第37卷第3期華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)VoL 37. No. 32010年5月Journal of North China Electric Power UniversiMay,2010熱解條件對(duì)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(yàn)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(duì)沙棘枝干進(jìn)行熱解處理,并對(duì)產(chǎn)物沙棘炭和沙棘煤氣進(jìn)行了測(cè)定和分析。研究結(jié)果表明:在選的試驗(yàn)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,且隨著熱解溫度的升高,沙棘炭的得率呈下降趨勢(shì),而沙棘煤氣的產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)。通過對(duì)所得試驗(yàn)數(shù)據(jù)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;沙棘煤氣中圖分類號(hào):TQ353.4+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(guī)模化利用較為少見,除了在農(nóng)村當(dāng)作燃料使用外,幾乎沒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(dāng)大的一部分,如果只把這些資源當(dāng)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(fèi)。為了充分利用沙區(qū),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(dá)20多萬hm2,沙棘果實(shí)有的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為高品位的能源,研究沙棘枝非常可觀的藥用價(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。在沙樹勢(shì)衰弱,易感染病蟲害,必須進(jìn)行有計(jì)劃的平棘枝干的熱解過程中,其熱解產(chǎn)物可分為三種茬更新復(fù)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(xiàn)[劌]中收稿日期:2009-08-10.已經(jīng)基金項(xiàng)目:北京市教育委員會(huì)共建項(xiàng)目“京郊農(nóng)作物秸稈炭化過沙棘YH程及產(chǎn)物的應(yīng)用研究CNMH本文主要針對(duì)第3期何正斌,等:熱解條件對(duì)沙棘枝干熱解產(chǎn)物的影響定的試驗(yàn)條件,開始熱解試驗(yàn),由于沙棘熱解過1設(shè)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(shù)值計(jì)。試驗(yàn)結(jié)束后,1.1材料及設(shè)備記錄沙棘炭的重量以及沙棘煤氣的體積,用沙棘(1)試驗(yàn)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(jì)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(jī)削片,經(jīng)氣干處2.1熱解條件對(duì)沙棘炭的影響規(guī)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(duì)沙棘炭得率的影響(2)試驗(yàn)設(shè)備如圖2所示,為熱解溫度對(duì)沙棘炭得率的影小型熱解設(shè)備、AS-703型孔徑一孔容分布響關(guān)系曲線。由圖2中可見,在選定的試驗(yàn)條件儀、XRY-A數(shù)顯氧彈式熱量計(jì);具蓋瓷坩堝、下,隨著熱解溫度的升高,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(shì)。在熱解溫度分別為450℃、600℃和750℃0.1mg)。其中小型熱解設(shè)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(yàn)用小型熱解設(shè)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(nèi)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(jì)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(shè)備原理圖2.1.2熱解條件對(duì)沙棘炭性能的影響Fig 1 Illustrative diagram pyrolysis laboratory-scale plant(1)熱解條件對(duì)沙棘炭含碳量的影響1.2試驗(yàn)方法沙棘炭含碳量的測(cè)定方法參見國標(biāo)《木炭和(1)在熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃、600℃和木炭試驗(yàn)方法》GB/T17664-1990規(guī)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(duì)沙棘炭灰分、揮發(fā)分及的熱解條件下對(duì)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(duì)沙棘炭灰分、揮發(fā)分、固定碳含量的為研究對(duì)象,對(duì)沙棘炭和沙棘煤氣的量進(jìn)行了檢影響關(guān)系曲線。測(cè);并利用AS-703型孔徑一孔容分布儀對(duì)沙棘炭由圖3可見,沙棘炭中灰分的含量是隨著熱的比表面積進(jìn)行測(cè)定,利用XRY-1A數(shù)顯氧彈式解溫度的升高而增加,這主要是因?yàn)闊峤饨K點(diǎn)溫?zé)崃坑?jì)對(duì)沙棘炭的熱值進(jìn)行測(cè)量。度的升高有利于在熱解過程中炭化程度的提高和揮發(fā)成分的減少,導(dǎo)致灰分含量隨熱解溫度的升2結(jié)果與分析高略rV中國煤化工相反,它隨著熱解溫CNMHG在熱解過程中揮首先將沙棘枝干稱量并記錄初重后,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(jù)小型熱解設(shè)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(bào)2010年知,沙棘炭的熱值大于標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng),其開發(fā)前景廣闊。