第28卷第4期貴州大學學報(自然科學版)Vol. 28 No.42011年8月Jourmal of Guizhou University ( Natural Sciences)Aug.2011文章編號1000-5269(2011)04 -0033 -04煙梗的熱解特性分析龔德鴻'",許成”，顧紅艷'(1.貴州大學,電氣工程學院，貴陽5003; 2.貴州煙葉復烤有限責任公司,貴陽50005)摘要:用同步 熱分析儀對打葉復烤生產副產品煙梗在不同升溫速率條件下進行了熱解試驗,并分析了熱解過程及其動力學規(guī)律。結果表明,煙梗的熱解包括脫水、劇烈失重和緩慢失重3個過程,10C/min、15C/min和20C/min升溫速率下的熱解峰值溫度和熱解指數均隨升溫速率的增加而增大,采用改良的Coats-Redferm積分法進行動力學參數計算,發(fā)現當反應級數n=1.6時對不同升溫速率的模擬效果最好,熱解活化能分別為28. 09 kJ/mol, 28. 46 kJ/mol和28. 56 kJ/ mol.關鍵詞:熱解;動力學分析;煙梗中圖分類號:TK6文獻標識碼:A煙梗是打葉復烤企業(yè)生產中產生的副產品,每表1煙梗的工業(yè)分析成分年我國均會產生數十萬噸的煙梗,除少量經膨化處樣品水分揮發(fā)分固定碳灰分發(fā)熱量(%)(%) (%) .(%) (kJ/kg)理切絲后作為原料加入卷煙生產中外,其余大部分煙梗10.7969. 8710. 358.9913218均未進行有效利用,由于作為特殊的專賣行業(yè),煙梗不能采用常規(guī)的堆肥或填埋方法進行處理,因此從表1可以看出,煙梗的揮發(fā)分含量較高,達熱解成為其有效利用較為合適的-種選擇。通過69.87%,固定碳含量約為10.35%,是較為典型的熱解將生物質轉換為生物油或熱解氣已被大家公生物質,表現為高揮發(fā)分、低灰分、低熱值的特性。認為是- -種生物質能的有效利用方法[1-33 ,這種方1.2熱解試驗熱解試驗也在同步熱分析系統(tǒng)STA409上進法也適用于煙梗,但近年來對煙梗的研究主要集中行將樣品分別在10C、15C和20C的升溫速率在提取煙堿.茄呢醇、制煙草薄片、制造纖維板和制下進行熱解試驗,升溫范圍為30 C -900 C,以備活性炭等方面(4),而將煙梗用于熱解和燃燒的Al2O,坩堝為參比端，N2為保護氣氛及吹掃氣氛, .研究相對較少。本研究利用同步熱分析系統(tǒng)對煙記錄了熱重曲線(TG)和示差掃描曲線(DSC),并梗在不同試驗條件下進行了大量熱解試驗,以考察由動力學分析軟件自帶功能生成微分熱重曲線煙梗的最佳熱解溫度范圍和揮發(fā)分析出規(guī)律,并初(DTG).步研究了煙梗的熱解動力學方程與參數。2試驗結果及 分析1試驗2.1煙梗熱解特性1.1 試驗樣品及常規(guī)分析以升溫速率為20 C/min的熱解試驗分析煙試驗所用煙梗來自中國煙草貴州進出口有限.梗的熱解過程,從圖1來看,隨著加熱溫度升高,煙責任公司生產車間,并磨制成粉狀,并用150目的梗的熱解失重主要集中在3個區(qū)域。第1個區(qū)域標準篩進行篩分,煙梗的工業(yè)成分分析和熱值如表是室溫到150 C,這一區(qū)域主要是煙梗中水分析1所示。數據均來自用同步熱分析系統(tǒng)STA409做出,DTC曲線有明顯變化，并在104 C達到峰值;第2個區(qū)域是150 C -580 C ,其中在150 C后煙的工業(yè)分析試驗和燃燒試驗。梗中有機質開始熱解析出,但由于熱解氣中含有大量焦油,焦油有較高的鏈結構,需要在較高溫度時收稿日期: 2010-11-20基金項目:基金項目:貴州省煙草專賣局基金項目(200927) ;貴州省科技廳國際合作項目(黔科合外G字[2009 ]00110號)作者簡介:龔德鴻(1977-),男,貴州六枝人,碩士.副教授,主要從事脫硫,清潔燃燒方面的研究,Email:ee. dhgong@ gu. edu. ecn.串通訊作者:龔德鴻, Email:ee. dhgong@ gu. edu. cn.●34●貴州大學學報(自然科學版)第28卷才能進行裂解揮發(fā)“'] ,150 C -210 C主要是煙梗表2不同升溫速率下的熱解特性參數中小分子量物質熱解析出,在DTG曲線上有微小.Px10變化;210 C - 580 C這個溫度區(qū)間是煙梗的主要B失重享D8.0:n(%min-1)(C/min) (%)(%/min)(C) (C) (C )熱解析出區(qū)域,DTG曲線呈劇烈變化,52%左右的揮發(fā)分在此區(qū)間析出,并在326C出現最大析出峰10 68.3 3.42 312.5 163.2 116. 0470.6 4.65 324.7 165.3 127. 04值,最大析出速率為7. 