生物质与煤炭共热解特性及协同作用的研究(摘要)

生物质与煤共热解特性研究摘要：选取一种典型生物质样品（棉秆），并将生物质样品与煤分别以1:9、3:7、5:5的质量比混合。

采用热重分析法，在相同升温速率下，对各样品进行热解实验，探讨了生物质与煤热解特性的差异以及它们共热解时生物质对煤热解过程的影响。

研究表明，生物质与煤的热解特性差异很大：生物质热解温度低，热解速度快，而煤相对热解速度慢，热解温度高；在生物质与煤混合热解时，总体热解特性分阶段呈现生物质和煤的热解特征；随混煤中生物质比例的增加，热解温度降低，热解速度变快。

关键词：热重分析生物质煤热解共热解随着人们越来越关注化石能源的使用对生态环境的不利影响，生物质能源的利用份额逐年上升[1]。

但是，由于生物质分布分散、能量密度低、收集运输和预处理费用高、热值低、水分大、转化利用需要外热源等缺点[2]，使得单独利用生物质燃料的设备容量较小、投资费用较高、系统独立性差和效率低。

为了使生物质在较短期内实现大规模有效利用，并具有商业竞争力，生物质与煤混合燃烧和转化技术在现阶段是一种低成本、大规模利用生物质能源的可选方案。

1 生物质能的转化生物质的利用转化方式主要有直接燃烧、热化学转化和生物转化[3]。

热化学转化是指高温下将生物质转化为其它形式能量的转化技术，包括气化(在气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下对生物质进行部分氧化而转化成气体燃料的过程)、热解(在没有气体介质氧气、空气或蒸汽参与的情况下，单纯利用热使生物质中的有机物质等发生热分解从而脱除挥发性物质，常温下为液态或气态，并形成固态的半焦或焦炭的过程)和直接液化(在高温高压和催化剂作用下从生物质中提取液化石油等)；生物转化法是指生物质在微生物的发酵作用下产生沼气、酒精等能源产品。

固体生物质的热解及其进一步转化是开发利用生物质能的有效途径之一。

在生物质热化学转化过程中，热解是一个重要的环节。

生物质形态各异，组成多为木质素、纤维素等难降解有机物，与矿物燃料不同，因此生物质热解过程是一个复杂的过程，影响生物质热解的运行参数有终端温度、加热速率、压力和滞留时间等[4]。

煤与生物质共热解工艺的研究进展摘要：热解是将固态原料转化为液体燃料、可燃气和焦的重要途径，是实现生物质资源清洁、高效利用的重要技术。

将生物质与煤混合共热解是生物质资源利用的重要方法，两者混合热解不仅有助于降低CO2的排放量，还能有效地解决能源短缺和环境污染带来的问题。

文章综述了煤与生物质共热解技术的研究进展，系统地介绍了共热解过程中煤与生物质的相互作用以及热解温度、混合比例、滞留时间、升温速率、矿物质成分、物料粒径和热解反应器类型等因素对热解过程的影响，并对煤与生物质共热解技术的发展前景进行了展望。

前言工业革命以来，化石资源的过度开发带来了资源短缺、环境污染、温室效应和全球气候变化等一系列问题[1]。

我们必须要加快能源结构体系的调整，加快可再生能源的开发、利用，以及实现资源的分级转化与梯级利用。

生物质是一种重要的可再生资源，具有与化石燃料相似的一些特性，能够部分替代化石能源，维持环境碳平衡，并具有较低的硫含量[2]。

生物质的利用不仅可以充分发挥农林废弃物等资源的价值、降低化石燃料的消耗，还可以降低燃料燃烧过程中污染物的排放量[3]。

与燃烧相比，热解能够实现生物质资源的高效、清洁利用，煤炭与生物质都可以通过热解的方式得到焦炭、热解气和焦油，并进一步合成化工原料，提取化工中间体[4]。

目前，对于煤和生物质单独热解气化方面的研究比较多。

Frau Caterina利用Sotacarrrbo型小规模气化炉对褐煤和木屑分别进行气化实验，当气化原料的进料速率同为24kwh时，获得的两种粗合成气的产率分别为79.67kg/h和23.32kg/h，热值分别为5.14MJ/kg和7.49MJ/kg[5]。

