白樺粒度對其熱解特性的影響

第31卷第2期東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報Vol. 31 No. 22003年3月OURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITYMar,2003白樺粒度對其熱解特性的影響1)譚文英王述洋關(guān)曉平徐凱宏孫亮東北林業(yè)大學(xué)哈爾濱J50040)摘要以白樺為生物質(zhì)原料將原料分為1.2~0.5mm0.5~0.8mm0.8~1.2mm三個(gè)粒度等級采用熱重泫G和微商熱重泫mIG)分別在升溫速率為10204060℃/min四種條件下進(jìn)行熱解實(shí)驗和熱解特性研究。得岀結論迕相同的升溫速率條件下白樺顆粒尺寸增大平均熱解速率趨于減小其減小的程度與升溫速率有關(guān)高升溫速率時(shí)白樺顆粒尺寸増大平均熱解速率下降的程度大于低升溫速率時(shí)的平均熱解速率颥粒尺寸増大,最大失重速度點(diǎn)溫度T趨于增大。高升溫速率熱解時(shí)應盡量減小白樺顆粒尺寸。關(guān)鍵詞白樺颥粒熱解特性分類(lèi)號Influence of the Partical Size on the Characteristics of Biomass Pyrolysis/Tan Wenying, Wang Shuyang, Guan Xiaoping XuKaihong, Sun Liang Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R. China y/ Journal of Northeast Forestry University2003,3K2).-78-80Using white birch as the biomass raw material which is divided into three grades: 0. 2-0. 5 mm, 0.5-0.8 mm, 0.8-1.2mm, and adopting the method of TG and DTG, the authors proceed the pyrolysis experiment and the pyrolysis characteristic researchunder four conditions of the ascend temperature velocity namely 10 20, 40 and 60C/min. The results show that under thedition of the same ascend temperature velocity along with the biomass particle dimension s aggrandizement the average pyrolysisvelocity trends to reduce, which is relevant to the ascend temperature velocity. When the ascend temperature velocity is high, a-long with the biomass particle dimension s aggrandizement the reducing degree of the average pyrolysis velocity is obviously largr than that under the low ascend temperature. Along with the biomass particle dimension s aggrandizement, the temperature T'of the greatest weightlessness speed point obvious aggrandizewe proceed the pyrolysis under the high ascend temperatureelocity we should as far as possible minimize the dimensionomass particleKey words Biomass Dimension Pyrolysis Characteristic我國已成為世界第三大石油消費國然而人均石油資源用還可用于生產(chǎn)石化汽油、柴油降排放添加劑、環(huán)保用脫卻十分貧乏僅為世界平均水平的1/10左右2。2000年我國SOX劑和食品添加劑等。生物燃油的另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是環(huán)境石油缺口已達7000多萬(wàn)噸3。