34%/ min,與其他生物質析275.8 7.34 326 167.7 149.26熱解規(guī)律相同,此區(qū)間是煙梗中的纖維素和半纖維素熱解析出揮發(fā)分,而木質素分解形成碳;最后一由表2可知,隨著升溫速率的增加,失重率最個區(qū)域是580 C到900 C ,這一區(qū)域是碳與灰分的大峰值速率Dm、最大峰值溫度θ.和揮發(fā)分初始緩慢分解,研究表明(),主要是鈣吸附物的二次裂析出溫度0,都呈增加趨勢。圖2也表現出隨著升解，煙梗的灰分主要是鉀和鈣,鈣在較低溫度時對溫速率的增加，峰溫增加，峰面積增大,峰形更尖熱解產物有吸附作用,這些吸附物在較高溫度時二銳,這是由于單位時間內煙梗在較高的升溫速率條次裂解形成次峰,峰值約為693 C.在以下研究中,件下發(fā)生轉變和反應的量增加了,從而使焓變速率主要是對揮發(fā)分析出的第2區(qū)域進行研究。增加;同時圖2的失重曲線一直持續(xù)到反應終溫,TG/%DTC /(%/min)因此采用文獻7提出的熱解指數P分析揮發(fā)分析10出效果:8P = D/(0m●0,●A0/r)(1)20川Dm..越大,揮發(fā)分析出量越大,0,越小，揮發(fā)分析出越容易,m和△01n越小，揮發(fā)分的析出峰值二100200300400500600700800900出現越早,所以熱解指數越大,熱解效果越好。圖1煙梗熱解的TG和DTG曲線3熱解動力學分析2.2升溫速率對熱解特性的影響對在氮氣氣氛下進行的熱解過程,其動力學分在熱解過程中,升溫速率對其熱解產物的析出析均可用式2進行分析[8]:規(guī)律有一-定影響,主要體現在,升溫速率的不同,樣do =A(1 - a)"exp(- E/RT)(2)品達到析出溫度的時間也不同,樣品顆粒內外溫差不同,顆粒外層的熱解氣體若未及時析出,將會影式中A為頻率因子,E為活化能,n為反應級響到顆粒內部的熱解。圖2是煙梗在10C、15 C數,R為氣體反應常數,a為樣品重量變化率。若和20C三種不同升溫速率條件的熱失重曲線將升溫速率β = CI代人式2,并采用改良的Coats-(TG)和失重微分曲線(DTG),表2給出相應的熱Redferm進行積分可得[9]:解特性參數。001-da= A(1-a)"exp(- E/RT)(3)dT BT80|升酒率1C/mnin60|升溫速率20 C/min對3式進行積分,并考慮初始條件a=0時,T40|=T0,則:20|(4)100 200 300400500600700 8006-f[r°.°σDTC/(%/min)溫度/C式4左面變形為:la升溫速率10 C/min(1 -a)'1-n←n≠1(5)-10L100 200300400500600700 800b(y=-ln(1-a)n=1圖2不同升溫速率的 TG和DTG曲線4右面變形為第4期龔德鴻等:煙梗的熱解特性分析●35.R__feeBITdr = Rexp(- E/RT)(7)聯立式5,6,7 可得(1 -aY =In(一二--) =F- n≠1n2O R2-0:9386(8)0.00040.0008 0.0012 0.0016 0.0020 0.0024 0.0028Y= ln(-ln(1-a)) =F-Rn=1 (9)17T(K-少)RT圄4升溫速率為15 C/min時的動力學分析其中:F = In(AK; BE令B=-臺,X= 1/T ,則有:Y= F+BX(10)上式為一直線,B為直線的斜率,F為直線的截距;由斜率可求出活化能E,截距可求出頻率因0.00001/T(K-)子A.圄5升溫速率 為20 C/min時的動力學分析根據圖2選擇主要熱解溫度區(qū)間(140C-600 C )分析動力學特性,并對升溫速率分別為10C/min,15 C/min和20 C/min的熱解曲線,在選擇反應級數n為0 -2(步長為0. 2)時對失重數據進行了擬合,得到曲線如圖3,4,5所示,并發(fā)現當0.00080.0012 0.0016 0.0020 0.0024 0.0028n=1.6時對不同升溫速率的模擬效果最好,在升溫速率分別為10 C/min, 15 C/min和20 C/min圖3升溫速率為 10 C/min時的動力學分析時,各樣品熱解活化能分別為28. 09 kJ/mol ,28.46kJ/mol和28.56 kJ/mol, 各計算結果如表所示表3不同升溫速率下的動力學特性_β( C/ min)溫度范圍擬合公式E( k/ mol)101.6140-600y = -3379.2x + 5.910128.091.25x 10'0. 995815y = -3423.6x + 5.913128. 461.90x1070. 991120140 -600. y = -3194.8x + 5.46228. 