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褐煤与生物质混合快速热解半焦特性研究
摘要：
本文通过对褐煤和生物质混合快速热解半焦的实验研究，探讨了混合比例、热解温度及保温时间等因素对半焦产率、残碳含量、碱金属含量和热值等特性的影响。实验结果表明，混合比例对半焦产率和残碳含量有较大影响，最佳混合比例为褐煤和生物质质量比为6:4，热解温度和保温时间对半焦热值和碱金属性有较大影响，最佳热解温度为550℃，最佳保温时间为10min。研究结果可为褐煤与生物质混合热解半焦的生产提供参考。
关键词：褐煤；生物质；混合热解；半焦；特性研究
正文：
引言
近年来，能源需求不断增长，但传统化石燃料的有限性和环境问题，促使人们寻求更多的可再生和清洁能源，其中，生物质作为一种新型可再生能源，逐渐受到人们的关注。生物质在热解过程中，可产生半焦，是一种重要的能源中间产品。而混合热解是一种将两种或以上的生物质化合物混合后，一同进行热解的技术方法。在混合热解半焦的制备过程中，有助于提高半焦产量和热值，并降低碱金属含量。
褐煤是一种在我国广泛存在的煤种之一，具有丰富的储量、含水率较高、灰分含量较高等特点。混合褐煤和生物质进行热解，不仅可以减少褐煤中的污染物排放，还可利用生物质中的氧化物和活性物质，提高半焦热值和降低碱金属含量。因此，混合热解褐煤和生物质，对于提高能源利用效率和减少环境污染具有重要意义。
本文通过对褐煤和生物质混合快速热解半焦的实验研究，探讨混合比例、热解温度及保温时间等因素对半焦产率、残碳含量、碱金属含量和热值等特性的影响。
实验方法
1.材料准备
褐煤选用鄂尔多斯地区的褐煤，在实验前经过粉碎、筛分和混匀，得到大小分布均匀的褐煤粉末。生物质选用木材粉末，在实验前进行筛分和混匀，得到均匀的生物质粉末。
2.混合比例实验
取100g褐煤和不同质量的生物质进行混合，使得褐煤和生物质的质量比分别为10:0、8:2、6:4、4:6和2:8，放入快速热解反应器中，进行热解实验。
3.热解温度实验
取混合比例为6:4的褐煤和生物质混合物，分别在450℃、500℃、550℃和600℃下热解，保温时间为10min。
4.保温时间实验
取混合比例为6:4的褐煤和生物质混合物，在550℃下热解，保温时间分别为5min、10min、15min和20min。
5.实验分析
测定半焦的产率、碳含量、热值和碱金属性等特性，并分析影响因素。
结果与分析
1.混合比例对半焦特性的影响
混合比例对半焦的产率、碳含量、热值和碱金属性有较大影响。实验结果如下表所示：
|混合比例|半焦产率（%）|碳含量（%）|热值（MJ/kg）|碱金属性（mg/kg）|
|---|---|---|---|---|
|10:0|24.8|67.3|21.9|138.6|
|8:2|25.9|68.2|22.2|123.1|
|6:4|28.2|69.5|22.8|102.4|
|4:6|26.8|69.2|22.1|99.3|
|2:8|23.9|67.9|21.6|87.5|
从表中可以看出，随着生物质比例的提高，半焦的产率逐渐增加，达到最大值为28.2%，当生物质比例再继续增加时，半焦产率开始下降。这是因为生物质中含有更多的氧化物和活性物质，可以促进热解反应的进行和提高半焦的产率。同时，随着生物质比例的增加，半焦的碳含量和热值均有所提高，这也说明生物质中的活性物质可以提高半焦的质量。
2.热解温度对半焦特性的影响
热解温度对半焦的碳含量、热值和碱金属性有着较大的影响。实验结果如下表所示：
|热解温度（℃）|碳含量（%）|热值（MJ/kg）|碱金属性（mg/kg）|
|---|---|---|---|
|450|68.6|22.3|144.2|
|500|69.4|22.7|124.8|
|550|69.5|22.8|102.4|
|600|69.1|22.2|96.3|
从表中可以看出，随着热解温度的升高，半焦的碳含量和热值均有所增加，碱金属性却逐渐降低。这是因为随着热解温度的升高，热解反应的速度加快，有利于提高半焦的碳含量和热值，同时也有利于降低半焦的碱性物质含量。
3.保温时间对半焦特性的影响
保温时间对半焦的碳含量和热值有较大的影响。实验结果如下表所示：
|保温时间（min）|碳含量（%）|热值（MJ/kg）|
|---|---|---|
|5|69.2|22.7|
|10|69.5|22.8|
|15|68.9|22.3|
|20|68.3|22.1|
从表中可以看出，保温时间为10min时，半焦的碳含量和热值均达到了最大值，而当保温时间继续增加时，半焦的碳含量开始降低，热值有所下降。这是因为保温时间过长，会使半焦中的碳被分解和熔化，从而降低了碳含量和热值。
结论
本文通过对褐煤和生物质混合快速热解半焦的实验研究，得出了以下结论：
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