几种生物质热解特性的对比研究
生物质是一种可再生的清洁能源，消费总量仅次于煤炭、石油和
天然气，居于世界能源第四位，在整个能源系统中占有重要地位。但
全球生物质能利用量尚不足其总能的4%，如何开发利用生物质能是
国内外学者研究的热门课题。藻类生物质是新一代生物质能源，它具
有产率高，可有效利用非耕种土地、工业废水等优点，且为非食品基
础燃料，但中国对藻类生物质的研究较少。生物质焦油用途十分广泛，
可以替代燃油、柴油、汽油，还可以提取和衍生出多种化工制品，通
常生物油的具体组成很大程度上决定了其应用。
利用热重分析仪和固定床反应器对花生壳、松针、小球藻和玉米
芯进行热解实验，对焦油产率及组分进行对比分析，重点研究小球藻
与其他三种纤维素类生物质焦油产生规律及焦油组分的区别。实验结
果可为研究从生物质焦油中提取精细化工制品技术提供理论依据。
1实验部分
1.1样品制备
实验选用花生壳、松针、小球藻和玉米芯为生物质原料。经磨碎
筛取出0.074～0.104mm和1mm以下的样品，在真空干燥箱中
于105℃干燥12h，存放在干燥器中待用。样品的工业分析和元素分
析结果。
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1.2实验设备与条件
热重分析实验采用德国NETZSCH公司生产的STA449F3型热重
分析仪。每次实验样品约10mg，粒径0.074～0.104mm，在100ml
/min氮气流中以10℃/min速率由室温升到800℃进行实验。
固定床热解实验使用坩埚炉及石英反应器。实验时，称取样品(3.
0000plusmn;0.0010)g，粒径小于1mm，放入石英反应器中。当坩埚
炉升温到设定温度(300，400，500，600，700，800及900℃)且温
度恒定后，将石英反应器快速放入坩埚炉中进行恒温热解，时间为
60min。整个实验过程中，氮气作为载气以50ml/min持续通入，同
时为生物质热解提供惰性气氛。用二氯甲烷对生物质焦油进行收集，
经过滤、蒸馏、干燥，最后对焦油进行称重。将得到的焦油采用二氯
甲烷稀释，利用GC-MS(美国ThermoSCIENTIFIC公司生产的TRACE
GCULTRA)对焦油组分进行定性分析。以上实验均进行三次平行实验，
因此数据真实可靠。
2结果与讨论
2.1热解特性分析
四种生物质热解过程大致可分为三个阶段。第一阶段是从室温到
T1(失重10%对应的温度)，样品发生微量失重，这是由于原料内部
发生少量解聚、一些内部重组及玻璃化转变现象。第二阶段是从T1
2
到T3，该阶段是挥发分析出阶段，大部分有机组分被分解。从T3到
终温(800℃)是热解的第三阶段，残留物发生缓慢分解。小球藻主要
由糖类、蛋白质和脂类组成。糖类热解区间主要在180～270℃，蛋
白质热解主要在320～450℃，脂类主要在较高温度区间热解。花生
壳、松针和玉米芯的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。由于三
种主要成分的结构不同，它们的主要热解区间也不同。研究表明，半
纤维素较易热解，热解区间主要发生在220～315℃，纤维素的热解
区间主要发生在315～400℃，而木质素最难分解，大约在100℃就
有失重现象，约在900℃以后失重曲线才趋于平缓。
花生壳、松针和小球藻有相似的热解趋势，前两种均因析出大量
挥发分在310～340℃出现较大失重峰，这是由于纤维素、半纤维素
和木质素热解叠加引起较大失重，主峰后面出现的驼峰是由高温区木
质素的热解引起的。小球藻的DTG