561.51x100.99474結論3)不同升溫速率下試驗數據的擬合曲線表采用熱重分析方法對煙梗進行了不同升溫速明，當反應級數為1.6時，計算結果與試驗數據符率下的熱解試驗研究,分析了其熱解過程,計算出合較好,活化能的變化趨勢表明升溫速率的提高有了熱解特性參數,并采用改良的Coats-Redferm移利于煙梗的熱解。分法進行熱解動力學參數計算,主要結論如下:參考文獻:1)從TG及DTG曲線上可以看出,煙梗的熱[1]任強強，趙長遂.升溫速率對生物質熱解的影響[J].燃料化學解包括3個過程,即脫水，劇烈失重和緩慢失重。學報，2008, 36(2): 232 -235.煙梗在較低溫度時就發(fā)生了揮發(fā)分析出,約在150[2]Mohd Rolee Othman, Young - Hun Park, Thanh An Ngo. Ther-C時少量小分子物質開始析出,而主要熱解析出區(qū)mogravimetrice characteristics and prolysis kinetice of Giheung Res-域發(fā)生在210C到580C,并在320C左右達到最pia sewage sludge[J]. Korean J Chem Eng,2010,27(1):163-大析出峰值;167.2)煙梗的最大析出峰值溫度、熱解指數均隨[3]王夷，王寧，于立軍，等.海藻的熱解特性分析[J].中國電機升溫速率的增加而增大;工程學報,2007, 27(14):102 - 106.[4]魯蕾，付敏,郭寶星.煙梗成分提取及其應用研究[J].四川●36.貴州大學學報(自然科學版)第28卷化工,004,0 7(1):9-12.海交通大學學報,202, 36( 10) ;1475 - 1480.[5]張軍，盛昌棟，漢春利，等.煙梗在鏈條爐上燃燒利用分析[8]Kyong-hwan le, sea chenon oh. Kinetics of the thermal degnada-[J].工業(yè)鍋爐:1999, 3:22 -24.tion of wax materials obtained from pyrolysis of mixed waste plastics[6]張軍,袁建偉,徐益謙.礦物質對煤粉熱解的影響[J].燃燒[J]. Korean J Chem Eng,2010,27(1):139 - 143.科學與技術,1998, 4(1):63 -68.[9]胡榮祖，史啟禎.熱分析動力學[M ]. 北京:科學出版社，[7]于娟，章明川,沈軼,等生物質熱解特性的熱重分析[J].上2001 :48-49.Analysis on Pyrolysis Characteristics of Tobacco StemGONG De-hong' , XU Cheng2 ,CU Hong-yan?(1. College of Electrical Engineeing, Guizhou University, Guiyang 50003 , China;2. Guizhou Tobacco Leaf Redring Co, Ld, Guiyang 5000, China)Abstract: Pyrolysis experiments of tobacco stem belonging to byproduct of threshing and redrying were conductedon the STA 409 at diferent heating rates (10,15 ,20 C/min) , and pyrolysis process and kinetics were analyzedtoo. The results show: the pyrolysis of tobacco stem include three typical process that are dehydration, rapidweight-loss and slow weight loss. As heating rate increases , the peak temperature and the releasing index of py-rolysis increase. Kinetic parameters were calculated using the improved Coats-Redferm integral method, from thisstudy, it was found that the proper reaction orders is 1. 6, and the apparent activation energies were 28.09, 28.46 and 28. 