生物质与煤共热解特性研究
煤与生物质共热解工艺的研究进展
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
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。
生物质热解与煤热解气化比较与现状
生物质热解与煤热解气化比较与现状关键词：生物质煤热解研究表明[1]，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。
现今单一煤种的热解在各方面都已经得到广泛的研究，而生物热解方面也正在取得巨大的研究成果。
煤热解的气体产物以一氧化碳、甲烷和氢气为主，其中固体产物为固体焦和焦油。
生物质热解气化产物主要是不饱和烃类气体和大量的氢气，还有不饱和烃类液体例如苯等。
但是相比之下，由于大量水分的存在，生物质热解气化失重率比较大，而由于硫的掺杂，煤气化热解的产物中含有大量含硫氮化合物，使之燃烧会造成严重的环境污染。
为了提高脱硫脱氮的效率和改善煤单独热解产物不饱和度较高的问题，科学各界开始对生物质同煤共热解进行了研究和探索。
研究结果[2]表明，生物质可阻止强粘结性煤热解过程中颗粒之间的粘结，得到粒状焦炭;生物质热解生成较多的H2，有利于煤中硫和氮的脱除;同时随着温度的升高、煤粒度的减小和煤变质程度的降低，热解脱硫和脱氮率增大。
根据研究[2]可知，生物质热解的最大热解峰（低于400摄氏度）和煤的最大热解峰（高于400摄氏度）不重合，而且差值有的在100摄氏度以上。
由此可知，生物质与煤共同热解没有明显的协同作用。
为了解决不同步热解的问题，科学界提出了两步法煤与生物热解、利用煤的黑度比生物质高的特点以辐射的加热方式进行同步加热、两段管式炉分步控温进行热解等。
这些方法的核心都在于利用生物质的富氢产物为煤脱硫脱氮提供天然低廉的氢来源，同时也提高了煤的轻质液相产率，气体中的不饱和烃含量降低，将富裕的生物氢转移到了缺氢的煤焦中。
鉴于生物质与聚合物及生物质与煤的共热解或两步法热解具有很大的优势，加强生物质与聚合物的共热解和生物质与煤的共热解及两步法热解的研究显得很有必要。
深入研究生物质与聚合物共热解的协同作用的机理，加强研究生物质与煤共热解中脱硫、脱氮及固体焦具有较强吸附能力的机理，同时，进一步研究改进生物质与煤两步法热解的工艺，为实现生物质中富裕的氢向煤的转移提供可能。
煤与生物质共热解的TGA_FTIR研究
由 3 000 cm 及 3 016 cm
~ 2 800 cm
- 1
处的 ∀ CH 3 和 ∀ CH 2 CH 吸收峰可以判断
- 1
处的芳香 H C
产物 中存在多 种饱和烃 和不饱和 烃, 且 其中 CH 4 ( 2 960 cm - 1 ) 及芳香烃 ( 3 016 cm - 1 ) 的含量较高 ; 由 1 900 cm ~ 1 650 cm 范围内的羰基 C 键伸缩振 动, 以 及 1 300 cm
0
引 言
点 , 单一煤种及生物质的热解反应特性和热解动力 学已有相当深入的研究.
[ 12 15]
国外对生物质与煤共
随着化石能源供应日益紧张及其利用给环境带 来压力的加剧[ 1, 2] , 未来对生物 质能的开发和 利用 越来越重要, 相关的研究已引起世界各国的高度关 注. 据估计, 每年生物质能源产量约 1 400 亿 t ~ 1 800 亿 t ( 干重 ) , 相当于目前总能耗的 10 倍 . [ 6] 目 前生物质是仅 次于煤、 石 油和 天然气 的第 四大 能 源.
