熱解條件對沙棘枝干熱解產(chǎn)物的影響

第37卷第3期華北電力大學(xué)學(xué)報VoL 37. No. 32010年5月Journal of North China Electric Power UniversiMay,2010熱解條件對沙棘枝干熱解產(chǎn)物的影響何正斌,伊松林,姚雪莉,于雪斐(北京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,北京100083)摘要:以沙棘枝干為試驗試村,在熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃、600℃和750℃,平均升溫速率為150℃/h的熱解條件下,對沙棘枝干進(jìn)行熱解處理,并對產(chǎn)物沙棘炭和沙棘煤氣進(jìn)行了測定和分析。研究結果表明:在選的試驗條件下,沙棘炭的得率和沙棘煤氣的產(chǎn)量的平均值分別為28.34%、157.45Lg,且隨著(zhù)熱解溫度的升高,沙棘炭的得率呈下降趨勢,而沙棘煤氣的產(chǎn)量呈上升趨勢。通過(guò)對所得試驗數據的回歸分析,得出了實(shí)際生產(chǎn)中獲得最大效益的溫度條件。關(guān)鍵詞:沙棘枝千;熱解;沙棘炭;沙棘煤氣中圖分類(lèi)號:TQ353.4+1文獻標識碼:A文章編號:1007-2691(2010)03-0084-04Effects of different pyrolytic condition on pyrolysisyield of hippophae branchHE Zheng-bin, YI Song-lin, YAO Xue-li, YU Xue-feiSchool of Material Science and Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, ChinaAbstract: This paper takes the hippophae branches as experimental materials, under these conditions that the ultimatetemperatures respectively are 450, 600C and 750C, the average heating rate is 150C/h, carries on the pyrolyz-ing, then the hippophae carbon and hippophae gas were analyzed. The results show that: under the designated experimental conditions that along with pyrolysis temperature's elevation, the hippophae carbon assumes the trend of decrea-sing, but the hippophae gas assumes the trend of escalation, and the average rate of hippophae carbon and hippophaegas respectively are 28. 34%, 157. 45 L/g. Finally, based on regression analysis of the data, the relationship betweenKey words: hippophae branch; pyrolysis; hippophae carbon; hippophae gas0引言目前有關(guān)于沙棘枝干資源的規?；幂^為少見(jiàn),除了在農村當作燃料使用外,幾乎沒(méi)有其中國是世界上沙棘資源最豐富的國家,沙棘它的利用途徑,在沙棘資源中,枝干所占比例又具有耐寒,耐旱,耐輕度鹽堿等特點(diǎn),所以集是相當大的一部分,如果只把這些資源當作燃料中分布在青藏高原、黃土高原及新疆維吾爾自治使用,是一個(gè)很大的浪費。為了充分利用沙區,遍及東北、華北、西北、西南等13個(gè)省棘枝干資源,并且提高其附加值,將其從低品位1,資源總面積達20多萬(wàn)hm2,沙棘果實(shí)有的生物質(zhì)能轉換為高品位的能源,研究沙棘枝非?？捎^(guān)的藥用價(jià)值,但是進(jìn)入老齡的沙棘林干的熱解及其產(chǎn)物的特性就顯得尤為重要。