X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Возобновляемое растительное сырье представляет большой интерес для различных отраслей промышленности, энергетики и сельского хозяйства. Природные полимеры, такие как целлюлоза, могут служить хорошим сырьем для производства топливных гранул (пеллет) с целью использования их для промышленных и бытовых топливных котлов.

Предлагаемая работа ставит своей целью подбор связующих добавок для улучшения свойств и возможностей гранулирования целлюлозосодержащего сырья, которые не ухудшили бы технологические характеристики пеллет, а по возможности придали им улучшенные характеристики.

Перед авторами стоят следующие задачи – исследовать возможные связующие для топливных гранул из недревесного целлюлозосодержащего природного сырья для улучшения их технологических характеристик.

В качестве объекта исследования использовались гранулы (пеллеты) на основе измельченной листостебельной массы Тростника южного. Это растительное сырье имеет преимущества перед другими видами сырья, такие как низкая стоимость, доступность, быстрая возобновляемость, удобство в эксплуатации (можно изготовить гранулы любого размера), экологическая безопасность для окружающей среды.

Пеллеты из растительного сырья могут использоваться в промышленных и бытовых котлах различного объема.

Из-за высокого содержания диоксида кремния в сырье, гранулы часто получаются не стойкими к истиранию и разлому. Само гранулирование также бывает затруднительно. Для улучшения технологических характеристик сырья к нему добавляют различные связующие добавки.

Традиционно в качестве связующих добавок при производстве топливных гранул из растительного сырья используются следующие вещества: сахара и полисахариды различного происхождения, в том числе крахмал и продукты его гидролиза – декстрины и декстраны, а также целлюлоза; спирты (глицерин и поливиниловый спирт), воск; твердые предельные углеводороды и их производные, стеарин и парафины, отходы переработки древесины – лигносульфаты, отходы пищевых производств (сульфатно-дрожжевая бражка, патока, меласса), минеральные связующие (цемент, глина, известь), нефтешлам и нефтебитум и другие. В настоящее время разработаны промышленные добавки на основе крахмала ии продуктов его частичного гидролиза.

Связующие добавки, используемые при производстве топливных гранул из целюлозосодержащего должны соответствовать определенным требованиям:

- связующие должны хорошо смешиваться с основным сырьем;

- количество связующих добавок должно быть минимальным (по европейским стандартам Din plus и O-norm до 2% для древесных гранул, для гранул из недревесного сырья стандарты отсутствуют);

- связующие не должны ухудшать технологических характеристик топливных гранул: пористости, горючести, теплотворной способности, истираемости.

Авторами были исследованы в качестве связующих следующие вещества: лигнин, глицерин, стеарин и стеарат натрия. Эти вещества являются недорогими и доступными.

Лигнина в тростнике содержится довольно много, до 25%. Он имеет аморфную структуру, и как все ВМС, не имеет определенной точки плавления, при нагревании размягчается постепенно. При температурном воздействии под давлением лигнин выступает в роли связующего компонента сырья,

В экспериментах использовали также связующие, которых изначально нет в тростниковой массе, в количественном соотношении 12,5%, 6,25%, 3,1%, 1,5%. В результате проведенных исследований удалось получить следующие результаты.

Глицерин не показал необходимых свойств, при гранулировании выпотевал на поверхность.

Использование стеарина и стеарата натрия привели к примерно одинаковым результатам: внешний вид гранул с использованием связующего компонента лучше, чем гранул без связующего. Гранулы с добавками связующих от 3 до 6,25 % имеют большую механическую прочность, устойчивость к истиранию, чем гранулы без связующих. Большее увеличение содержания связующих нецелесообразно, т.к. дальнейшего улучшения свойств не происходит. При использовании в качестве пеллет предлагаемые связующие не уменьшают теплотворную способность.

Предлагаются для исследований новые связующие, такие как жидкие силаны (SinH_2n+2). Выбор силанов объясняется тем, что по литературным источникам их используют для связи между органической матрицей и неорганическим наполнителем (диоксидом кремния). В тростниковой биомассе очень много SiO₂, который ухудшает процесс прессования гранул. Кроме того, жидкими силанами можно орошать подготовленную биомассу для равномерного распределения связующего. Силаны являются хорошо окисляемыми веществами и не должны ухудшать таких характеристик топливных ранул как горючесть и теплотворная способность.

В настоящее время подбор связующих компонентов и их исследования продолжаются.

Код для цитирования: Скопировать