Li利用新型热解反应器对废木屑进行热解试验，在填料速率为300kg/h，热解温度为500℃的工况下产物中焦油、合成气和焦炭的含量(质量分数)分别为52.5％，27％和20.5％[6]。

相比于单独热解.煤与生物质的共热解不仅可以减少CO2，SOx和NOx的排放，减少因厌氧发酵而产生的NH3，H2S、氨基化合物和挥发性有机酸等化学成分的释放.而且可以改善生物质资源自身水分含量高、热值低和密度低等不利于单独热解的问题。

煤与生物质（稻秸秆）共热解反应及动力学分析摘要：本文利用综合热分析仪，对煤（褐煤、无烟煤）与稻秸秆按不同比例混合及各自单独热解反应进行了热解实验。

结果表明，生物质与煤的热解过程可简化看作是在较低温度段（400℃以下）热解以生物质为主；在高温段（600℃～850℃）热解以煤为主。

生物质对煤的热解过程有促进作用，随着生物质参混比例的上升，使煤的热解高峰区的温度向低温区移动。

但是促进程度是随着生物质的量的增加而减小的，并且对褐煤的促进作用要比对无烟煤的作用明显。

在动力学分析中，发现褐煤和生物质单独热解过程在整个热解温度范围内可用coats-Redfern法按反应级数n=1的过程来计算出热力学参数；但是两者混合后的热解过程，由于反应机理及过程发生了变化，并不能用简单的热解动力学模型来描述；最后，对无烟煤与稻秸秆（质量比例3：2）的混合物按升温速率分别为10℃/min和20℃/min的热解过程作了对比试验，总结出升温速率对热解反应的影响。

关键词：煤与生物质稻秸秆热重分析动力学参数一引言生物质是人类利用最早、最多、最直接的能源，同时也是低碳燃料和唯一可运输及储存的可再生能源，可实现CO2的零排放。

我国生物质储量丰富，因此生物质能的开放和利用有着重大意义[1]。

同时我国煤炭资源丰富，在今后很长一段时间内对煤炭的依赖性还很大。

生物质与煤混合燃烧发电和热解转化技术是高效洁净合理利用我国两大优势能源的有效途径之一，不但可降低CO2、NOX 、SOX的排放量，而且可以有效解决生物质单独使用时的焦油问题。

对于煤与生物质共热解的问题，国内外的学者作了不同结论的实验研究。

对于其协同性问题，存在两个对立的观点。

Chatphol.M[2]、Collot.A.G[3]等人，各自在实验中得到无协同作用的结论；而Nikkhah.K[4]、McGee.B[5]等人则在共热解试验中得出有协同性的结论。

阎维平[6]用生物质混合物与褐煤的共热解试验证明生物质粉末对煤的热解有一定的促进和抑制的作用，两者间有协同性存在；而李文[7]、李世光[8]等人则通过试验说明两者无明显的协同作用。

生物质与煤混燃研究分析摘要:通过对生物质与煤混燃的研究方法、优势、燃烧特性以及研究结论的介绍,阐明充分开发生物质资源,进行生物质与煤共燃的研究对解决我国能源问题具有现实意义。

关键词:生物质;煤;混燃作为清洁的可再生能源,生物质能的利用已成为全世界的共识。

我国生物质资源丰富,生物质占一次能源总量的33% ,是仅次于煤的第二大能源。

同时,我国又是一个由于烧煤而引起的污染排放很严重的发展中国家,生物质被喻为即时利用的绿色煤炭,具有挥发分和炭活性高,N和S含量低,灰分低,与煤共燃可以降低其硫氧化物、氮氧化烟尘的含量.同时生物质燃烧过程具有CO2零排放的特点。