在沙樹(shù)勢衰弱,易感染病蟲(chóng)害,必須進(jìn)行有計劃的平棘枝干的熱解過(guò)程中,其熱解產(chǎn)物可分為三種茬更新復壯。分別為固態(tài)產(chǎn)物—沙棘炭、液態(tài)產(chǎn)物——沙棘醋液中國煤化工年文獻[劌]中收稿日期:2009-08-10.已經(jīng)基金項目:北京市教育委員會(huì )共建項目“京郊農作物秸稈炭化過(guò)沙棘YH程及產(chǎn)物的應用研究CNMH本文主要針對第3期何正斌,等:熱解條件對沙棘枝干熱解產(chǎn)物的影響定的試驗條件,開(kāi)始熱解試驗,由于沙棘熱解過(guò)1設備及方法程中的炭化階段會(huì )大量放熱,此階段的溫度不能控制,因此升溫速率以平均數值計。試驗結束后,1.1材料及設備記錄沙棘炭的重量以及沙棘煤氣的體積,用沙棘(1)試驗材料炭的重量及沙棘煤氣的體積除以沙棘枝干的初重,沙棘枝干釆集于河北豐寧縣。將沙棘枝干伐則可計算出沙棘炭的得率和沙棘煤氣的產(chǎn)量。后,先捆扎,然后用鼓式削片機削片,經(jīng)氣干處2.1熱解條件對沙棘炭的影響規律理使其平均含水率降至15%以下后待用。2.1.1熱解條件對沙棘炭得率的影響(2)試驗設備如圖2所示,為熱解溫度對沙棘炭得率的影小型熱解設備、AS-703型孔徑一孔容分布響關(guān)系曲線(xiàn)。由圖2中可見(jiàn),在選定的試驗條件儀、XRY-A數顯氧彈式熱量計;具蓋瓷坩堝、下,隨著(zhù)熱解溫度的升高,沙棘炭的得率呈下降高溫電爐(馬福爐)、分析天平(精確到趨勢。在熱解溫度分別為450℃、600℃和750℃0.1mg)。其中小型熱解設備的釜體直徑為時(shí),沙棘炭的得率分別為29.67%,28.16%,220mm,深度為300mm,電加熱器功率為75kW。27.19%,平均值為28.34%,沙棘炭得率的比值如圖1所示,為試驗用小型熱解設備的原理圖。分別為1.09:1.03:1826525.5熱解溫度/c沙棘炭2不同熱解溫度下沙棘炭的得率(V=150℃/h)1.釜體2.釜內溫度傳感器3.醋液冷凝器4.氣液分離裝置Fig. 2 The yield of Hippophae carbon under different5.濕式氣體流量計6.水洗裝置7.釜外溫度傳感器8.電加熱器9.爐體pyrolysis temperature (V =150 C/h)圖1小型熱解設備原理圖2.1.2熱解條件對沙棘炭性能的影響Fig 1 Illustrative diagram pyrolysis laboratory-scale plant(1)熱解條件對沙棘炭含碳量的影響1.2試驗方法沙棘炭含碳量的測定方法參見(jiàn)國標《木炭和(1)在熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃、600℃和木炭試驗方法》GB/T17664-1990規定進(jìn)行750℃,平均升溫速率為150℃h,保溫時(shí)間為h沙棘熱解的最高溫度,對沙棘炭灰分、揮發(fā)分及的熱解條件下對沙棘枝干進(jìn)行熱解處理。固定碳的含量具有決定性影響。如圖3所示,為(2)將不同熱解條件下得到沙棘熱解產(chǎn)物作熱解條件對沙棘炭灰分、揮發(fā)分、固定碳含量的為研究對象,對沙棘炭和沙棘煤氣的量進(jìn)行了檢影響關(guān)系曲線(xiàn)。測;并利用AS-703型孔徑一孔容分布儀對沙棘炭由圖3可見(jiàn),沙棘炭中灰分的含量是隨著(zhù)熱的比表面積進(jìn)行測定,利用XRY-1A數顯氧彈式解溫度的升高而增加,這主要是因為熱解終點(diǎn)溫熱量計對沙棘炭的熱值進(jìn)行測量。度的升高有利于在熱解過(guò)程中炭化程度的提高和揮發(fā)成分的減少,導致灰分含量隨熱解溫度的升2結果與分析高略rV中國煤化工相反,它隨著(zhù)熱解溫CNMHG在熱解過(guò)程中揮首先將沙棘枝干稱(chēng)量并記錄初重后,放入不發(fā)分的含量與熱解終點(diǎn)溫度有看明顯的關(guān)系。沙銹鋼釜體中。根據小型熱解設備的操作步驟和擬棘炭中所占成分比例最大的是固定碳,在所選定華北電力大學(xué)學(xué)報2010年知,沙棘炭的熱值大于標準煤的熱值。08000000如果將沙棘炭作為煤的替代品,制成高品位燃料,不僅充分利用了沙棘枝干,提高其價(jià)值,又由于沙棘炭在燃燒中熱效率高且不產(chǎn)生SO2等氣體,減少了環(huán)境的污染,沙棘資源豐富,再生力強,其開(kāi)發(fā)前景廣闊。2.2熱解條件對沙棘煤氣產(chǎn)量的影響如圖4所示,為熱解溫度對沙棘煤氣產(chǎn)量的熱解溫度/℃影響關(guān)系曲線(xiàn)。