表2 T able 2
S am ple SD and LC b lend SD and M C b lend SD LC MC
由表 2 可知, SD 单独热解时最大失重率对应的 峰值温度为 377. 61 ! , 长焰煤的热解 峰值温度为 480. 06 ! ; 当 BR 分别为 25% , 50% 和 75% 时 , t bmax 分别为 377. 90 ! , 382. 69 ! 和 389. 66 ! , 与 SD 单 独热解时的峰值温度较为接近 , 并随 BR 减小而升 高 ; tc max 分别为 454. 11 ! , 466. 62 ! 和 478. 56 ! , 与煤单独热解时的峰值温度较为接近 , 并随 BR 减 小而升高 . 由表 2 还 可以看出 , DT Gbmax 与 DT Gc max 随 BR 减小呈线性减小. 2. 2 生物质添加量对热解过程的影响 不同掺混比例下木屑与长焰煤在 700 ! 时共热 解红外 3D 谱见图 3. 由图 3 红外吸收特征峰可明确 识 别 热 解 产 物: 在 2 359 cm
生物质与煤炭共热解特性及协同作用的研究(摘要)
生
物
质
化
学
工
程
第４ ７卷
生 物 质 与 煤炭 共 热解 特 性及 协 同 作 用 的研 究 （ 摘要 ）
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ Ｓ ｙ ｎ ｅ ｒ ｇ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ Ｅ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｄ ｕ ￣ ｎ ｇ Ｃ ｏ － ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ Ｂ ｉ ｏ ｍａ ｓ ｓ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ａ ｌ （ Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ）
件下 ， 稻壳与褐煤相互作用时间增加 ， 协 同作用相对较 明显 。利用 Ｔ Ｇ — Ｄ Ｓ Ｃ对稻壳与褐煤单独热解及共热解过程 的热量 变化 进行 分析 。结果发现二者共热解 时的吸放热规律与单独热解 过程有所 不同 ， 在共 热解过程 中的高温 阶段需 吸收大 量热量 ； 即二者在共热解过程 中存在着复杂 的热量交换与相互影响 。 ２ ） 分别选用 Ｃ ｏ ａ ｔ ｓ － Ｒ ｅ ｄ ｆ ｅ ｒ ｎ积分法 、 Ｋ ｉ ｓ ｓ ｉ ｎ ｇ ｅ ｒ 微分法和 Ｄ Ａ Ｅ Ｍ法对稻 壳与褐煤单独 热解及共 热解过程进行 动力学分 析 。对 比发现 ， Ｄ Ａ Ｅ Ｍ法最适 于对共热解过程 的动力学特性分析 。由该方法计算 得到 的热解 活化能随着原 料转化率 的 升高 ， 大体都 呈现升高一平稳一升 高 的趋 势 ； 其 中， 稻壳 热解 平均 活 化能 约 为 １ ８ ０ ｋ Ｊ ／ ｍ ｏ ｌ ， 褐煤 热 解平 均 活 化能 约 为
４ ） 利 用 管 式 炉 及气 相 色谱 对 稻壳 与褐 煤快 速共 热解 及加 水 快 速 共 热 解 过 程 的气 体 产 物 进 行 研 究 。探 讨 原 料 添 加 水
对快速共热解过程 中稻壳与褐煤之间相互作用 的影响 ， 并确定 加水量对 快速共热解气 体产物影 响 的大 小。研究 结果发
生物质与低阶煤低温共热解转化研究_何选明
煤有贫氢的特点 ， 其热解转化率不高 ， 生物质是富氢 物质 ， 可以作为煤的供氢剂 ， 两者共热解不仅可以提 高煤的转化率 ， 降低生产成本 ， 还可以有效利用自然 资源
［ ８］
１． ２ 实验仪器与方法 １． ２． １ 实验 仪 器 ／ 实验采用 Ｇ Ｂ Ｔ ４ ８ ０—２ ０ ０ ０ 煤的铝甑低温干馏
45 40 35 30 25 20
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■ —— —Straight-chain
alkane
／质谱联用仪 （ ／ ） （ 配备 Ａ ５ ９ ７ ０ Ｎ 型气相色谱 Ｇ Ｃ Ｍ Ｓ ｉ － ｇ — — ， 型毛细管柱 ｌ ｅ ｎ ｔ １ ９ ０ ９ １ Ｓ ４ ３ ３Ｈ Ｐ ５ Ｍ Ｓ ０ ． ２ ５ｍｍ× ， 其 分 析 条 件 为： 载气 Ｈ 流速为 ｍ） ． ｅ ３ ０ｍ×０． ２ ５μ ／ ， 分流比为２∶１， 进样口温度为３ １． ０ｍ Ｌ ｍ ｉ ｎ ０ ０ ℃； 离子化电压为 ７ 离子源温 度 为 ２ Ｅ Ｉ源 ； ０ｅ Ｖ， ３ ０ ℃， 质量 扫 描 范 围 为 ３ 进样量为 ０ａ ｕ ｍ ～５ ０ ０ａ ｕ ｍ， 升温程序为从 ５ 以 ６ ℃／ ０． ２μ Ｌ； ０ ℃ 开始 ， ｍ ｉ ｎ 升至 保温 １ｍ 再以 ６ ℃／ 保温 ９ ０ ℃， ｉ ｎ， ｍ ｉ ｎ 升至 １ ７ ０ ℃，
● —— —Phenolic ▲ —— —Naphthaline derivatives
—— —Alkenes —Phenanthrenes ★ ——
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15 10 5 0
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煤与生物质共热解的协同特性研究
