松木屑与褐煤共热解特性及动力学分析

2020.12科学技术创新（转下页）木屑与中低阶煤共热解实验设计实现赵佳星唐初阳杨磊（辽宁科技大学，辽宁鞍山114001）随着我国能源年消耗量的快速增长，能源安全问题日益凸显[1]。

因而可再生能源替代化石能源是保障社会绿色经济科学发展的必然选择。

2014年来，随着我国环保政策实施力度的加大，我国标煤消耗量逐年减小，而天然气和可再生能源消耗量逐年上升。

到2017年底我国天然气使用量同比增长15.1%[2]，天然气需求的井喷导致我国部分地区出现政策性“气荒”。

烯烃、烷烃是重要的化工原料。

因此利用碳基固废来部分替代天然气、石油能源受到了广泛的关注。

此外，碳基固废的资源化有助于减少二噁英等剧毒物的排放[3]，随着我国社会的发展和人民生活水平的提高，我国的废弃橡胶、塑料等垃圾积存量逐年上升，这对环境产生了严重的影响。

因此，碳基固废适宜的转化为清洁的可再生能源，能促使我国低碳能源的发展和环境的改善[4]。

当前碳基固废的资源化利用和无害化处理成为节能减排的重点。

热解作为一种成熟的热工艺，因其条件温和、低成本等成为了清洁转化碳基固废的首选工艺[5]。

1原料的预处理热解的原料主要选用中低阶煤和杂木屑。

为了消除热化学过程中物料颗粒粒径影响，木屑和煤皆应粉碎在80目以下。

为降低物料的聚合度以提高热解过程中的热化学反应性。

在实验开始前对原料进行微波预处理[6]。

根据实验条件主要选择辐射预处理以及酸预处理。

根据微波的特性对粉碎至1~5mm 大小的生物质原料进行加热，使原料在无媒介的情况下就发生物化变化[6，7]，微波处理后反应物的热解速率加快，减少反应时间，有效降低热解二次反应的发生，以期提高油的产率和品质。

红微波预处理后的原料必须立即用于热解实验。

2实验流程设计本实验的热解反应在自制的热解干馏炉进行，热解装置主要由热解炉、温度控制器，液相冷凝收集器等组成。

热解反应器采用石英材质，总重量低于200g 。

实验前称取反应管和冷凝管质量。

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。

松木粉加压热解气化动力学特性冯宜鹏;王小波;赵增立;李海滨;郑安庆;黄振【期刊名称】《农业工程学报》【年(卷),期】2016(32)2【摘要】为了研究松木粉的加压气化特性,在加压热天平上分别进行了N2、CO2+N2气氛下松木粉加压热解/气化试验,使用Malek法推断最概然机理,研究了反应压力与对热解/气化特性和动力学参数的影响.结果表明:压力对松木粉热解/气化过程有显著影响.N2气氛下,压力的增大抑制了挥发分的析出,最大失质量由73.8％减小至71.4％; Malek法推断出二级反应级数和随机成核分别为加压热解第1、第2段最概然机理;热解第一段活化能由压力为0时41.15 kJ/mol增大至0.9 MPa时的52.41 kJ/mol.在CO2+N2气氛下,热解阶段压力的增大抑制挥发分的析出;半焦气化阶段,压力的增大促进气化反应的进行,使失质量速率峰值由0.101％/K增大至0.162％/K,且出现温度降低;二维扩散(圆柱形对称)为加压气化最概然机理;随着压力的提高,在碳转化率较高时,半焦CO2气化速率逐渐提高.该文结果可为生物质的高效、清洁利用提供参考依据.【总页数】7页(P205-211)【作者】冯宜鹏;王小波;赵增立;李海滨;郑安庆;黄振【作者单位】中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源重点实验室,广州510640; 中国科学院大学,北京 100049;中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640;中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640;中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640;中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640;中国科学院广州能源研究所,中国科学院可再生能源重点实验室,广州 510640【正文语种】中文【中图分类】TK6【相关文献】1.纤维素的加压热解特性及动力学研究 [J], 胡亿明;蒋剑春;孙云娟;杨中志2.CO2/N2气氛下煤粉热解气化特性研究及动力学分析 [J], 张远航;赵菁;李德波;王长安;车得福3.生物质与煤共热解气化行为特性及动力学研究(摘要) [J], 孙云娟4.木粉、废旧橡胶和高密度聚乙烯复合材料的热解动力学特性 [J], 陈玲;黄润州;刘秀娟;周秉亮;徐信武;吴清林;杨勋;沈金祥5.阻燃木粉—聚丙烯复合材料的热解特性及热解动力学研究 [J], 白钢;周林;李丽萍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

