煤炭是一种低成本且易于获取的化石能源，在世界需求中发挥着重要的作用，但其高能耗、高排放、高污染会造成严重的环境问题。目前，研究人员正试图用可再生和绿色燃料来取代价格高、环境危害大和温室气体排放高的化石燃料和石油燃料。在各种替代能源中，生物质作为一种可再生的碳中性能源而受到广泛关注。
热解技术是热化学方法的一种，是现阶段生物质与煤利用技术中的一条重要技术路线，对于实现生物质和煤规模化和高值化利用具有重要意义。研究表明[1]，生物质与煤的共热解过程存在广泛的交互作用，生物质与煤的混合对其热解挥发分产物产率、分布、热解反应速率及热解活化能等都产生了影响。一些研究表明[2-5]，生物质与煤共热解的产物呈线性叠加关系，且共热解过程中不存在协同效应。另有研究报道，生物质与煤共热解过程中存在协同效应，协同效应的存在主要取决于原料混合比、热解温度、压力和加热速率等参数，通过热解得到的液体产物可直接用作化学原料或燃料添加剂[6-9]。因此，本文对生物质和煤单独热解及共热解相关研究工作进行综述，以期为进一步研究并深入认识生物质与煤共热解过程提供思路。
1生物质热解特性研究
生物质热解是20世纪70年代石油危机以后蓬勃发展的可再生能源技术。大多数关于实际生物质热解的研究都集中在宏观的热降解过程上，而对微观热解方面的研究仍然非常有限。Liu[10]等使用热重分析（TGA）获得了玉米秸秆粉，杨木屑和稻壳的热解特性，且他们基于热重实验数据，通过使用Kissinger-Akahira-Sunose（KAS），Flynn-Wall-Ozawa（FWO），Friedman和Coats-Redfern（CR）方法进行动力学分析，发现生物质热解的活化能分布在70-100KJ/mol之间。Mei[11]等将烘焙后的生物质固体产物用于热解气相色谱质谱法中的热解实验，结果表明，较低温度（200-290℃）的预处理仅影响通过后续热解获得的液体产品中氧的含量，而较高温度（320-390℃）的预处理影响其他成分。Peng[12]等人设计了基于微分热重曲线高斯多峰拟合的生物质提取物非线性逐步加热程序，利用该逐步加热程序对生物质中不同化学物质在热解过程中的耦合进行了系统研究，结果表明，对于水溶性提取物，随着热解过程中温度的升高，挥发性物质释放、水溶性碳水化合物、酚类物质和含氮物质的热分解依次进行；对于脂溶性提取物，热解包括内源性物质的挥发和不同脂质热分解成烯烃。
2煤热解特性研究
煤的热解是将煤中富氢组分以煤焦油的形式提取出来的有效方式，同时可得到清洁的半焦和煤气，是煤炭清洁利用的有效方式。Reddy，B.Rajasekhar[13]等采用微波共热解技术对印尼煤（IC）、印度中灰煤（MAC）和焦煤（CC）热解焦油产率和品质进行了研究，结果表明，IC热解焦油主要以酚类为主，而HAC、MAC和CC热解焦油主要以芳香烃、酚类和脂肪烃为主。Tianju[14]等人利用热重分析仪和傅里叶变换红外光谱仪（TG-FTIR）对淖毛湖煤的热解研究发现，升温速率的增大会使挥发分在短时间内释放，说明淖毛湖煤在较高升温速率下的停留时间变短；所得焦油的GC-MS分析结果表明，该煤样的化学组分多为酚类化合物。 Mongush G. R [15]等人通过拉曼光谱和X射线衍射仪对Kaa-Khem煤及其碳衍生物的结构进行了分析，结果表明，煤的类型和热解条件显著影响残炭的产率和结构，在碳衍生物的生成过程中，反应器中的压力由于挥发物的释放而发生变化，随着反应器中压力和温度的增加，残炭变得更稠密，反应区挥发物释放后，可在相对温和的条件下形成石墨状碳相。
3生物质与煤共热解特性研究
生物质与煤之间存在差异与相似并存的情况，使得研究两者的共热解机制具有较高价值。Si，A[16]等人采用热重与质谱联用分析仪（TG-MS）研究了生物质与煤混合热解中小分子气体的释放特性，结果表明，生物质与煤共热解过程中气体的释放曲线与单独热解过程中相似，共热解过程中产生的CH4和CO2，实验值略高于理论值。Wei[17]等人基于分类回归树和极端树建立了两种预测生物质与煤共热解的行为的随机森林算法，测试结果表明，两种模型都能很好地预测共热解（R2＞0.999），极端树模型表现出更好的准确性、泛化性和更少的过拟合。Zhu[18]等人通过三种模式（M、L、U）将淖毛湖煤（NMH）和雪松锯末（CS）混合热解，结果表明，CS和NMH共热解过程中挥发分之间的协同作用需要足够的空间，对于M型模式，CS热解挥发分优先在NMH表面形成炭，从而抑制煤地热解；L型和U型模式增强了生物质与煤共热解的协同作用，CS热解挥发分充当氢供体以提高焦油产量；U型模式对CS和NMH共热解焦油产率高达44.68wt%。He[19]等人使用电子自旋共振仪（ESR）、热重分析仪（TG）及固定床反应器探究了褐煤与生物质共热解过程中自由基之间的相互作用及其热解产物的产率和性质，ESR和TG分析结果表明，在共热解过程中自由基的组合导致自由基浓度和质量损失降低，自由基相互作用的主要温度范围为380-600℃；固定床反应器共热解结果表明，除水之外，热解气、焦油和焦炭的产率高于理论值，这证实了生物质与煤之间存在协同作用。
4结语
生物质与煤的共热解技术能够有效提高热解效率和热解产物的品质。本文综述了生物质与煤单独热解及共热解过程的研究进展，总结了生物质和煤热解工艺和产物的特性。现有关于生物质与煤共热解模型的研究，对于生物质与煤共热解机理尚未达成一致的结论。因此，优化生物质与煤热解模型将会在不增加成本的条件下大大提高二者的利用率，促进共热解工艺技术的发展。此外，催化剂也可在一定程度上增大生物质与煤的热解温度重叠区间而增强它们的相互作用，从而提高热解产物的品质。所以，寻找合适的热解催化剂对生物质与煤共热解相互作用之间强度的提高具有重要作用，这也是共热解研究方向之一。
[参 考 文 献]
[1]Junhao, Hu & Yaohui et al., "Influence of volatiles-char interactions between coal and biomass on the volatiles released, resulting char structure and reactivity during co-pyrolysis," Energy Conversion & Management(2017).
