CH722021A2 - Un bloc énergétique hybride gangue et de combustible biomasse et sa méthode de production - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un bloc énergétique mixte de gangue et de combustible biomasse et son procédé de production. Le bloc énergétique contient les composants suivants en poids : 20% à 35% en poids de poudre de gangue avec une taille de particule de 500µm-600µm, 15% à 20% en poids de liant organique, 45% à 65% en poids de combustible biomasse avec une taille de particule ne dépassant pas 1mm, et la somme des pourcentages en poids des composants ci-dessus est égale à 100%. Pendant la production, la poudre de gangue, le combustible biomasse et le liant organique sont uniformément agités pour obtenir le matériau de préparation de bloc énergétique, puis le matériau de préparation de bloc énergétique est façonné selon la forme requise. Les matières premières du bloc énergétique de la présente invention sont faciles à obtenir et faciles à traiter et à produire ; le bloc énergétique a un pouvoir calorifique élevé, est facile à brûler et émet peu de polluants, et est approprié pour un stockage et un transport sûr ; les blocs énergétiques peuvent être utilisés dans de grands fours à combustion ou dans de petits brûleurs à granulés de biomasse, et la combustion peut être utilisée comme remblai pour la production agricole.

Description

Contenue de l'invention

[0001] L'objectif de la présente invention est de surmonter les inconvénients et les déficiences de la technologie existante d'utilisation de la gangue, et de fournir un bloc énergétique hybride de gangue et de combustible de biomasse et son procédé de production, qui prend la gangue comme matière première de base en coopération avec la biomasse combustible et liant organique, et est capable de rendre la gangue dans la composition entièrement combustible, le processus de préparation est simple et peu coûteux. L'objet de la présente invention est résolu par les solutions techniques suivantes : Un bloc énergétique hybride de gangue et de combustible de biomasse, caractérisé en ce que: le bloc énergétique contient les composants en pourcentage en poids suivants: 20 % en poids à 35 % en poids de poudre de gangue ayant une taille de particule de 500 µm à 600 µm, 15 % en poids à 20 % en poids de liant organique, et 45 % en poids à 65 % en poids de combustible biomasse avec une taille de particule ne dépassant pas 1 mm, et la somme des pourcentages en poids des composants ci-dessus est égale à 100 %. Le dit liant organique a une teneur en azote de 0,0004 % en poids à 0,0006 % en poids, une teneur en soufre comprise entre 0,0002 % en poids et 0,0008 % en poids, et le liant organique a un niveau élevé de génération de chaleur de 40,54 MJ/kg à 43,68 MJ/kg, une production de chaleur de faible niveau de 35,63 MJ/kg à 37,85 MJ/kg et un indice de cétane de 46 à 51.

[0002] Le dit liant organique est mélangé à de l'huile végétale.

[0003] Ladite huile végétale est un mélange d'huile de fruit de jatropha avec trois ou plus des éléments suivants Huile: huile de canola, huile de soja, huile d'arachide, huile de ricin, huile de tournesol, huile d'olive, huile de lin, huile de noix et huile de graines de citrouille.

[0004] Le dit liant organique contient les composants suivants dans les proportions volumiques suivantes: 1,0 à 2,5 d'huile de canola, 1,0 à 4,0 d'huile de soja, 1,5 à 3,7 d'huile d'arachide, 41 à 84,3 d'huile de jatropha et 2,5 à 5,5 d'huile de ricin.

[0005] Le dit liant organique contient les composants suivants dans les proportions volumiques suivantes: 1,0 à 2,5 d'huile de canola, 1,0 à 4,0 d'huile de soja, 1,5 à 3,7 d'huile d'arachide, 2,5 à 5,5 d'huile de tournesol et 41 à 84,3 d'huile de jatropha.

[0006] Le dit liant organique contient les composants suivants dans les proportions volumiques suivantes: huile de tournesol de 1,0 à 2,5, huile d'olive de 1,0 à 2,0, huile de lin de 1,5 à 3,7, huile de noix de 1,0 à 3,0, huile de graines de citrouille de 2,5 à 5,5, et huile de jatropha de 41-83,3.

[0007] Le dit combustible biomasse est choisi parmi un mélange d'un ou plusieurs parmi des branches de longane, des lanières de litchi, des tiges de soja, des copeaux de pin, des coques d'arachide, des épis de maïs et des arbustes; ledit combustible biomasse a une teneur en humidité de 5 % à 8 %.

[0008] Procédé de production d'un bloc énergétique mixte de gangue et de biomasse combustible, caractérisé en ce que les étapes du procédé de production sont:

A :

Préparation des matières premières: la gangue sélectionnée par concassage grossier, broyage fin, tamisage pour obtenir la granulométrie de 500 µm-600 µm de poudre, séchage pour obtenir la poudre de gangue, scellée et conservée; configuration du liant organique; les matières premières de biomasse sélectionnées sont broyées, séchées pour obtenir une taille de particule ne dépassant pas 1 mm, une humidité de 5 % à 8 % du combustible de biomasse;

B :

Mélange et brassage: selon la proportion de poudre de gangue 20 % en poids à 35 % en poids, de liant organique 15 % en poids à 20 % en poids, de combustible biomasse 45 % en poids à 65 % en poids, et brasser pour obtenir le matériau de préparation du bloc énergétique;

C :

Moulage de blocs d'énergie: matériau de préparation de blocs d'énergie dans la machine de moulage par pression à froid pressé à froid dans un bloc d'énergie ou une boule d'énergie, ou dans le granulateur pour fabriquer des particules d'énergie; énergie d'activation du bloc d'énergie préparé de 45kJ/mol-75kJ/mol.

