白桦粒度对其热解特性的影响

第31卷第2期东北林业大学学报Vol. 31 No. 22003年3月OURNAL OF NORTHEAST FORESTRY UNIVERSITYMar,2003白桦粒度对其热解特性的影响1)谭文英王述洋关晓平徐凯宏孙亮东北林业大学哈尔滨J50040)摘要以白桦为生物质原料将原料分为1.2~0.5mm0.5~0.8mm0.8~1.2mm三个粒度等级采用热重泫G和微商热重泫mIG)分别在升温速率为10204060℃/min四种条件下进行热解实验和热解特性研究。得岀结论迕相同的升温速率条件下白桦颗粒尺寸增大平均热解速率趋于减小其减小的程度与升温速率有关高升温速率时白桦颗粒尺寸増大平均热解速率下降的程度大于低升温速率时的平均热解速率颥粒尺寸増大,最大失重速度点温度T趋于增大。高升温速率热解时应尽量减小白桦颗粒尺寸。关键词白桦颥粒熱解特性分类号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我国已成为世界第三大石油消费国然而人均石油资源用还可用于生产石化汽油、柴油降排放添加剂、环保用脱却十分贫乏仅为世界平均水平的1/10左右2。2000年我国SOX剂和食品添加剂等。生物燃油的另一个突出优点是环境石油缺口已达7000多万吨3。又据联合国和《日本经济周刊》友好性和可再生性6及《德国明星周刊》的世界石油专家估计若中国到2010年实为了探讨用生物质制取生物燃油优化工艺笔者选用不现再翻一番的目标石油缺口将达到1.3~1.5亿吨/年3υ因同粒度的白桦颗粒分别在不同升温速率下进行热解实验观此能源短缺问题将成为长期困扰人类社会发展的主要问题之察和硏究了白桦颗粒大小对其热解特性的影响。同时我国的生物质资源十分丰富仅农作物秸杆产量每1实验方法年约7亿吨4。据有关专家和部门估计目前我国每年尚有选择热分析技术中的动态热重法 TO Thermogravimetry厢和4~5亿吨农业秸杄、谷物壳皮和1.3~1.5亿吨的树皮、锯微商热重法Dα Derivative Thermogravimetry对白桦颗粒热解末、枝丫等生物质有待利用5]”十五"国家已将利用农林废反应动力学进行实验研究7弃生物质生产生物燃油列入863″高技术研究计划。由此可1.1实验仪器及实验条件见用农林废弃生物质生产生物燃油清洁液体能源产品前景TGA-7型差热天平美国PE公司生产。该仪器为高温广阔是解决我国石油资源不足的有效途径。型差热—热重一—微商热重"联合分析仪。实验条件见表1。用生物质通过闪速热解制取的生物燃油(Bo-fne-oi表1实验参数与条件的选择有时也记为Bio-lil是一种用途极为广泛的新型液体能源产实验参数与条件参数与条件的选择品其等热值吨生产成本显著低于石油可在一定程度上替代实验温度从室温~900℃石油直接用作燃油锅炉透平燃料池可对其进一步催化、改天平灵敏度0.14g10-4mg)性制成高质量的生物汽油和生物柴油供各种运载工具使精度高于0,1%升温速率1020A060℃)国家863”高技术项目(20AA514060)国家自然科学基金项气氛条件目(30170758X948"国外先进农业技术引进项目(2001-28服黑龙江省自然科学基金项目(SD-011部分研究内容。样品盘P铂)圆盘状羚一作者雷介课文英女190年月生东北林业大学材料科每个试样在同一升温速率下的实验至少重复两次使两工程学院副教授条TG曲线在相同失重百分数时的最大温差在6℃以下热重收稿日期2002年12月18日。任编辑张建华曲线以失重百分数进行记录。第2期谭文英等扫桦粒度对其热解特性的影响将原料白桦洗涤并在阳光下晾晒切成1m小块将其3结果分析及讨论放入干燥箱中在110±5)℃连续烘干12h然后用FZ102型3.1TG和mrG曲线分析植物粉碎机粉碎用40、60、80目的标准筛筛分成粒度为0.2图1~图8是各试样的 TG DTG曲线其特征点温度分别0.5、0.5~0.8、0.8-1.2m三个等级分别装入瓷坩埚放为:7起始温度斌样累积质量变化达到热天平可以检测出入干燥箱中烘干12h以上时的温度;终止温度减试样累积质量变化达到最大值时的2实验结果温度峰值温度最大失重速度点的温度。特征值m、mm分别表示当温度为T、T、T时所对应的试样失重后剩余按上述实验方法分别将三种粒度等级的白桦试样在升质量分数。