Влияние температуры на адгезионную способность компонентов древесины и бурого угля при брикетировании

На сегодняшний день все большую актуальность приобретают исследования по разработке технологий получения экологически чистого топлива с вовлечением в производство возобновляемых вторичных растительных ресурсов. Данная работа относится к вопросу использования древесных отходов как связующей добавки при брикетировании плотных зрелых бурых углей марок 2Б и 3Б. Целлюлоза, гемицеллюлоза, лигнин, составляющие основу древесины, будучи полимерными соединениями, обладают вязкоупругими свойствами. Отдельно стоит отметить лигнин, который является термопластичным, и при повышении температуры способен переходить в высокоэластичное или вязкотекучее состояние. Поэтому с целью выявления фазовых переходов полимерных компонентов и установления оптимальной температуры прессования брикетной смеси исследованы вязкоупругие свойства древесины сосны методом динамического механического анализа в зависимости от изменения температуры. Помимо областей изменения упругих и пластических свойств древесины, показано влияние содержания воды на реологические свойства полимерных компонентов древесины. Результаты структурных исследований древесных брикетированных образцов, а также физико-механических испытаний древесно-угольных брикетов подтверждают полученные данные исследования вязкоупругих свойств древесины. В диапазоне температур 80–100 °С, при котором выявлено снижение модуля накопления (E') и повышение модуля потерь (E''), при физико-механическом испытании установлено значительное повышение показателя их прочности при сжатии наравне с увеличением размера уплотнения и уменьшением упругого расширения брикетированного продукта.

Ключевые слова: топливный брикет, бурый уголь, вязкоупругие свойства древесины, динамический механический анализ, брикетирование угля, прочность при сжатии, пластическая деформация, температурная зависимость.
Как процитировать:

Соловьев Т. М., Буренина О. Н., Заровняев Б. Н., Николаева Л. А. Влияние температуры на адгезионную способность компонентов древесины и бурого угля при брикетировании // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2021. – № 11. – С. 109–122. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_11_0_109.

Благодарности:
Номер: 11
Год: 2021
Номера страниц: 109-122
ISBN: 0236-1493
UDK: 662.614:662.8:622.733
DOI: 10.25018/0236_1493_2021_11_0_109
Дата поступления: 24.06.2021
Дата получения рецензии: 17.07.2021
Дата вынесения редколлегией решения о публикации: 10.10.2021
Информация об авторах:

Соловьев Тускул Михайлович1 — инженер, e-mail: tuskulsolovev@yandex.ru,
Буренина Ольга Николаевна1 — канд. техн. наук, зав. лабораторией композиционных строительных материалов,
Заровняев Борис Николаевич — д-р техн. наук, профессор, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова,
Николаева Лира Александровна1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник,
1 Институт проблем нефти и газа СО РАН.

 

Контактное лицо:

Соловьев Т.М., e-mail: tuskulsolovev@yandex.ru.

Список литературы:

1. Батугина Н. С., Гаврилов В. Л., Ткач С. М. Принципы ресурсосберегающего управления качеством при поставках угля в труднодоступные районы Северо-Востока России // Природные ресурсы Арктики и Субарктики. — 2019. — Т. 24. — № 2. — С. 64—73. DOI: 10.31242/2618-9712-2019-24-2-6.

2. Гаврилов В. Л. Иванов В. Г., Кугаевский А. А., Рахлеев П. Д. Состояние и перспективы добычи и потребления угля в центральных районах Якутии // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № S24. — С. 422—430. DOI: 10.25018/0236-14932017-11-24-422-430.

3. Zhang G., Sun Y., Xu Y. Review of briquette binders and briquetting mechanism // Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2018, vol. 82, pp. 477–487. DOI: 10.1016/j.rser.2017.09.072.

4. Olugbade T. O., Ojo O. T. Binderless briquetting technology for lignite briquettes: a review // Energy, Ecology and Environment. 2021, vol. 6, no. 1, pp. 69–79. DOI: 10.1007/s40974020-00165-3.

5. Sun B., Yu J., Tahmasebi A., Han Y. An experimental study on binderless briquetting of Chinese lignite: Effects of briquetting conditions // Fuel Processing Technology. 2014, vol. 124, pp. 243–248. DOI: 10.1016/j.fuproc.2014.03.013.

6. Stelte W., Sanadi A. N., Shang L., Holm J. K., Ahrenfeldt J., Henriksen U. B. Recent developments in biomass pelletization. A review // BioResources. 2012, vol. 7, no. 3, pp. 4451–4490.

