【摘 要】
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竹机制炭是竹材加工剩余物能源化利用的有效途径之一,但其资源量是限制机制炭企业规模化生产的主要因素。本研究以毛竹和杉木加工剩余物为原料,分析了原料间化学组分的差异,
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竹机制炭是竹材加工剩余物能源化利用的有效途径之一,但其资源量是限制机制炭企业规模化生产的主要因素。本研究以毛竹和杉木加工剩余物为原料,分析了原料间化学组分的差异,研究其对毛竹/杉木混合热解特性的影响;利用生物质挤出机制备毛竹/杉木混合机制棒,考察原料含水率、毛竹/杉木混合比和成型温度对成型机制棒性能的影响,优化获得最佳制备工艺;再利用炭化炉对毛竹/杉木混合机制棒进行了炭化处理,考察炭化温度、精炼时间和升温速率对其机制炭性能的影响,优化获得最佳炭化工艺;最后,利用技术经济学方法评价毛竹/杉木混合机制炭的经济效益。主要研究结果如下:(1)杉木(W)、毛竹(B0)、堆积处理1个月毛竹(B1)和2个月毛竹(B2)的木质素含量为30.58%、27.56%、30.70%和25.36%,结晶度为34.42%、40.15%、40.09%和37.79%。B1/W混合材料的燃烧热值高于B0/W和B2/W的混合材料。B1/W材料的混合热解过程中未发现协同作用。当转化率为0.1-0.8时,B110W0、B19W1、B18W2、B17W3、B16W4和B10W10的热解活化能分别为156.76 KJ/mol-170.12 KJ/mol、160.80KJ/mol-171.17 KJ/mol、172.87 KJ/mol-181.66 KJ/mol、148.38 KJ/mol-155.96 KJ/mol、139.58KJ/mol-145.36 KJ/mol和146.44 KJ/mol-149.26 KJ/mol。(2)毛竹/杉木混合机制棒的最佳成型工艺是原料含水率为4%,成型温度为520℃,毛竹与杉木质量混合比为7:3。最佳工艺条件下,毛竹/杉木混合机制棒的表观密度、抗碎性、破碎率为1.117 g/cm3、96.71%、4.45%,其含水率、灰分、挥发分和固定碳为2.58%、0.86%、79.86%、19.28%,C、H、N和S含量为50.17%、6.04%、0.04%和0.04%,燃烧热值为19815 J/g,满足《竹基生物质成型燃料》(LY/T 2552-2015)标准要求。(3)毛竹/杉木混合机制棒的最佳炭化工艺为炭化温度600℃、精炼时间为30 min、30℃-200℃升温速率为1℃/min、200℃-450℃升温速率为1℃/min、450℃-600℃升温速率为5℃/min。最佳工艺条件下制备的毛竹/杉木混合机制炭含水率为0.7%、灰分含量为3.33%、挥发分含量为7.73%、固定碳含量为88.94%,燃烧热值为34019 J/g,满足《燃料用竹炭》(GB/T 28669-2012)标准中一级品要求。(4)毛竹/杉木混合机制炭项目的PBP为2.44年,低于毛竹机制炭厂2.89年的动态投资回收期。毛竹/杉木混合机制炭项目的IRR值为52.35%、NPV为3,952,190美元,高于毛竹机制炭厂44.40%的收益率和3,103,260美元的净现值。内部收益率随运营成本下降和销售价格提高而增大,且销售价格对内部收益率的影响大于运营成本。实现原料的多元化生产,降低产品的运营成本可获得更好的收益。
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