小龙潭劣质褐煤的热解特性及其动力学模型孙喆;马鸿【摘要】利用热重分析法对小龙潭劣质褐煤进行了热解实验研究.通过分析热重(TG)和微分热重(DTG)曲线得出:随着热解升温速率的提高,TG曲线向高温侧移动,产生热滞后现象,最大热解速度明显加大;随着煤粉粒度的增大,最终失重量减少;随着热解温度的升高,热解产物的生成量逐渐增加,在400~600℃之间,热解产物的生成速度最快,热解最剧烈;通过线性拟合发现该煤样的热解反应机理为三维扩散反应机理模型,并在已知反应机理函数的情况下求解出了煤样的热解反应动力学模型.%Experimental study on pyrolysis of Xiaolongtan low-grade brown coal using thermogravimetry was performed.According to the analysis of TG and DTG curves,it could be concluded that as the maximum pyrolysis rate increased,TG curves moved to the high temperature side.The phenomenon of thermal hysteresis appeared.The total weight loss was reduced with the increasing of coal particle size.The amount of pyrolysis products increased as the pyrolysis temperature rose.The highest amount of pyrolysis products was achieved when the pyrolysis temperature was over the range from 400℃ to 600℃.And the most intense reaction was observed.By linear fitting,it could be found that three-dimensional diffusion-reaction mechanism model satisfied the reaction mechanism of brown coal pyrolysis.At last,the reaction kinetics model of brown coal pyrolysis was attained.【期刊名称】《能源研究与信息》【年(卷),期】2017(033)001【总页数】5页(P50-54)【关键词】劣质褐煤;热解特性;反应机理;动力学模型【作者】孙喆;马鸿【作者单位】国网陕西省电力公司培训中心, 陕西西安 710000;国网陕西省电力公司培训中心, 陕西西安 710000【正文语种】中文【中图分类】TK6我国经济长期处在一个高速发展阶段,对能源的需求也逐年增加,而我国石油和天然气资源严重缺乏,因此以煤炭资源作为我国主要能源的这一战略目标必然长期存在.电力作为云南省支柱产业之一,具有重要的地位,尤其是随着“西电东送”、“云电外送”力度的逐渐加大,电力生产中对煤的需求也在逐年增加[1-2].云南省是我国褐煤的主要产地之一,且以年轻褐煤为主.这类煤水分大,灰分高,利用率低.因此,研究劣质褐煤的热解特性对电厂用煤具有重要的指导意义.本文主要以小龙潭劣质褐煤为研究对象,考察反应条件对煤样热解特性的影响,并根据热解得到的热重(TG)数据,确立该煤样的反应机理,从而得到其热解动力学模型.1.1 实验设备及条件实验采用STA449F3型热重分析仪,选取小龙潭劣质褐煤,试样质量为10 mg,升温范围为50～1 200 ℃,保护气为氩气,气体流量为50 mL·min-1.1.2 实验内容样品通过热重实验获得不同升温速率(10、20、30 K·min-1)、煤粉粒度(煤粉分别过40、100、200目筛)和反应气氛(空气、氮气)下的TG和微分热重(DTG)曲线,分析升温速率、煤粉粒度、反应气氛以及温度对煤热解特性的影响.