7. Kaliyan N., Vance Morey R. Factors affecting strength and durability of densified biomass products // Biomass and Bioenergy. 2009, vol. 33, no. 3, pp. 337–359. DOI: 10.1016/j.biombioe.2008.08.005.

8. Янковский С. А., Кузнецов Г. В. Особенности физико-химических превращений смесевых топлив на основе типичных каменных углей и древесины при нагреве // Химия твердого топлива. — 2019. — № 1. — С. 26–33. DOI: 10.1134/S0023117719010080.

9. Ремесников И. Д. Брикетирование угля. М.: Углетехиздат, 1957. 240 c.

10. Pietsch W. Agglomeration processes: phenomena, technologies, equipment. Weinheim: Wiley, 2002. 614 p.

11. Ферри Д. Вязкоупругие свойства полимеров. — М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. — 535 c.

12. Старцев О. В., Скурыдин Ю. Г., Скурыдина Е. М., Старцева Л. Т., Молоков М. В. Влияние условий баротермического гидролиза на температуру стеклования древесины дуба // Все материалы. Энциклопедический справочник. — 2016. — № 2. — С. 15—21.

13. Menard K. P. Dynamic mechanical analysis: a practical introduction. Boca Raton: CRC Press Taylor & Francis Group, 2008. 214 p.

14. Zhan T., Jiang J., Peng H., Lu J. Dynamic viscoelastic properties of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) during moisture desorption processes // Holzforschung. 2015, vol. 70, no. 6, pp. 547–555. DOI: 10.1515/hf-2015-0183.

15. ГОСТ 21289-2018 Брикеты угольные. Методы определения механической прочности [Электронный ресурс]. — М.: Стандартинформ, 2021. — 11 c. Доступ из справ.правовой системы «Техэксперт».

16. Zhan T., Jiang J., Lu J., Zhang Y., Chang J. Influence of hygrothermal condition on dynamic viscoelasticity of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata). Part 1: moisture adsorption // Holzforschung. 2018, vol. 72, no. 7, pp. 567–578. DOI: 10.1515/hf-2017-0129.

17. Zhan T., Jiang J., Lu J., Zhang Y., Chang J. Frequency-dependent viscoelastic properties of Chinese fir (Cunninghamia lanceolata) under hygrothermal conditions. Part 2: moisture desorption // Holzforschung. 2019, vol. 73, no. 8, pp. 737–746. DOI: 10.1515/hf-2018-0209.

18. Dufour A., Castro-Diaz M., Marchal P., Brosse N., Olcese R., Bouroukba M., Snape C. In situ analysis of biomass pyrolysis by high temperature rheology in relations with 1H NMR // Energy Fuels. 2012, vol. 26, no. 10, pp. 6432–6441. DOI: 10.1021/ef301310x.

19. Anukam A. I. Berghel J., Famewo E. B., Frodeson S. Improving the understanding of the bonding mechanism of primary components of biomass pellets through the use of advanced analytical instruments // Journal of Wood Chemistry and Technology. 2020, vol. 40, no. 1, pp. 15– 32. DOI: 10.1080/02773813.2019.1652324.

20. Wang S., Dai G., Yang H., Luo Z. Lignocellulosic biomass pyrolysis mechanism. A stateof-the-art review // Progress in Energy and Combustion Science. 2017, vol. 62, pp. 33–86. DOI: 10.1016/j.pecs.2017.05.004.

21. Yang H., Yan R., Chen H., Lee D. H., Zheng C. Characteristics of hemicellulose, cellulose and lignin pyrolysis // Fuel. 2007, vol. 86, no. 12, pp. 1781–1788. DOI: 10.1016/j.fuel.2006.12.013.

22. Kaliyan N., Morey R. V. Natural binders and solid bridge type binding mechanisms in briquettes and pellets made from corn stover and switchgrass // Bioresource Technology. 2010, vol. 101, no. 3, pp. 1082–1090. DOI: 10.1016/j.biortech.2009.08.064.

23. Попов С. Н., Буренина О. Н., Николаева Л. А., Соловьев Т. М. Получение и свойства древесно-угольных топливных брикетов // Химия твердого топлива. — 2018. — Т. 4. — № 4. — С. 69–72. DOI: 10.1134/S0023117718040096.

Наши партнеры

Подписка на рассылку

Раз в месяц Вы будете получать информацию о новом номере журнала, новых книгах издательства, а также о конференциях, форумах и других профессиональных мероприятиях.