热解条件对沙棘枝干热解产物的影响

第37卷第3期华北电力大学学报VoL 37. No. 32010年5月Journal of North China Electric Power UniversiMay,2010热解条件对沙棘枝干热解产物的影响何正斌,伊松林,姚雪莉,于雪斐(北京林业大学材料科学与技术学院,北京100083)摘要:以沙棘枝干为试验试村,在热解终点温度分别为450℃、600℃和750℃,平均升温速率为150℃/h的热解条件下,对沙棘枝干进行热解处理,并对产物沙棘炭和沙棘煤气进行了测定和分析。研究结果表明:在选的试验条件下,沙棘炭的得率和沙棘煤气的产量的平均值分别为28.34%、157.45Lg,且随着热解温度的升高,沙棘炭的得率呈下降趋势,而沙棘煤气的产量呈上升趋势。通过对所得试验数据的回归分析,得出了实际生产中获得最大效益的温度条件。关键词:沙棘枝千;热解;沙棘炭;沙棘煤气中图分类号:TQ353.4+1文献标识码:A文章编号: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引言目前有关于沙棘枝干资源的规模化利用较为少见,除了在农村当作燃料使用外,几乎没有其中国是世界上沙棘资源最丰富的国家,沙棘它的利用途径,在沙棘资源中,枝干所占比例又具有耐寒,耐旱,耐轻度盐碱等特点,所以集是相当大的一部分,如果只把这些资源当作燃料中分布在青藏高原、黄土高原及新疆维吾尔自治使用,是一个很大的浪费。为了充分利用沙区,遍及东北、华北、西北、西南等13个省棘枝干资源,并且提高其附加值,将其从低品位1,资源总面积达20多万hm2,沙棘果实有的生物质能转换为高品位的能源,研究沙棘枝非常可观的药用价值,但是进入老龄的沙棘林干的热解及其产物的特性就显得尤为重要。在沙树势衰弱,易感染病虫害,必须进行有计划的平棘枝干的热解过程中,其热解产物可分为三种茬更新复壮。分别为固态产物—沙棘炭、液态产物——沙棘醋液中国煤化工年文献[刿]中收稿日期:2009-08-10.已经基金项目:北京市教育委员会共建项目“京郊农作物秸秆炭化过沙棘YH程及产物的应用研究CNMH本文主要针对第3期何正斌,等:热解条件对沙棘枝干热解产物的影响定的试验条件,开始热解试验,由于沙棘热解过1设备及方法程中的炭化阶段会大量放热,此阶段的温度不能控制,因此升温速率以平均数值计。试验结束后,1.1材料及设备记录沙棘炭的重量以及沙棘煤气的体积,用沙棘(1)试验材料炭的重量及沙棘煤气的体积除以沙棘枝干的初重,沙棘枝干釆集于河北丰宁县。将沙棘枝干伐则可计算出沙棘炭的得率和沙棘煤气的产量。后,先捆扎,然后用鼓式削片机削片,经气干处2.1热解条件对沙棘炭的影响规律理使其平均含水率降至15%以下后待用。2.1.1热解条件对沙棘炭得率的影响(2)试验设备如图2所示,为热解温度对沙棘炭得率的影小型热解设备、AS-703型孔径一孔容分布响关系曲线。由图2中可见,在选定的试验条件仪、XRY-A数显氧弹式热量计;具盖瓷坩埚、下,随着热解温度的升高,沙棘炭的得率呈下降高温电炉(马福炉)、分析天平(精确到趋势。在热解温度分别为450℃、600℃和750℃0.1mg)。其中小型热解设备的釜体直径为时,沙棘炭的得率分别为29.67%,28.16%,220mm,深度为300mm,电加热器功率为75kW。27.19%,平均值为28.34%,沙棘炭得率的比值如图1所示,为试验用小型热解设备的原理图。分别为1.09:1.03:1826525.5热解温度/c沙棘炭2不同热解温度下沙棘炭的得率(V=150℃/h)1.釜体2.釜内温度传感器3.醋液冷凝器4.气液分离装置Fig. 2 The yield of Hippophae carbon under different5.湿式气体流量计6.水洗装置7.釜外温度传感器8.电加热器9.