[0009] Les étapes détaillées de préparation de la poudre de gangue au cours de ladite étape A sont les suivantes: la gangue sélectionnée est grossièrement broyée par un concasseur à mâchoires, finement broyée par un broyeur à bille planétaire et tamisée par un tamis standard pour obtenir la poudre avec une granulométrie de 500 µm à 600 µm, puis la poudre est mise dans un four à 80°C pour sécher pendant 24h pour obtenir la poudre de gangue, puis elle est stockée dans un réservoir scellé pour être scellée avant utilisation; le processus de mélange et brassage spécifique dans ladite étape B est le suivant: 20 % en poids de la gangue sont placés dans un granulateur pour fabriquer un bloc d'énergie ou une boule d'énergie, ou mis dans un granulateur pour fabriquer des particules d'énergie; l'énergie d'activation du bloc énergétique préparé est de 45 kJ/mol-75 kJ/mol. Le processus spécifique de mélange à l'étape B est le suivant: 20 % en poids à 35 % en poids de poudre de gangue et 45 % en poids à 65 % en poids de combustible de biomasse sont placés dans le mélangeur en proportion et entièrement mélangés, et 15 % en poids à 20 % en poids de liant organique sont ajouté lors du mélange dans le mélangeur; la pression de moulage de la machine de moulage par pression à froid à l'étape C est de 10 MPa à 50 MPa.

[0010] Le mécanisme de ce bloc énergétique utilisant le combustible biomasse est:

Comparée à la gangue de charbon, qui est peu volatile, riche en cendres et difficile à brûler, la biomasse présente les caractéristiques d'une teneur élevée en matières volatiles, faible en cendres, en azote et en soufre. Le mélange des deux constitue une combinaison complète de gangue de charbon et de biomasse. L'utilisation offre une nouvelle façon de réduire les émissions d'oxydes de soufre et d'oxydes d'azote après combustion. Dans le même temps, les caractéristiques „neutres en carbone“ de la biomasse sont également propices à la réduction des émissions de dioxyde de carbone après combustion. Les résultats des analyses pertinentes menées par Haiming Wang et Changfu You montrent également que les composants volatils jouent un rôle très important dans le processus de combustion de la gangue de charbon. L'inflammation rapide de la gangue de charbon contenant des composants hautement volatils peut augmenter la température des particules et enflammer à l'avance le carbone fixé [Wang H M, You C F. Experimental investigation into the spontaneous ignition behavior of upgraded coal products. Energy and Fuels, 2014, 28, 2267-2271], par conséquent, la co-combustion de gangue de charbon avec des substances hautement volatiles sera d'une grande aide pour la combustion de la gangue de charbon. [Chen Yifeng, Experimental Study on Mixed Pyrolysis and Combustion Characteristics of Biomass and Coal Gangue, Master's Thesis, Chongqing University, 2007] découvert lors de l'étude de la combustion mixte de paille de maïs, de balles de céréales, de sciure et de gangue de charbon. Les tiges de maïs et les balles de son se comportent de la même manière que dans les études précédentes. Ils présentent deux processus évidents de perte de poids, qui correspondent à l'inflammation et à la combustion des matières volatiles et à la combustion du carbone fixe. Cependant, la sciure de bois n'a qu'un seul processus évident de perte de poids. L'analyse estime qu'il s'agit de la combustion de matières volatiles et de la combustion de carbone fixe. En raison de la proximité du processus de combustion du carbone fixe, lorsque cette biomasse est mélangée à la gangue de charbon, cela peut non seulement améliorer les performances d'allumage et de combustion de la gangue de charbon, mais également améliorer la répartition de la chaleur de combustion dégagée par la gangue de charbon. Par rapport à l'art antérieur, la présente invention présente les avantages suivants :

Les matières premières du bloc énergétique de la présente invention sont faciles à obtenir et faciles à traiter et à produire ; Étant donné que le combustible biomasse et les liants organiques naturels représentent ensemble environ les 3/4 des matières premières, les cendres qu'ils forment après combustion contiennent généralement Si, K, Na, Ca, Mg, Fe et une petite quantité d'Al. Les teneurs en éléments métalliques alcalins tels que K, Na et éléments alcalino-terreux Ca et Mg dans la plupart de la biomasse agricole et dans certaines biomasses forestières sont beaucoup plus élevées que celles du charbon. La teneur en cendres, ainsi que les cendres formées après la combustion de la gangue de charbon, constitueront un bon remplissage pour la terre pendant la production agricole, augmentant considérablement l'utilisation de la poudre de gangue de charbon uniquement pour le pavage, le remblayage et la production de matériaux de construction.

[0011] Le bloc énergétique de la présente invention a un pouvoir calorifique élevé, est facile à brûler et émet moins de polluants ; étant donné que le bloc d'énergie a un point d'éclair élevé et n'est pas un produit dangereux, le bloc d'énergie ou les particules d'énergie constituées du bloc d'énergie ont de meilleures performances de sécurité, adaptées à un stockage et un transport sûrs ; Les blocs énergétiques ou les particules énergétiques constituées de blocs énergétiques peuvent être utilisés dans les grandes centrales électriques, les chaufferies, les usines métallurgiques, les centrales thermiques ou les petites communautés, et peuvent également être utilisés dans les grands fours à combustion ou les petits brûleurs à granulés de biomasse.

Domaine technique

[0012] La présente invention concerne le domaine des technologies énergétiques, en particulier un bloc énergétique hybride gangue et biomasse et son procédé de production.

Technique de fond

[0013] L'énergie et l'environnement sont des conditions de base pour la survie et le développement des êtres humains, et la Chine est le plus grand consommateur d'énergie basée sur le charbon au monde [You C F, Xu X C. Coal combustion and its pollution control in China. Energy, 2010, 35, 4467-4472].

