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四種條件下進行熱解實驗和熱解特性研究。得岀結(jié)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的平均熱解速率颥粒尺寸増大,最大失重速度點溫度T趨于增大。高升溫速率熱解時應(yīng)盡量減小白樺顆粒尺寸。關(guān)鍵詞白樺颥粒熱解特性分類號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。生物燃油的另一個突出優(yōu)點是環(huán)境石油缺口已達7000多萬噸3。又據(jù)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》的世界石油專家估計若中國到2010年實為了探討用生物質(zhì)制取生物燃油優(yōu)化工藝筆者選用不現(xiàn)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行熱解實驗觀此能源短缺問題將成為長期困擾人類社會發(fā)展的主要問題之察和硏究了白樺顆粒大小對其熱解特性的影響。同時我國的生物質(zhì)資源十分豐富僅農(nóng)作物秸桿產(chǎn)量每1實驗方法年約7億噸4。據(jù)有關(guān)專家和部門估計目前我國每年尚有選擇熱分析技術(shù)中的動態(tài)熱重法 TO Thermogravimetry廂和4~5億噸農(nóng)業(yè)秸杄、谷物殼皮和1.3~1.5億噸的樹皮、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(nóng)林廢反應(yīng)動力學(xué)進行實驗研究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實驗儀器及實驗條件見用農(nóng)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。實驗條件見表1。用生物質(zhì)通過閃速熱解制取的生物燃油(Bo-fne-oi表1實驗參數(shù)與條件的選擇有時也記為Bio-lil是一種用途極為廣泛的新型液體能源產(chǎn)實驗參數(shù)與條件參數(shù)與條件的選擇品其等熱值噸生產(chǎn)成本顯著低于石油可在一定程度上替代實驗溫度從室溫~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"國外先進農(nóng)業(yè)技術(shù)引進項目(2001-28服黑龍江省自然科學(xué)基金項目(SD-011部分研究內(nèi)容。樣品盤P鉑)圓盤狀羚一作者雷介課文英女190年月生東北林業(yè)大學(xué)材料科每個試樣在同一升溫速率下的實驗至少重復(fù)兩次使兩工程學(xué)院副教授條TG曲線在相同失重百分數(shù)時的最大溫差在6℃以下熱重收稿日期2002年12月18日。任編輯張建華曲線以失重百分數(shù)進行記錄。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光下晾曬切成1m小塊將其3結(jié)果分析及討論放入干燥箱中在110±5)℃連續(xù)烘干12h然后用FZ102型3.1TG和mrG曲線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曲線其特征點溫度分別0.5、0.5~0.8、0.8-1.2m三個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以上時的溫度;終止溫度減試樣累積質(zhì)量變化達到最大值時的2實驗結(jié)果溫度峰值溫度最大失重速度點的溫度。特征值m、mm分別表示當溫度為T、T、T時所對應(yīng)的試樣失重后剩余按上述實驗方法分別將三種粒度等級的白樺試樣在升質(zhì)量分數(shù)。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條件下進行熱解實驗得到的白應(yīng)區(qū)間9見表2樺熱解過程特性曲線(即TG和DTG曲線)見圖1-圖8部1啊2ski!!e:1分)其有關(guān)特征點數(shù)據(jù)見表2。掃,求圖5買驗記錄線自樣08=1.2m,=D℃m)te~1t例r32A31衡b8788圖1實驗記錄曲線白樺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實驗記錄曲線(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實驗記錄曲線白樺0.2-0.5mm,R=40℃/min)目.8捌幅水圖8實驗記錄曲紱(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(jù)表2中數(shù)據(jù)白樺的平均熱解時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時的平均熱解時間min)m—對應(yīng)溫度T時的剩余白樺質(zhì)量分數(shù)。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時啟樺累計失重百分數(shù)為△t=(T-TYR T-T(3)式中m——溫度從T變化到T時白樺累計失重百分數(shù)式中:——平均熱解速率%/minm—對應(yīng)熱解起始溫度時的剩余白樺質(zhì)量分數(shù)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可見根據(jù)平均熱解速率在不同升溫速率時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。重速度點溫度T趨于增大一2/t(2升溫速率高時最大失重速度點溫度T增大較明40℃min60℃/min顯。即白樺顆粒尺寸越大在TG-DTG曲線上T點越向右移也就是說較大的顆粒尺寸會使最大失重速度點推遲出現(xiàn)。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(yīng)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(jié)論01庥在升溫速率一定時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的平均熱解速率。由圖9可見在相同的升溫速率條件下白樺顆粒尺寸增(2在升溫速率相同時顆粒尺寸增大最大失重速度點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最大失重速度點溫度高升溫速率時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的平均熱解速率;低升溫速率時顆粒尺寸對平均熱解速率影響較小。速度點的影響參考文獻1王慶一.能源效率與可持續(xù)發(fā)展,科技導(dǎo)報99X4)沖9~51最大失重速度點溫度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崔榮慧油價怎樣與國際市場共舞?生活報20年7月21日(第版)-40℃/min-%-60℃/m4國家經(jīng)貿(mào)委資源節(jié)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(guī)劃中國能源,20011)3405馬文元中國農(nóng)村能源現(xiàn)狀與薪炭林發(fā)展前景新能源,9911)17~194204106王述洋白樺熱解動力學(xué)建模及錐式閃速熱解裝置設(shè)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(yīng)用.北京科學(xué)出版社,1985粒度等效9于伯齡姜膠東實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的影響