炉体pyrolysis temperature (V =150 C/h)图1小型热解设备原理图2.1.2热解条件对沙棘炭性能的影响Fig 1 Illustrative diagram pyrolysis laboratory-scale plant(1)热解条件对沙棘炭含碳量的影响1.2试验方法沙棘炭含碳量的测定方法参见国标《木炭和(1)在热解终点温度分别为450℃、600℃和木炭试验方法》GB/T17664-1990规定进行750℃,平均升温速率为150℃h,保温时间为h沙棘热解的最高温度,对沙棘炭灰分、挥发分及的热解条件下对沙棘枝干进行热解处理。固定碳的含量具有决定性影响。如图3所示,为(2)将不同热解条件下得到沙棘热解产物作热解条件对沙棘炭灰分、挥发分、固定碳含量的为研究对象,对沙棘炭和沙棘煤气的量进行了检影响关系曲线。测;并利用AS-703型孔径一孔容分布仪对沙棘炭由图3可见,沙棘炭中灰分的含量是随着热的比表面积进行测定,利用XRY-1A数显氧弹式解温度的升高而增加,这主要是因为热解终点温热量计对沙棘炭的热值进行测量。度的升高有利于在热解过程中炭化程度的提高和挥发成分的减少,导致灰分含量随热解温度的升2结果与分析高略rV中国煤化工相反,它随着热解温CNMHG在热解过程中挥首先将沙棘枝干称量并记录初重后,放入不发分的含量与热解终点温度有看明显的关系。沙锈钢釜体中。根据小型热解设备的操作步骤和拟棘炭中所占成分比例最大的是固定碳,在所选定华北电力大学学报2010年知,沙棘炭的热值大于标准煤的热值。08000000如果将沙棘炭作为煤的替代品,制成高品位燃料,不仅充分利用了沙棘枝干,提高其价值,又由于沙棘炭在燃烧中热效率高且不产生SO2等气体,减少了环境的污染,沙棘资源丰富,再生力强,其开发前景广阔。2.2热解条件对沙棘煤气产量的影响如图4所示,为热解温度对沙棘煤气产量的热解温度/℃影响关系曲线。由图4中可见,在选定的试验条灰分一挥发份含碳量件下,随着热解温度的升高,沙棘煤气的产量呈图3热解温度对沙棘炭各威分含量的影响(V=150℃h)上升趋势,在热解温度分别为450℃,600℃和Fg3 The impact on the content of Hippophae carbon und750℃时,沙棘煤气的产量分别为14642Lkgdifferent pyrolysis temperature(V=150 C/h)159.25Lkg,166.67L/kg,平均值为157.45L/kg,沙棘煤气产量的比值分别为1:1.09:1.14的试验条件下,其固定碳的含量随着热解温度的升高相应的增加。在热解温度分别为450℃600℃和750℃时,沙棘炭的含碳量分别为82.07%,83.64%,84.02%,平均值为83.24%。嘲155(2)热解条件对沙棘炭比表面积的影响150沙棘炭的吸附性能是对其进一步开发利用的誉145重要指标之一。其测定方法是采用日本产AS703型孔径一孔容分布仪检测,以甲醇作为吸附质,用修正的开尔文公式运算。600热解温度/℃沙棘炭比表面积的测试结果表明:随着热解一沙棘煤气温度的升高,沙棘炭的比表面积呈上升趋势。当图4沙棘煤气产量图热解终点温度分别为450℃,600℃和750℃时,Fig. 4 The yield of Hippophae gas figure沙棘炭比表面积的测量值分别为192,207,247m2/g,平均值为215.33m2/g按照国际理论与通过对沙棘炭、沙棘煤气的测定和分析以及应用化学联合会UPAC建议活性炭孔隙大小(俗对文献[9]的参考,得出在不同的热解条件下,称孔直径D)分别为微孔、过渡孔和大孔三类,这三种产物的得率是不一样的,为了指导实际生微孔为<2mm,过渡孔为2m-50mm,大孔为>产,以最低成本获得最高利润,对三种产物之间50mm。试验数据表明,沙棘炭中的孔隙以微孔的关系进行分析是很有必要的,本次采用oign为主软件对所得数据进行拟合,如公式1-3所示。(3)热解条件对沙棘炭热值的影响f(t)1=12×10-32-0.02267t+3744(1)沙棘炭的热值是作为烧烤或冶炼金属用炭时f(t)2=-1.6×102-0.02574+36.17(2)的一项重要的理化指标,它实际上是沙棘这一生f(t)3=-1.202×10-2-0.212t+75.47(3)物有机体在能量转换过程中贮存能量的大小。