由圖4中可見(jiàn),在選定的試驗條灰分一揮發(fā)份含碳量件下,隨著(zhù)熱解溫度的升高,沙棘煤氣的產(chǎn)量呈圖3熱解溫度對沙棘炭各威分含量的影響(V=150℃h)上升趨勢,在熱解溫度分別為450℃,600℃和Fg3 The impact on the content of Hippophae carbon und750℃時(shí),沙棘煤氣的產(chǎn)量分別為14642Lkgdifferent pyrolysis temperature(V=150 C/h)159.25Lkg,166.67L/kg,平均值為157.45L/kg,沙棘煤氣產(chǎn)量的比值分別為1:1.09:1.14的試驗條件下,其固定碳的含量隨著(zhù)熱解溫度的升高相應的增加。在熱解溫度分別為450℃600℃和750℃時(shí),沙棘炭的含碳量分別為82.07%,83.64%,84.02%,平均值為83.24%。嘲155(2)熱解條件對沙棘炭比表面積的影響150沙棘炭的吸附性能是對其進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用的譽(yù)145重要指標之一。其測定方法是采用日本產(chǎn)AS703型孔徑一孔容分布儀檢測,以甲醇作為吸附質(zhì),用修正的開(kāi)爾文公式運算。600熱解溫度/℃沙棘炭比表面積的測試結果表明:隨著(zhù)熱解一沙棘煤氣溫度的升高,沙棘炭的比表面積呈上升趨勢。當圖4沙棘煤氣產(chǎn)量圖熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃,600℃和750℃時(shí),Fig. 4 The yield of Hippophae gas figure沙棘炭比表面積的測量值分別為192,207,247m2/g,平均值為215.33m2/g按照國際理論與通過(guò)對沙棘炭、沙棘煤氣的測定和分析以及應用化學(xué)聯(lián)合會(huì )UPAC建議活性炭孔隙大小(俗對文獻[9]的參考,得出在不同的熱解條件下,稱(chēng)孔直徑D)分別為微孔、過(guò)渡孔和大孔三類(lèi),這三種產(chǎn)物的得率是不一樣的,為了指導實(shí)際生微孔為<2mm,過(guò)渡孔為2m-50mm,大孔為>產(chǎn),以最低成本獲得最高利潤,對三種產(chǎn)物之間50mm。試驗數據表明,沙棘炭中的孔隙以微孔的關(guān)系進(jìn)行分析是很有必要的,本次采用oign為主軟件對所得數據進(jìn)行擬合,如公式1-3所示。(3)熱解條件對沙棘炭熱值的影響f(t)1=12×10-32-0.02267t+3744(1)沙棘炭的熱值是作為燒烤或冶煉金屬用炭時(shí)f(t)2=-1.6×102-0.02574+36.17(2)的一項重要的理化指標,它實(shí)際上是沙棘這一生f(t)3=-1.202×10-2-0.212t+75.47(3)物有機體在能量轉換過(guò)程中貯存能量的大小。上式中f(t)1、f(t)2、f(t)3分別表示沙棘炭本研究是利用XRY-1A數顯氧彈式熱量計對(%)、沙棘醋液(%)的得率和沙棘煤氣的產(chǎn)量沙棘炭的熱值進(jìn)行測量。當熱解終點(diǎn)溫度分別為(L/kg);t為表示熱解終點(diǎn)溫度(℃)450℃,600℃和750℃時(shí),沙棘炭熱值的測量值中國煤化工價(jià)值為a,沙棘分別為331.9,328306,31060918,試驗測醋液為c,那么總價(jià)定沙棘炭熱值的平均值為32183.85g,對比標煤值CNMHG的熱值7000kca/kg=7000×4.18=29260Jg可∫=a·f(t)1+b·f(t)2+e·f(t)3=第3期正斌,等:熱解條件對沙棘枝干熱解產(chǎn)物的影響(1.2a-1.6b-1202c)×10-2+為a,沙棘醋液的價(jià)值為b,沙棘煤氣的價(jià)值為c時(shí),(-0.02267a+0.0257b+0.212c)+-0.02267a-0.0257b-0.212當取熱解溫度t=(37.4a+36.17b+75.47c)(4)24a-3.2b-24.04c由公式(4)可見(jiàn),當10時(shí),可以獲得最大的收益。=~0.0267a-0.0257b-0.212c×103時(shí),得參考文獻:2.4a-3.2b-24.04c到的熱解產(chǎn)物的產(chǎn)值最大[1]馬志強.沙棘資源的開(kāi)發(fā)利用[J].