这对于缓解日益严重的“温室效应”有着特殊的意义。

因此发展生物质与煤混合燃烧这种既能脱除污染,又能利用再生能源的廉价技术是非常适合中国国情的。

一、共燃的主要方式:(1)直接共燃:即直接将生物质混入煤中进行燃烧或生物质与煤使用不同的预处理装置与燃烧器。

(2)生物质焦炭与煤共燃:通过将生物质在300~400℃下热解,可以将生物质转化为高产率(60%~80%)的生物质焦炭,然后将生物质焦炭与煤共燃。

生物质与煤共燃燃烧性质的研究主要是利用热分析技术所得的TG-DTG曲线进行。

利用TG-DTG曲线可以方便的获取着火温度Th,最大燃烧速(dw/dt)max平均燃烧速度dw/dt)mean,燃尽温度Th等参数。

可以对一种煤和几种生物质以及它们以不同的比例所得的混合试样进行燃烧特性分析。

比如在STA409C型热综合分析仪上对各试样进行燃烧特性试验,工作气氛为N2和O2,流量分别为80ml/min、20ml/min ,升温速率为30℃/min ,温度变化范围为20~1200℃。

每个试样重量约5.0mg。

其数值根据自己的实验需要进行修改。

2 生物质与煤共燃的优势2.1 CO2等温室气体的减排由于生物质在燃烧过程中排放出的CO2与其生长过程中所吸收的一样多,所以生物质燃烧对空气CO2的净排放为零。

生物质气化及生物质与煤共气化技术的研发与应用摘要：总结了生物质原料的特点及生物质单独气化的缺点；介绍了国内外生物质气化技术及生物质与煤共气化技术的研发与应用现状；分析了在此领域国内外的发展趋势与前景；概括了开展生物质与煤共气化技术研发的意义。

生物质包括植物、动物及其排泄物、垃圾及有机废水等几大类。

与煤炭相比，生物质原料具有如下特点：①挥发分高而固定碳含量低。

煤炭的固定碳一般为60%左右；而生物质原料特别是秸秆类原料的固定碳在20%以下，挥发分却高达70%左右，是适合热解和气化的原料。

②原料中氧含量高，灰分含量低。

③热值明显低于煤炭，一般只相当于煤炭的1/2～2/3。

④低污染性。

一般生物质硫含量、氮含量低，燃烧过程中产生的SO2、NOx较低。

⑤可再生性。

因生物质生长过程中可吸收大气中的CO2，其CO2净排放量近似于零，可有效减少温室气体的排放。

⑥广泛的分布性。

生物质气化是生物质利用的重要途径之一。

生物质气化技术已有一百多年的发展历史，特别是近年来，对生物质气化技术的研究日趋活跃。

但生物质单独气化存在一些缺点。

首先，生物质的产生存在季节性，不能稳定供给；其次，由于生物质处理后形成的颗粒具有不规则性，在流化床气化炉内不易形成稳定的料层，需要添加一定量的惰性重组分床料如河砂、石英砂等；第三，生物质单独气化时生成较多的焦油，不仅降低了生物质的气化效率，而且对气化过程的稳定运行造成不利影响。

生物质与煤共气化不仅可以很好地弥补生物质单独气化的上述缺陷，同时在碳反应性、焦油形成和减少污染物排放等方面可能会发生协同作用。

1国外的研究与应用情况(1)生物质气化发电生物质气化及发电技术在发达国家已受到广泛重视，如美国、奥地利、丹麦、芬兰、法国、挪威和瑞典等国家生物质能在总能源消耗中所占的比例增加相当迅速。

美国在利用生物质能发电方面处于世界领先地位，美国建立的Battelle生物质气化发电示范工程代表生物质能利用的世界先进水平。

生物质与煤热解特性及动力学研究朱孔远;谌伦建;马爱玲;黄光许【摘要】利用热重分析技术对4种常见天然生物质(核桃壳、木屑、玉米秸秆、小麦秸秆)和两种烟煤在高纯N2条件下的热解过程进行了分析,研究不同粒度级和不同升温速率对热解过程的影响,并用Coats-Redfern积分法对热解过程进行了动力学分析.结果表明,生物质热解失重主要温度段为200～450℃,烟煤为300～600℃,反应符合一级反应动力学模型,生物质活化能为50～80kJ/mol,煤为30～115kJ/mol;升温速率对热解特性的影响较大,提高升温速率,TG及DTG曲线向高温方向移动.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2010(032)003【总页数】5页(P202-206)【关键词】生物质;煤;热解特性;动力学【作者】朱孔远;谌伦建;马爱玲;黄光许【作者单位】河南理工大学,材料科学与工程学院,河南,焦作,454000;河南理工大学,材料科学与工程学院,河南,焦作,454000;河南理工大学,材料科学与工程学院,河南,焦作,454000;河南理工大学,材料科学与工程学院,河南,焦作,454000【正文语种】中文【中图分类】TK60 引言煤炭是主要的化石燃料，我国一次能源消费构成中煤炭比例超过2/3，在现有能源中占有重要的地位[1]。

