第28卷第4期貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2011年8月Journal 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2,顧紅艷(1.貴州大學(xué),電氣工程學(xué)院,貴陽550003;2.貴州煙葉復(fù)烤有限責(zé)任公司,貴陽550005)摘要:用同步熱分析儀對打葉復(fù)烤生產(chǎn)副產(chǎn)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(xué)規(guī)律。結(jié)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,10℃/min、15℃/min和如0℃/min升溫速率下的熱解峰值溫度和熱解指數(shù)均隨升溫速率的增加而增大,采用改良的 Coats- Redfern積分法進行動力學(xué)參數(shù)計算,發(fā)現(xiàn)當(dāng)反應(yīng)級數(shù)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28.09kmol,28.46k/ml和28.56k/mol關(guān)鍵詞:熱解;動力學(xué)分析;煙梗中圖分類號:TK6文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A煙梗是打葉復(fù)烤企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的副產(chǎn)品,每衰1煙梗的工業(yè)分析成分年我國均會產(chǎn)生數(shù)十萬噸的煙梗,除少量經(jīng)膨化處樣品(%)(%)(%)(%)(k/kg)水分揮發(fā)分固定碳灰分發(fā)熱量理切絲后作為原料加入卷煙生產(chǎn)中外,其余大部分均未進行有效利用,由于作為特殊的專賣行業(yè),煙煙梗10.7969.8710.358.9913218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(dá)熱解成為其有效利用較為合適的一種選擇。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(zhì)轉(zhuǎn)換為生物油或熱解氣已被大家公生物質(zhì)表現(xiàn)為高揮發(fā)分低灰分低熱值的特性。認(rèn)為是一種生物質(zhì)能的有效利用方法-31,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10℃、15℃和20℃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℃-900℃,以備活性炭等方面,而將煙梗用于熱解和燃燒的ALO3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(xué)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(xué)方程與參數(shù)。2試驗結(jié)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℃/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(zé)任公司生產(chǎn)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(biāo)準(zhǔn)篩進行篩分煙梗的工業(yè)成分分析和熱值如表是至溫到150℃,這一區(qū)域主要是煙梗中水分析出,DTG曲線有明顯變化,并在104℃達(dá)到峰值;1所示。數(shù)據(jù)均來自用同步熱分析系統(tǒng)STA409做第2個區(qū)域是150℃-580℃,其中在150℃后煙的工業(yè)分析試驗和燃燒試驗。梗中有機質(zhì)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(jié)構(gòu)需要在較高溫度時收稿日期:2010-11-20中國煤化工基金項目:基金項目:貴州省煙草專賣局基金項目(200027);貴州省科技廳國際合作項目作者簡介: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dyHCNMHG通訊作者:龔德鴻,Emal:ee. dagong@gmu,du,cn貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第28卷才能進行裂解揮發(fā),150℃-210℃主要是煙梗衰2不同升溫速率下的熱解特性參數(shù)中小分子量物質(zhì)熱解析出,在DTG曲線上有微小B失重率Da6-6,A61nPx10變化;210℃-580℃這個溫度區(qū)間是煙梗的主要℃/mn)(%)(%/min)(℃)(℃)(℃)(%·min1)熱解析出區(qū)域,DTG曲線呈劇烈變化,52%左右的℃-3)揮發(fā)分在此區(qū)間析出,并在326℃出現(xiàn)最大析出峰1068.33.42312.5163.21116.041570.64.65324.7165.31237.04值,最大析出速率為7.34%/min,與其他生物質(zhì)析2075.87.34326167.71459.26熱解規(guī)律相同,此區(qū)間是煙梗中的纖維素和半纖維素?zé)峤馕龀鰮]發(fā)分,而木質(zhì)素分解形成碳;最后由表2可知隨著升溫速率的增加,失重率、最個區(qū)域是580℃到900℃,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θ.都呈增加趨勢。圖2也表現(xiàn)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(chǎn)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(nèi)煙梗在較高的升溫速率條次裂解形成次峰峰值約為693℃.在以下研究中,件下發(fā)生轉(zhuǎn)變和反應(yīng)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(yīng)終溫,TG /%ODTG/%/min)因此采用文獻(xiàn)7提出的熱解指數(shù)P分析揮發(fā)分析出效果P=Dm(6mx·0,·A61D。越大揮發(fā)分析出量越大,6,越小,揮發(fā)分析出越容易,0m和△12越小,揮發(fā)分的析出峰值10020030040000600700~800900出現(xiàn)越早,所以熱解指數(shù)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(xué)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(xué)分在熱解過程中,升溫速率對其熱解產(chǎn)物的析出析均可用式2進行分析規(guī)律有一定影響,主要體現(xiàn)在,升溫速率的不同,樣品達(dá)到析出溫度的時間也不同,樣品顆粒內(nèi)外溫差di=a(1-a)exp(-E/RT)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(yīng)級響到顆粒內(nèi)部的熱解。圖2是煙梗在10℃、15℃數(shù)R為氣體反應(yīng)常數(shù),a為樣品重量變化率。