“碳中和愿景下煤和生物质协同热化学转化”专刊

来源：燃料化学学报

力争 2030 年前实现碳达峰、2060 年前实现碳中和的目标，是党中央深思熟虑的重大战略决策，实现“双碳”目标的技术创新也成为当前的研究热点。煤是中国最主要的化石能源，生物质是唯一可再生的含碳能源，煤和生物质协同热化学转化 ( 热解、气化、燃烧等 ) 是实现化石能源和非化石能源耦合高效利用的重要技术手段，对于实现“双碳”目标具有重要现实意义。目前，国内外研究人员围绕煤和生物质协同热化学转化展开了大量研究，并取得了积极研究进展。研究成果丰富并发展了含碳物质协同能源化利用的理论体系，为推动相关技术的工业应用提供了重要支撑。

为了促进煤和生物质协同热化学转化相关的前沿研究、跨学科和原创研究的成果交流，在《燃料化学学报》编辑部的大力支持下，组织了“碳中和愿景下煤和生物质协同热化学转化”专刊。本专刊从 2021 年 7 月开始征稿，历时 8 个多月完成了论文的征稿和审稿，得到了西安交通大学、厦门大学、华东理工大学、中国矿业大学、太原理工大学、中国科学院山西煤炭化学研究所、华北电力大学、新疆大学、沈阳化工大学、菏泽学院等专家同仁的大力支持。共计收录了 13 篇论文，包括综述论文 2 篇、研究性论文 11 篇，涵盖了煤、生物质及其混合物 ( 共 ) 热解 / 气化反应机理、污染物排放及控制、矿物质迁移转化等方面的研究成果。

行业视野: 煤化工
类别; 58个
关键词; 71位
专家; 13篇
论文; 2258IP
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水热炭化生物质与煤共热解和共气化特性研究

作者(Author)：何清, 程晨, 龚岩, 丁路, 于广锁

摘要：煤和生物质共热化学转化有助于当前化石能源系统的低碳化发展。本研究以烟煤和木质生物质为原料，研究煤和生物质共热解和共气化特性，并考察了不同水热炭化温度和生物质掺混比的影响。利用热重分析仪和在线质谱分析共热解和共气化的协同作用和氢气释放特性。采用Model-fitting方法，单独分析热解和气化阶段的整体反应动力学。结果表明，煤和生物质共气化阶段的协同作用显著强于共热解阶段。生物质比例越高，共气化协同作用越明显，水热炭化会削弱共气化的协同作用。共热解过程，H2的产生受抑制。共气化过程可采用一级模型描述，而共热解过程需遵循n级反应模型。未处理的或轻度水热炭化的生物质与煤的混合物，共热解整体活化能和反应级数大于加权平均值，而其共气化的活化能变化趋势相反。重度水热炭化生物质与煤的混合物，共热解和共气化的活化能均接近加权平均值。

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CO2/H2O气氛下红沙泉煤中碱（土）金属的分布及其气化反应特性

作者(Author)：关昱, 张彦迪, 刘银河

摘要：使用高温气化固定床实验系统开展了CO2/H2O气化条件下，红沙泉煤中碱（土）金属（AAEMs）的分布情况及其对煤焦气化反应活性的影响。结果表明，气化温度低于灰熔点温度时，Na元素在煤焦表面离散分布，不存在明显的团簇富集现象；气化温度高于灰熔点温度时，Na元素在煤焦表面表现出轻微的富集现象。气化过程中K元素离散分布在煤焦表面，Ca和Mg元素在煤焦表面的富集现象比较明显，含Ca、Mg类矿物迁移团簇在煤焦表面凹陷处，形成尺寸较大的灰球，Ca、Mg元素在分布上存在一定的依赖性。气化残余焦的表观活化能和指前因子随着碳转化率的增加而增加，煤焦的反应活性变低。

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Fe改性Zr基蒙脱土对新疆和丰煤热解行为的影响

作者(Author)：张照曦, 钟梅, 亚力昆江·吐尔逊, 李建

摘要：采用机械球磨法制备不同Fe盐改性Zr基蒙脱土催化剂，通过X射线衍射仪（XRD）、物理吸附仪（BET）、化学吸附仪（NH3-TPD、H2-TPR）和X射线光电子能谱仪（XPS）分析其组成和结构。结果表明，与24ZrAM相比，以FeCl3·6H2O和FeCl2·4H2O为铁源时，3Cl--24ZrAM和2Cl--24ZrAM中生成了Fe–O–Zr结构。Fe的硫酸盐存在时，催化剂的比表面积显著减小。引入Fe后，催化剂的总酸量均降低，3Cl--24ZrAM的酸量与强酸强度最高。H2-TPR显示，3Cl--24ZrAM、2Cl--24ZrAM和3NO3--24ZrAM中Fe2O3还原为Fe3O4的温度均低于500℃。在固定床反应器中考察了催化剂对新疆和丰煤热解行为及含不同桥键模型化合物的断键机制的影响。与24ZrAM相比，不同Fe源改性蒙脱土均能降低焦油中沥青的质量分数，其中，3Cl--24ZrAM的裂解活性最高，轻质焦油分率增加至63%，比24ZrAM提高了18.9%，轻油和酚油质量分数分别为24ZrAM的1.3倍和1.4倍，长链烃含量进一步降低，降幅为0.7%。引入Fe后，苄基苯基醚（BPE）、联苄和联苯的转化率分别比24ZrAM提高了5%、1.6%和43.9%。

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农林废弃生物质与煤共气化灰渣的理化特性研究进展

作者(Author)：洪千惠, 刘霞, 唐龙飞, 陈雪莉

摘要：农林废弃生物质与煤共气化通过充分利用两者的相似性和互补性，实现原料转化过程的节能、低碳、清洁高效。原料灰渣的理化特性是影响共气化稳定运行的关键因素之一，成为了共气化研究关注的重点。本综述主要从农林废弃生物质灰与煤灰的共性与差异、混合灰渣熔融与黏温特性、混合灰中碱/碱土金属对共气化反应性和结渣过程烧结行为的影响等方面，梳理了世界各国农林废弃生物质与煤共气化灰渣理化特性的研究现状。总结分析了添加农林废弃生物质对混合灰熔融流动、烧结行为的影响机制，归纳了混合灰熔融特征、黏温及结渣特性的预测模型与方法，并提出了农林废弃生物质与煤共气化灰渣的未来研究重点。

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高硫煤热解过程活性氢/氧对有机硫变迁行为影响研究述评

作者(Author)：张文静, 程亚楠, 孔娇, 王美君, 常丽萍, 鲍卫仁

摘要：随着优质煤资源的消耗，高硫煤的清洁高效转化备受关注，尤其是高硫炼焦煤中有机硫的调控至关重要。煤热解过程中，有机硫的变迁始于煤大分子结构中C–S键的断裂和含硫自由基的稳定，活性氢/氧是影响其转化赋存形态的重要因素。研究表明，煤在富氢/氧氛围下热解或与生物质、含氧有机物共热解的体系中，含有的活性氢/氧可弱化有机硫的C–S键，促进其断裂并及时结合生成的含硫自由基，促进煤中硫分向气相变迁，减少了含硫自由基与煤基质的二次反应。同时，高挥发分煤与高硫煤共热解过程中，相对丰富的挥发分中的活性氢/氧也会影响高硫煤中有机硫的变迁，降低焦炭中的硫含量，这为煤中硫分定向调控提供了理论基础。

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