ａ ｎ ｄ ｂ ｉ ｔ ｕ ｍｉ ｎ ｏ ｕ ｓ ｃ ｏ ａ ｌ ｉ ｓ ａ ｒ ｏ ｕ ｎ ｄ ３ ５ ０℃ ａ ｎ ｄ ５ ０ ０ ｏ Ｃ， ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ｖ ａ ｒ ｙ ｃ ｏ ｎ ｓ ｉ ｄ ｅ ｒ ａ ｂ ｌ ｙ ． Ｗｈ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｗ ｅ ｉ ｇ ｈ ｔ ｌ ｏ ｓ ｓ ｉ ｓ ｓ ａ ｍｅ ， ｔ ｈ ｅ ｈ ｉ ｇ ｈ ｅ ｒ
ｔ ｈ ｅ ｐ ｙ ｒ ｏ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｔ ｈ ｅ ｇ ｒ ｅ ａ ｔ ｅ ｒ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ．Ａｔ ｃ ｅ ｒ ｔ ａ ｉ ｎ ｈ ｅ ａ ｔ ｉ ｎｇ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ， ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ ｏ ｆ
ＧＡＯ Ｙａ ｎ ， ＬＵ Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｈｕ ｉ
（ １ ． Ｔ ｕ ｎ ｌ ａ ｎ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐ ｌ ａ ｎ ｔ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｃ ｏ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ， Ｃ ｕ ｊ ｉ ａ ｏ ０ ３ ０ ２ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
大 。通 过 对 比实验 １ （ 将 样 品从 常 温加 热 至 ８ ５ ０ ｏ Ｃ并保 温 ３ ０ ｍｉ ｎ ） 和 实验 ２ （ 直接放 入 ８ ５ ０ ｃ Ｃ高
温 中并保 温 ３ ０ ｍ ｉ ｎ ） 的挥 发分 ， 说 明 实验 ２的挥发 性物 质 比 实验 １平 均值 升 高 约 １ ． ７ ５ ％； 随 着 混合物 中煤 质量 分数 的增加 ， 实 际挥 发 物 质 比理 论挥 发 物质 总体 有 升 高趋 势 ， 说 明 生物 质 的 存 在对 煤 的热解 有 一定程度 的协 同作 用。 关键 词 ： 煤； 生物 质 ； 热解 ； 热重 分析 ； 挥发 性物 质
水热炭化生物质与煤共热解和共气化特性研究
DOI: 10.19906/ki.JFCT.2022002水热炭化生物质与煤共热解和共气化特性研究何 清1，程 晨1，龚 岩1，丁 路1,* ，于广锁1,2（1. 华东理工大学 洁净煤技术研究所, 上海 200237；2. 宁夏大学 省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室, 宁夏 银川 750021）摘 要：煤和生物质共热化学转化有助于当前化石能源系统的低碳化发展。
本研究以烟煤和木质生物质为原料，研究煤和生物质共热解和共气化特性，并考察了不同水热炭化温度和生物质掺混比的影响。
利用热重分析仪和在线质谱分析共热解和共气化的协同作用和氢气释放特性。
采用Model-fitting 方法，单独分析热解和气化阶段的整体反应动力学。
结果表明，煤和生物质共气化阶段的协同作用显著强于共热解阶段。
生物质比例越高，共气化协同作用越明显，水热炭化会削弱共气化的协同作用。
共热解过程，H 2的产生受抑制。
共气化过程可采用一级模型描述，而共热解过程需遵循n 级反应模型。
未处理的或轻度水热炭化的生物质与煤的混合物，共热解整体活化能和反应级数大于加权平均值，而其共气化的活化能变化趋势相反。
重度水热炭化生物质与煤的混合物，共热解和共气化的活化能均接近加权平均值。
关键词：共热解；共气化；产氢；动力学；协同作用中图分类号： TQ530.2 文献标识码： AStudy on co-pyrolysis and co-gasification of hydrothermal carbonized biomass and coalHE Qing 1，CHENG Chen 1，GONG Yan 1，DING Lu 1,*，YU Guang-suo1,2（1. Institute of Clean Coal Technology , East China University of Science and Technology , Shanghai 200237, China ；2. State Key Laboratory of High-efficiency Coal Utilization and Green Chemical Engineering , Ningxia University , Yinchuan750021, China ）Abstract: The co-thermochemical conversion of coal and biomass can contribute to the low carbonization of current fossil energy system. In this work, the bituminous