小龙潭劣质褐煤的工业分析结果如表1所示,其中:Mad为分析煤样的水分;Aad为灰分;Vad为挥发分;FCad为固定碳;Qar,net为收到基低位发热量.2.1 升温速率对热解特性的影响将小龙潭劣质褐煤在三种不同升温速率下热解,得到的TG和DTG曲线如图1所示.由图可以看出,随着升温速率的增加,TG曲线向高温侧移动,产生热滞后现象.主要原因是由于煤的热解为吸热反应,煤的导热性差,使得升温速率过快时试样内部的挥发分分解缓慢从而产生了热滞后现象[3].当煤以10 K·min-1的升温速率热解时,热解产物明显少于20、30 K·min-1升温速率的热解产物,但是最大热解速度低于升温速率为20、30 K·min-1的热解速度;当煤以20 K·min-1的升温速率热解时,最大热解速度增大;而当升温速率达到30 K·min-1时,最大热解速度达到最大.主要是由于煤的大分子结构在受到强烈的热冲击后,侧链和芳香环的断裂速度变快,产生大量的自由基碎片,使得挥发分快速释放[4].2.2 煤粉粒度对热解特性的影响将三种不同粒度的煤样热解,得到的TG和DTG曲线如图2所示.由图可知,在300～550 ℃,存在一个快速失重区间,在该区间内相同温度下的失重速率随着粒径的增大而减小;高于550 ℃后,失重速率与粒径的关系与前者相反,相同温度下的失重速率随粒径的增大而增大.总体来说,三种粒径煤粉在550 ℃之前的热失重均有较好的规律性,在主要热解温度区间,煤粉粒度的减小,有利于热解反应的进行.因为随着粒径的减小,使得煤粉的比表面积增加,热的传递速率提高、化学反应速率显著提高、物质的挥发速率加快等多方面导致煤粉的热失重加快;并且,随着煤粉粒度的增加,最终失重量也有所减少,这是由于随着试样粒度的增加,反应的比表面积下降,导致热解反应过程不易完全进行[5].2.3 反应气氛对热解特性的影响在研究反应气氛的影响时,引入以下参数:热解产物初析温度Ts(转化率达5%的点与转化率达50%的点的连线与温度坐标交点对应的温度);最大热解速度(dα/dT)max 和其对应的温度Tmax,其中,α为热解转化率,T为温度;(dα/dT)/(dα/dT)max=1/2所对应的温度区间ΔT1/2(ΔT1/2表示煤热解产物释放的集中程度,也成为半峰宽);反映煤热解特性的热解产物释放特性指数r,其值定义为r=(dα/dT)max/(TmaxΔT1/2Ts)[6-7].煤样在不同气氛下热解,得到的TG和DTG曲线如图3所示.通过对煤样在不同气氛下的TG和DTG曲线进行分析得到表2.由图3和表2可以得出:(1) 煤样在空气气氛下,由于煤的热解产物与空气中的氧发生反应,使得煤的剩余量大大减少,而煤在氮气氛中只发生热解反应,生成的热解产物没有与氧气接触,因此,由于煤在空气中的热解,煤样反应了60%左右,而煤样在氮气中的热解仅仅消耗了40%的煤.(2) 煤样在空气气氛下最大反应速率可以达到0.080 mg·s-1,而在氮气气氛中仅有0.045 mg·s-1;由于空气气氛下煤的热解产物释放特性指数r大于氮气气氛下煤的热解产物释放特性指数,而r能较好地反映煤的热解特性,即r越大,煤的热解特性越好.因此,空气气氛下煤的热解特性优于氮气气氛下煤的热解特性.2.4 温度对热解特性的影响图4给出了温度对热解失重的影响.由图4可以看出,在1 000 ℃以上的一段温度区间内,热解产物的生成量与热解温度无关,而在1 000 ℃以下,随着热解温度的升高,热解产物的生成量逐渐增大.从室温至400 ℃,出现了第一个热解产物的快速增加阶段,热解产物的生成量缓慢增加,主要是由于试样中少量水分的脱出和煤样中吸附的CH4、CO2和N2等气体开始析出所致,此时,煤样发生轻度热解,产生CO2等气体[8];在400～600 ℃之间,曲线斜率最大,说明热解产物的生成速度最快,此时,劣质褐煤发生强烈的分解和解聚反应,生成大量的CH4、H2、不饱和烃和焦油蒸气等小分子物质;600～1 000 ℃时,热解产物释放速度相对缓慢,这个阶段主要是前一阶段生成的半焦发生分解产生CH4和H2.