上式中f(t)1、f(t)2、f(t)3分别表示沙棘炭本研究是利用XRY-1A数显氧弹式热量计对(%)、沙棘醋液(%)的得率和沙棘煤气的产量沙棘炭的热值进行测量。当热解终点温度分别为(L/kg);t为表示热解终点温度(℃)450℃,600℃和750℃时,沙棘炭热值的测量值中国煤化工价值为a,沙棘分别为331.9,328306,31060918,试验测醋液为c,那么总价定沙棘炭热值的平均值为32183.85g,对比标煤值CNMHG的热值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:热解条件对沙棘枝干热解产物的影响(1.2a-1.6b-1202c)×10-2+为a,沙棘醋液的价值为b,沙棘煤气的价值为c时,(-0.02267a+0.0257b+0.212c)+-0.02267a-0.0257b-0.212当取热解温度t=(37.4a+36.17b+75.47c)(4)24a-3.2b-24.04c由公式(4)可见,当10时,可以获得最大的收益。=~0.0267a-0.0257b-0.212c×103时,得参考文献:2.4a-3.2b-24.04c到的热解产物的产值最大[1]马志强.沙棘资源的开发利用[J].陕西林业科技2004,(1):70-72.3结论与讨论[2]金正道.沙棘的特性和产业开发现状[J].国土绿化,2005,(1):40.(1)热解条件对沙棘炭的研究表明:在选定3±小宁,安宝利许涛,等沙棘开发利用的前景的试验条件下,随着热解温度的升高,沙棘炭的[玎].陕西林业科技,2004,(2):71-74.[4]张茂松.沙棘开发利用展望[冂]特种经济动植物得率呈下降趋势,而固定碳含量、比表面积呈上2005,(5):20-21升趋势。热解终点温度分别为450℃,600℃和[5]包永平,王景余,孙德学,等.沙棘平茬复杜更新技750℃时,沙棘炭的得率分别为29.67%,术研究[冂].防护林科技5(3):14,20.8.16%,27.19%,平均值为28.34%;沙棘炭的[6]邰源临.沙棘枝干制造人造板的研究[J].国际沙含碳量分别为82.07%,83.64%,84.02%,平均棘研究与开发,2003,9(1):27-30.值为83.24%;沙棘炭的比表面积分别为192,[7]贾玉,王伟,王海平.国内外沙棘开发研究进展207,247m2/g,平均值为21533m2/g沙棘炭的[J].科技情报开发与经济,2005,15(14):平均热值为32183.85Jg,大于标煤的热值127-128(2)热解条件对沙棘煤气的研究表明:在选8]胡建忠.沙棘作为农村能源植物开发的可行性分析定的试验条件下,随着热解温度的升高沙棘煤气[].国际沙棘研究与开发,2004,12(4):36的产量呈上升趋势,热解终点温度分别为450℃、[9]姚雪莉等.热解条件对沙棘醋液得率及其组分的影响600℃和750℃时,沙棘煤气的产量分别为[].北京林业大学学报,200,31(1):51-5146.42Lkg,159.25L/kg,166.67Lkg,平均值为157.45Lkg作者简介:何正斌(1984-),男,硕士研究生,主要研究方(3)实际工业化生产中,在假定沙棘炭的价值向为木材化学加工。(上接第83页)[15] Nagano K, Ogawa K, Mochida T,etal. Performance of[17]项立成,赵玉文,罗运俊.太阳能的热利用[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]钟志刚.相变蓄能结构能量存储与释放规律的数学heat transfer during technical grade paraffin melting and模型研究[D].西安:西安交通大学,2001solidification in a shell and tube latent thermal energystorage unit [J]. Solar Energy, 2005, 79(6):作者简介:冯小江(1984-),男,硕士研究生,主要研究方648-660向为木YH中国煤化工CNMHG