and lignocellulosic biomass were selected to study the co-pyrolysis and co-gasification of coal and biomass, with the consideration of different hydrothermal carbonization (HTC) temperature and biomass blending ratio. The synergistic effect of co-pyrolysis and co-gasification was analyzed by using the thermogravimetric analyzer, and the H 2 release property was investigated by the online mass spectrometer. The model-fitting method was adopted to analyze the overall kinetics during pyrolysis and gasification stage, respectively. The results showed that the synergistic effect of coal and biomass in co-gasification stage was much stronger than that in co-pyrolysis stage. The gasification synergy was enhanced with the biomass blending ratio, while the HTC pretreatment could weaken the synergy. The H 2 production was inhibited during co-pyrolysis.The first-order reaction model could well describe the co-gasification process, while the n -order reaction model was suitable for the co-pyrolysis process. For the blends of raw or the slight HTC biomass and coal, the overall pyrolysis activation energy (E a ) was greater than that calculated by the weighted average, whereas the overall gasification E a showed the opposite trend. For the blends of the severe HTC biomass and coal, the E a of co-pyrolysis and co-gasification were both close to the weighted average value.Key words: co-pyrolysis ；co-gasification ；H 2 generation ；kinetics ；synergistic effect为适应经济社会的可持续发展要求，世界各国正大力发展低碳能源系统。
煤与生物质共热解特性初步研究
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] 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characteristics of t hree different samples—Dayan lignite,sawdust and t he mixt ure of two samples were st paring t he pyrolysis charac2 ters of sawdust and D Y coal,bot h t he product s yield change curves wit h t he temperat ure increas2ing are t he same,but two samples had difference in pyrolysis start and active temperat ure.The synergetic effect was found during coal and biomass co2p rolysis.The effect result s was t hat t he yield of char decreased,t he tar and gas p roduct s increased,and H2and C H4concent ration de2 creased but CO and CO2concentration increased in gas co mposition.KEYWOR DS coal,biomass,co2pyrolysis,synergetic effect s。
煤和生物质共热解研究现状
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。
生物质与煤热重分析及动力学研究.
