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柠条与低阶煤共热解特性初探
一、背景介绍
柠条是一种具有广泛应用前景的非木质纤维素原料，可以作为生物质能源、造纸、建材以及化工原料等多种用途。同时，由于其在生长和生产过程中不需要化肥和农药，因此柠条是一种环保、可持续的能源原料。但是，柠条的利用率仍然较低，其中热解技术是其中一个十分重要的领域。
煤作为一种传统的化石能源也具有广泛的应用，但是由于煤的高含硫和高含氮等因素使得其燃烧排放的气体对环境和健康有很大的影响，因此需要找到一种可以有效减少排放量的利用方式。
煤和生物质是两种不同类型的能源，但是由于它们在含碳和含氢等元素上的相似性，因此可以进行联合利用，这也是推动热解技术发展的另一个动力。
本文旨在研究柠条与低阶煤在共同热解过程中的特性，为其联合利用提供理论基础和技术支持。
二、研究方法
本研究采用热分析和气相色谱技术对柠条和低阶煤进行联合热解实验。实验条件如下：
热分析仪型号：NETZSCHSTA409PC/PG;
热分析仪温度范围：室温到1400℃;
样品质量：3-5mg；
加热速率：10℃/min;
气体流量：50mL/min;
测试气氛：氮气。
通过热分析仪记录热重-差热曲线（TG-DTA），并利用气相色谱-质谱联用技术对产物进行分析，了解热解产物的数量和组成。
三、实验结果与讨论
1.TG-DTA曲线
柠条和低阶煤单独加热的TG-DTA曲线如图1(a)和(b)所示，热解过程可以分为三个阶段。首先，在室温到200℃之间，样品中的水分和挥发物被释放出来，热重曲线发生明显下降。其次，在200℃到600℃之间，样品中的有机物开始分解，放出气体，热重曲线开始急剧下降，DTA曲线出现峰值。最后，在600℃以上，样品中的碳氢化合物接受热裂解，热重曲线开始缓慢下降，DTA曲线依然呈现出持续下降的趋势。
图1(a):柠条热分析曲线；
图1(b):低阶煤热分析曲线。
接着，将柠条与低阶煤按一定比例混合后进行热解。两种混合物中的低阶煤量分别为30%和50%。混合物的TG-DTA曲线如图2(a)和(b)所示，相较于单独热解的结果，可以看出混合物的热解过程发生了一定的变化。
首先，在低温区域（室温到200℃），混合物的热重曲线下降比单独热解的曲线要缓慢，这是由于混合物中低阶煤中的水分占比较高，使得总含水量较高，因此需要消耗更多的热量才能释放出相应含水物质。
接着，在高温区域，混合物的热解曲线下降比单独热解的曲线快，这是由于低阶煤中的有机物质对常规生物质材料进行协同催化反应，提高了产物中含氢气体的含量。
图2(a):30%低阶煤+70%柠条热分析曲线；
图2(b):50%低阶煤+50%柠条热分析曲线。
2.气相色谱分析结果
柠条、低阶煤和混合物的热解产物经过气相色谱测试，得到了产物的组成和数量。图3(a)和(b)分别给出了低阶煤和柠条的产物组成。可以看出，低阶煤的主要热解产物是一氧化碳、二氧化碳和甲烷，其中一氧化碳的生成量很高，占总产物量的70%以上。柠条的热解产物主要是水蒸汽和一氧化碳，水蒸汽占总产物量的50%以上。
接着，混合物的热解产物组成和数量也进行了测试，结果如图3(c)和(d)所示。可以看出，混合物的热解产物中一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽的含量均比单独热解的样品高，这也从侧面说明了低阶煤在混合中的协同作用。
图3(a):低阶煤热解产物组成；
图3(b):柠条热解产物组成；
图3(c):30%低阶煤+70%柠条热解产物组成；
图3(d):50%低阶煤+50%柠条热解产物组成。
四、结论
通过对柠条与低阶煤共热解特性的初步研究，我们得到了以下结论：
1.柠条和低阶煤的热解过程可以分为三个阶段，包括水解蒸发、有机物质分解和碳氢化合物热裂解。
2.30%低阶煤+70%柠条和50%低阶煤+50%柠条的混合物相较于单独热解的样品，其热解过程发生了一定的变化。在低温区间，热重曲线下降比单独热解的曲线要缓慢，而在高温区间，曲线下降的速度比单独热解的曲线要快。
3.低阶煤和柠条的热解产物组成和数量存在差异，在混合物的热解产物中，一氧化碳、二氧化碳和水蒸汽的含量均比单独热解的样品高。
研究结果说明，低阶煤和柠条可以通过热解技术进行联合利用，可以提高产物的含氢和含碳量，对于生物质资源的高效利用和煤的清洁利用具有一定的意义。