第37卷第3期.華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)VoL 37 ,No.32010年5月Journalof North China Electric Power UniversityMay ,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，北京1008)摘妻:以沙棘枝干為試驗(yàn)試材，在熱解終點(diǎn)溫度分別為450 C、600心和750 C ,平均升溫速率為150 C/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)物沙棘炭和沙棘堞氣進(jìn)行了測(cè)定和分析。研究結(jié)果表明:在選定的試驗(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%、157.45 L/g,且隨著熱解溫度的開(kāi)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(guò)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:沙棘枝干;熱解;沙棘炭;沙辣煤氣中圖分類號(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-fei(School of Material Science and Tehnology , Beijing Forestry University, Beijing 10083, China)Abstract: This paper takes the hippophae branches 8 experimental materials , under thee conditions that the ulimatetemperatures repectively are 450C , 600C and 750C，the average heating rate is 150C/h, caries on the pyrolyz-ing, then the hippophae carbon and hippophae gas were analyzed. The results show that: under the designated experi.mental conditions that along with pyrolysis temperature's elevetion, the hippophae carbon asumes the trend of decrea-sing, but the hippophae gas assumes the trend of ecalation, and the average rate of hippophae carbon and hippophaegas respetively are 28. 34%、157. 45 Lg Finally, based on regression analysis of the data, the rlationship betweenthe temperature and fficiency was received.Key words: hippophae branch; pyrolysis; hippophae carbon; hippophae gas0.引言目前有關(guān)于沙棘枝千資源的規(guī)模化利用較為少見(jiàn)，除了在農(nóng)村當(dāng)作燃料使用外，幾乎沒(méi)有其中國(guó)是世界上沙棘資源最豐富的國(guó)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)[4-7]。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，將其從低品位區(qū)"]，資源總面積達(dá)200多萬(wàn)hm'，沙棘果實(shí)有的生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換為高品位的能源8]，研究沙棘枝非?？捎^的藥用價(jià)值)，但是進(jìn)人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(shì)衰弱，易感染病蟲(chóng)害,必須進(jìn)行有計(jì)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(fù)壯。.分別為固態(tài)產(chǎn)物沙棘炭、液態(tài)產(chǎn)物一 沙棘醋液和氣態(tài)產(chǎn)物一沙棘煤氣。 在文獻(xiàn)[9]中，收稿日期: 2009 -08 - 10.已經(jīng)對(duì)沙棘醋液做了詳細(xì)的分析，本文主要針對(duì)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(guò)沙棘炭和沙棘煤氣進(jìn)行研究。程及產(chǎn)物的應(yīng)用研究”。第3期何正斌，等:熱解條件對(duì)沙棘枝千熱解產(chǎn)物的影響85定的試驗(yàn)條件，開(kāi)始熱解試驗(yàn)，由于沙棘熱解過(guò)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，沙棘枝干采集于河北豐寧縣。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(jiàn)，在選定的試驗(yàn)條件儀、XRY-1A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450C、600C和750C0.1mg)。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7.5kW。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1.09:1.03:1。29.529 t本27.527 t也道26.5-2625.5450600750熱解溫度/C+沙棘炭2不同熱解溫度下沙棘炭的得率 (V= 150 C/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 cearbon under diferent5.濕式氣體流量計(jì)6.水洗裝置7.釜外溫度傳感器prolysis temperature (V =150 C/h)8.電加熱器9.爐體圍1小型熱解設(shè)備原理圖2.1.2熱解條件 對(duì)沙辣炭性能的影響Fig 1 Mustrative diagram pyrolysis laboratory-scale plant(1)熱解條件對(duì)沙棘炭含碳量的影響沙棘炭含碳量的測(cè)定方法參見(jiàn)國(guó)標(biāo)《木炭和1.2 試驗(yàn)方法(1) 在熱解終點(diǎn)溫度分別為450 C .600 C和木炭試驗(yàn)方法》GB/T17664- 1999 的規(guī)定進(jìn)行。750 C ,平均升溫速率為150 C/h,保溫時(shí)間為1 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)沙棘枝千進(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(jiàn)，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(guò)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)果與分析高略有上升，而揮發(fā)分的含量則相反，它隨著熱解溫度的增加而減少，同時(shí)說(shuō)明在熱解過(guò)程中揮首先將沙棘枝干稱量并記錄初重后，放人不發(fā)分的含量與熱解終點(diǎn)溫度有著明顯的關(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86華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)2010年90p知，沙棘炭的熱值大于標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值。80-如果將沙棘炭作為煤的替代品，制成高品位史60-燃料，不僅充分利用了沙棘枝干，提高其價(jià)值,新50一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.30力強(qiáng)，其開(kāi)發(fā)前景廣闊。20 t2.2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450750熱解溫度/C影響關(guān)系曲線。由圖4中可見(jiàn)，在選定的試驗(yàn)條+灰分一揮發(fā)份士含碳量件下，隨眷熱解溫度的升高，沙棘煤氣的產(chǎn)量呈圖3熱解溫度對(duì)沙棘炭各成分含量的影響(V=150 C/h)上升趨勢(shì)，在熱解溫度分別為450 C,600 C和Fg3 The impact on the content of Hippophae carbon under750 C時(shí)，沙棘煤氣的產(chǎn)量分別為146. 