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。
生物质与煤共热解特性研究_尚琳琳
文章编号:0254-0096(2006)08-0852-05生物质与煤共热解特性研究 收稿日期:2005-10-27尚琳琳,程世庆,张海清(山东大学能源与动力工程学院,济南250061)摘 要:选取4种典型生物质样品(麦秆、稻秆、木质素、造纸废液颗粒),将生物质样品与煤分别以1∶9、3∶7、5∶5的重量比例掺混。
采用热重分析法,在相同升温速率下,对各掺混样品进行热解实验,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;将各生物质样品与煤混合热解的实际微分曲线与按比例折算后曲线进行比较,得出实际微分曲线与折算曲线基本吻合,即生物质对煤的热解无明显影响。
关键词:热重分析;生物质;煤;热解中图分类号:TK6 文献标识码:A0 引 言在我国能源结构中,煤炭资源因其丰富的储量而在将来很长的时期仍将是我国的主导能源之一,同时我国也是一个耗煤大国。
随着经济的发展,煤炭的消耗量还在不断的增长。
自1980年以来煤炭在我国一次能源消耗总量中所占的比例一直稳定在75%左右。
目前我国大气污染的主要根源来自煤的燃烧,因此研究洁净煤技术以及燃烧污染物控制技术日益受到人们的关注。
生物质燃料是光合作用产生的有机可燃物的总称,其来源十分丰富,但目前利用程度不高,大量宝贵的生物质被白白浪费。
生物质是低碳燃料,由于其生长过程中吸收C O2,因此被认为可实现温室气体零排放[1]。
另外,生物质燃料是一种可再生能源,开发利用生物质燃料不仅能缓解能源危机,而且可以减轻环境污染。
单一煤种的热解反应动力学已经得到广泛的研究,特别是热分析技术的应用,使煤的热解动力学研究取得了很大进展[2,3]。
生物质的热解动力学也已得到了广泛研究,赖艳华等人[4],于娟等人[5]的主要研究目标集中在提高整个设备的气化率和气体热值上,同时研究了析出气体的最终成分。
煤与生物质共热解研究进展
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。
煤和生物质共热解研究现状
煤和生物质共热解研究现状
近年来，随着环境污染及能源危机日益严峻，许多国家都在积极研究如何利用可再生能源，以改善环境、节省能源并减少污染。
其中，可再生的生物质能源是目前主要的可再生能源之一。
煤作为一种传统的能源，是世界上使用最广泛的能源之一，也是全球能源结构的重要组成部分。
因此，最近，研究人员着眼于煤与生物质共热解技术，以改善煤的热利用效率，提高热解产物组成的绿色性，增加能量转换效率，减少污染等。
研究表明，煤与生物质共热解技术可以更有效地利用煤，改善热利用效率，减少气态污染物的释放，同时还可以降低PM的排放量。
此外，煤与生物质共热解技术还可以有效地提高热解产物组成的绿色性，提高能量转换效率，减少污染，同时还可以更有效地利用煤炭。
尽管煤与生物质共热解技术取得了一定的成功，但仍存在许多技术难题，如负荷不均衡、混合物燃烧不完全、控制困难等，这些技术难题阻碍了该技术的发展。
因此，为了确保煤与生物质共热解技术可以取得更大的成功，我们需要进一步的研究和改进，以解决这些技术难题，提高热利用效率，
改善热解产物组成的绿色性，增加能量转换效率，减少污染等。
煤与生物质共热解技术可以更有效地利用煤，改善热利用效率，减少污染，改善环境，节省能源，但仍需要面临许多技术难题，需要进一步研究和改进才能发挥技术的最大作用。
生物质与煤热解特性及动力学研究
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]。
生物质与煤混合热解特性及硫污染物析出特性研究的开题报告
生物质与煤混合热解特性及硫污染物析出特性研究的开题报告一、研究背景、研究意义生物质是一种可再生能源，具有广泛的资源来源和多样的种类。
而煤则是传统燃料之一，但其热值高、资源丰富，因此在一定程度上仍然具有一定的市场需求。
将生物质与煤混合热解，既能够减少传统燃料的脱碳排放，还可为生物质提供一个更广泛的利用途径，具有重要的研究价值。