随着经济的发展，煤炭的消耗量还在不断的增长。

另一方面，煤炭是不可再生的化石能源，煤炭燃烧可造成大气环境严重污染，因此研究洁净煤技术，开发利用生物质能等可再生能源意义重大，深受世界各国关注。

生物质是绿色植物经光合作用将太阳能转化为化学能储存于生物质内的能量，是仅次于煤、石油和天然气的第4大能源。

每年生物质能源产量约1 400～1 800亿t(干重)，相当于目前总能耗的10倍[2]。

生物质的硫和氮含量低、燃烧过程中生成的SOX，NOX较少，且燃烧时生产的二氧化碳相当于它在生长时需要的二氧化碳量，使燃烧时二氧化碳近似于零排放[3-5]。

第31卷　第4期2008年10月煤炭转化COAL CONV ERSIONVol.31　No.4Oct.2008　3煤炭科学研究总院青年创新基金资助项目(2004QN25).1)工程师;2)高级工程师,煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院,100013　北京收稿日期:2008205229;修回日期:2008207226煤与生物质共热解特性初步研究3王　鹏1)　文　芳2)　边　文1)　邓一英1) 摘　要　初步研究了煤与生物质共热解时的协同作用.热解实验研究了大雁煤、木屑和两者混合物三个样品的热解特性,木屑与大雁煤热解特性相比,热解产物产率随温度变化特性形似,但热解的起始温度和热解温度区间有一定差别.两者混合物共热解时出现了协同作用,结果是半焦产率降低,焦油和气产率增加,热解气组成中H 2和C H 4降低,CO 和CO 2增加.关键词　煤,生物质,共热解,协同作用中图分类号　TQ530.20　引　言目前生物质能源占世界一次能源供应的12%,其中发达国家占3%,发展中国家占33%.由于其可再生性和低污染性,生物质能源被认为是未来可持续发展的主要能源之一.目前其利用技术主要包括直接燃烧技术和气化转化技术,而高效低污染的生物质IGCC 技术和生物柴油技术则是今后生物质工业化应用的主要方向.但由于生物质能存在分散性较广和能量密度较低的缺点,目前其规模利用和高效利用都较困难.[129]从国外发展趋势看,荷兰在Demoklec IGCC 电厂进行过20%废物和80%的煤共气化生产实验;美国正进行以煤、城市垃圾塑料和纸等为原料的IGCC 电厂设计.[10,11]而国内尚未见有生物质与煤共气化应用示范的报道.从国内外发展趋势看,受生物质资源分散性和能量密度低的特点限制,生物质与煤共气化转化技术将是目前和未来研究开发和应用的一个重点.[12]笔者采用大雁褐煤和木材加工厂锯末为实验样品,进行了煤与生物质共热解、共气化的条件实验,对两者共转化时可能的协同作用进行了初步研究.本文为煤与生物质共热解特性研究.1　实验部分1.1　样品分析表1为大雁煤和木屑实验样品的化验结果.由表1可知,大雁煤和生物质木屑组成相差较大.两个样品比较而言,大雁煤的全水、内在水含量和灰分均远高于木屑;木屑挥发分产率远高于大雁煤;两个样品硫含量均小于1%,属低硫含量;大雁煤因水和灰高,发热量特低,而木屑虽氧元素含量很高,但因高挥发分和低灰低水,故发热量达到了中等;大雁煤C 含量低于木屑,木屑O 含量特高,H 含量木屑要高于大雁煤,木屑H/C 比值为1.38,大雁煤H/C 比值为0.77,前者与后者相比,氢含量相对丰富.组成成分上木屑主要由纤维素和木质素组成,而大雁煤主要由缩聚的芳香结构组成.木屑堆密度要远小于大雁煤,说明生物质木屑能量密度低,不利于直接转化利用,这也是研究其与煤共热解、共气化特性的出发点之一.