核桃壳热解特性及动力学分析_曲雯雯

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1、第25卷第2期农业工程学报Vol.25No.21942009年2月TransactionsoftheCSAEFeb.2009核桃壳热解特性及动力学分析1,211※111曲雯雯，夏洪应，彭金辉，张利波，张正勇，杨坤彬（1．昆明理工大学材料与冶金工程学院，昆明650093；2．昆明理工大学理学院，昆明650093）摘要：利用热重分析技术对核桃壳在高纯N2条件下的热解进行了分析，研究不同升温速率（5、10、20和40K/min）对热解过程的影响，探讨了热解机理。研究表明，核桃壳非等温热解过程可分为失水干燥、快速热解和缓慢分解3个阶段，其中第二阶段是整个

2、过程的主要部分，析出大量挥发分造成明显失重，随着升温速率的增加，最大热解速度提高，对应的峰值温度升高，差热热重分析（DTG）曲线肩峰中侧峰有所弱化，热滞后现象加重，热解各阶段向高温侧移动。快速热解阶段热解机理满足三维扩散Jander方程。不同升温速率下的活化能变化为102.28～117.73kJ/mol，指前因子变化为68−14.13×10～2.42×10min。关键词：热解，反应机理，动力学，核桃壳中图分类号：S13文献标识码：A文章编号：1002-6819(2009)-2-0194-05曲雯雯，夏洪应，彭金辉，等.核桃壳热解特性及动力学分析[

3、J].农业工程学报，2009，25(2)：194－198.QuWenwen,XiaHongying,PengJinhui,etal.Pyrolysischaracteristicsandkineticanalysisofwalnutshell[J].TransactionsoftheCSAE,2009,25(2)：194－198.(inChinesewithEnglishabstract)自制的热解反应炉，选取核桃壳为原料，通过催化热解0引言制备氢气，并着重讨论了温度、催化剂等对热解氢气产随着社会经济的迅速发展，资源、能源危机日益突率和产量的影

4、响，结果表明不同热解温度下催化剂的种出，农林废弃物资源的有效利用已成为世界各国关注的类和添加的剂量对热解气相产率有较大影响。焦点。核桃位居世界四大坚果之首，具有很高的食用价利用热重分析手段，通过对物质热解过程失重曲线[1]值。仅云南核桃产量已突破13万t，占世界的13%，占分析，可以了解该物质随温度的失重过程，从而研究其全国的28%，居全国首位，按取仁率55%计算，至少产影响因素和热解动力学，对优化生物质的热解过程具有生核桃壳约5.85万t，大量集中的核桃壳被丢弃或焚烧，重要的指导作用。然而对于坚果壳类生物质热解反应动造成资源的极大浪费。因此，加

5、强对核桃壳资源的有效[8]力学行为的研究目前文献报道较少。仅蔡均猛等采用竞利用，避免资源的浪费，变废为宝，具有重要的现实意义。争反应动力学模型描述了花生壳和瓜子壳在惰性气氛下目前生物质的热化学转化可以通过气化、热解、超的热解过程，并提出一种新的经验动力学机理函数。对[2]临界液体萃取和直接液化来实现。而热解由于过程简单核桃壳的热解失重行为和动力学特性目前尚未见到相关[3]而被广泛采用。国内外对坚果壳类生物质的热解主要集报道。[4]中在对热解条件、过程和相关产物的研究。Demirbas本文利用热重分析仪进行核桃壳热解试验，研究升研究了榛子壳、核桃壳

6、、杏仁壳和瓜子壳4种坚果类生温速率对热解过程的影响，并进行动力学研究，为开拓物质的慢速热解过程，着重讨论了热解温度对生成的炭、核桃壳开发利用提供基础理论数据，以促进核桃壳资源[5]液体和气体产物得率的影响。Ayguun研究了在ZnCl2合理有效的利用。作为活化剂的条件下，榛子壳、核桃壳、杏仁壳和杏核41材料与方法种坚果壳类生物质通过热分解制备活性炭的过程，结果表明制备活性炭的4种原料的稳定性为：榛子壳>核桃壳采用云南某地核桃壳为试验原料，自然风干去除杂[6]≈杏核>杏仁壳。Das等通过热解手段从腰果壳中提取生质，控制粒径在250～830μm，装入

7、密封试剂瓶备用。试物油料，并讨论了热解温度对产率的影响，结果表明所验仪器为德国NETZSCHSTA409PC/PG同步热分析仪，[7]提取的油料可以和现有的石油燃料相媲美。张蕾等采用采用高纯N2为载气，流量30mL/min。升温速率为5、10、20和40K/min，反应终止温度为1273K。热解过程中记录仪自动记录试样质量随时间和温度的变化，得到热重收稿日期：2008-05-17修订日期：2008-11-10基金项目：教育部博士点基金（20050674009）；跨世纪优秀人才培养计划（教曲线TG，并由数据处理得到对应微分热重（DTG）曲线。技委[

8、2002]6号）；昆明理工大学人才培养基金（14118028）2结果与分析作者简介：曲雯雯（1977−），女，云南人，博士，主要从事资源