若和20℃三種不同升溫速率條件的熱失重曲線將升溫速率B=“代入式2,并采用改良的coas(TG)和失重微分曲線(DTG),表2給出相應(yīng)的熱解特性參數(shù)Redfern進行積分可得9:AdT=R(1-a)exp(-E/RT)(3)升溫速率10℃/min溫速率20℃/min對3式進行積分,并考慮初始條件a=0時,T則00300400500600700800DTG/(%/min)溫度/℃式4左面變形為:n≠1升溫速率101-n溫速率15速率20In/ 1300400500600700800中國煤化工溫度℃CNMHG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5A「e-BdT=age和p(-E/RT)(7)聯(lián)立式5,6,7可得o=gB二7Y= InE空-10B:二0%5(8)0004000080001200016000200002400028y=1n(-1n(1-a)=F-En=1(9)其中:F=ln(4R圖4升溫速率為15/min時的動力學(xué)分析令B=-1,X=1/T,則有Y= F+BX(10)母上式為一直線,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00004000080001200016000200002400028子A.n=2R2099圖5升溫速率為20℃/min時的動力學(xué)分析1.8根據(jù)圖2選擇主要熱解溫度區(qū)間(140℃600℃)分析動力學(xué)特性,并對升溫速率分別為10℃/min,15℃/min和20℃/min的熱解曲線,在選擇反應(yīng)級數(shù)n為0-2(步長為0.2)時對失重數(shù)據(jù)00004000080001200016000200002400028進行了擬合,得到曲線如圖3,4,5所示,并發(fā)現(xiàn)當(dāng)I(Kn=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℃/min,15℃/min和20℃/min圖3升溫速率為10℃/min時的動力學(xué)分析時,各樣品熱解活化能分別為28.09kJ/mol,28.46kJ/mol和28.56kJ/mol,各計算結(jié)果如表所示表3不同升溫速率下的動力學(xué)特性β(℃/min)n溫度范圍擬合公式E(/md)AR101.6140-600y=-3379.2x+5.91011.250.99515140-600y=-3423.6x+5.913128.461.90x100.991l1.640-600=-3194.8x+5.46228.56l.51x100.99474結(jié)論3)不同升溫速率下試驗數(shù)據(jù)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(dāng)反應(yīng)級數(shù)為1.6時,計算結(jié)果與試驗數(shù)據(jù)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(shù),并采用改良的 Coats-Redfern積利于煙梗的熱解。分法進行熱解動力學(xué)參數(shù)計算,主要結(jié)論如下:參考文獻(xiàn)1)從TG及DTG曲線上可以看出,煙梗的熱解包括3個過程,即脫水,劇烈失重和緩慢失重。[1]任強強趙長遂升溫速率對生物質(zhì)熱解的影響[冂.燃料化學(xué)學(xué)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 Roslee Othman, Young-Hun Park, Thanh An Ngo.Ther-℃時少量小分子物質(zhì)開始析出,而主要熱解析出區(qū)域發(fā)生在210℃到580℃,并在320℃左右達(dá)到最pia sewage sludge[J]. Korean J Chem Eng, 2010, 27(1):163大析出峰值;中國煤化工2)煙梗的最大析出峰值溫度、熱解指數(shù)均隨3]王爽,王寧析[.中國電機升溫速率的增加而增大;工程學(xué)報,HCNMHG4]魯曹,付敏,郭寶星.煙梗成分提取及其應(yīng)用研究[].四川貴州大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)第28卷化工,2004,7(1):9-12海交通大學(xué)學(xué)報,2002,36(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 let, sea cheon oh., Kinetics of the thermal degrada[刀].工業(yè)鍋爐,19993:22-24.tion of wax materials obtained from pyrolysis of mixed waste plastics[6]張軍,震建偉,徐益謙.礦物質(zhì)對煤粉熱解的影響[冂].燃燒[J]. Korean J Chem Eng, 2010, 27(1): 139-143學(xué)與技術(shù),1998,4(1):63-68.[9]胡榮祖,史啟禎.熱分析動力學(xué)[M].北京:科學(xué)出版社,[7]于嫻,章明川,沈軼,等生物質(zhì)熱解特性的熱重分析[].上2001:48Analysis on Pyrolysis Characteristics of Tobacco StemGONG De-hong, XU Cheng, GU Hong-yan(1. College of Electrical Engineering, Guizhou University, Guiyang 550003, China;2. Guizhou Tobacco Leaf Redring Co, Ld, Guiyang 55000, China)Abstract Pyrolysis experiments of tobacco stem belonging to byproduct of threshing and redrying were conductedon the STA 409 at different heating rates(10, 15, 20C/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 ofrolysis 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, 2846 and 28. 56 kJ/mol for heating rates of 10, 15 and 20C/minKey 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[].植物學(xué)通報,2005,22(6):680-686.[12]郭兆武,虢國成,熊遠(yuǎn)福等.兩種野生石蒜的光合生理細(xì)胞[10]周守標(biāo),羅琦李金花.石蒜屬12種植物葉片比較解剖學(xué)研學(xué)及栽培特性比較[門].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2007(02):136-141究[刀].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究[11]卓麗環(huán)孫穎.遮光處理對大花百子蓮葉片結(jié)構(gòu)特征和光合[冂]西南農(nóng)業(yè)學(xué)報,2010,23(3):694-69特性的影響[』.上海交通大學(xué)學(xué)報(農(nóng)業(yè)科學(xué)版),2009,27Effects of Shading on growing Development of Lycoris aureaOU Jing", YU Ze-zhi, YANG YingCollege of Forestry, Guizhou University, Guiyang 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 thell exposure was the latest. The 40% shading had the longest average length of scape and the full exposure wathe shortest. The effects of shading to the length of scape was significant. Blossom rate of the 40% was the highest;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-blos-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 increasingleaf 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 medas more suitable for Lycoris aurea application outdoor.中國煤化工Key words: Lycoris aurea; shading; medium illumination intensity; blotCNMHG