煤与生物质共热解研究进展

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1、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対比较成熟，山于煤是山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。热解是牛•物质与煤利用技术小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弋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。影响牛物质与煤热解过程及产物的因索有：①牛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

2、克服生物质能量密度低的问题，又能发挥生物质木身的特点，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主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耍在丁•二者的协同作用。対于协同作用问题，主要存在两种观点：一种认为生物质为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・1⑴比较了生物质和煤的热失重Illi线，可以看出，煤和牛物质的DTGIlli线图屮都出现了两个峰，也即脱水峰和脱

3、挥发分峰。在50〜200°C的低温阶段，煤和牛:物质都出现不同程度的脱水峰，这是由于煤和生物质木身都含冇水分所致，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，且牛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瞇键(R-O-R)结合，其结合键能较小(38()〜420kJ/mol),在较低的热解温度下就断裂。因此，成分中含冇较多纤维索和半纤维索的玉米秸秆(CS)在220°C左右就已

4、开始热解，并在540°C左右就已基本热解完毕。而成分中含有较多木质素的木屑(SD)的热解起始温度稍高于CS,在230°C左右开始析出挥发分，并在590°C左右就已基本热解完毕。煤主要是C=C键(键能为1000kJ/mol)相连的多坏芳香碳氢化合物构成的大分了芳香聚合物，分了结合较强，在较低温度下很难断裂，因此煤热解温度较高。从表2-1工业分析可知，牛•物质的挥发分含量要远远大于煤。以上因索都可能导致主物质更高的总热解转化率。从DTG曲线來看，两种生物质的挥发分开始析出温度为在225°C左右，其最大热解峰温分别为340°C左右(CS)和370°C左右(SD)左右，两种煤的

5、挥发分开始析岀温度分别为350°C左右(LC)和440°C左右(MC),其热解峰温分别约为470°C(LC)和580°C(MC)。煤的挥发分开始析出温度比生物质要高130〜210°C,其主要热解阶段温度比生物质要高130~240°C。可见，生物质和煤的热解过程中主要热解阶段温度相羌较人，当煤开始热分解时，牛物质的大部分已经热解掉了。因此，使两种物料在相同或相近的温度范围内共热解，牛物质屮富裕的氢才会尽可能有效的被煤利用而使两者共热解过程中发生协同效应。10090O605040302050K/min-hf-CSLC-50100200300他500600700temp./°

6、C-1O-2O-3O-4O(U至苗050K/min-<-CSy—SD——LC-5^MC10100200300400500600700temp./°C图2-1煤及牛物质的TG及DTGIlli线图比较2.2升温速率对煤、生物质热解过程的影响分析升温速率是热解过程的重要影响因素。图2-2和图2・3为长焰煤(LC)及贫煤(MC)两种煤在不同升温速率下的热重曲线。山图发现，随着升温速率的增加(10〜50°C/min),LC和MC的最大失重速率DTGmax增大，最大热解速率对应温度Tmax向高温方向移动，LC的Tmax从450°C升高到480°C,MC的Tmax从540°C升高到5

7、60°Co比较两种煤的DTG曲线可知,随着升温速率的增加，DTG峰宽变大，LC的DTGmax增人较MC明显。说明煤阶对热解过程有重耍影响，高阶煤的热解温度比低阶煤更高，且挥发分析出较少。对贫煤，在温度v530°C时，不同升温速率的TG曲线变化基本一致，但温度较高时的TG曲线有较大变化。012345(UE求OHO101009892一3050"C/min"C/min"C/min100200300400tentp•/C5006007000-亠•-LJ■u:——o■■■■■—10•30—50"C/minX?/min"C/mim1002003004