起始温度与终止温度间的温度间T~T)反温速率为10、20、40、60℃/min条件下进行热解实验得到的白应区间9见表2桦热解过程特性曲线(即TG和DTG曲线)见图1-图8部1啊2ski!!e:1分)其有关特征点数据见表2。扫,求图5买验记录线自样08=1.2m,=D℃m)te~1t例r32A31衡b8788图1实验记录曲线白桦0.2-0.5mm,R=10℃/min)1之57768BsA948温度/℃图6头啦记录田曰桦0.8~1,2mm,R=20℃/min)温度′℃图2实验记录曲线(白桦0.2~0.5m,R=20℃/min)18B HIst Doris.at file:48ba2图7头验记录田缬日桦0.8-1.2mm,R=40℃/min)如言温度/℃3实验记录曲线白桦0.2-0.5mm,R=40℃/min)目.8捌幅水图8实验记录曲绂(白桦0.8-1.2mm,R=60℃/min)3.2白桦粒度大小对平均热解速率的影响分析为客观地表述和比较白桦的尺寸粒度)级对其热解特性的影响根据表2中数据白桦的平均热解时间由下式确定东北林业大学学报第31卷式中达—温度从T变化到T时的平均热解时间min)m—对应温度T时的剩余白桦质量分数。R——热解升温速率℃/min于是白桦的平均热解速率可由式3)算温度从T变化到T时启桦累计失重百分数为△t=(T-TYR T-T(3)式中m——温度从T变化到T时白桦累计失重百分数式中:——平均热解速率%/minm—对应热解起始温度时的剩余白桦质量分数表2试样 TG DTG特征值试样粒度升温速率样重特征温度/℃特征点白桦剩余质量百分率%△/min4.076239.36410.66428.3418.9020.294.070.2-0.5209.3136.0320.418.12白桦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白桦232.20411.25425.6219.3497.2937.0222.6274.673.860.8-1.25.819257.04445.56460,975.1097.3121.5975由公式3川计算出的平均热解速率列于表2的最后一列。由图10可见根据平均热解速率在不同升温速率时原料尺寸大小对白桦(1在相同的升温速率下白桦颗粒尺寸的增大最大失热解特性的影响如图9所示。重速度点温度T趋于增大一2/t(2升温速率高时最大失重速度点温度T增大较明40℃min60℃/min显。即白桦颗粒尺寸越大在TG-DTG曲线上T点越向右移也就是说较大的颗粒尺寸会使最大失重速度点推迟出现。因此当在高升温速率下热解旼如闪速热解),考虑经济和生产成本应尽可能降低白桦颗粒尺寸以有利于热解生产效率的提高4结论01庥在升温速率一定时白桦平均热解速率随原料颗粒尺寸的增大趋于减小其减小的程度与升温速率有关高升温速粒度等级率时平均热解速率随颗粒尺寸的增大其下降程度大于低升图9白桦粒度等级对热解特性的影响温速率时的平均热解速率。由图9可见在相同的升温速率条件下白桦颗粒尺寸增(2在升温速率相同时颗粒尺寸增大最大失重速度点大严均热解速率趋于减小减小的程度与升温速率有关。在温度T趋于增大而当升温速率高时最大失重速度点温度高升温速率时平均热解速率随颗粒尺寸的增大其下降程度T增大较明显大于低升温速率时的平均热解速率;低升温速率时颗粒尺寸对平均热解速率影响较小。速度点的影响参考文献1王庆一.能源效率与可持续发展,科技导报99X4)冲9~51最大失重速度点温度T与白桦粒度大小的关系如图102陈和平关于编制十五“新能源计划的思考新能源99X10)所示。10℃/min-20℃/mit3崔荣慧油价怎样与国际市场共舞?生活报20年7月21日(第版)-40℃/min-%-60℃/m4国家经贸委资源节约与综合利用司.2000年~2015年新能源和可再生能源产业发展规划中国能源,20011)3405马文元中国农村能源现状与薪炭林发展前景新能源,9911)17~194204106王述洋白桦热解动力学建模及锥式闪速热解装置设计理论研究[学位论文]哈尔滨东北林业大学2002蔡正千.热分析北京:高等教育出版社,19938陈镜泓.李传儒.热分析及其应用.北京科学出版社,1985粒度等效9于伯龄姜胶东实用热分析北京纺织工业出版社,1990图10粒度大小对最大失重速度点的影响