表1　大雁煤和木屑样品化验结果Table 1　Analysis results of D Y coal and sawdust samplesItemsQ net ,ar /(MJ ・kg -1)Accumulation density/(kg ・m -3)Proximate analysis/%3M tM adA arV arFC ar Ultimate analysis/%3,ar C H N O S D Y coal 27.019.5131.5823.0625.8511.8836.42 2.350.698.970.48575Sawdust　6.1　5.55　1.7673.8818.8118.4146.465.340.3240.450.12136 3Percent of weight.1.2　实验装置与方案热解实验装置主要由载气、温控、热解产物冷却收集、热解气分析及热解反应单元五部分组成.热解实验装置流程见图1.图1　热解实验装置流程Fig.1　Schematic diagram of pyrolysis test———G as cylinder ;2———Reductor ;329———Gas flowmeter ;4———Reactor ;5———Electric furnace ;6———Temperature controller ;7———Condenser ;8———Ice piscina ;10———G as sample collection point根据热解反应管恒温区长度及两样品的堆密度,可以确定实验样品的质量及混合样品的组成;根据对木屑和褐煤热解基本规律的了解,可以确定两个样品的热解温度,木屑样品的热解温度区间定为200℃～800℃,大雁煤样品的热解温度区间为400℃～900℃.部分热解实验参数如下:样品粒度,0.5mm ～0.9mm ;一次样品质量,木屑20g ,大雁煤60g ;混合样组成,木屑∶煤=3∶7,5∶5,8∶2(质量比);惰性载气,N 2;载气流量,0.3L/min ～0.4L/min ;压力,常压;温度,木屑为200℃～800℃,大雁煤为400℃～900℃;加热速率,10℃/min ;恒温时间,60min.2　结果与讨论热解实验共进行约50次,取得了大量实验数据,整理分析如下.2.1　大雁煤和木屑单独热解规律图2和图3为大雁褐煤样品热解产物产率及热解气随温度变化曲线.图4和图5为木屑样品热解产物产率及热解气随温度变化曲线.由图2～图5可知,木屑与大雁煤热解规律相似,随热解温度升高,热解半焦产率缓慢下降,热解气产率快速增加,大雁煤焦油产率在整个温度区间变化不大,平均在3.17%～4.11%之间,木屑焦油产率300℃以后增加到15.45%～21.25%之间.因影响水产率的决定性因素是样品本身的含水量,因14第4期 王　鹏等　煤与生物质共热解特性初步研究而水产率随温度变化的规律性不强.与大雁煤相比,木屑的焦油产率和气产率要高很多,这是由其高挥发分导致的,而半焦产率和水产率要低于大雁煤.热解气组成总的规律是,木屑热解气CO 和CO 2含量要远高于大雁煤热解气,而CH 4和H 2的体积含量要比大雁煤热解气体中的低,H 2组分含量随温度升高是先升后降,在500℃时含量最高.C H 4总体趋势是200℃以后随温度升高而下降,烃类组分C n H m 含量要小于大雁煤.生物质木屑主要由纤维素、半纤维素和木质素三种主要组成物及一些可溶于极性或弱极性溶剂的提取物组成.生物质的三种主要组成物常常被假设独立地进行热分解,半纤维素主要在225℃～350℃分解,纤维素主要在325℃～375℃分解,木质素在250℃～500℃分解.半纤维素和纤维素主要产生挥发性物质,而木质素主要分解为炭.一般纤维素在木材中平均占约43%.木屑热解过程不挥发的固体残余物变成半焦状的残渣,一般不生成胶质体,且无黏结现象.2.2　煤与生物质共热解规律将生物质与褐煤的混合物进行低温热解,是基于生物质和褐煤的热分解温度相近的特点,一般生物质主要热解温度为265℃～310℃,褐煤的初始分解温度约350℃.温度对混合样品热解产物产率的影响规律与单独样品热解规律相似,此处不再详述.木屑与煤混合比例对热解影响的结果是,随木屑质量配比的提高,半焦产率下降,气和焦油产率增加;热解气中CO 2和C H 4含量波动不大,CO 组分含量增加,C n H m 和L HV 降低,这一规律可对比上述两者单独热解时的特性得到很好的解释.