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
中图分类号：TK6

 

 

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。虽然各国学者对煤与生物质的共热解，做了很多实验研究，但是对反应
机理和有无协同性等问题并未作出结论。
    由于煤的种类众多，生物质与煤共热解的特性与煤的种类也应该有关，且还没学者对
共热解过程进行深入的动力学分析，因此，本实验选用稻秸秆作为生物质试样，与褐煤
及无烟煤分别进行了共热解的实验研究，寻求共热解的影响因素并进行了动力学分析。

 

二 实验部分
1  实验样品
   实验所考察的稻秸秆来自常州地区的稻子，褐煤选自云南富源煤矿，无烟煤来自山西
长治的潞安矿。三者粒径均在 20 目到 60 目之间，将物料干燥后制成不同比例的试样，以
备热重实验使用。表 1 为三种物料的工业分析参数；

名称

Mad

Aad

Vad

Fcad

稻秸杆

18.16

15.97

53.52

11.85

褐煤

14.16

24.63

10.32

50.89

无烟煤

0.84

6.27

14.50

78.39

表 1   

 

试样的工业分析

Table 1  Industrial  analysis  of  test  samples 

2  实验方法及仪器
   采用德国制 STA-49 综合热分析仪，进行实验。将试样置于热天平支架的坩埚内，通入