煤與生物質(zhì)共熱解工藝的研究進(jìn)展煤與生物質(zhì)是兩種不同的能源來(lái)源，分別具有不同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。煤資源豐富，能夠提供大量的熱能，但同時(shí)也會(huì)造成環(huán)境污染。生物質(zhì)資源相對(duì)煤資源來(lái)說(shuō)更加環(huán)保，具有可再生的優(yōu)勢(shì)，但其能量密度較低，需要大量的空間來(lái)儲(chǔ)存。因此，將煤與生物質(zhì)共同利用是一種有前途的能源利用途徑。

煤與生物質(zhì)共熱解工藝是一種將煤和生物質(zhì)混合熱解以獲得能源的方法，并且可以同時(shí)減少環(huán)境污染。煤和生物質(zhì)的混合熱解過(guò)程中，煤可以提供高溫高壓條件以促進(jìn)生物質(zhì)的熱解，并且生物質(zhì)可以在煤的熱解過(guò)程中提供可再生能源，從而實(shí)現(xiàn)了兩種能源的互補(bǔ)利用。

目前，煤與生物質(zhì)共熱解工藝已經(jīng)成為了一種研究熱點(diǎn)，并且取得了一些進(jìn)展。下面將從熱解反應(yīng)機(jī)理、工藝特點(diǎn)、熱解產(chǎn)物、環(huán)境影響等四個(gè)方面介紹煤與生物質(zhì)共熱解工藝的研究進(jìn)展。

一、熱解反應(yīng)機(jī)理

煤的熱解過(guò)程通常可以分為三個(gè)階段：干餾、胺基酸轉(zhuǎn)化和丙烯酸轉(zhuǎn)化。干餾是指煤在溫度升高的過(guò)程中，揮發(fā)性物質(zhì)從煤中逸出的過(guò)程。胺基酸轉(zhuǎn)化是指在煤的熱解過(guò)程中，一些氨基酸被分解成小分子的氣態(tài)產(chǎn)物。丙烯酸轉(zhuǎn)化是指在煤的熱解過(guò)程中，氫、氧和碳等元素發(fā)生重組反應(yīng)，生成丙烯酸等有機(jī)酸。

生物質(zhì)的熱解過(guò)程也可以分為三個(gè)階段：水分蒸發(fā)、分解和炭化。水分蒸發(fā)是指在生物質(zhì)的熱解過(guò)程中，水分首先被升溫并逸出。分解是指在生物質(zhì)的熱解過(guò)程中，碳水化合物分解成低分子量的有機(jī)化合物。炭化是指在生物質(zhì)的熱解過(guò)程中，有機(jī)物從固態(tài)轉(zhuǎn)化為炭黑。

煤與生物質(zhì)共熱解的機(jī)理主要包括交聯(lián)聚合和物化反應(yīng)兩種。交聯(lián)聚合是指在煤和生物質(zhì)的熱解過(guò)程中，由于反應(yīng)溫度較高，碳骨架之間會(huì)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，從而形成硬質(zhì)材料。物化反應(yīng)是指在煤和生物質(zhì)的熱解過(guò)程中，大量的氣態(tài)產(chǎn)物在高溫高壓下發(fā)生反應(yīng)，從而形成液態(tài)和固態(tài)產(chǎn)物。

二、工藝特點(diǎn)

煤與生物質(zhì)共熱解的工藝包括生物質(zhì)和煤的共同熱解、單獨(dú)熱解后的混合、煤、生物質(zhì)和化學(xué)添加劑的一體化熱解等方式。其中，共同熱解是較為常見(jiàn)的一種方式。

煤與生物質(zhì)共同熱解的工藝特點(diǎn)包括：熱解溫度較高、熱解速率較快、產(chǎn)物分布廣泛、熱效率高等。此外，煤與生物質(zhì)共同熱解的工藝具有較好的環(huán)保性能，可以同時(shí)減少大氣污染和溫室氣體排放。

三、熱解產(chǎn)物

煤和生物質(zhì)的熱解產(chǎn)物包括氣態(tài)產(chǎn)物、液態(tài)產(chǎn)物和固態(tài)產(chǎn)物。氣態(tài)產(chǎn)物主要包括一氧化碳、二氧化碳、甲烷等；液態(tài)產(chǎn)物主要包括苯系及其衍生物、醛類化合物、酯類化合物等；固態(tài)產(chǎn)物主要包括焦炭、焦油等。