[0014] La consommation de charbon représente environ 70 % de la consommation totale d'énergie primaire. Le charbon restera la principale source d'énergie de la Chine dans un avenir prévisible [Statistical review of world energy. 2003-2012]. Si la production d'électricité à partir du charbon a apporté une contribution exceptionnelle au développement économique, elle a également mis en lumière la grave situation énergétique et environnementale en Chine. L'extraction, le lavage et le traitement du charbon produisent une grande quantité de gangue de déchets solides, qui représente 10 à 15 % de la production de charbon [Liu H, Liu Z. Resources Conservation and Recycling, 2010, 54, 1331-1340], est l'un des plus grands déchets solides industriels en Chine, représentant plus de 40 % des émissions de déchets solides industriels. À l'heure actuelle, la gangue de charbon en Chine s'est accumulée et atteint 5 milliards de tonnes, couvrant une superficie d'environ 15 000 hectares, et la quantité totale de gangue de charbon continue d'augmenter au rythme de 300 à 350 millions de tonnes par an. Un grand nombre de gangues de charbon empilées par effet d'altération et de lixiviation des précipitations, la formation d'eau acide et la dissociation d'éléments toxiques et nocifs dans le sol entraînent une pollution du sol et de l'eau. De plus, la combustion spontanée de la gangue de charbon produit un grand nombre de gaz dangereux, tels que le SO2, le H2S et le benzopyrène, etc., entraînant une grave pollution de l'air [Querol X, Izquierdo M, Monfort E, Alvarez E, Font O, Moreno T, Alastuey A, Zhuang X, Lu W, Wang Y. Environmental characterization of burnt coal gangue banks at Yangquan, Shanxi Province, China. International Journal of Coal Geology, 2008, 75, 93-104; Zhou B, Shao M, Wen M, Wang Q, Horton R. Effects of coal gangue content on water movement and solute transport in a China Loess Plateau soil. CLEAN-Soil, Air, Water, 2010, 38, 1031-1038]. Par conséquent, l'utilisation rationnelle de la gangue de charbon est une question urgente et importante dans le domaine de la production d'électricité à partir du charbon. La gangue de charbon a le double attribut de résidu de déchet et de ressource [Guo Yanxia, Zhang Yuanyuan, Cheng Fangqin. Industrialization and prospects of comprehensive utilization of coal gangue. Journal of Chemical Engineering, 2014, 7, 2443-2453]. Du point de vue de l'utilisation de l'énergie, la gangue de charbon est un combustible à faible pouvoir calorifique. On estime que le pouvoir calorifique d'une tonne de gangue de charbon équivaut à 0,285 tonne de charbon. Dans mon pays, le charbon à faible pouvoir calorifique est principalement distribué dans sept régions : Shanxi, Mongolie intérieure, Shaanxi, Ningdong, Longdong, Guizhou et Xinjiang. En 2010, ces sept régions ont produit au total 83 millions de tonnes de charbon à faible pouvoir calorifique, dont 040 millions de tonnes de charbon de gangue (>1200 kcal/kg). La Chine, des années 1970 au début des années 1980, a commencé à utiliser la production d'énergie par combustion de gangue de charbon, la centrale électrique actuelle est principalement utilisée avec un pouvoir calorifique de 800 à 1992 kcal/kg de gangue de charbon [Wang Guoping, Sun Chuanmin. The main way of coal gangue resources, China Mining Industry, 2004, 3, 40]. Ces dernières années, au moins 140 millions de tonnes de gangue de charbon ont été utilisées chaque année pour la production d'électricité en Chine, dont la plupart sont réalisées grâce à la technologie de combustion en lit fluidisé circulant, et son effet équivaut à une économie de 38 millions de tonnes de charbon standard chaque année. Mais la production actuelle d'électricité à gangue de charbon est encore confrontée à de nombreux défis : d'une part, les bénéfices économiques ne sont pas élevés, une partie de la centrale à gangue de charbon est même encore déficitaire; d'autre part, la production d'électricité à base de gangue de charbon produira une grande quantité de cendres volantes qui doivent être traitées, et sa production est environ 2 à 3 fois supérieure à celle d'une centrale thermique ordinaire, ce qui a exercé une énorme pression environnementale sur les centrales électrique à gangue de charbon. Selon l'enquête, la gangue de charbon de Chine est principalement utilisée pour le pavage, le remblayage et la production de matériaux de construction, etc. À l'heure actuelle, la production d'électricité à base de gangue de charbon est devenue la direction d'encouragement du gouvernement, mais en raison de l'usure des équipements et d'autres raisons, le taux d'utilisation est faible.

Problème technique

[0015] La gangue de charbon est principalement composée de C, H, O, N, S et d'autres éléments et minéraux inorganiques, et le processus de combustion de la gangue de charbon est essentiellement un processus de réaction d'oxydation intense de ces éléments [Wang JH. Basic research on the thermochemical transformation characteristics of weakly reducing coal in western China, PhD thesis, Taiyuan: Taiyuan University of Technology, 2010], le procédé comprend principalement le séchage et la déshydratation, la dévolatilisation par pyrolyse et la combustion du coke en trois étapes, dont la pyrolyse est l'étape principale de la plupart du processus de transformation thermique des combustibles carbonés, et occupe une place importante dans la transformation ultérieure des combustibles carbonés (combustion, gazéification, liquéfaction et carbonisation) [ Frau C, Ferrara F, Orsini A, Pettinau A. Characterization of several kinds of coal and biomass for pyrolysis and gasification. fuel, 2015, 152, 138-145;. Zhang S F, Zhu F, Bai C G, Wen L Y, Zou C. Thermal behavior and kinetics of the pyrolysis of the coal used in the COREX process. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2013, 104, 660-666].

Tableau 1Analyse de la composition et analyse élémentaire de la gangue de charbon provenant des sept principales régions productrices de charbon en Chine

