В статье рассмотрены связующие элементы для брикетирования растительной биомассы и их влияние на конечный продукт.
Ключевые слова: брикет, связующее вещество.
Брикеты имеют большую объемную плотность энергии. Одним из достоинств топливных брикетов является постоянная большая температура при их сгорании на протяжении всего времени горения. [1]
В брикетах отсутствуют какие — либо вредные вещества, при их производстве не всегда используются дополнительные связующие вещества. Суть технологии их производства заключается в процессе прессования под большим давлением измельченной на маленькие частицы сухой растительной биомассы, а естественным связующим элементом при этом является лигнин, который первоначально содержался в клетках растений и, расплавляясь под давлением, связывает частички материала. [3]
Высокая температура и немалое давление прессования при производстве брикетов активируют лигнин, который содержится в клетках растительных и древесных отходов, переводя его в пластичное состояние. Тем самым, это лигнин и берет на себя роль связующего вещества. Образование термопластичного лигнина является причиной оплавления поверхности брикетов, и благодаря этому конечный продукт становится более прочным, что очень хорошо скажется для их транспортировки. [3]
Но также возможно использование связующих веществ для создания брикетов. В качестве таких веществ может выступать крахмал, целлюлоза, меласса, глина, декстран, декстрин, полисахарид и т. д. [2]
Крахмал. Неоспоримыми плюсами использования крахмала в качестве связующего вещества для брикетов являются экологическая чистота процесса производства брикетов и последующего их сжигания, хорошая прочность брикетов в любом состоянии. Но использование чистых крахмалов различного происхождения (картофельного, кукурузного, пшеничного и др.) в качестве связующего чревато большими денежными затратами из –за высокой стоимости, так как расход крахмала может достигать от 5 до 10 % от массы брикетируемой биомассы. [1]
Преимущества данного связующего.
– Экологическая чистота брикетов при производстве и при использовании.
– Хорошая прочность как сырых, так и готовых брикетов, достойное сопротивление истиранию.
– Простой технологический процесс получения брикетов.
– Отсутствие дефицита компонентов связующего.
– Доступная стоимость связующего.
Глина. В процессе домашнего прессования опилок лигнин не будет выделяться из-за низкой мощности пресса, поэтому понадобится связующее вещество, которым будет размоченный картон или глина. Картон вносят в подготовленное сырье в размоченном виде, он должен занимать не более трети объема. Глину вмешивают в опилочное сырье в пропорциях 1 к 10.
Целлюлоза
Целлюлоза препятствует повышению зольности. Добавляют еще препараты «Декстран» и «Декстрин», но они сделаны тоже на основе целлюлозы. Их недостаток − высокая стоимость, что влияет на цену конечного продукта. Глина, известь и гипс стоят дешевле, но они увеличивают зольность. Используется еще портландцемент, но он значительно снижает калорийность топлива.
Меласса. Меласса является побочным продуктом свеклосахарного производства. Она представляет из себя густую, сиропообразную, вязкую жидкость от коричневого до темно-бурого цвета. В мелассе содержится до 45 − 50 % сахара, 20 % воды, 20 − 25 % органических веществ и 10 % минеральных несахарных веществ. Меласса имеет свойство хорошо растворяться в любых соотношениях как в холодной, так и в горячей воде. Характеризуются растворы высокой вязкостью, плотность изменяется от 1,30 до 1,52 г/см3. Мелассу используют в качестве основного компонента связующего.
Как связующее, меласса обладает высокими клеящими свойствами. Однако, брикеты, спрессованные на этом связующем, не являются водостойкими. Для того чтобы придать брикетам такое свойство как водостойкость, вводится гидрофобизатор (кубовые остатки органического синтеза). Гидрофобизатор рационально смешивать с мелассой при температуре от 45 °С до 50°С. Кубовые остатки, смешиваясь с мелассой, образуют гомогенный раствор, выполняя не только роль гидрофобизирующей, но и пластифицирующей добавки, представляя собой связующее придающее разнообразные свойства конечному продукту.
Полисахарид. Используя полисахариды в качестве связующего вещества можно не сомневаться, что полученный топливный брикет будет с низким значением водопоглощения, хорошей термостойкостью, а также высокими показателями механической прочности. [2]
В качестве полисахарида можно использовать, например, отходы винодельческого, сахарного, целлюлозно-бумажного и крахмального производства.
Связующим полисахаридом может быть, как продукт целевого назначения, являющийся высокополимерным углеводом, так и отход сахарного, винодельческого, крахмального, целлюлозно-бумажного производства.
Смола. Большое количество углеродсодержащих материалов растительного происхождения, которые используются для получения топливных брикетов, имеют в себе смолянистые и битумные вещества. Эти вещества имеют высокие вяжущие свойства и могут успешно использоваться в качестве связующего для брикетирования растительной биомассы. Как и любое вещество они имеют температуру плавления, например, торф содержит в себе воск, смолу и битум, у которых температуры плавления соответственно 72°С, 70°С и 84°С, в опилках хвойных пород деревьев — смоляные вещества, имеющие температуру плавления 74°С. [2]
Так же известен способ прессования брикетов на основе смеси измельченного твердого топлива из группы растительных отходов переработки косточковых плодов 40–75 % общей массы, угольной или коксовой мелочи 15–40 % общей массы с добавлением связующего из группы, которая включает лигносульфонат, мелассу, таловый пек или их смеси.
Этот брикет, обладает достаточной реакционной способностью, но имеет сравнительно низкую механическую прочность, что является причиной его разрушения при погрузке и транспортировке. Что приводит к повышенным затратам при использовании данного брикета.
Литература:
- Булаткин Г. А. Производство биотоплива второго поколения из растительного сырья //Вестник Российской Академии наук. 2010. Т. 80, № 5–6. С. 522–532.
- Сальников А. Л., Мучоно Р., Ряднов А. И., Давыдова С. А., Беспалова О. Н. К вопросу о производстве биопеллет в России // Естественные науки. 2011. № 3 (36). С.90–97.
- Дейнеко И. П. Утилизация лигнинов: достижения, проблемы и перспективы // Химия растительного сырья. 2012. № 1. С.5–20