图6和图7为600℃时混合比例对热解产物产图6　混合比例对热解产物产率的影响Fig.6　Effect of ratio to product yieldsof mixture sample◆———Char ;▲———Water ;×———Gas ;■———Tar图7　混合比例对热解气组成的影响Fig.7　Effect of ratio to gas composition ofmixture sample◆———H 2;■———CH 4;▲———CO ;×———CO 2;×◆———C n H m ;●———L HV率和热解气性质的影响曲线,图中横轴为木屑与大雁煤混合比例,如s3c7代表木屑:大雁煤为3∶7(质量比).为了解木屑与大雁煤共热解时是否发生了协同作用,将热解产物产率理论计算值(即按两者混合比例将两者单独热解时产物产率进行数值平均)与实测值进行了比较,因不同混合比例下实验结果规律相近,此处仅列出木屑与煤50%比例混合时热解产物产率的结果(见图8),图8a ,图8b 和图8c分别为图8　木屑与大雁褐煤50%配比时热解产物产率计算值与实测值对比曲线Fig.8　Comparison of pyrolysis products yield betweentest and theory valuea ———Char ;b ———Tar ;c ———Gas◆———Test ;■———Theory24煤　炭　转　化 2008年半焦(char )、焦油(tar )和干馏气(gas ),横轴为温度(℃),纵轴为产物产率(质量分数).由图8可知,混合样品半焦产率的实测值(test )小于计算值(theory ),焦油和煤气产率的实测值大于计算值.同时,对于不同配比的实验样品从温度影响角度分析,400℃时两者相互作用影响较小,而600℃和800℃时影响较大.图9为混合物热解气性质实测值与计算值比较统计,纵轴ratio 表示“实测值/计算值”的数值,横轴s3c72400代表木屑与大雁煤比例3比7,温度400℃时的样品,其他依此类推.由图9可见,对比热解气组成实测值与计算值,83%的数据H 2和CH 4低于计算值,而72%的数据CO 和CO 2高于计算值,煤气热值L HV均低于计算值.图9　热解气性质实测值与计算值比较Fig.9　Comparison between test and theoryvalue about gas character◆———H 2;■———CH 4;▲———CO ;×———CO 2;×◆———L HV热解是一个十分复杂的物理化学反应过程[3,4],较低温度时煤热解主要发生分解、解聚,生成大量焦油和气体.一般煤的结构单元之间的桥键在加热到250℃以上时就有一些弱键开始断裂,随着温度的升高,键能较高的桥键也会断裂.桥键的断裂产生了以结构单元为基础的自由基,自由基是一种带有未配对电子的分子碎片,一般处在桥键断裂处的某个碳原子上,如H +,CH 3—,CH 3CH 2—和C 6H 6—等.温度再升高,低温热解产生的焦油发生二次裂解,分解为固体碳、气体和反应自由基,且这些自由基绝大多数是具有芳香性的.自由基非常不稳定,自由基带的未配对电子具有很高的反应活性,具有与邻近的自由基上未配对电子结合成对的趋势,如果这些自由基得不到氢而它的浓度又很大时,这些自由基碎片就会互相结合而生成分子量更大的化合物甚至焦炭,图10为热解过程中某些自由基结合过程.氢原子是最小又最简单的自由基,在富氢气氛下,自由基加氢可生成稳定的低分子产物(焦油、水和少量气体),而活性氢就来自于热解产生的氢原子、氢分子或外来氢,如加氢热解或焦炉气气氛热解等.分析实验结果可以认为,生物质热解释放出大量氢自由基及小分子自由基,使得煤热解出的大量分子自由基稳定成为焦油类和气体类低分子物质,从而使发生缩聚反应生成固相物的机会减少,半焦产率降低,焦油和气产率增加,说明木屑与大雁煤共热解的过程中存在一定的协同作用.这类似于煤加氢热解,加氢热解可以提高煤热解的转化率,提高焦油产率,改善焦油质量.