[0016] Datong

0.85

14.31

70.84

14.00

17.71

1.81

8.4

0.21

0.18

Yangquan

1.56

10.96

68.75

18.73

17.64

1.70

7.88

0.40

2.07

Shuozhou

1.34

15.10

66.22

17.34

18.13

2.14

11.47

0.40

0.30

Jinzhong

1.32

10.38

75.58

12.72

12.62

1.44

4.57

0.18

4.29

Lvliang

1.13

11.29

77.00

10.58

11.36

1.62

7.84

0.19

0.86

Changzhi

0.84

9.61

55.59

33.96

34.01

2.04

6.76

0.64

0.12

Mongolieintérieure

0.84

28.22

40.74

30.20

38.84

2.62

15.24

0.65

1.07

[0017] Les analyses compositionnelles et élémentaires de la gangue de charbon provenant de sept principales régions productrices de charbon de Chine sont présentées dans le tableau 1. Extrait du tableau 1 [Yuanyuan Zhang, The Study of Combustion Characteristic and Influence Mechanism of Coal Gangue, Thesis for Doctor's degree, Shanxi University, 2016], il n'est pas difficile de constater que la teneur en cendres communes dans la gangue de charbon des sept principales régions productrices de charbon du pays est élevée, que les composants volatils ne sont pas élevés, que la teneur en N et S est élevée et que le pouvoir calorifique est faible la valeur est faible. Parmi eux, la gangue de charbon produite en Mongolie intérieure a la meilleure qualité par rapport aux autres gangues de charbon. Il contient les composants les plus volatils, jusqu'à 28,22 %, la plus faible teneur en cendres de 40,74 % et le pouvoir calorifique faible le plus élevé à 14,98 %, mais sa teneur en soufre est relativement élevée. Les composants volatils de la gangue de charbon produite à Luliang, Shanxi sont inférieurs de 11,29 %, la teneur en cendres est la plus élevée à 77 % et le faible pouvoir calorifique est le plus bas à 4,00 MJ/kg. La gangue de charbon dans cette région est de la plus mauvaise qualité. La qualité de la gangue de charbon produite à Jinzhong, Shanxi est très similaire à celle de la gangue de charbon produite à Luliang, Shanxi. Non seulement il a de faibles composants volatils, une teneur élevée en cendres et un faible pouvoir calorifique, mais la teneur en S atteint 4,29 %. La gangue de charbon dans cette zone est non seulement difficile à brûler, mais elle produit également une pollution grave. L'énergie d'activation E est la barrière énergétique qui doit être surmontée pour que la réaction de combustion de la gangue de charbon se produise. Généralement, plus l'énergie d'activation de la réaction est grande, plus elle est défavorable à la réaction. Certaines études ont souligné que l'énergie d'activation du charbon est d'environ 27,2-76,2 kJ/mol [Kok M V. Simultaneous thermogravimetrycalorimetry study on the combustion of coal samples: Effect of heating rate. Energy Conversion and Management. 2012, 53, 40-44]. L'énergie d'activation de la combustion de la gangue de charbon est largement distribuée, avec des rapports publiés de 120 à 170 kJ/mol [Meng F R, Yu J L, Tahmasebi A, Han Y N. Pyrolysis and combustion behavior of coal gangue in O2/CO2 and O2/N2 mixtures using thermogravimetric analysis and a drop tube furnace. Energy and Fuels, 2013, 27, 2923-2932], et d'autres publications rapportent que l'énergie d'activation de la combustion de la gangue de charbon varie de 117 kJ/mol à 300 kJ/mol [Yuanyuan ZhangThe Study of Combustion Characteristic and Influence Mechanism of Coal Gangue, Thesis for Doctor's degree, Shanxi University, 2016]. On constate que l'énergie d'activation de la gangue de charbon est supérieure à celle du charbon, ce qui indique que la réaction de combustion de la gangue de charbon est plus difficile que celle du charbon. La principale raison est l'impact de la teneur élevée en cendres sur les performances de combustion de la gangue de charbon. Les performances d'inflammation de la gangue de charbon peuvent être évaluées par l'indice d'inflammation Di. Un indice d'inflammation plus élevé correspond à une température d'inflammation plus basse. L'indice d'inflammation n'est pas seulement lié à la température d'inflammation, mais aussi à la teneur en cendres, car une teneur élevée en cendres affectera dans une certaine mesure la diffusion de l'oxygène et le transfert de chaleur [Wang H M, You C F. Experimental investigation into the spontaneous ignition behavior of upgraded coal products. Energy and Fuels, 2014, 28, 2267-2271]. Les résultats expérimentaux de C. Oner et Sehmus Altun montrent qu'une teneur élevée en cendres inhibera la combustion de la gangue de charbon, entraînant une diminution de ses performances de combustion. Dans le même temps, l'épaisseur de la couche de cendres recouvrant la surface de la gangue de charbon augmentera progressivement au cours du processus de combustion, ce qui augmentera également la résistance à la diffusion de l'oxygène [Oner C, Altun S. Improved combustion of asphaltite coals in a rotating head combustor with various air supply arrangements. Energy and Fuels, 2014, 28, 2971-2976]. Les caractéristiques du faible pouvoir calorifique de la gangue de charbon (LHV 5-10MJ/kg) et de la teneur élevée en cendres entraînent des problèmes tels que des difficultés d'allumage, un mauvais brûlage et une flamme de combustion instable pendant le processus de combustion, limitant ainsi la capacité d'utilisation complète de la gangue de charbon [Yu J L, Meng F R, Li X C, Tahmasebi A. Power generation from coal gangue in China: Current status and development. Advanced Materials Research, 2012, 550-553, 443-446]. De plus, à mesure que la teneur en chaux de la gangue de charbon augmente, l'efficacité thermique de la chaudière diminuera et la concentration de poussière dans les gaz d'échappement augmentera également. Il est prévu que pour chaque augmentation de 1 % de la teneur en cendres, l'efficacité thermique de la chaudière diminuera de 0,7 à 0,9 % [Yu J L, Meng F R, Li X C, Tahmasebi A. Power generation from coal gangue in China: Current status and development. Advanced Materials Research, 2012, 550-553, 443-446], ce qui augmente dans une certaine mesure la consommation de carburant. Par conséquent, comment améliorer les performances d'allumage et de combustion de la gangue de charbon et étendre son utilisation est actuellement une question difficile pour les chercheurs.

Moyens détaillés

[0018] La présente invention sera décrite plus en détail ci-dessous en conjonction avec des modes de réalisation spécifiques.

