质按不  同的添加量与原料煤混合,将混合物料加工成型煤,并测试其抗压强度。
1.4抗压强度的测定抗压强度是指型煤被压碎裂时所能承受的最
大压力。按照MT/T748—1997《工业型煤冷压强度测定方法》测定型煤冷抗压强度。从型煤试样中各取5个样品,在样品表面取2个面积相等  的面,在材料试验机上对试样均匀加速加压,直至样品破碎为止。记录试件开裂时试验机显示的数值,并取所有数据的平均值作为样品的冷抗压强  度。单因素试验试验主要考察NaOH质量分数、热处理温度、热处理时间、改性生物质添加量对生物质型煤抗压强度的影响。
2.1NaOH质量分数对型煤抗压强度的影响
在热处理温度为90℃,热处理时间为1.5h,改性生物质添加量为15%的条件下,添加不同质量分数的NaOH改性液对生物质进行改性,NaOH质量分  数分别为0、1%、2%、3%、4%,制成型煤后测定其抗压强度。NaOH质量分数对型煤抗压强度的影响。随NaOH质量分数的增加,型煤抗压强度先  增大再降低,当NaOH质量分数为2%时,型煤抗压强度最高。说明NaOH质量分数小于2%时,改性液浓度增加,茎秆的木质素分解更为完全,产生的  粘性物质更多引,型煤抗压强度也随之增强;当NaOH质量分数大于2%时,木质素分解程度进一步增加,茎秆的纤维结构被破坏,粘结效果降低,  型煤抗压强度有一定程度的下降。因此,NaOH质量分数选取2%为宜。
2.2热处理温度对型煤抗压强度的影响
在NaOH质量分数为2%,热处理时间为1.5h,生物质添加量为15%的条件下,改变热处理温度对生物质进行改性,热处理温度分别为80、85、90、  95、100℃,制成型煤后测定其抗压强度。热处理温度对型煤抗压强度的影响,随热处理温度的升高,型煤抗压强度先增大后减小。当温度达到9O  时,型煤抗压强度最大;当温度继续升高到95℃以上时,型煤抗压强度缓慢降低。这表明温度超过90℃,茎秆的水解程度过深,粘结性能下降。因  此,热处理温度选取90℃为宜。
2.3热处理时间对生物质型煤抗压强度的影响
在NaOH质量分数为2.0%,热处理温度为90,生物质添加量为15%的条件下,改变热处理时间对生物质进行改性,处理时间分别为1.0、1.5、2  .0、2.5、3.0h,制成型煤后测定其抗压强度。热处理时间对型煤抗压强度的影响,抗压强度随着生物质热处理时间的增加呈现出先升高后降低  的趋势。这可能是由于茎秆经过热处理,可以去除没有粘结能力的半纤维素等可溶性多糖,从而有利于纤维素结构与煤粒充分结合,达到提高型煤  机械强度的目的;而热处理时间过长,不仅可溶性多糖可以去除,具有粘结能力的纤维素结构也会部分水解或降解生成低分子糖类与化合物,降低  了型煤的机械强度。因此热处理时间选择1.5h为宜。
2.4改性生物质添加量对型煤抗压强度的影响在NaOH质量分数为2%,热处理温度为90qC,热处理时间为1.5h的条件下处理生物质,改性生物质添  加量分别为5%、10%、15%、20%和25%,与原煤混合压制成型煤,测定其抗压强度,当生物质添加量为5%时,由于水分太低,水分子不能在煤  粒表面形成水化膜,所以粉煤不能成型。随着生物质添加量的增加,型煤抗压强度先增大后降低。生物质添加量在10%~15%时,生物质添加量越  多,具有连结作用的网状结构越多,越容易网络煤粒,经过成型压力作用后形成的型煤抗压强度增高;当生物质添加量大于15%时,型煤强度下降  ,主要是由于试验采用的是湿态成型,生物质添加量过大,过多的水分子会降低煤颗粒之间的粘结作用,从而降低型煤的抗压强度。因此,改性生  物质添加量选取15%为宜。
3正交试验
根据单因素试验结果可知NaOH质量分数、热处理温度、热处理时间、改性生物质添加量对生物质型煤的抗压强度都有一定影响,选择以上4个因素  为考察因素,进行L。(3)正交试验,改性生物质添加量对型煤抗压强度影响最大,热处理时间对型煤抗压强度影响最小;最优化工艺条件为AB,c  ,D,,即NaOH质量分数为2%,热处理温度为95,热处理时间为2.5h、改性生物质添加量为20%。在此工艺条件下进行试验,生物质型煤的抗压  强度可达563N/个。
4结 论
经过试验验证,采用NaOH改性木薯茎秆作为压球机型煤粘结剂制备型煤是可行的,其制备型煤的最佳工艺条件为NaOH质量分数2%,热处理温度95  ℃,热处理时间2.5h,改性生物质添加量20%,其中改性生物质添加量对型煤抗压强度的影响最为显著,在最佳工艺条件下,生物质型煤的抗压  强度可以达到563N/个。


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