生物质和煤混合热解涉及到了复杂的化学和热力学过程，其反应机理和产品特性的研究对于促进生物质利用和提高燃料热效率有着十分重要的意义。
同时，由于煤中含有大量的硫，硫排放对环境的污染也是煤燃料使用不可避免的问题。
因此，分析混合燃料在热解过程中硫污染物影响因素和特征也很必要。
二、研究内容本研究拟选取某种生物质和煤进行混合热解实验，采用热重-质谱联用技术（TG-MS）和扫描电子显微镜（SEM）等技术手段，探究混合燃料热解过程中的反应特性、化学反应机理和产生的发烟和排放物组成。
同时，着重分析硫污染物的生成特征和析出行为，以及混合燃料中添加生物质对于硫污染物析出的影响因素和机制。
三、拟采取的方法1、混合燃料组成确定：选取某种生物质和煤，确定不同比例的混合燃料组成。
2、实验设备建立：采用TG-MS技术测量混合燃料热重曲线和反应气体组成，并利用SEM观察其形态特征。
3、实验流程设计：制备混合燃料试样，分别进行TG-MS和SEM实验分析，研究混合燃料的热解反应特性和机理，并分析其产生的发烟和排放物的组成。
4、硫污染特性实验：引入硫化物，研究混合燃料在不同温度下硫化物的生成特征和析出行为，并采用X射线衍射（XRD）技术分析混合燃料中硫物质的类型和结构。
四、预期成果1、明确混合燃料的热解反应特性和机理。
2、分析混合燃料的发烟和排放物的组成，为控制燃料的污染物排放提供科学依据。
3、深入探究混合燃料中添加生物质对硫污染物析出的影响因素和机制，为生物质和煤混合燃料的进一步推广和应用提供理论支持。
煤和生物质共热解产气特性分析(终稿)
动力与能源工程学院
环境工程
6404301
200604043022
李新伟
刘耀鑫
刘耀鑫
沈阳航空航天大学
2010年6月
摘要
我国是世界铬盐生产大国，年产量已超过16万吨，然而在其生产过程中产生大
量含铬废渣。全国每年新排放铬渣约60万吨，历年累积堆存铬渣近400万吨。铬渣 中含有0.3~1.5%可溶性cr(VI)，经降雨和地表水的冲刷，cr(VI)进入周围土壤和地下 水，对环境造成严重污染，目前我国受cr(VI)严重污染的土壤达1250多万吨。铬渣
土壤中的重金属较难迁移，具有残留时间长、隐蔽性强、毒性大等特点，而且可 通过食物链发生传递，可直接或间接地危害人类健康甚至生命。 此外，土壤中的污染 物质还可以通过地表径流的冲刷、 浸润而被携带到江河湖海和地下水， 从而由水源污 染而造成对人类生存的严重威胁［I，2］。目前全国受污染的耕地约有1.5亿亩，污水 灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆存占地和毁田200万亩，合计约占耕地总面 积的1/10以上，全国每年因重金属污染而减产粮食1000万t，被重金属污染的粮食
堆场己经列为我国土壤污染重点治理对象。我们国家目前急需修复铬渣污染土壤的关
键技术。
关键词：铬渣，土壤铬污染，
The Analysis of Gas Producing Characteristics on Co-pyrolysis
of Coal and Biomass
Abstract
With the shortage of fossil fuels and severe environmentai pollution, biomass as a clea n, storable and tran smittable ren ewable en ergy resource, has bee n attached to great attention around the world. It is important for our country to study on the co-pyrolysis of coal and biomass while biomass energy can be used effectively, and reduce pollution caused by coal combusti on because of the lose of coal bur ning.