[0019] L'invention concerne un bloc énergétique hybride de gangue et de combustible de biomasse, le bloc énergétique contenant les composants en pourcentage en poids suivants : 20 % à 35 % en poids de poudre de gangue ayant une taille de particule de 500 µm à 600 µm, 15 % à 20 % en poids d'un liant organique, et 45 % à 65 % en poids d'un combustible biomasse ayant une taille de particule ne dépassant pas 1 mm, et la somme des pourcentages en poids des composants ci-dessus est égale à 100 %. Le liant organique utilisé dans la présente invention est une sorte de liant naturel pur et non polluant, et le liant organique est constitué d'un mélange d'huiles végétales ; les huiles végétales sélectionnées sont l'huile de jatropha, l'huile de colza, l'huile de soja, l'huile d'arachide, l'huile de ricin, l'huile de tournesol, l'huile d'olive, l'huile de lin, l'huile de noix et l'huile de pépins de courge, dont l'huile de jatropha est obligatoire, et le volume du jatropha la teneur en huile dans le liant organique n'est pas inférieure à 70 % ; le principe de mélange du liant organique constitué par le mélange des huiles végétales précitées est le suivant : le mélange a une teneur élevée en acides gras avec des points d'ébullition plus bas, le mélange a une viscosité élevée, la teneur en azotesoufre du mélange est faible (la teneur en azote est de 0,0004 % à 0,0006 % en poids, la teneur en soufre est comprise entre 0,0002 % et 0,0008 % en poids) et l'indice de cétane est élevé. Par exemple, la formule d'un liant organique est: mélangée à de l'huile de colza, de l'huile de soja, de l'huile d'arachide, de l'huile de jatropha et de l'huile de ricin. Le rapport de mélange en volume des huiles végétales ci-dessus est de (1,0-2,5: 1,0-4,0: 1,5-3,7: 41-84,3: 2,5-5,5); ou bien le liant organique est constitué d'un mélange d'huile de colza, d'huile de soja, d'huile d'arachide, d'huile de tournesol et d'huile de jatropha. Le rapport de mélange en volume des huiles végétales ci-dessus est de (1,0-2,5: 1,0-4,0: 1,5-3,7: 2,5-5,5: 41-84,3); ou le liant organique est constitué d'huile de tournesol, d'huile d'olive, d'huile de lin, d'huile de noix, d'huile de graines de citrouille, d'huile de jatropha, et le volume des huiles végétales ci-dessus est mélangé. Le rapport est (1,0-2,5: 1,0-2,0: 1,5- 3,7: 1,0-3,0: 2,5-5,5: 41-83,3). La teneur en acides gras et les propriétés du liant organique utilisé dans la présente invention sont présentées respectivement dans le tableau 2 et le tableau 3.

Tableau 2Teneur mesurée en acides gras des liants organiques utilisés dans la présente invention

[0020] L'acide myristique

14:0

0-0.1

L'acide palmitique

16:0

14.1-15.3

Acide stéarique

18:0

3.7-9.8

Acide arachidique

20:0

0-0.3

Acide béhénique

22:0

0-0.2

Acide palmitoléique

16:1

0-1.3

L'acide oléique

18:1

34.3-49.4

Acide linoléique (acide octadécadiénoïque)

18:2

26.2-44.2

Acide linoléique (acide octadécatriénoïque)

18:3

0-0.3

Tableau 3Propriétés mesurées des liants organiques utilisés dans la présente invention

[0021] Densité à 30°C (g/cm3)

0.85-0.92

Densité à 50°C (g/cm3)

0.84-0.90

75°C Densité (g/cm3)

0.8-0.85

30°C Viscosité (mm2/s)

35.45-37.78

50°C Viscosité (mm2/s)

20.25-23.34

75°CViscosité (mm2/s)

11.07-14.05

Point d'éclair (°C)

210-230

Point d'éclair (°C)

385-415

Indice de cétane

46-51

Teneur en eau (% en poids)

0.065-0.082

Teneur en carbone (% en poids)

74.4-76.8

Teneur en hydrogène (% en poids)

9.35-11.4

Teneur en oxygène (% en poids)

11.8-16.25

Teneur en azote (% en poids)

0.0004-0.0006

Teneur en soufre (% en poids)

0.0002-0.0008

Production de chaleur élevée (MJ/kg)

40.54-43.68

Génération de chaleur de faible niveau (MJ/kg)

35.63-37.85

[0022] Comme le montre le tableau 2, les principaux composants de ce liant organique sont des acides gras à points d'ébullition plus bas tels que l'acide oléique, l'acide linoléique (acide octadécadiénoïque) et l'acide palmitique. Par conséquent, les performances de volatilisation du carburant sont meilleures, ce qui est bénéfique pour la combustion par diffusion. Il n'est pas difficile de constater, à partir des caractéristiques du liant organique répertoriées dans le tableau 3, que la viscosité de cette substance atteint 23,34 mm2/s lorsqu'elle est légèrement supérieure à la température normale ou 50°C, et qu'il est très facile de lier la gangue. et les poudres de biocarburants. Le point d'inflammation le plus élevé de ce liant organique est de 415°C, ce qui prouve qu'il est très stable et sûr lorsqu'il est stocké à température ambiante. Il a une faible volatilité et n'est pas facile à détériorer ou à brûler à haute température. De plus, la teneur en azote du matériau mélangé est de 0,0004 % à 0,0006 % en poids, et la teneur en soufre est de 0,0002 % à 0,0008 % en poids. On constate que le liant organique lui-même est également un carburant vert. Après combustion, les émissions de SO2, de sulfures et de NOx seront au moins 10 fois inférieures à celles du diesel. De plus, le liant organique a un pouvoir calorifique élevé de 40,54 MJ/kg à 43,68 MJ/kg, un pouvoir calorifique faible de 35,63 MJ/kg à 37,85 MJ/kg et un indice de cétane de 46 à 51, ce qui s'est également avéré être un très bon carburant. Par rapport au charbon, bien que la principale partie combustible du carburant biomasse soit composée d'hydrocarbures organiques, ses caractéristiques de faible densité, de faible teneur en cendres, de matières volatiles élevées et de teneur élevée en eau rendent le combustible bio-briquet moins efficace que le charbon. Il existe de grandes différences de composition, entraînant des propriétés physiques et chimiques différentes, ce qui détermine que les normes d'inspection des caractéristiques de la qualité du charbon ne peuvent pas être pleinement appliquées aux normes d'analyse des caractéristiques des combustibles issus de la biomasse. Une comparaison des propriétés de la gangue de charbon et de divers combustibles issus de la biomasse utilisés dans la présente invention est présentée dans le tableau 4.