本文仅研究升温速率为30 K·min-1、煤样过200目筛、氮气气氛下煤样热分解的动力学模型.热解反应的动力学方程[9]为式中:t为反应时间;k为速率常数;f(α)为热解反应机理函数.式中:w0、w分别为煤样的初始质量和反应结束时的质量;wt为t时刻的试样质量[10].将Arrhenius定律和升温速率代入式(1)得式中:A为频率因子;E为活化能;R为理想气体常数,R=8.314 J·mol·K-1;T为煤样温度.只需要求出煤样的反应机理,就可得到煤样的动力学模型,进而算出可描述热解反应动力学的三个因子E、A、f(α).常见的气固反应机理方程式如表3所示[11].首先判断煤样热解的f(α).将式(3)移项得对式(4)两边取对数得以对1/T作图,线性拟合后找到相关系数最接近1的反应机理即为该煤样热解的反应机理[12].经拟合后发现,15号反应机理函数与实验数据的拟合结果的相关系数最大,所以,本文对应的反应机理为三维扩散反应机理模型.煤样的热解动力学参数如表4所示.(1) 由于煤热解为吸热反应且煤的热导性差,使得升温速率增加时煤粒内部的挥发分分解缓慢从而产生热滞后现象.因此,随着升温速率的增加,TG曲线向高温侧移动,并且热解速度逐渐增大,热解产物初析温度逐渐增大.(2) 随着煤粉粒度的增大,最终失重量有所减少,反应的比表面积下降,导致热解反应过程不易完全进行.(3) 根据热解产物、最大反应速率以及热解产物释放特性指数可以得出,煤样在空气气氛下的热解特性优于氮气气氛下的热解特性.(4) 热解过程可以大致分为三个阶段:从室温至400 ℃的快速增加阶段,该阶段煤样热解脱去部分水,并析出CH4、CO2和N2等气体;400～600 ℃时为强烈分解和解聚反应阶段,产生大量的CH4、H2、不饱和烃和焦油等小分子物质;600～1 000 ℃时为继续分解阶段,主要是前一阶段生成的半焦继续分解产生CH4和H2,热解产物释放速度相对缓慢.(5) 小龙潭劣质褐煤的热解机理为三维扩散反应机理模型,并得到了其热解动力学模型.【相关文献】[1] 罗斐.煤炭资源的现状及结构分析[J].世界煤炭,2008,34(3):91-94.[2] 邱亚林,杨丽,俞炳丰,等.云南地区劣质褐煤燃烧技术[J].能源技术,2006,26(2):83-84.[3] 聂其红,孙绍增,李争起,等.褐煤混煤燃烧特性的热重分析法研究[J].燃料科学与技术,2001,7(1):72-76.[4] HE J J,QIU P H,WU S H.Study on the effects of heating-up speed to coal pyrolysis with TG/DTG analysis[J].Energy Conservation Technology,2007,25(4):321-325.[5] 张翠珍,衣晓青,刘亮.煤热解特性及热解反应动力学研究[J].热力发电,2006,35(4):17-20.[6] 薛伟,何屏.生物质与云南褐煤共热解特性研究[J].能源研究与信息,2012,28(4):221-225.[7] 彭皓,袁益超,王波.GA-BP神经网络在动力配煤煤质和燃烧特性预测中的应用[J].能源研究与信息,2011,27(4):208-215.[8] 赵丽红.煤热解与气化反应性的研究[D].太原:太原理工大学,2007.[9] 胡荣祖,史启祯.热分析动力学[M].北京:科学出版社,2001.[10] 傅维标,张燕屏,韩洪樵,等.煤粒热解通用模型(Fu-Zhang模型)[J].中国科学A辑,1988(12):1283-1290.[11] 苏亚欣,张先中,赵兵涛.废轮胎粉的热解特性及其动力学模型[J].东华大学学报:自然科学版,2008,34(6):740-743.[12] 唐万军,陈栋华,袁誉洪,等.非等温热解动力学参数求算及其机理函数判定的研究[J].中南民族学院学报:自然科学版,2000,19(4):72-78.。