[2]Hs A., Ma B. & Jr B. et al., "Co-pyrolysis and synergistic effect analysis of biomass sawdust and polystyrene mixtures for production of high-quality bio-oils," Process Safety and Environmental Protection, Vol.145(2021), pp.1-11.
[3]Yang J., Rizkiana J. & Widayatno W. B. et al., "Fast co-pyrolysis of low density polyethylene and biomass residue for oil production," Energy Conversion and Management, Vol.120, No.JUL.(2016), pp.422-429.
[4]Oyedun A. O., Gebreegziabher T. & Ng D. et al., "Mixed-waste pyrolysis of biomass and plastics waste – A modelling approach to reduce energy usage," Energy, Vol.75(2014).
[5]Mn A., Rs A. & Kd B. et al., "Synergistic effect on thermal behavior and product characteristics during co-pyrolysis of biomass and waste tire: Influence of biomass species and waste blending ratios,"(2021).
[6]Zhang, Jun & Chen et al., "Co-pyrolysis of waste newspaper with high-density polyethylene: Synergistic effect and oil characterization," Energy conversion & management(2016).
[7]Li H., Li J. & Fan X. et al., "Insights into the synergetic effect for co-pyrolysis of oil sands and biomass using microwave irradiation," Fuel, Vol.239, No.MAR.1(2019), pp.219-229.
[8]Akyürek Z., "Synergetic Effects during Co-Pyrolysis of Sheep Manure and Recycled Polyethylene Terephthalate.," Multidisciplinary Digital Publishing Institute, No.14(2021).
[9]Wang X., Ma D. & Jin Q. et al., "Synergistic effects of biomass and polyurethane co-pyrolysis on the yield, reactivity, and heating value of biochar at high temperatures," Fuel Processing Technology, Vol.194(2019), p.106127.
[10]Liu L., Pang Y. & Lv D. et al., "Thermal and kinetic analyzing of pyrolysis and combustion of self-heating biomass particles," Process Safety and Environmental Protection, Vol.151(2021), pp.39-50.
[11]Mei Y., Yang Q. & Yang H. et al., "Impact of cellulose deoxidization temperature on the composition of liquid products obtained by subsequent pyrolysis," Fuel Processing Technology, Vol.184(2019).
[12]Yuhan P., Xiaodong T. & Runquan X. et al., "Analysis of pyrolysis behaviors of biomass extractives via non-linear stepwise heating program based on Gaussian multi-peak fitting of differential thermogravimetric curve," Thermochimica Acta, Vol.702, No.prepublish(2021).
[13]Reddy R. S. & Vinu R., "Evidence of interactions in microwave-assisted Co-Pyrolysis of different varieties of coals," Journal of the Energy Institute, Vol.95(2020).
[14]Chen T., Zhang K. & Zheng M. et al., "Thermal properties and product distribution from pyrolysis at high heating rate of Naomaohu coal," Fuel, Vol.292, No.4(2021), p.120238.
[15]Mongush G. R., Chuldum K. K. & Nikitin A. P. et al., "Structure of Carbon Residue from the Pyrolysis of Kaa-Khem Coal in the Presence of Volatile Products,"(2021).
[16]Sl A., Jl B. & Hc B. et al., "Understanding the release behavior of biomass model components and coal in the co-pyrolysis process,"(2022).
[17]Wei H., Luo K. & Xing J. et al., "Predicting co-pyrolysis of coal and biomass using machine learning approaches," Fuel, Vol.310(2022), p.122248.
[18]Zhu J., Zhao S. & Wei B. et al., "Enhanced co-pyrolysis synergies between cedar and Naomaohu coal volatiles for tar production," Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, Vol.160(2021), p.105355.
[19]He W., Yin G. & Zhao Y. et al., "Interactions between free radicals during co-pyrolysis of lignite and biomass," Fuel, Vol.302, No.3(2021), p.121098.