煤與生物質(zhì)共同熱解的產(chǎn)物相對(duì)于純煤和純生物質(zhì)熱解產(chǎn)物，具有更高的熱值、更高的穩(wěn)定性和更好的可用性。其中液態(tài)產(chǎn)物作為化學(xué)原料可以被用于生產(chǎn)新型聚合物、高性能瀝青、高級(jí)燃料等，而固態(tài)產(chǎn)物可以用于生產(chǎn)活性炭、高焦墨等。

四、環(huán)境影響

煤和生物質(zhì)熱解過(guò)程中產(chǎn)生的氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物都會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。其中氣態(tài)產(chǎn)物容易造成空氣污染，而液態(tài)產(chǎn)物則容易對(duì)地下水資源造成較大影響。

然而，煤與生物質(zhì)共熱解工藝可以有效地減少排放物的污染，并且將廢棄物轉(zhuǎn)化為了有用資源。煤和生物質(zhì)熱解后產(chǎn)生的固體殘留物可以加工制成陶瓷等高附加值產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用。

綜上所述，煤與生物質(zhì)共熱解工藝是一種有前途的能源利用途徑，具有互補(bǔ)利用、高效節(jié)能、環(huán)保減排等優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)煤和生物質(zhì)的共熱解技術(shù)將會(huì)得到快速的發(fā)展和普及。煤和生物質(zhì)都是重要的能源資源，在全球范圍內(nèi)廣泛使用。但是，這兩種能源資源在能源密度、環(huán)境影響、可再生性等方面存在著不同的特點(diǎn)。煤作為一種化石燃料，具有高熱值和資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，但燃燒過(guò)程中會(huì)釋放大量的二氧化碳和其他有害氣體，對(duì)環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染和氣候變化的影響。而生物質(zhì)作為一種可再生能源，具有更低的碳排放量和更好的環(huán)保性能，但其能量密度相對(duì)較低，儲(chǔ)運(yùn)成本較高。

針對(duì)煤和生物質(zhì)這兩種能源的缺點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，煤與生物質(zhì)共熱解工藝應(yīng)運(yùn)而生。這種工藝將煤和生物質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了資源的互補(bǔ)利用和環(huán)保減排的目標(biāo)。下面將從國(guó)內(nèi)和國(guó)際兩個(gè)角度，分別列出相關(guān)的數(shù)據(jù)并進(jìn)行分析。

一、國(guó)內(nèi)數(shù)據(jù)和分析

1.煤的儲(chǔ)量和產(chǎn)量

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，我國(guó)煤炭資源總儲(chǔ)量為16354.82億噸，其中，探明儲(chǔ)量為14982.50億噸，儲(chǔ)量占世界總儲(chǔ)量的15.7%。同年，我國(guó)的原煤產(chǎn)量為38.47億噸，位居世界第一。

2.生物質(zhì)能的利用

我國(guó)秸稈、木材、餐廚垃圾、沼氣等多種生物質(zhì)資源廣泛存在，具有豐富的潛在能量。根據(jù)國(guó)家發(fā)改委的數(shù)據(jù)顯示，截至2019年底，我國(guó)生物質(zhì)能利用總量超過(guò)1.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中，生物質(zhì)發(fā)電和生物質(zhì)液體燃料利用量分別為684萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤和149萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

3.煤與生物質(zhì)共熱解技術(shù)的應(yīng)用

我國(guó)的煤與生物質(zhì)共熱解技術(shù)應(yīng)用較為普及，在能源、化工、建材等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，山西煤科院研發(fā)并建設(shè)的煤生物質(zhì)共熱解示范工程已投產(chǎn)達(dá)到60萬(wàn)噸/年的規(guī)模，實(shí)現(xiàn)了低碳高效清潔生產(chǎn)。

4.煤與生物質(zhì)共熱解工藝的環(huán)保效益

煤和生物質(zhì)熱解過(guò)程中產(chǎn)生的氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物都會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。然而，煤與生物質(zhì)共熱解工藝可以有效地減少排放物的污染，并且將廢棄物轉(zhuǎn)化為了有用資源。例如，用于生物質(zhì)液體燃料生成的殘留物可以用于生產(chǎn)生物質(zhì)顆粒、膨化食品等產(chǎn)品，從而實(shí)現(xiàn)了資源的綜合利用。

