小麦秆在不同升温速率下的热解规律研究

小麦秆在不同升温速率下的热解规律研究

陈俊希

（重庆科技学院）

摘要：生物质热解可以获得更多的清洁能源，是未来解决能源危机的有效途径之一。研究不同升温速率情况下的生物质的热解规律，有助于了解不同升温速率对生物质热解的影响，实现生物质的高效利用。本文通过北京恒久仪器生产的综合热分析仪，对粒径为80~100目的小麦秆进行10℃/min、15℃/min、20℃/min、25℃/min四种不同升温速率的热解实验。实验结果表明，小麦秆的热解在常见的分为干燥预热阶段、挥发分析出阶段、固定碳阶段这三个阶段的前提下，其在第二个阶段的热解也可以分为木质素阶段、半纤维素阶段、纤维素阶段三个小阶段。伴随着生物质热解升温速率的提高，整体的DTG、DTA曲线偏向右移，反应向着更高温度，更加集中、剧烈的方式进行。

关键词：生物质；小麦秆；热解；升温速率

目前，世界上主要利用的能源是以石油为代表的化石能源。它的的大量开发利用，使得化石能源成为人类赖以生存和发展的根本，也是社会经济发展的重要基础[1]。然而化石能源的世界总存量有限且不可再生，总有一天会被开采完毕。因此，需要发展新的清洁能源。生物质是一种可再生的新能源，具有与化石燃料相似的一部分特性，能够替代化石能源，维持碳平衡，并具有较低的硫含量[2]。国内对生物质的研究已经取得了相应的成果，但针对小麦秆的热解规律研究，尚不全面。本文采用差热分析的方法，对其升温速率的影响进行了专门的研究。

一、实验方法及过程

本实验采用小麦秆作为实验原料，并将原料烘干三小时以去除一定的水分，再通过粉碎机将小麦秆粉碎，最后通过筛子筛分出实验所需粒径。本实验采用了80-100目的样品，样品长度控制在1-2mm以内。实验过程中全程使用高纯度工业氮气进行气氛保护，并且通过预热的方式来保证仪器的精准性。

工业分析是对生物质进行评价的基础，在实验开始之前，对生物质进行一个与煤和焦炭的对照工业分析（分析结果见表1.1），有利于对实验结果的分析。

表1.1生物质工业成分分析

二、实验结果及分析

本文通过北京恒久仪器生产的综合热分析仪，对粒径为80~100目的小麦秆进行10℃/min、15℃/min、20℃/min、

图2.3升温速率为20℃/min的TG-DTG图图2.4升温速率为25℃/min的TG-DTG图

图2.5不同升温速率下的热解DTA图

由图2.1-2.4可以看出，热解曲线的三个区间，分别是室温到150℃区间、150℃~450℃以及450℃以上。通过DTA曲线可以看出，第一个区间内存在明显的吸热反应，可以判断出在是在进行生物质原料的干燥以及预热。对于第二个区间，通过DTG曲线可以看出有三个比较明显的反应点。对应DTA曲线的吸放热情况来看，在第一个点是放热，大致在200℃到250℃的温度区间，结合生物质的组成成分以及该物质的分解温度，可以判断出在此阶段是木质素在热解。通过DTA曲线可以看出，对应的后两个点都是在进行放热反应，结合DTG曲线的反应波动程度以及原料组成成分，可以判断出第二个点是半纤维素在进行热解、第三个点是纤维素在进行热解。第三个区间，结合DTG、DTA曲线的波动来看，反应趋于平缓，在10℃/min、15℃/min的升温速率下，有一定的吸热，可以判定在低升温速率下，固定炭中残留的生物质挥发分有较多的进行析出。

在DTA曲线中，我们可以看到有一个较为强烈的小吸热峰。通过比较可以看出，随着升温速率的增大，这个小吸热峰在逐渐变小。结合在低温存在越久，其不可凝挥发分的产出越多的热解情况，可以判断出这个小吸热峰是在进行二次裂解。

通过对比图2.1-2.4的DTG曲线第三个小点的温度位置，结合图2.5DTA曲线的峰值对应温度，可以明显看出：随着升温速率的增大，所有曲线都存在右移的情况，且反应温度区间在变小，整体反应更加剧烈、集中。

三、结论

（1）小麦秆热解分为三个阶段，分别是干燥预热阶段、挥发分析出阶段、固定碳阶段。并且在挥发分析出阶段又可以根据不同组成成分的热解分为三个小阶段，分别是木质素阶段、半纤维素阶段、纤维素阶段；

（2）随着生物质热解升温速率的提高，整体的DTG、DTA曲线偏向右移，反应向着更高温度，更加集中、剧烈的方式进行。

参考文献

[1]吴华.FH-UDS柴油深度加氢脱硫催化剂的工业应用[J].当代化工,2008,37（3）：283-285.

[2]LiKai，ZhangLiqiang，ZhuLiang，etal．Comparativestudyonpyrolysisoflignocellulosicandalgalbiomassusingpyrolysis-gaschromatography/massspectrometry[J]．BioresourceTechnology，2017，234：48-52.