陜西林業(yè)科技2004,(1):70-72.3結論與討論[2]金正道.沙棘的特性和產(chǎn)業(yè)開(kāi)發(fā)現狀[J].國土綠化,2005,(1):40.(1)熱解條件對沙棘炭的研究表明:在選定3±小寧,安寶利許濤,等沙棘開(kāi)發(fā)利用的前景的試驗條件下,隨著(zhù)熱解溫度的升高,沙棘炭的[玎].陜西林業(yè)科技,2004,(2):71-74.[4]張茂松.沙棘開(kāi)發(fā)利用展望[冂]特種經(jīng)濟動(dòng)植物得率呈下降趨勢,而固定碳含量、比表面積呈上2005,(5):20-21升趨勢。熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃,600℃和[5]包永平,王景余,孫德學(xué),等.沙棘平茬復杜更新技750℃時(shí),沙棘炭的得率分別為29.67%,術(shù)研究[冂].防護林科技5(3):14,20.8.16%,27.19%,平均值為28.34%;沙棘炭的[6]邰源臨.沙棘枝干制造人造板的研究[J].國際沙含碳量分別為82.07%,83.64%,84.02%,平均棘研究與開(kāi)發(fā),2003,9(1):27-30.值為83.24%;沙棘炭的比表面積分別為192,[7]賈玉,王偉,王海平.國內外沙棘開(kāi)發(fā)研究進(jìn)展207,247m2/g,平均值為21533m2/g沙棘炭的[J].科技情報開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟,2005,15(14):平均熱值為32183.85Jg,大于標煤的熱值127-128(2)熱解條件對沙棘煤氣的研究表明:在選8]胡建忠.沙棘作為農村能源植物開(kāi)發(fā)的可行性分析定的試驗條件下,隨著(zhù)熱解溫度的升高沙棘煤氣[].國際沙棘研究與開(kāi)發(fā),2004,12(4):36的產(chǎn)量呈上升趨勢,熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃、[9]姚雪莉等.熱解條件對沙棘醋液得率及其組分的影響600℃和750℃時(shí),沙棘煤氣的產(chǎn)量分別為[].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報,200,31(1):51-5146.42Lkg,159.25L/kg,166.67Lkg,平均值為157.45Lkg作者簡(jiǎn)介:何正斌(1984-),男,碩士研究生,主要研究方(3)實(shí)際工業(yè)化生產(chǎn)中,在假定沙棘炭的價(jià)值向為木材化學(xué)加工。(上接第83頁(yè))[15] Nagano K, Ogawa K, Mochida T,etal. Performance of[17]項立成,趙玉文,羅運俊.太陽(yáng)能的熱利用[M]heat charge/discharge of magnesium nitrate hexahydrate北京:宇航出版社,1998and magnesium chloride hexahydrate mixture to a single [18 Farid MM, Khudhair A M, Razack S A K, et al. A8 latenge systemreview on phase change energy storage: materials andplied Thermal Engineering, 2004, 24(2-3)applications [J]. Energy Conversion and Management004,45(9-10):1597-1615.[16]TpA. An experimental and numerical investigation of[19]鐘志剛.相變蓄能結構能量存儲與釋放規律的數學(xué)heat transfer during technical grade paraffin melting and模型研究[D].西安:西安交通大學(xué),2001solidification in a shell and tube latent thermal energystorage unit [J]. Solar Energy, 2005, 79(6):作者簡(jiǎn)介:馮小江(1984-),男,碩士研究生,主要研究方648-660向為木YH中國煤化工CNMHG