图10　苯和苯自由基及氢自由基结合过程Fig.10　Formation of biphenyl benzene ,aryl radicals ,hydrogen radicals in pyrolysis process3　结　论1)木屑与大雁煤热解规律相似,随热解温度升高,半焦产率下降,热解气产率增加,煤焦油产率在整个温度区间先升后降.2)与大雁煤相比,木屑的焦油产率和气产率要高很多,而半焦产率和水产率要低于大雁煤.3)热解气组成总的规律是,木屑热解气CO 和CO 2含量要远高于大雁煤热解气,而CH 4和H 2的体积含量要比大雁煤热解气体中的低,H 2组分含量随温度升高是先升后降,C H 4总体趋势是随温度升高而下降,烃类组分C n H m 含量要小于大雁煤.4)木屑与煤混合比例对热解影响的结果是,随木屑质量配比的提高,半焦产率下降,气和焦油产率增加;热解气中CO 2和C H 4含量波动不大,CO 组分含量增加,C n H m 和L HV 降低.5)生物质木屑与大雁褐煤共热解产生了协同作用,协同作用的结果是,半焦产率减小,焦油和气产率增加,热解气组成中H 2和CH 4降低,CO 和CO 2增加,L HV 减小.6)目前实验只是进行了初步研究,结果表明,煤与木屑共热解可以产生协同作用,但影响较小.可以预测,在改变生物质原料或改变实验条件(如实验压力和升温速率等)的情况下,协同作用是可控的;煤与生物质共气化的协同作用机理仍需作进一步的深入研究.34第4期 王　鹏等　煤与生物质共热解特性初步研究44煤　炭　转　化 2008年参　考　文　献[1]　李　文,李保庆,孙成功等.生物质热解、加氢热解及其与煤共热解的热重研究[J].燃料化学学报,1996,24(4):3412347.[2]　李世光,徐绍平.煤与生物质的共热解[J].煤炭转化,2002,25(1):7212.[3]　周仕学,聂西文,王容春等.高硫强黏结性煤与生物质共热解的研究[J].燃料化学学报,2000,28(4):2942297.[4]　包向军,蔡九菊,刘汉桥等.固定床中木块和木屑的热解特性[J].材料与冶金学报,2003,2(2):1492152.[5]　马林转,何　屏,王　华.煤与生物质的热解[J].贵州化工,2004,29(1):20223.[6]　袁传敏,颜涌捷,任铮伟.木屑及其水解残渣快热解特性研究[J].华东理工大学学报(自然科学版),2005,31(1):962100.[7]　赵卫东,何　屏,马林转.昭通褐煤热解与锯末类生物质热解对比实验研究[J].贵州化工,2005,30(3):25227.[8]　倪献智,丛兴顺,马小隆等.生物质热解及生物质与褐煤共热解的研究[J].煤炭转化,2005,28(2):39247.[9]　肖　军,段普春,庄新国等.生物质与煤共燃研究(Ⅰ):生物质的低温热解[J].煤炭转化,2003,26(1):62266.[10]　Colot A G,Zhuo Y,Dugwel D R.Co2pyrolysis and Co2gasification of Coal and Biomass in Bench2scale Fixed2bed andFluidized Bed Reactor[J].Fuel,1999(78):6672679.[11]　Storm C,Rudiger H,Spliet hoff H et al.Co2pyrolysis of Coal/biomass and Coal/sewage Sludge Mixtures[J].Journal of 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creased but CO and CO2concentration increased in gas co mposition.KEYWOR DS　coal,biomass,co2pyrolysis,synergetic effect s。