Tableau 4Propriétés d'une sorte de gangue de charbon et de divers combustibles de biomasse utilisés dans la présente invention

[0023] Gangue de charbon1

1.67

18.4

31.8

Paille de soja1

7.96

74.2

17.8

Copeaux de bois de pin1

5.42

77.1

15.0

Coquilles d'arachide2

8.30

70.7

19.3

Tiges de maïs3

11.5

70.4

16.2

Arbustes3

11.7

69.8

16.0

Branches de longane4

7.25

78.27

11.8

Bâtonnets de litchi4

8.82

77.86

11.45

[0024] Du tableau 4 [1. Zhou C C, Liu G J, Fang T, Lam P K S. Investigation on thermal and trace element characteristics during co-combustion biomass with coal gangue. Bioresource Technology, 2015, 175, 454-462; 2. Zhou C C, Liu G J, Cheng S W, Fang T, Lam P K S. Thermochemical and trace element behavior of coal gangue, agricultural biomass and their blends during co-combustion. Bioresource Technology, 2014, 166, 243-251; 3. Pu Ge, Zhang Li, Wang Jiong. Experimental study on the mixed combustion characteristics of biomass and coal gangue. Journal of Engineering Thermophysics, 2009, 2, 333-335; 4. Tian Hong, Liao Zhengzhu, Agricultural biomass combustion characteristics and combustion kinetics, Journal of Agricultural Engineering, Volume 29, Issue 10, May 2013], on peut voir que les composants volatils de la gangue de charbon sont très faibles, ne représentant que 18,4 %, et la teneur en cendres atteint 57,5 %. Parmi les nombreuses matières premières issues de la biomasse, la première chose à considérer est la proportion de composants volatils. Plus la proportion de composants volatils est élevée, mieux c'est ; deuxièmement, la proportion de cendres doit être prise en compte. Plus les cendres sont faibles, mieux c'est. Après criblage, les composants volatils des matières premières de biomasse répertoriées dans le tableau sont proches ou environ de 70 %, ce qui est bien supérieur aux composants volatils de la gangue de charbon, et la teneur en cendres est également bien inférieure à celle contenue dans la gangue de charbon. Dans la présente invention, le composant combustible biomasse ajouté en tant que bloc énergétique est choisi parmi l'un d'entre eux ou un mélange de plusieurs des biomasses mentionnées ci-dessus. Le premier choix se porte sur les branches de longane avec les composants volatils les plus élevés, qui contiennent une proportion élevée de composants volatils et une très faible teneur en cendres ; le deuxième meilleur choix est celui des branches de litchi ; le troisième meilleur choix est un mélange de paille de soja, de sciure de pin, de coquilles d'arachide, d'épis de maïs, d'arbustes, de branches de longane et de bâtonnets de litchi ; le prochain meilleur choix est la paille de soja, les copeaux de bois de pin, les coquilles d'arachide, les épis de maïs et les arbustes.

[0025] L'invention concerne un procédé de production de blocs énergétiques mixtes de gangue de charbon et de combustible biomasse. Les étapes de la méthode de production sont:

A.

Préparation de la matière première: broyer grossièrement la gangue de charbon sélectionnée à travers un concasseur à mâchoires, la broyer finement avec un broyeur à billes planétaire et passer le tamis standard à travers un tamis pour obtenir une poudre de granulométrie de 500 µm à 600 µm, puis sécher la poudre dans une étuve à 80°C pendant 24 heures pour obtenir de la poudre de gangue, qui est ensuite stockée dans un réservoir scellé et scellé pour une utilisation ultérieure; configurer un liant organique (à base d'huile végétale); broyer et sécher les matières premières de biomasse sélectionnées pour obtenir un combustible de biomasse avec une taille de particule ne dépassant pas 1 mm et une teneur en humidité de 5 % à 8 %;

B.

Mélange: mélangez 20 % à 35 % en poids de poudre de gangue de charbon et mettez 45 % à 65 % en poids de biomasse dans le mélangeur et mélangez soigneusement. Pendant le processus de mélange du mélangeur, ajoutez 15 à 20 % en poids de liant organique; mélanger de la poudre de gangue entre 20 % et 35 % en poids, un liant organique, un combustible de biomasse entre 45 % et 65 % en poids, et remuer uniformément pour obtenir le matériau de préparation du bloc énergétique;

C.

Moulage de blocs énergétiques: placez le matériau de préparation du bloc énergétique dans une machine de moulage par pression à froid avec une pression de moulage de 10 MPa à 50 MPa et pressez-le à froid dans un bloc énergétique ou un bloc énergétique. Balles, ou mettez-les dans un granulateur pour produire des particules d'énergie; l'énergie d'activation des blocs énergétiques préparés est de 45 kJ/mol-75 kJ/mol. De plus, il convient de noter que la teneur en humidité de la poudre de gangue sélectionnée lors de la préparation du bloc énergétique de la présente invention n'est pas supérieure à 5 %. Les avantages du bloc énergétique fourni par la présente invention seront expliqués plus en détail ci-dessous à travers une comparaison des énergies d'activation de différents carburants présentées dans le tableau 5.