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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]。
生物质的组成、结构等对热解也都有影响。
研究生物质与煤共同作为燃料所具有的特性可为更广泛的利用生物质能提供参考依据。
2 试验
2.1 试验仪器及性能指标
采用美国Perkin-Elmer公司生产的热重－差热联用仪（TG/DTA），其性能指标如下：
测温范围：室温~1500 ℃；称重灵敏度为0.2 mg，最大重量为200 mg；升温速率范围为0.01~100 ℃/min；DTA信号范围1000 V，灵敏度为0.06 V；可在不同气氛下操作，气体最大流速为1000 mL/min。
2.2 试验内容
试验选取棉秆、煤及其煤与棉秆分别以9:1、7:3、5:5（质量比）混合得到的混合物。
各试样的元素分析和工业分析结果见表1，序号1~5分别代表棉秆、煤、煤与棉秆混合物（9:1）、煤与棉秆混合物（7:3）、煤与棉秆混合物（5:5）。
具体试验方案为：将试样（约为10mg）放人加盖的氧化铝坩埚内，并置于热重分析仪的加热炉内。
反应气为高纯度氮气（99.99%），流量为100mL／min，以保证能够及时地将气相产物带走，避免二次反应对试样瞬间失重带来影响。
另外采用高纯氮气作为保护气体。
热解实验采用程序升温，升温速率为20℃／min，终温为900℃。
3 结果与讨论
3.1 生物质与煤的混合热解过程
图1所示为棉秆与煤以不同比例混合热解时的热重（TG）曲线、微分热重（DTG）曲线。
以棉秆为代表的秸秆类生物质与煤混合热解时有以下特点：①棉秆与煤的共热解过程中，有两段剧烈失重。
一段剧烈失重区域与棉秆单独热解的剧烈失重区域大体相同，而第二段失重区域与煤单独热解的剧烈失重区域大体相同；②微分曲线中两个剧烈失重区域，对应的微分曲线的两个峰值的强弱与棉秆掺入比例有关。
随着棉秆掺入比例的增加，第一段剧烈失重区域中的热解速率增加，微分曲线的第一个峰变得相对明显。
图1 各试样热解时的TG、DTG及DTA曲线
Fig. 1 Curves of TG，DTG and DTA of pyrolysis of samples
3.2 生物质与煤的掺混比例对热解特性的影响
热解过程中样品的最大失重率对应的峰值温度为反映热解特性的重要参数。
由实验数据得出，20 ℃/min升温速率下，棉秆单独热解时最大失重率对应的峰值温度为340 ℃，煤的热解峰值温度为460 ℃；棉秆与煤以不同比例混合热解时，DTG曲线有两个峰。
1:9、3:7和5:5掺混比例下，DTG曲线第一个峰的峰值温度分别为350、340、330 ℃，与棉秆单独热解时的峰值温度很接近。
DTG 曲线第二个峰的峰值温度分别为460、455、450 ℃，与煤单独热解时的峰值温度非常接近。
由此我们可以得出：生物质与煤共热解时的热解特性分阶段体现了煤与生物质的热解特性。
表2示出了棉秆单独热解及其与煤混合热解时的特征参数。
可以看出，棉秆与煤共热解时剧烈失重区域中的最大失重率差别很大，但对应的峰值温度与棉秆单独热解时对应的峰值温度却十分接近。
注：各特征参数[5] Ti、(dW/dt)max及Tmax 、Wh%分别代表挥发分开始析出温度、挥发分最大析出速率及其对应温度、900℃时试样的残余含量。
由表2可看出，随生物质所占比例的增加，挥发分开始析出温度呈下降趋势。
生物质中含有较多的挥发分，生物质比例的增加，使单位质量混煤中参加热解反应的挥发分增多，有利于混煤在较低温度热解；随着生物质所占比例的增加，各混煤的挥发分最大析出速率增大，这显然是由于生物质比例的增加使得在相同的时间内有更多的挥发分参与热解而造成的。
3 结论
(1) 生物质与煤的热解特性差异很大：生物质的热解温度低，热解速度快，而煤的热解温度相对较高，热解速度慢；
(2) 生物质与煤共热解过程中，各剧烈失重区域分别与生物质、煤单独热解时剧烈失重区域大体相同，各剧烈失重区域最大失重率对应的峰值温度十分接近。
即生物质与煤混合热解时，总体热解特性分阶段呈现生物质与煤的裂解特性；
(3) 随混煤中生物质所占比例的增加，挥发分开始析出温度呈下降趋势，挥发分最大析出速率增大；生物质的加入使得试样的热解温度降低，热解速度变快。
参考文献：
1. Yao Bin Yang，Vida N. Sharifi，Jim Swithenbank，Converting moving-grate incineration from combustion to gasification –Numerical simulation of the burning characteristics: Waste Management 2007，27:645~655
2. Tony Bridgwater，Biomass for energy: Journal of the Science of Food and Agriculture，2006，86: 1755~1768
3.蒋剑春，生物质能源转化技术与应用，生物质化学工程，2007，3（41）：59~65
4.孙明湖，咸惠军，大工业应用是解决秸秆问题的根本途径，中国生态农业学报，2005，3（13）：196~198
5.张海青，生物质及其与煤混合物燃烧特性研究，硕士学位论文，山东：山东大学，2007。