最近发表在《杂志》上的论文ACS Engineering au证明了由Mallee Bark/Biochar和Coal共同出现的灰烬的表征。
学习：在粉状燃料条件下与煤共烧生物炭的灰烬表征。图片来源：悉尼Schaaf/Shutterstock.com
背景
生物质可以用作发电的可持续原料，以确保能源安全。直接生物质燃烧是发电的既定技术之一。从生物质的燃烧中获得的营养丰富的灰烬必须回收到土壤中，以促进基于生物质的行业的可持续发展。
生物量和煤通常在粉碎的燃料条件下共同燃烧以产生动力。但是，回收由这种生物质能量技术产生的灰分可能会增加煤灰中含有几种有毒的微量元素时，有毒元素浸入土壤中的风险。因此，必须表征与煤共烧生物量产生的灰分，这对于确定优化的灰分管理策略是必要的。
由于其高水分含量，笨重的性质，与煤炭不匹配的特性和磨损性差，因此将生物质用作共同射击原料非常具有挑战性。这些问题可以通过与传统粉碎燃料锅炉中的煤一起共同开发生物炭解决。在低温下使用分布式快速热解的生物量预先治疗会产生生物炭和生物油。
生物油可以转化为高价值绿色化学物质/液体传输燃料，而具有高能量密度和出色磨损性的生物炭可以与煤一起发电以发电。与生物量相比，生物炭含有更高的灰分，碳和无机灰分元素和挥发性较小的物质。因此，当与煤共染时，生物炭可以产生具有不同特性的灰烬。
尽管在先前的研究中研究了从煤炭和生物质燃烧中获得的灰烬，但直到现在，与生物炭共燃煤产生的灰烬尚未得到表征。
拟议的基于生物炭的联合攻击技术的概念图。图片来源：Wu，H等人，ACS Engineering au
研究
在这项研究中，研究人员表征了从与生物炭的煤炭特征，热行为，矿物学，化学成分，粒度分布（PSD）和形态学的灰烬产生的灰烬，以评估这种基于生物炭的共同发射的潜力用于不同应用的技术。
利用三个燃料样品，一个牧羊犬煤，一个麦莉树皮和由Mallee树皮快速热解产生的生物炭，用于为共射击实验准备燃料混合物。
树皮与桉树多裂乳乳酸/Mallee树，在40岁的烤箱中干燥oC，使用切割厂降低尺寸，并将其分成75-90μm尺寸的分数。随后，树皮在500处使用快速热解反应器进行快速热解oC生产生物炭。
牧羊犬被压碎并在105时干燥oC过夜，筛分为75-90μm的尺寸。随后，基于较低的加热值（LHV），将生物炭或树皮与煤炭彻底混合，以合成混合燃料以进行燃烧实验。
使用液管炉（DTF）系统进行燃烧实验。炉温保持在1400oC，原料颗粒的加热速率为10,000°C/s。yabo214原料颗粒以0.05 g/minyabo214的饲喂速率馈入系统，其在DTF等温区域的停留时间为1.7 s。
由树皮（A，B），Biochar（E，F），Coal（I，J），Bark/Coal = 40/60（M，N）和Biochar/Coal = 40产生的灰烬的SEM图像/60（Q，r），以及它们的EDS光谱（C，D，G，H，K，L，O，P，S，T）。值得注意的是，EDS分析仅是定性的，因为灰分没有抛光。yabo214图片来源：Wu，H等人，ACS Engineering au
完全燃烧原料颗粒后，使用两条氦气流在水冷采样探针中淬灭烟气。yabo214然后将烟气用3.4 L/min的空气稀释并转移到Dekati旋风中，在该旋风中，收集了超过10μM空气动力学直径的颗粒以进一步表征。yabo214
根据美国社会标准测试方法（ASTM）E870-82进行了对煤，生物炭和树皮的近距离分析。使用元素分析仪来确定氮，氢，碳和硫含量，而使用改进的ESCHKA方法对氯进行了定量。
Dionex ICS-3000离子色谱法被用于量化燃料中的碱性和碱金属（AAEEM）物种，同时用电感耦合的血浆 - 原子发射光谱（ICP-AES）用于量化燃料中的铁，硅和铝。
Zeiss EVO 40XVP扫描电子显微镜仪器配备了能量分散性X射线光谱仪（SEM-EDS）和Bruker-Axs D8 Advance Type X射线衍射仪（XRD），用于表征灰烬。进行热重分析（TGA）以研究灰烬的热行为。
观察
研究人员系统地表征了煤和生物炭/树皮的共燃烧产生的灰烬。与树皮相比，与固定碳，挥发性和LHV相比，生物炭特性与煤的性质紧密匹配。在热解期间获得了高生物油的产量，从而改善了该过程的整体经济可行性。
热解后干生物炭产量为原始树皮的24.3 wt％。然而，在热解过程后，将近89％的钾和100％的钙，镁和钠在树皮中保留在生物炭中。因此，与生物量相比，这些元素的浓度显着更高。
在热解过程中，大多数氯在生物炭中仅保留28％，因为大多数氯是以氯甲烷和/或盐酸的形式释放的，这显示出生物炭作为氯相关问题的另一个优势，因为与氯相关的问题大部分都得到了缓解。
生物炭和树皮灰分颗粒的形态是不规则的，而煤灰颗粒则是圆形的。yabo214所有的灰分颗粒遵循yabo214单峰分布，面积为5-12μm面积的模式直径，除了树皮的灰烬颗粒在95μm和65μm时显示出两个较大的峰。
由树皮，生物炭，煤及其混合物燃烧产生的灰烬中的水含水量。S/L =水浸出期间的固体/液体比率。图片来源：Wu，H等人，ACS Engineering au
钙，镁，钾和钠等AAEM物种是生物炭和树皮灰分中的主要无机材料。亚博网站下载这些无机元素在生物炭/树皮中贡献了92-94 wt％的无机物种。在煤灰，硅，铝和铁中，占整体无机材料的84 wt％。亚博网站下载
由于生物炭中这些元素的高浓度，与树皮/煤灰相比，生物炭/煤灰的钙和镁含量更高。
赤铁矿，石英和mullite是煤灰中检测到的主要矿物质，而石灰，方解石，镁铁矿和波特兰特是生物炭和树皮灰的主要矿物。在这些灰烬中，未燃烧的碳含量可以忽略不计。69％的钙，56％的镁，41％的钾和灰烬中56％的钠可以通过浸出液回收。
在浸泡物中未发现大量的微量元素，例如砷，锌，硒，铅，镍，锰，汞，镉和铜。但是，在40％生物炭/煤的灰分中检测到的铬量超过惰性阈值。
综上所述，这项研究的发现表明，从树皮/生物炭煤的共同开火获得的营养丰富的灰烬可以有效，安全地回收到土壤中，除非由于40％生物炭/煤混合物而产生的灰烬高水平铬的存在。
来源
Wu，H.，Gao，X.，Chen，X。等。在粉状燃料条件下与煤共烧生物炭的灰烬表征。ACS Engineering au2022。https://doi.org/10.1021/acsengineeringau.2c00012
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