不同温度下，石油产品蒸馏出来的组合。温度不同，馏分不同。例如，在分馏石油时，温度在50℃—200℃之间得到的馏分就是汽油；温度在200℃—310℃之间得到的馏分是煤油。生物质热解气化是指利用少量的空气或氧气作气化剂, 在高温下将有机物转换为可燃气体的过程。尽管国内外在生物质气化技术方面已取得了一定进展, 但该技术仍存有许多技术上的问题, 尤其是燃气中的焦油可堵塞、污染和腐蚀燃气管道、燃气灶具等, 大大缩短设备的使用寿命, 使气化系统的正常运行受到限制。

生物质热解气化是指利用少量的空气或氧气作气化剂, 在高温下将有机物转换为可燃气体的过程。尽管国内外在生物质气化技术方面已取得了一定进展, 但该技术仍存有许多技术上的问题, 尤其是燃气中的焦油可堵塞、污染和腐蚀燃气管道、燃气灶具等, 大大缩短设备的使用寿命, 使气化系统的正常运行受到限制。同时生物质焦油的任意弃置或堆放, 会对环境特别是大气和水环境造成极大的影响,也会造成资源浪费。如果不采取有效的办法加以处理或利用, 在环境污染日益严重的情况下, 将成为生物质能源产业可持续发展的主要制约因素之一。生物质焦油不单是污染物, 也是极好的液体燃料和化学工业原料 , 对其进行利用研究可以达到污染治理和资源利用的双重功效。以生物质焦油为原料, 主要研究生物质焦油及其馏分化学组成, 探索它的能源和化工利用价值。

所用原生物质焦油取自于河南省焦作市开发区生物质炭化制气厂, 原料为玉米秸秆, 炭化制气温度为500℃ ~ 600℃。原生物质焦油经离心机以5000rpm 的转速预处理20~ 30min 后, 静置2h 用滤布过滤, 滤掉焦油中所含的粗杂质, 其剩余物即为生物质焦油试样。

馏程测定是指将试样在加热蒸馏的条件下, 求出试样蒸馏温度与馏出体积百分数之间的关系的实验方法, 馏程是石油类产品蒸发性大小的主要指标。参照石油产品馏程测定方法( GB/T255-88) 进行测定。

依据多次实验结果确定制备馏分试样的温度段分别为: 110℃ 以下, 110℃ ~ 150℃ , 150℃ ~210℃ , 210℃ ~ 225℃ , 其原因主要是110℃以下温度段的馏分分为上下两层, 此温度段的确定可以有效去除焦油中的水分和收集低沸点的轻馏分; 110℃ ~150℃段的馏分也是上下分层, 需要进行分液操作;150℃~ 210℃段的馏分是均相, 没有分层现象, 且馏分呈清油状, 基本不含杂质; 达到210℃之后馏分会逐渐变得粘稠, 与150℃~ 210℃段有较大差别, 所以和210℃ 之后的分开收集。210℃以后馏分是指在设定电压下( 220V) 馏分蒸气继续上升到最高温度( 225℃左右) , 当只有极微量的馏分馏出时, 温度计温度会自动回落不再上升, 此时关掉调温电炉, 一直到恢复至室温所得馏分。此段馏分粘稠, 包含的温度段范围广, 有较多絮状沉淀物。最后在蒸馏烧瓶底部会残留部分固体的生物质炭, 用玻璃棒捣碎后可以倒出备用。将原生物质焦油记为试样0, 110℃以下馏分的上层液记为试样1, 下层液记为试样2, 110~ 150℃的馏分上层液记为试样3, 下层液记为试样4, 150~ 210℃馏分记为试样5, 210 ℃之后的记为试样6, 残余生物质炭记为试样7。

为了更好地研究生物质焦油的应用及其改性技术, 需要知道生物质焦油的化学组成。迄今为止, 人们已估计到生物质焦油所含的化合物达二百多种,采用传统的化学方法鉴定出如此众多的化合物是非常困难的。色谱-质谱联机( GC/MS) 分析等现代分析技术由于在鉴别复杂混合物方面具有出色的能力 , 从而选用GC/MS 分析方法对生物质焦油及其馏分试样的成分进行分析。

试样2、4 中所含芳烃的体积百分含量非常低, 链烃的含量却相对较高, 而且具有非常明显的高含氧量, 这与一般柴油的差别较大, 与作者曾完成的可燃性试验结果相一致, 这两种馏分没有用作液体燃料的价值。试样1、3、5 的化学组成比较接近柴油的化学组成, 最具有石油代用燃料的能源利用价值。试样6 的主要成分是一些碳数目较高的直链烷烃或其衍生物, 是人造石油的重要来源之一。试样1、3 分析成分所占百分含量不过半数, 试样6 的分析成分只占总量的21.77%, 所以由分析出的成分分析结果去判断试样的能源利用特性可能存在一定的误差。各试样分析出的主要成分中都不含硫, 除不可作燃料的试样2、4 外只有试样6含极少量的氮, 所以其作为能源利用对环境产生的影响会很小。试样0、1、3、5 的氧含量相对较高, 有可能会对它的燃烧性能和热稳定性产生影响。在试样6 的成分中不含氧, H/C 比高, 有较好的能源利用潜能。

生物质焦油及其馏分试样的成分分析结果使我们看到了生物质焦油及其馏分除用于制液体燃料外, 还可用作化学工业原料。以原焦油为例, 组分中含量最多的是苯的羟基衍生物, 萘的含量也较高, 广泛用于香料、塑料、染料和药物等合成的重要中间体。间一甲酚还可用于合成抗氧剂、粘合剂、炸药等; 苯酚还可用于合成酚醛树脂、合成纤维等; 萘可用于合成邻苯二甲酸酐等; 甲苯是重要的有机溶剂和汽油的掺和组分。不论从相对百分含量还是化合物的重要用途方面都能看出化工利用的价值。

试样1 中, 对一二甲苯的应用非常广泛, 催化重整的原料、裂解汽油及煤焦油的轻油中均含C8 芳烃, 分馏后可获得二甲苯, 再经异构化得到对一二甲苯。对一甲酚用于合成抗氧剂、香料、医药和汽油添加剂等, 这些都是非常重要的有机化工原料。试样2 中, 乙酸是最重要的有机酸之一, 大量用于制造各种醋酸酯、醋酸盐以及氯代醋酸等, 也是制造医药、农药和香料的重要原料。在橡胶工业中用作天然胶乳的凝聚剂。苯酚是重要的化工基本原料。说明试样2 虽然不能用作燃料, 但有很好的化工利用价值; 试样3 中, 所含成分主要为碳氢化合物和芳香族化合物, 可主要用来作燃料, 也可应用于化工方面提取其中重要的有机化合物; 试样4 和试样2 的主要成分类似, 虽然都不能用作燃料, 但可以分离提取乙酸、苯酚和甲酚等, 试样4 和试样5 都有很好的化工用途; 由试样6 的总离子流图可以看出, 该样的组成非常复杂, 所含有机物有一百多种, 但能定性分析出的成分仅有9 种, 且相对含量均低于4%, 关于该样的化工应用有待深入研究。