生物质煤炭复合燃料动力学分析全球生态环境因为化石燃料的燃烧而遭到严重的破坏，并且这一问题变得越来越突出。

我们迫切需要化石燃料的洁净燃烧，尤其是煤炭的洁净燃烧，实现能源利用的可持续发展。

冬季在我国的北方地区，有大量燃烧秸秆的现象，产生的空气悬浮颗粒会加剧空气的二次污染。

文章重点研究了国内大量存在的生物质杨木和秸秆煤炭复合燃料动力学相关特征，分析其应用于实际锅炉利用的可能性。

标签：生物质；杨木；秸秆；煤炭；复合燃料；动力学引言近年来，可再生能源因其灵活性好、燃烧效率高、传热性高和NOX、SOX、CO2排放量低而廣泛获得关注。

生物质可以转化成能量，这被认为是潜在的可再生能源[1]。

生物质的主要的应用是使用锅炉单独燃烧或与煤联合燃烧。

在我国的北方地区，秸秆燃烧排放大量污染物，导致雾霾等严重空气污染过程的发生或加强。

国家已制定了禁烧的相关法案，但目前尚无有效替代燃烧处理秸秆的方法，不少地区燃烧仍很普遍。

因此，有必要进一步探讨解决秸秆燃烧污染效应的其他途径[2]。

因此，秸秆作为生物质煤炭复合被视为混烧过程的一种备选方案。

文献[3]指出，在我国的大环境下生物质成型燃料与煤炭价格的比价，表明生物质的合理利用可促进两者比价的合理化，生物质完全取代煤炭是很难实现的，混合使用可更好的提高其燃烧效率。

同时，混烧生物质与煤可以更好的克服并解决个别缺陷样品，如含有高挥发分的生物量和高硫分高灰分的煤[4]。

除此之外，混合后由于灰分的存在，会有协同作用的效果。

富碳材料的热化学设施工业发展的转换主要需要全面的燃烧参数数据及其对过程动力学的影响。

在这种情况下，热分析方法如热重量分析法（TG）、微分热重量分析法（DTG）、示差热分析（DTA）、差示扫描量热法（DSC），傅里叶变换红外光谱与热重联用（TG-FTIR）和热重质谱联用（TG-MS）技术被以日益增长的用于评价和表征化石燃料和可再生能源，并作为一种测定燃烧特性及动力学参数的重要手段[5]。

白松木屑半焦与褐煤共气化过程中的协同效应杨小芹;刘雪景;刘海雄;岳晓明;曹景沛;周敏【期刊名称】《物理化学学报》【年(卷),期】2014(030)010【摘要】对白松木屑在200、300和400℃下马弗炉烘焙预处理制得半焦,与胜利褐煤进行共气化研究.傅里叶变换红外(FTIR)光谱分析表明,200和300℃制得白松木屑半焦中主要含有—C—O—、-CH3和-OH三种官能团,而400℃制得白松木屑半焦和褐煤结构相似,主要含有—C=C—、-C=O和-OH三种官能团,因此,随着预处理温度升高,生物质半焦中的官能团从单键转换成双键.然后通过热重分析仪和固定床反应器对所制得的松木屑半焦、褐煤单独气化以及它们的共气化进行比较,两者的实验结果相吻合.随着制备松木屑半焦的温度升高,生物质半焦单独气化的产气率也不断提高;200和400℃制得的松木屑半焦与褐煤共气化时具有协同作用,而且400℃半焦与褐煤共气化的产气率、碳转化率和协同效率均大于200℃半焦的;300℃半焦与褐煤共气化不存在协同作用,相反,它们之间存在抑制作用.结合热重分析和固定床实验,推断协同气化主要是热解阶段松木屑半焦中碱金属和氢原子作用的结果.【总页数】7页(P1794-1800)【作者】杨小芹;刘雪景;刘海雄;岳晓明;曹景沛;周敏【作者单位】中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116;中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116;中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116;中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116;中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116;中国矿业大学化工学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】O642;O643【相关文献】1.松木屑与褐煤共气化过程中碱金属迁移规律试验研究 [J], 李少华;林建清;车德勇;蒋文强2.松木屑与褐煤催化共气化特性实验研究 [J], 李少华;王艳鹏;车德勇;刘大任;张卓文3.生物质和褐煤共气化半焦吸附烟气SO2的研究 [J], 李先春;熊祖宁;董珍;窦金孝;余江龙4.碱金属灰分对松木屑与褐煤共气化特性的影响 [J], 王艳鹏;林建清5.碱金属灰分对松木屑与褐煤共气化特性的影响 [J], 王艳鹏;林建清;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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]。