又據聯(lián)合國和《日本經(jīng)濟周刊》友好性和可再生性6及《德國明星周刊》的世界石油專(zhuān)家估計若中國到2010年實(shí)為了探討用生物質(zhì)制取生物燃油優(yōu)化工藝筆者選用不現再翻一番的目標石油缺口將達到1.3~1.5億噸/年3υ因同粒度的白樺顆粒分別在不同升溫速率下進(jìn)行熱解實(shí)驗觀(guān)此能源短缺問(wèn)題將成為長(cháng)期困擾人類(lèi)社會(huì )發(fā)展的主要問(wèn)題之察和硏究了白樺顆粒大小對其熱解特性的影響。同時(shí)我國的生物質(zhì)資源十分豐富僅農作物秸桿產(chǎn)量每1實(shí)驗方法年約7億噸4。據有關(guān)專(zhuān)家和部門(mén)估計目前我國每年尚有選擇熱分析技術(shù)中的動(dòng)態(tài)熱重法 TO Thermogravimetry廂和4~5億噸農業(yè)秸杄、谷物殼皮和1.3~1.5億噸的樹(shù)皮、鋸微商熱重法Dα Derivative Thermogravimetry對白樺顆粒熱解末、枝丫等生物質(zhì)有待利用5]”十五"國家已將利用農林廢反應動(dòng)力學(xué)進(jìn)行實(shí)驗研究7棄生物質(zhì)生產(chǎn)生物燃油列入863″高技術(shù)研究計劃。由此可1.1實(shí)驗儀器及實(shí)驗條件見(jiàn)用農林廢棄生物質(zhì)生產(chǎn)生物燃油清潔液體能源產(chǎn)品前景TGA-7型差熱天平美國PE公司生產(chǎn)。該儀器為高溫廣闊是解決我國石油資源不足的有效途徑。型差熱—熱重一—微商熱重"聯(lián)合分析儀。實(shí)驗條件見(jiàn)表1。用生物質(zhì)通過(guò)閃速熱解制取的生物燃油(Bo-fne-oi表1實(shí)驗參數與條件的選擇有時(shí)也記為Bio-lil是一種用途極為廣泛的新型液體能源產(chǎn)實(shí)驗參數與條件參數與條件的選擇品其等熱值噸生產(chǎn)成本顯著(zhù)低于石油可在一定程度上替代實(shí)驗溫度從室溫~900℃石油直接用作燃油鍋爐透平燃料池可對其進(jìn)一步催化、改天平靈敏度0.14g10-4mg)性制成高質(zhì)量的生物汽油和生物柴油供各種運載工具使精度高于0,1%升溫速率1020A060℃)國家863”高技術(shù)項目(20AA514060)國家自然科學(xué)基金項氣氛條件目(30170758X948"國外先進(jìn)農業(yè)技術(shù)引進(jìn)項目(2001-28服黑龍江省自然科學(xué)基金項目(SD-011部分研究?jì)热?。樣品盤(pán)P鉑)圓盤(pán)狀羚一作者雷介課文英女190年月生東北林業(yè)大學(xué)材料科每個(gè)試樣在同一升溫速率下的實(shí)驗至少重復兩次使兩工程學(xué)院副教授條TG曲線(xiàn)在相同失重百分數時(shí)的最大溫差在6℃以下熱重收稿日期2002年12月18日。任編輯張建華曲線(xiàn)以失重百分數進(jìn)行記錄。第2期譚文英等掃樺粒度對其熱解特性的影響將原料白樺洗滌并在陽(yáng)光下晾曬切成1m小塊將其3結果分析及討論放入干燥箱中在110±5)℃連續烘干12h然后用FZ102型3.1TG和mrG曲線(xiàn)分析植物粉碎機粉碎用40、60、80目的標準篩篩分成粒度為0.2圖1~圖8是各試樣的 TG DTG曲線(xiàn)其特征點(diǎn)溫度分別0.5、0.5~0.8、0.8-1.2m三個(gè)等級分別裝入瓷坩堝放為:7起始溫度斌樣累積質(zhì)量變化達到熱天平可以檢測出入干燥箱中烘干12h以上時(shí)的溫度;終止溫度減試樣累積質(zhì)量變化達到最大值時(shí)的2實(shí)驗結果溫度峰值溫度最大失重速度點(diǎn)的溫度。特征值m、mm分別表示當溫度為T(mén)、T、T時(shí)所對應的試樣失重后剩余按上述實(shí)驗方法分別將三種粒度等級的白樺試樣在升質(zhì)量分數。起始溫度與終止溫度間的溫度間T~T)反溫速率為10、20、40、60℃/min條件下進(jìn)行熱解實(shí)驗得到的白應區間9見(jiàn)表2樺熱解過(guò)程特性曲線(xiàn)(即TG和DTG曲線(xiàn))見(jiàn)圖1-圖8部1啊2ski!!e:1分)其有關(guān)特征點(diǎn)數據見(jiàn)表2。