Tableau 5 Comparaison des énergies d'activation de différents carburants

[0026] Gangue de charbon 1

117-300

Biomasse pouvant être sélectionnée dans la présente invention 2

30-60

Liant organique dans la présente invention

25,7 ~ 38,1

Blocs énergétiques (morceaux/granulés, etc.) dans la présente invention

45-75

[0027] Le tableau 5 compare les énergies d'activation de différents carburants [1. Yuanyuan ZhangThe Study of Combustion Characteristic and Influence Mechanism of Coal Gangue, Thesis for Doctor's degree, Shanxi University, 2016; 2. Tian Hong, Liao Zhengzhu, Agricultural biomass combustion characteristics and combustion dynamics, Journal of Agricultural Engineering, Volume 29, Issue 10, May 2013]. La méthode d'intégration Coats-Redfern a été utilisée pour effectuer en outre une analyse cinétique sur le combustible mixte (bloc ou bloc énergétique granulaire) formé en mélangeant la gangue de charbon fournie par la présente invention avec de la biomasse agricole et un liant organique. Il a été constaté que l'énergie d'activation du combustible mixte fourni par la présente invention diminue avec l'augmentation de la proportion de combustible biomasse et de liant organique. Le bloc énergétique de la présente invention a une énergie d'activation de 45 kJ/mol à 75 kJ/mol et est très facile à brûler; le point d'inflammation et la température de combustion de la poudre de gangue de charbon contenue dans celle-ci sont tous deux réduits, et l'indice global des caractéristiques de combustion est considérablement amélioré. Par exemple, un liant organique utilisé dans un mode de réalisation est préparé en mélangeant de l'huile de colza, de l'huile de soja, de l'huile d'arachide, de l'huile de jatropha et de l'huile de ricin dans un rapport volumique de 1: 4: 1,5: 41: 2,5. Le liant organique est une colle purement naturelle et non polluante. À des températures légèrement supérieures à la température normale ou 50°C, la viscosité atteint 23,34 mm2/s, ce qui facilite la liaison de la poudre de gangue de charbon et de la poudre de biomasse. Les ingrédients du liant organique sont naturels, sûrs, stables et ininflammables. Le liant organique est également un bon combustible et émet une très faible quantité de NOx et de sulfures après combustion. Ce qui suit est une explication supplémentaire du bloc énergétique mixte de gangue de charbon et de combustible de biomasse et de son procédé de production proposé par la présente invention à travers des exemples spécifiques.

Réalisation de l'invention 1

[0028] Une sorte de bloc énergétique mélangé à de la gangue de charbon et du combustible biomasse. La formule est la suivante : 20 parts de gangue de charbon produite à Datong, Shanxi, avec un pouvoir calorifique d'environ 1 635 kcal/kg et une teneur en cendres de 70,84 % ; 20 parts de liant organique ; 60 parts de branches de longane comme combustible biomasse. La méthode de production est la suivante : Tout d'abord, écrasez la gangue en blocs de gangue de 2 à 4 mm avec un pulvérisateur. Après criblage, les blocs de gangue les plus gros sont à nouveau broyés et tamisés à travers un tamis standard pour obtenir une poudre d'une granulométrie de 500 µm à 600 µm, obtenant de la poudre de gangue de charbon après séchage ; puis écrasez d'abord les branches de longane, et la taille des matières premières après broyage ne doit pas dépasser 1 mm. Le combustible biomasse obtenu après broyage est séché et le besoin en humidité est maintenu à 5-8 %; La poudre de gangue de charbon et la poudre de branche de longane sont entièrement mélangés uniformément dans un mélangeur, et 20 parts de liant organique sont ajoutées pendant le processus de mélange du mélangeur; Ensuite, les matériaux de préparation des blocs énergétiques entièrement mélangés sont transférés vers une machine de moulage par pression à froid et pressés en blocs énergétiques.

Réalisation de l'invention 2

[0029] La formule d'un bloc énergétique hybride de gangue de charbon et de combustible de biomasse est la suivante: 35 parts de gangue de charbon produites en Mongolie intérieure, avec un pouvoir calorifique d'environ 3 580 kcal/kg et une teneur en cendres de 40,74 %; 15 parts de liant organique; bâton de litchi biomasse 50 portions de carburant. La méthode de production est la suivante: Tout d'abord, écrasez la gangue en blocs de gangue de 2 à 4 mm avec un pulvérisateur. Après criblage, les plus gros blocs de gangue sont à nouveau broyés et tamisés à travers un tamis standard pour obtenir une poudre d'une granulométrie de 500 µm à 600 µm, obtenant de la poudre de gangue de charbon après séchage; puis écrasez d'abord les branches de longane et la taille des matières premières après broyage ne doit pas dépasser 1 mm. Le combustible biomasse obtenu après broyage est séché et le besoin en humidité est maintenu à 5-8 %; La poudre de gangue de charbon et la poudre de branches de longane sont entièrement mélangées dans un mélangeur, et 15 parts de liants organiques sont ajoutées pendant le processus de mélange du mélangeur; puis les matériaux de préparation de blocs énergétiques entièrement mélangés sont transférés vers un granulateur de combustible biomasse pour former des particules énergétiques. La source de matière première du bloc d'énergie de la présente invention est facile, facile à traiter et à produire; car les combustibles issus de la biomasse et les liants organiques naturels représentent ensemble environ 3/4 de la proportion de matières premières et contiennent généralement du Si, K, Na, Ca, Mg, Fe et une petite quantité d'Al dans les cendres formées après combustion, dont la majeure partie de la biomasse agricole et une partie de la biomasse forestière en éléments alcalins tels que K, Na, etc. ainsi qu'en éléments alcalino-terreux Ca, Mg et autres teneurs est bien supérieure à la teneur en charbon, ces cendres et gangue combustion formée après l'ensemble des cendres sera un bon remplissage de terre pour la production agricole, la poudre de gangue en expansion considérable n'est utilisée que dans le pavage, le remblayage et la production de matériaux de construction. Production de blocs énergétiques à haut pouvoir calorifique, faciles à brûler et moins polluants émis; en raison du point d'éclair élevé des blocs énergétiques, le bloc énergétique n'appartient pas aux marchandises dangereuses, de sorte que les blocs énergétiques constitués de blocs énergétiques ou de particules énergétiques ont de meilleures performances de sécurité, adaptées à un stockage et un transport sûrs; les blocs énergétiques constitués de blocs énergétiques ou de particules énergétiques peuvent être utilisés dans des centrales électriques à grande échelle, des usines de chaudières, des usines métallurgiques, des usines de chauffage ou utilisés dans des communautés à petite échelle, mais peuvent également être utilisés pour de grands poêles à combustion ou de petits brûleurs à granulés de biomasse. Les réalisations ci-dessus servent uniquement à illustrer les idées techniques de la présente invention et ne peuvent pas limiter la portée de protection de la présente invention. Toute modification apportée sur la base des solutions techniques basées sur les idées techniques proposées par la présente invention entrera dans la portée de protection de la présente invention. Dans; des technologies non impliquées dans la présente invention peuvent être mises en œuvre grâce à des technologies existantes.