煤和生物质共热解研究现状近几年，以煤炭和生物质为燃料的共热解（Co-pyrolysis）技术受到了越来越多的关注，它是一种通过煤炭和生物质共同热解来获得高品质石油和可再生能源的技术。

共热解技术可以实现煤炭和生物质之间的转化，从而极大地提高热解反应效率，减少能源消耗和污染环境。

自20世纪90年代以来，在全球范围内，许多研究者都在研究煤炭和生物质共热解的技术。

许多研究发现，将煤炭与生物质结合在一起可以产生更多的液体燃料，增加收益，并降低燃烧产生的污染物。

此外，研究者们还发现，生物质中的木素元素可以替换煤炭中的木素元素，使煤炭热解时产生的黑烟减少，降低烟气污染。

然而，尽管此类技术优势众多，但许多技术问题仍未得到解决，比如生物质和煤炭之间的气化不均衡性问题、热解反应中木素元素的替换和补充问题以及高温反应中烟气中有毒物质的抑制问题等。

为了解决这些技术难题，发达国家不断投入大量的资金和人力物力，在宏观层面对共热解技术进行研究开发，以及在微观尺度上对共热解反应机理进行深入研究。

同时，研究者们也就如何改善共热解技术的可控性和稳定性展开研究。

借助计算机模拟和实验技术，研究者们发现可以通过修改热解反应的温度、压力和物质比例等参数来改善共热解反应，并调节不同特定条件下热解时的反应性能、产物组成和热力学性质。

此外，在加工技术方面，研究者们设计了多种共热解装置来现复杂的反应，例如自动控制、循环流化床反应器、多元复合反应器、微细粉末研磨和超声波催化等。

其中，多元复合反应器技术最为成熟，它既可以用于实验室小规模研究，也可以应用于工业生产。

最后，由于共热解技术涉及到热物理和热化学反应，在综合运用控制理论和过程优化等技术的基础上，研究者们利用计算机确定了各种参数的最优值，有效地提高了共热解装置的效率。

综上所述，煤炭和生物质共热解技术是一门极具挑战性的学科，涉及到化学、物理、热力学等多方面的知识。

尽管仍有诸多技术难题未解决，但发达国家仍在投入大量资源探索此技术，未来共热解技术将成为一种替代燃料，成为节能环保的新热门。

褐煤热解与气化反应特性的实验研
究
褐煤是一种在许多国家被广泛使用的燃料，其热解和气化过程可以获得可再生能源和化学产品。

为了更好地了解褐煤的热解和气化反应特性，许多研究对这些过程进行了实验室试验。

在热解方面，研究人员通常采用恒温热解实验，以评估副产品的产量和反应动力学。

一项研究表明，随着热解温度的升高，褐煤的氢气和甲烷的产量增加，但异构化、重聚合和炭化的副反应也变得更为显著。

此外，研究还发现，具有较高含挥发分的褐煤样品更易于发生热解反应，并且产量也更高。

另一方面，气化实验通常使用不同类型的气化剂，如氧气、水蒸气和二氧化碳，以评估不同反应条件下的产物和反应动力学。

多数研究表明，添加水蒸气气化剂可以提高产物的甲烷和氢气，而添加氧气和二氧化碳则会导致更高的CO和CO2产量。

此外，热力学分析还确定了气化过程中化学反应的限制步骤，这有助于优化反应条件和产品选择。

除热解和气化反应特性外，研究还探索了褐煤样品的微结构性质和矿物成分对反应的影响。

例如，研究人员发现，褐煤中的矿物成分具有加速其热解和气化反应的作用。

另一方面，样品的孔隙结构和孔径分布也影响了反应特性和产物分布。

综上所述，褐煤的热解和气化反应特性是一个复杂的过程，受到反应条件、煤质性质和煤样品的微结构性质等因素的影响。

实验室试验可以为研究人员提供理解这些过程的深入知识，以便更好地利用褐煤作为可再生能源和化学品的资源。

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。

煤与生物质共热解的研究进展1研究背景目前，国内外对单独的煤或生物质热解气化研究都相对比较成熟，由于煤是由生物质经几千万年以上转换而得来的，研究表明，生物质特性和利用方式与煤炭有很大的相似性。