42 Lkg,different pyrolysis temperature (V=150 C/h)159. 25 L/kg,166. 67 L/kg,平均值為157.45 L/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 C,600 C和750C時(shí)，沙棘炭的含碳量分別為己160-82. 07%，83. 64%，84. 02%，平均值為83. 24%。新155-(2)熱解條件對(duì)沙棘炭比表面積的影響50 t沙棘炭的吸附性能是對(duì)其進(jìn)-一步開(kāi)發(fā)利用的45-重要指標(biāo)之一。其測(cè)定方法是采用日本產(chǎn)AS -140703型孔徑一孔容分布儀檢測(cè)，以甲醇作為吸附135L600質(zhì)，用修正的開(kāi)爾文公式運(yùn)算。熱解溫度/心沙棘炭比表面積的測(cè)試結(jié)果表明:隨著熱解士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)圈4沙棘煤氣產(chǎn)量圍熱解終點(diǎn)溫度分別為450C,6009C和750C時(shí)，F(xiàn)ig4 The yied of Hippophae gas figure沙棘炭比表面積的測(cè)量值分別為192， 207,247 m2/g,平均值為215.33 m'/go按照國(guó)際理論與通過(guò)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)IUPAC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(guò)渡孔和大孔三類，這三種產(chǎn)物的得率是不-樣的，為了指導(dǎo)實(shí)際生微孔為<2 nm,過(guò)渡孔為2 nm~50 nm,大孔為>產(chǎn)，以最低成本獲得最高利潤(rùn)，對(duì)三種產(chǎn)物之間50nm。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origin軟件對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，如公式1 ~3所示。為主。f(t);=1.2x10~82 -0.022 67t +37.44 (1)(3)熱解條件對(duì)沙棘炭熱值的影響沙棘炭的熱值是作為燒烤或冶煉金屬用炭時(shí)f(t)2=-1.6x10-52 -0.025 71+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(1),=-1. 202x10-*2 -0. 2121+75.47 (3)物有機(jī)體在能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中貯存能量的大小。上式中f(t)1 f(t)2、f(t);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(C)。450C,600C和750C時(shí)，沙棘炭熱值的測(cè)量值在實(shí)際生產(chǎn)中假設(shè)沙棘炭的價(jià)值為a,沙棘分別為33 161. 9,32 283. 06,31 106 59 J/g,試驗(yàn)測(cè)醋液的價(jià)值為b,沙棘煤氣的價(jià)值為c，那么總價(jià)定沙棘炭熱值的平均值為32 183. 85 J/go對(duì)比標(biāo)煤值f，可由公式(4)計(jì)算。.f=a.f(t); +b.f(t)2 +e.f(t)3=的熱值7 000 keal/kg =7000 x4.18 =29260 J/g可第3期何正斌，等:熱解條件對(duì)沙棘枝干熱解產(chǎn)物的影響87(1.2a-1.6b-12.02c)x10-52 +為a,沙棘醋液的價(jià)值為b,沙棘煤氣的價(jià)值為c時(shí),( -0.022 67a +0.025 7b +0.212c)1+當(dāng)取熱解溫度= -0.022 67a -0.025 76-0.212 x(37. 44a +36. 17b +75.47c)(4)2 4a -3.2b -24. 04e由公式(4)可見(jiàn)，當(dāng)10時(shí)，可以獲得最大的收益。-0. 022 67a -0. 025 76 -0. 212cx10°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(kāi)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(kāi)發(fā)現(xiàn)狀[J].國(guó)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] 土小寧，安寶利，許濤，等.沙棘開(kāi)發(fā)利用的前景[J]. 陜西林業(yè)科技，2004, (2): 71 -74.的試驗(yàn)條件下，隨著熱解溫度的升高，沙棘炭的[4] 張茂松、沙棘開(kāi)發(fā)利用展望[J]. 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450C,600C和[5]包永平，王景余，孫德學(xué)，等.沙棘平茬復(fù)壯更新技750C時(shí)，沙棘炭的得率分別為29.67%，術(shù)研究[J].防護(hù)林科技，2004, 5 (3): 14, 20.28. 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(guó)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(guó)內(nèi)外沙棘開(kāi)發(fā)研究進(jìn)展207，247 m/g,平均值為215.33 m2/go 沙棘炭的[J]. 科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2005，15 (14): .127 -128.平均熱值為32 183. 85 J/g, 大于標(biāo)煤的熱值。(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(kāi)發(fā)的可行性分析[J]. 國(guó)際沙棘研究與開(kāi)發(fā)，2004， 12(4): 36-定的試驗(yàn)條件下，隨著熱解溫度的升高沙棘煤氣42.的產(chǎn)量呈上升趨勢(shì)，熱解終點(diǎn)溫度分別為450 C、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 C和750 C時(shí)，沙棘煤氣的產(chǎn)量分別為[J].北京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009, 31 (1): 51-55.146.42 L/kg, 159. 25 L/kg, 166.67 L/kg,平均值為157.45 L/kg。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(yè))[15] Nagano K, Ogawa K, Mochida T, et al. Peromance of[17] 項(xiàng)立成，趙玉文，羅運(yùn)俊.太陽(yáng)能的熱利用[M].heat charge/ discharge of magnesium nitrale hexahydrate北京:宇航出版社，1998.and magnesium chloride hexabhydrate mixture to a single[18] Farid M M，Khudhair A M，RazackSAK, etal. Avertical tube for a latent heat storage Bystem [J]. Ap-review on phase change energy storage: materials andplied Thermal Enginering, 2004， 24 (2 - 3):applications [J]. Energy Conversion and Management,209 -220.2004, 45 (9-10): 1597 - 1615.[16] Tr A. An experimental and numerical invesigation 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 meling and模型研究[D]. 西安:西安交通大學(xué), 2001.solidification in a shell and tube lalent themal 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)槟静母稍铩?/p>