掃,求圖5買(mǎi)驗記錄線(xiàn)自樣08=1.2m,=D℃m)te~1t例r32A31衡b8788圖1實(shí)驗記錄曲線(xiàn)白樺0.2-0.5mm,R=10℃/min)1之57768BsA948溫度/℃圖6頭啦記錄田曰樺0.8~1,2mm,R=20℃/min)溫度′℃圖2實(shí)驗記錄曲線(xiàn)(白樺0.2~0.5m,R=20℃/min)18B HIst Doris.at file:48ba2圖7頭驗記錄田纈日樺0.8-1.2mm,R=40℃/min)如言溫度/℃3實(shí)驗記錄曲線(xiàn)白樺0.2-0.5mm,R=40℃/min)目.8捌幅水圖8實(shí)驗記錄曲紱(白樺0.8-1.2mm,R=60℃/min)3.2白樺粒度大小對平均熱解速率的影響分析為客觀(guān)地表述和比較白樺的尺寸粒度)級對其熱解特性的影響根據表2中數據白樺的平均熱解時(shí)間由下式確定東北林業(yè)大學(xué)學(xué)報第31卷式中達—溫度從T變化到T時(shí)的平均熱解時(shí)間min)m—對應溫度T時(shí)的剩余白樺質(zhì)量分數。R——熱解升溫速率℃/min于是白樺的平均熱解速率可由式3)算溫度從T變化到T時(shí)啟樺累計失重百分數為△t=(T-TYR T-T(3)式中m——溫度從T變化到T時(shí)白樺累計失重百分數式中:——平均熱解速率%/minm—對應熱解起始溫度時(shí)的剩余白樺質(zhì)量分數表2試樣 TG DTG特征值試樣粒度升溫速率樣重特征溫度/℃特征點(diǎn)白樺剩余質(zhì)量百分率%△/min4.076239.36410.66428.3418.9020.294.070.2-0.5209.3136.0320.418.12白樺000254.32422.77440.5796.0275.6197.34.254285.47455.30470.2997.3235.4521.0976.2324.73176.310.5-0.8205.135255.28423.68439.21270.63444.57460.974.762175.98000004.556285.47456.70481.1033.8380.3063白樺232.20411.25425.6219.3497.2937.0222.6274.673.860.8-1.25.819257.04445.56460,975.1097.3121.5975由公式3川計算出的平均熱解速率列于表2的最后一列。由圖10可見(jiàn)根據平均熱解速率在不同升溫速率時(shí)原料尺寸大小對白樺(1在相同的升溫速率下白樺顆粒尺寸的增大最大失熱解特性的影響如圖9所示。重速度點(diǎn)溫度T趨于增大一2/t(2升溫速率高時(shí)最大失重速度點(diǎn)溫度T增大較明40℃min60℃/min顯。即白樺顆粒尺寸越大在TG-DTG曲線(xiàn)上T點(diǎn)越向右移也就是說(shuō)較大的顆粒尺寸會(huì )使最大失重速度點(diǎn)推遲出現。因此當在高升溫速率下熱解旼如閃速熱解),考慮經(jīng)濟和生產(chǎn)成本應盡可能降低白樺顆粒尺寸以有利于熱解生產(chǎn)效率的提高4結論01庥在升溫速率一定時(shí)白樺平均熱解速率隨原料顆粒尺寸的增大趨于減小其減小的程度與升溫速率有關(guān)高升溫速粒度等級率時(shí)平均熱解速率隨顆粒尺寸的增大其下降程度大于低升圖9白樺粒度等級對熱解特性的影響溫速率時(shí)的平均熱解速率。由圖9可見(jiàn)在相同的升溫速率條件下白樺顆粒尺寸增(2在升溫速率相同時(shí)顆粒尺寸增大最大失重速度點(diǎn)大嚴均熱解速率趨于減小減小的程度與升溫速率有關(guān)。在溫度T趨于增大而當升溫速率高時(shí)最大失重速度點(diǎn)溫度高升溫速率時(shí)平均熱解速率隨顆粒尺寸的增大其下降程度T增大較明顯大于低升溫速率時(shí)的平均熱解速率;低升溫速率時(shí)顆粒尺寸對平均熱解速率影響較小。速度點(diǎn)的影響參考文獻1王慶一.能源效率與可持續發(fā)展,科技導報99X4)沖9~51最大失重速度點(diǎn)溫度T與白樺粒度大小的關(guān)系如圖102陳和平關(guān)于編制十五“新能源計劃的思考新能源99X10)所示。10℃/min-20℃/mit3崔榮慧油價(jià)怎樣與國際市場(chǎng)共舞?生活報20年7月21日(第版)-40℃/min-%-60℃/m4國家經(jīng)貿委資源節約與綜合利用司.2000年~2015年新能源和可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展規劃中國能源,20011)3405馬文元中國農村能源現狀與薪炭林發(fā)展前景新能源,9911)17~194204106王述洋白樺熱解動(dòng)力學(xué)建模及錐式閃速熱解裝置設計理論研究[學(xué)位論文]哈爾濱東北林業(yè)大學(xué)2002蔡正千.熱分析北京:高等教育出版社,19938陳鏡泓.李傳儒.熱分析及其應用.北京科學(xué)出版社,1985粒度等效9于伯齡姜膠東實(shí)用熱分析北京紡織工業(yè)出版社,1990圖10粒度大小對最大失重速度點(diǎn)的影響