如果能将两者热解过程有效地结合起来，实现生物质与煤的共热解，势必能扬长避短，得到更好的效果。

热解是生物质与煤利用技术中具有共性的重要问题。

煤在500°C热解产物以焦炭为主；在500~650°C快速热解产物以焦油或生物油为主；在800~1100°C以可燃气为主。

影响生物质与煤热解过程及产物的因素有：①生物质或煤的物料特性；②热解终温的高低；③升温速率的快慢。

生物质与煤的混合共热解，既能克服生物质能量密度低的问题，又能发挥生物质本身的特点，实现高附加值化工产品的富集。

在对煤与生物质的热解研究中，目前对于催化热解机理，升温速率影响，混烧方式以及反应动力学进行了较多的研究，其中对于二者的混合共热解成为重要课题。

2生物质与煤共热解特性及动力学研究目前，国内外对生物质与煤共热解研究主要在于二者的协同作用。

对于协同作用问题，主要存在两种观点：一种认为生物质与煤共热解时存在协同作用；另一种是二者不存在协同作用2.1 单独生物质和煤的热失重曲线比较.图2-1[1]比较了生物质和煤的热失重曲线，可以看出，煤和生物质的DTG 曲线图中都出现了两个峰，也即脱水峰和脱挥发分峰。

在50~200℃的低温阶段，煤和生物质都出现不同程度的脱水峰，这是由于煤和生物质本身都含有水分所致，物料所含水分越高，该段TG 曲线变化越明显。

随着热解温度的上升，煤和生物质进入热解主要失重阶段。

此段生物质的失重率急剧增大，且生物质的总热解转化率明显高于煤，这与两者的组成成分和分子结构有关。

由于生物质与煤组成结构不同，其热解过程也大不相同。

生物质是由纤维素、半纤维素以及木质素通过相对较弱的醚键(R-O-R)结合，其结合键能较小(380～420kJ/mol)，在较低的热解温度下就断裂。

添加松木屑对无灰煤基活性炭结构和电化学性能的影响
于娜林;樊丽华;王雪宇;孙章;江宏伟
【期刊名称】《煤炭转化》
【年(卷),期】2023(46)2
【摘要】以褐煤基无灰煤和松木屑为原料,以KOH为活化剂,制备双电层电容器用活性炭电极材料。

采用XRD,FTIR,SEM及低温N 2吸脱附表征活性炭的组成和结构,通过循环伏安测试、恒流充放电测试及交流阻抗测试考察其电化学性能。

结果表明:制备时向无灰煤中添加松木屑可以改善活性炭的孔径分布,提高活性炭的电化学性能。

当松木屑添加量为30%时,活性炭的电化学性能达到最佳,此时比表面积为2695 m^(2)/g,比不添加松木屑时增加了44%,且0.5 nm~1.5 nm的有效孔增加了11%,小于0.5 nm的无效孔减少了24%,孔径分布更加合理。

以该活性炭作双电层电容器的电极材料,在0.05 A/g的电流密度下比电容达到321 F/g,比以不添加松木屑时制备的活性炭作电极材料时的比电容提高了30%,电荷转移电阻降低了35%,证明添加松木屑可有效改善无灰煤基活性炭的电化学性能。

【总页数】8页(P45-52)
【作者】于娜林;樊丽华;王雪宇;孙章;江宏伟
【作者单位】华北理工大学化学工程学院;河北省环境光电催化材料重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】TQ424.1
【相关文献】
1.褐煤基活性炭和无灰煤基活性炭性能对比研究∗
2.萃取温度对无灰煤结构及煤基活性炭电化学性能的影响
3.煤基活性炭孔结构对电化学性能的影响
4.微波法无灰煤基活性炭制备及其电化学性能研究
5.活化温度对无灰煤基活性炭结构及性能的影响
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