56 kJ/mol for heating rates of 10, 15 and 20C/ min.Key words; pyrolysis; kinetic analysis; tobacco stem(.上接第28頁)[9]李愛榮，周堅.中國石蒜葉片的生長周期及其發(fā)育過程的研究(3):243 -247. .[J].植物學通報2005 ,2(6) :680 -686.[12]郭兆武，虢國成，熊遠福,等兩種野生石蒜的光合生理細胞[10]周守標,羅琦,李金花石蒜屬12種植物葉片比較解剖學研學及裁培特性比較[J].西北農業(yè)學報, 2007(02) :136 - 141.究[].云南植物研究2006 ,28(5) :473 -480.[13]全妙華,陳東明，何吉石蒜屬植物忽地笑的光合特性研兗[11]卓麗環(huán),孫穎.遮光處理對大花百子蓮葉片結構特征和光合[J].西南農業(yè)學報,2010,23(3) :694 -699.特性的影響[J].上海交通大學學報(農業(yè)科學版), 2009,27Effects of Shading on Growing Development of Lycoris aureaou Jing" ,YU Ze-zhi, YANG Ying(College of Forestry , Guizhou University, Cuiyang 550025, China)Abstract: Different shading was applied to study the growing development and analyse the effects on golden spi-der lily ( Lycoris aurea). The results were as follows: the 20% shading appeared scapes at the earliest, and thefull exposure was the latest. The 40% shading had the longest average length of scape and the full exposure wasthe shortest. The efects of shading to the length of scape was significant. Blossom rate of the 40% was the high-est; the full exposure was the lowest as well. So, it was more favorable to blossom at shading environment. Almost concentrate time of blossom were in early or middle September under different shading, and the influencewas not significant. The 40% shading treatment showed the highest blossom rate, the longest time of lasted-blog-som, more consistent of bloom stage ，larger flowers and leaves, the more number of blade; However, the blos-som under the full exposure Was in October, which showed it could certain delay flowering time, but the time oflasted-blossom was shorter, the time of blade- spread out was delay as well as. With shading degree increasing,leaf chlorophyll content increasing gradually. To sum up, it could showed Lycoris aurea was fit for medium, butit was able to endure a shadow environment. The conclusion was the medium ilumination intensity was more suit-able for Lycoris aurea application outdoor.Key words: Lycoris aurea; shading; medium ilumination intensity ; blossom; blossom rate