生物质与煤的热重分析及动力学研究【摘要】利用热重分析仪对稻秆、麦秆、木屑和煤单独及混合热解特性进行了研究。

通过对不同混合比例热解与单独热解对比表明,混合热解中不同生物质起始热解温度、生物质挥发分最大析出温度、煤挥发分最大析出温度随着煤混合比例的变化呈规律性变化。

对混合热解实验数据与单独热解参数按混合比例后特性参数分析表明, 混合热解导致固体产物产率提高。

实验通过对稻秆两种方式的脱灰及脱挥发分处理后混合热解分析,脱挥发分稻秆与脱灰分稻秆对煤的热解都起到了促进作用, 、明了生物质中的碱/碱土金属能促进煤在较低温度下热解, 硅元素对热解速率起抑制作用。

推测生物质与褐煤的共热解中存在协同作用。

关键词: 生物质; 褐煤; 共热解1实验部分实验采用三种生物质(稻秆、麦秆和木屑)与褐煤作为实验原料, 经干燥粉碎过筛, 取80目以下部分( 0～180mm) , 其工业分析和元素分析特性见表1。

元素分析采用E lementar元素分析仪(型号V ario EL CHNOS)进行测定, 工业分析、发热量按ASTM 有关行业标准测定。

1 .1样品的预处理煤与生物质采用机械搅拌混合法, 待试样混合均匀后, 取同一样品在相同的热重实验条件下重复两次实验, 并确保两次热重曲线在相同的失重率下最大误差在 1℃下。

为了分析煤与生物质共热解过程中生物质中挥发分与灰分分别对煤热解气化的影响, 对稻秆样品进行了脱灰分和脱挥发分处理。

对稻秆的脱COOH ) 灰分采取了两种酸处理方式: 每1 g样品浸泡在20 mL的1 mol /L乙酸( CH3溶液中, 室温下浸泡4 h[9] ; 每1 g样品浸泡在12. 5mL的浓度为3% 氢氟酸( HF)溶液中, 室温下浸泡1 h[10] 。

处理样品经去离子水洗至中性, 过滤去除滤液后置于105℃烘箱中24h得到干燥的脱灰稻秆,分别记为HA c-RS和HF-RS.在管式炉中对稻秆脱挥发分:把稻秆样品迅速放入预先升至900℃的管式炉中, 在氮气气氛中停留20 min, 氮气冷却至室温, 制得稻秆半焦。

煤与生物质共热解工艺的研究进展煤与生物质是两种不同的能源来源，分别具有不同的优势和劣势。

煤资源丰富，能够提供大量的热能，但同时也会造成环境污染。

生物质资源相对煤资源来说更加环保，具有可再生的优势，但其能量密度较低，需要大量的空间来储存。

因此，将煤与生物质共同利用是一种有前途的能源利用途径。

煤与生物质共热解工艺是一种将煤和生物质混合热解以获得能源的方法，并且可以同时减少环境污染。

煤和生物质的混合热解过程中，煤可以提供高温高压条件以促进生物质的热解，并且生物质可以在煤的热解过程中提供可再生能源，从而实现了两种能源的互补利用。

目前，煤与生物质共热解工艺已经成为了一种研究热点，并且取得了一些进展。

下面将从热解反应机理、工艺特点、热解产物、环境影响等四个方面介绍煤与生物质共热解工艺的研究进展。

一、热解反应机理煤的热解过程通常可以分为三个阶段：干馏、胺基酸转化和丙烯酸转化。

干馏是指煤在温度升高的过程中，挥发性物质从煤中逸出的过程。

胺基酸转化是指在煤的热解过程中，一些氨基酸被分解成小分子的气态产物。

丙烯酸转化是指在煤的热解过程中，氢、氧和碳等元素发生重组反应，生成丙烯酸等有机酸。

生物质的热解过程也可以分为三个阶段：水分蒸发、分解和炭化。

水分蒸发是指在生物质的热解过程中，水分首先被升温并逸出。

分解是指在生物质的热解过程中，碳水化合物分解成低分子量的有机化合物。

炭化是指在生物质的热解过程中，有机物从固态转化为炭黑。

煤与生物质共热解的机理主要包括交联聚合和物化反应两种。

交联聚合是指在煤和生物质的热解过程中，由于反应温度较高，碳骨架之间会发生交联反应，从而形成硬质材料。

物化反应是指在煤和生物质的热解过程中，大量的气态产物在高温高压下发生反应，从而形成液态和固态产物。

二、工艺特点煤与生物质共热解的工艺包括生物质和煤的共同热解、单独热解后的混合、煤、生物质和化学添加剂的一体化热解等方式。

其中，共同热解是较为常见的一种方式。