Claims (10)

1. Un bloc énergétique mixte de gangue de charbon et de combustible biomasse, caractérisé en ce que le bloc énergétique contient les composants suivants en poids: 20% à 35% de poudre de gangue avec une taille de particule de 500µm-600µm, 15% à 20% en poids de liant organique, 4t% à 65% en poids de combustible biomasse avec une taille de particule ne dépassant pas 1mm, et la somme des pourcentages en poids des composants ci-dessus est égale à 100%.

2. Le bloc énergétique hybride de gangue et de combustible biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que: la teneur en azote du liant organique est de 0.0004% à 0.0006% en poids, et la teneur en soufre est de 0.0002% à 0.0008% en poids, le liant organique a une valeur calorifique supérieure de 40.54MJ/kg-43.68MJ/kg, une valeur calorifique inférieure de 35.63MJ/kg-37.85MJ/kg, et un indice de cétane de 46-51.

3. Le bloc énergétique hybride gangue et biomasse carburant selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le liant organique est mélangé à de l'huile végétale.

4. Le bloc énergétique hybride gangue et biomasse carburant selon la revendication 3, caractérisé en ce que: l'huile végétale est de l'huile de jatropha mélangée aux trois types d'huiles suivants ou plus tels que: l'huile de colza, l'huile de soja, l'huile d'arachide, l'huile de ricin, l'huile de tournesol, l'huile d'olive, l'huile de lin, l'huile de noix et l'huile de graines de citrouille.

5. Le bloc énergétique hybride gangue et biomasse carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit liant organique contient les composants suivants dans les rapports volumiques suivants: 1,0-2,5 d'huile de colza, 1,0-4,0 d'huile de soja, 1,5-3,7 d'huile d'arachide, 41 -84,3 huile de jatropha et 2,5-5,5 huile de ricin.

6. Le bloc énergétique hybride gangue et biomasse combustible selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit liant organique contient les composants suivants dans les rapports volumiques suivants: 1,0-2,5 d'huile de canola, 1,0-4,0 d'huile de soja, 1,5-3,7 d'huile d'arachide, 2,5. -5,5 huile de tournesol et 41-84,3 huile de jatropha.

7. Le bloc énergétique hybride gangue et biomasse carburant selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dit liant organique contient les composants suivants dans les rapports volumiques suivants: 1,0-2,5 d'huile de tournesol, 1,0-2,0 d'huile d'olive, 1,5-3,7 d'huile de lin, 1,0 -3,0 huile de noix, 2,5-5,5 huile de graines de citrouille, 41-83,3 huile de jatropha.

8. Un bloc énergétique hybride de gangue et de combustible biomasse selon la revendication 1, caractérisé en ce que: le dit combustible biomasse est sélectionné parmi un mélange d'un ou plusieurs des éléments suivants: branches de longan, rameaux de litchi, tiges de soja, copeaux de pin, coques d'arachide, rafles de maïs, et arbustes; et le dit combustible biomasse a une teneur en humidité de 5% à 8%.

9. Le procédé de fabrication d'un bloc énergétique hybride de gangue et de combustible biomasse tel que décrit dans quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les étapes du procédé de fabrication sont les suivantes: A: Préparation des matières premières: la gangue sélectionnée est grossièrement concassée, finement broyée, tamisée pour obtenir une poudre de taille de particule de 500µm-600µm, puis séchée pour obtenir de la poudre de gangue, scellée et conservée; préparation des liants organiques; les matières premières de biomasse sélectionnées sont concassées, séchées pour obtenir une taille de particule ne dépassant pas 1mm, avec une teneur en humidité de 5%-8% pour le combustible biomasse; B : Mélange et brassage: selon la proportion de 20% à 35 % en poids de poudre de gangue, 15% à 20% en poids de liant organique, 45% à 65% en poids de combustible biomasse, mélanger et brasser pour obtenir le matériau de préparation du bloc énergétique; C : Moulage du bloc énergétique: mettre le matériau de préparation du bloc énergétique dans la presse à froid pour former par compression à froid le bloc énergétique ou la boule énergétique, ou dans le granulateur pour fabriquer des granulés énergétiques; l'énergie d'activation du bloc énergétique préparé est de 45kJ/mol-75kJ/mol.

10. Le procédé de production d'un bloc d'énergie hybride à base de gangue et de biomasse selon la revendication 9 se caractérise en ce que: les étapes détaillées de préparation de la poudre de gangue dans la dite étape A sont les suivantes: la gangue sélectionnée est grossièrement concassée par un concasseur à mâchoires, finement broyée par un broyeur à billes planétaire, et tamisée par un tamis standard pour obtenir une poudre avec une taille de particule de 500 µm à 600 µm, puis la poudre est placée dans un four à 80 °C pour sécher pendant 24 heures, la poudre de gangue est obtenue, puis stockée dans un réservoir scellé pour une utilisation ultérieure; le processus spécifique de mélange et de brassage dans la dite étape B est le suivant: 20% à 35% en poids de poudre de gangue et 45% à 65% en poids de combustible biomasse sont mis dans le mélangeur et brassé soigneusement, et 15% à 20% en poids du liant organique sont ajoutés dans le processus de mélange et de brassage dans le mélangeur; la presse à froid dans la dite étape C est utilisée pour la production du bloc d'énergie, et la pression de moulage est de 10 MPa. La pression de moulage de la machine de moulage est de 10 MPa à 50 MPa.