生物质压缩成型技术

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1、万方数据第5卷第4期2009年10月沈阳工程学院学报(自然科学版)JournalofShenyangInstituteofEngineering(NaturalScience)VoL5No．4Oct．2009生物质压缩成型技术的研究进展李源‘，张小辉1，郎威2，王启民1(1．沈阳工程学院生物质能利用沈阳市重点实验室，沈阳110136；2．沈阳汇丰生物能源开发有限公司，沈阳110032)摘要：生物质压缩成型技术克服了生物质密度低、可利用半径小、生产具有季节性、存储损耗大和存储费用高的缺点．生物质压缩成型技术形成了螺旋压缩成型、活塞压缩成型和

2、模压成型3个主要的技术路线．总结了生物质压缩成型技术在理论分析和工艺研究各个方面所取得的成果，在此基础上，指出了液压活塞压缩成型与加热螺旋压缩成型相结合是生物质压缩成型技术克服功耗高、磨损严重的可能的技术措施之一．关键词：生物质；压缩成型；综述中图分类号：S727．4文献标识码：A文章编号：1673—1603(2009)04-0301—04煤、石油和天然气等化石能源在为人类社会发展提供能源动力的同时，也对人类的生存环境造成了巨大的危害，如温室效应、NO，排放、SO：排放和粉尘污染等．与此同时，人类社会也面临着化石能源枯竭的问题，所以寻求开

3、发新的能源，实现社会的可持续发展也日益受到世界各国的重视．生物质能源作为一种可再生的清洁能源，有着良好的发展前景．美国国家科学院在《1985—2010年的能源转换》中明确指出：“到2010年，大规模生物质转化所获得的能量将是1985年能源总需求量的20倍”．我国也提出了“到2020年，可再生能源在能源构成中的比例要占10％左右”的可再生能源发展战略．但是生物质资源也具有能源密度低、可利用半径小、生产具有季节性、存储损耗大和存储费用高的缺点．而生物质压缩成型，即生物质致密成型是克服上述缺点的有效技术手段之一．1生物质压缩成型的理论依据196

4、2年德国的Rumpf针对不同材料的压缩成型，将成型物内部的粘结力类型和粘结方式分成5类：①固体颗粒桥接或架桥；②非自由移动粘结剂作用的粘结力；③自由移动液体的表面张力和毛细压力；④粒子间的分子吸引力(范德华力)或静电引力；⑤固体粒子间的充填或嵌合．J．A．Lindley在对生物质燃料压缩成型的研究中指出，虽然成型物的密度和强度受温度、含水量、压力和添加剂等诸多因素影响，但实质上，都可以用Rumpf所述的一种或一种以上的粘结类型和粘结力来解释生物质成型物内部的成型机制⋯．一般认为，植物细胞中不仅含有纤维素、半纤维素，还含有木质素，简称木紊．

5、木素是具有芳香族特性的、结构单体为苯丙烷型的立体结构高分子化合物．在阔叶木、针叶木中干燥基木素含量为27％一32％，禾草中木素含量为14％一25％．虽然在各种植物中都含有木素，但它们的组成、结构并不完全一样．在常温下木素不溶于任何有机溶剂．木素属非晶体，没有熔点，但有软化点，当温度为70—100℃时，粘合力开始增加．木素在适当温度下(200—300℃)会软化、液化，此时加以一定压力使其与纤维素紧密粘接并与相邻颗粒互相胶接，冷却后即可固化成型¨1．而纤维素是植物细胞壁的主要成分之一，它是由葡萄糖组成的线形高分子，呈白色，密度为1．50—1．

6、56×103kg／m3，比热为1．33—1．38l彤(kg·K)．具有一定含水率的纤维素，在力的作用下可以形成一定形状∞J．纤维素的含量越高，说明植物细胞机械组织越发达，颗粒成型时就需要更大的压力．生物质内纤维素含量决定了其成型的难易程度HJ．2生物质压缩成型的影响因素生物质压缩成型的主要影响因素是温度、压力、成收稿日期：2009—06一11基金项目：沈阳市科技局重点实验室建设基金资助项目(1091244一l一∞)作者简介：李源(1973一)，男，沈阳人，讲师，硕士研究生．万方数据·302·沈阳工程学院学报(自然科学版)第5卷型过程的滞留

7、时间、物料含水率和物料颗粒度．加热使生物质物料达到一定的温度，其主要作用为：①使生物质中的木素软化、熔融而成为粘结剂；②使所压缩燃料的外表层炭化，在通过模具或通道时能够顺利滑出而不会粘连，减少挤压动力消耗，因为生物质炭化产物具有部分石墨属性，而石墨是很好的固体润滑剂；③提供物料分子结构变化所需的能量．但是成型物料的温度过高，可使其水分气化，挥发分大量释放，导致成型物料疏松断裂，成型失败．对生物质物料施加压力的主要目的是：①破坏物料原来的物相结构，组成新的物相结构；②加强分子问的作用力，使物料变得致密均实，以增强型体的强度和刚度；③为物料在

8、模内成型及推进提供动力．成型物料形状保持不变后，其在模具内所受的压应力随时间的增加而逐渐减小．因此，必须有一定的滞留时间，以保证成型物料中的应力充分松弛，防止挤压出模后产生过大的膨胀，也可使物