2.2熱解條件對(duì)沙棘煤氣產(chǎn)量的影響如圖4所示,為熱解溫度對(duì)沙棘煤氣產(chǎn)量的熱解溫度/℃影響關(guān)系曲線。由圖4中可見,在選定的試驗(yàn)條灰分一揮發(fā)份含碳量件下,隨著熱解溫度的升高,沙棘煤氣的產(chǎn)量呈圖3熱解溫度對(duì)沙棘炭各威分含量的影響(V=150℃h)上升趨勢(shì),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(yàn)條件下,其固定碳的含量隨著熱解溫度的升高相應(yīng)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(duì)沙棘炭比表面積的影響150沙棘炭的吸附性能是對(duì)其進(jìn)一步開發(fā)利用的譽(yù)145重要指標(biāo)之一。其測(cè)定方法是采用日本產(chǎn)AS703型孔徑一孔容分布儀檢測(cè),以甲醇作為吸附質(zhì),用修正的開爾文公式運(yùn)算。600熱解溫度/℃沙棘炭比表面積的測(cè)試結(jié)果表明:隨著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(shì)。當(dāng)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(cè)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對(duì)沙棘炭、沙棘煤氣的測(cè)定和分析以及應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(huì)UPAC建議活性炭孔隙大小(俗對(duì)文獻(xiàn)[9]的參考,得出在不同的熱解條件下,稱孔直徑D)分別為微孔、過渡孔和大孔三類,這三種產(chǎn)物的得率是不一樣的,為了指導(dǎo)實(shí)際生微孔為<2mm,過渡孔為2m-50mm,大孔為>產(chǎn),以最低成本獲得最高利潤,對(duì)三種產(chǎn)物之間50mm。試驗(yàn)數(shù)據(jù)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(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合,如公式1-3所示。(3)熱解條件對(duì)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(xiàng)重要的理化指標(biāo),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(jī)體在能量轉(zhuǎn)換過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(shù)顯氧彈式熱量計(jì)對(duì)(%)、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(cè)量。當(dāng)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(cè)量值中國煤化工價(jià)值為a,沙棘分別為331.9,328306,31060918,試驗(yàn)測(cè)醋液為c,那么總價(jià)定沙棘炭熱值的平均值為32183.85g,對(duì)比標(biāo)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(duì)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(dāng)取熱解溫度t=(37.4a+36.17b+75.47c)(4)24a-3.2b-24.04c由公式(4)可見,當(dāng)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(xiàn):2.4a-3.2b-24.04c到的熱解產(chǎn)物的產(chǎn)值最大[1]馬志強(qiáng).沙棘資源的開發(fā)利用[J].陜西林業(yè)科技2004,(1):70-72.3結(jié)論與討論[2]金正道.沙棘的特性和產(chǎn)業(yè)開發(fā)現(xiàn)狀[J].國土綠化,2005,(1):40.(1)熱解條件對(duì)沙棘炭的研究表明:在選定3±小寧,安寶利許濤,等沙棘開發(fā)利用的前景的試驗(yàn)條件下,隨著熱解溫度的升高,沙棘炭的[玎].陜西林業(yè)科技,2004,(2):71-74.[4]張茂松.沙棘開發(fā)利用展望[冂]特種經(jīng)濟(jì)動(dòng)植物得率呈下降趨勢(shì),而固定碳含量、比表面積呈上2005,(5):20-21升趨勢(shì)。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(fù)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(hù)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(nèi)外沙棘開發(fā)研究進(jìn)展207,247m2/g,平均值為21533m2/g沙棘炭的[J].科技情報(bào)開發(fā)與經(jīng)濟(jì),2005,15(14):平均熱值為32183.85Jg,大于標(biāo)煤的熱值127-128(2)熱解條件對(duì)沙棘煤氣的研究表明:在選8]胡建忠.沙棘作為農(nóng)村能源植物開發(fā)的可行性分析定的試驗(yàn)條件下,隨著熱解溫度的升高沙棘煤氣[].國際沙棘研究與開發(fā),2004,12(4):36的產(chǎn)量呈上升趨勢(shì),熱解終點(diǎn)溫度分別為450℃、[9]姚雪莉等.熱解條件對(duì)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(bào),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?yàn)槟静幕瘜W(xué)加工。(上接第83頁)[15] Nagano K, Ogawa K, Mochida T,etal. Performance of[17]項(xiàng)立成,趙玉文,羅運(yùn)俊.太陽能的熱利用[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(jié)構(gòu)能量存儲(chǔ)與釋放規(guī)律的數(shù)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?yàn)槟綴H中國煤化工CNMHG