二、國(guó)際數(shù)據(jù)和分析

1.煤的儲(chǔ)量和產(chǎn)量

截至2020年底，全球煤炭資源總儲(chǔ)量為104萬(wàn)億噸，其中，探明儲(chǔ)量為7894億噸。而全球煤炭產(chǎn)量在2020年下降了4.9%，主要是受新冠疫情和環(huán)境政策的影響。

2.生物質(zhì)能的利用

全球生物質(zhì)能的利用比例逐年提高。據(jù)IEA的數(shù)據(jù)顯示，全球生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量從2005年的約3200萬(wàn)千瓦，增長(zhǎng)至2019年的7.8億千瓦，年均增長(zhǎng)率達(dá)到12%。與此同時(shí)，利用生物質(zhì)燃料生產(chǎn)的液體燃料在世界范圍內(nèi)也得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3.煤與生物質(zhì)共熱解技術(shù)的應(yīng)用

煤與生物質(zhì)共熱解技術(shù)在世界各地的應(yīng)用程度也逐漸提高。例如，在歐洲，生物質(zhì)被廣泛地應(yīng)用于熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中。比利時(shí)和荷蘭的一些生物質(zhì)熱電廠，使用的是以50%煤和50%生物質(zhì)為原料的混合燃料。

4.煤與生物質(zhì)共熱解工藝的環(huán)保效益

煤和生物質(zhì)共熱解技術(shù)在全球范圍內(nèi)廣受歡迎。使用煤和生物質(zhì)的混合燃料可以有效減少碳排放，增強(qiáng)能源安全性，并且使大氣污染得到了改善。例如，在歐盟《氣候與能源框架》2020-2030年，歐盟將生物質(zhì)作為重要的可再生能源，提出歐盟的最終能源消費(fèi)量應(yīng)有至少27%來(lái)自可再生能源。

總體來(lái)看，煤與生物質(zhì)共熱解工藝是對(duì)傳統(tǒng)煤質(zhì)化技術(shù)和生物質(zhì)利用方式的一種有益補(bǔ)充。在解決環(huán)境污染和能源危機(jī)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了資源的互補(bǔ)利用和綠色發(fā)展的目標(biāo)。未來(lái)，隨著環(huán)保和綠色能源的重視，煤與生物質(zhì)共熱解技術(shù)的應(yīng)用前景將會(huì)越來(lái)越廣闊。CaseStudy:TheApplicationofCoalandBiomassCo-gasificationTechnologyinChina

Introduction:

Coalandbiomassaretwoofthemostimportantenergyresourcesthatarewidelyusedintheworld.Coal,asafossilfuel,hastheadvantagesofhighcalorificvalueandabundantresources.Butduringthecombustionprocess,itreleasesalargeamountofcarbondioxideandotherharmfulgases,causingseriouspollutiontotheenvironmentandcontributingtoclimatechange.Incontrast,biomass,asarenewableenergy,haslowercarbonemissionsandbetterenvironmentalperformance,butitsenergydensityisrelativelylowandthestorageandtransportationcostsarehigher.

Toaddressthedisadvantagesandadvantagesofcoalandbiomass,coalandbiomassco-gasificationtechnologyhasemerged.Thistechnologycombinestheadvantagesofcoalandbiomass,realizingthecomplementaryutilizationofresourcesandthegoalofenvironmentalprotectionandemissionreduction.

Casedescription:

TheShaanxiYulinBiocoalCompanyofChinahasconstructedacoalandbiomassco-gasificationprojectwithanannualcapacityof100,000tons.Theprojectusescoal(70%)andcropstraw(30%)asrawmaterials,anditsproductsincludemethanol(10,000tons/year),fishmeal(7,500tons/year),crudebenzene(8,000tons/year),tar(5,000tons/year),andcoke(30,400tons/year).

Theprojectutilizesadvancedtechnologiessuchasgasification,catalyticconversion,andtar-crackingtoachievehigh-value-addedutilizationofcoalandbiomass.Thetechnologynotonlyreducesthepollutioncausedbythetraditionalcoalindustry,butalsorealizesthecomprehensiveutilizationofbiomassresources.

Analysis:

1.Advantagesofcoalandbiomassco-gasificationtechnology

Comparedwithtraditionalcoalcombustiontechnology,coalandbiomassco-gasificationtechnologyhasseveraladvantages.

Firstly,coalandbiomassco-gasificationtechnologycaneffectivelyreducetheemissionofpollutants,suchasdust,nitrogenoxides,andsulfurdioxide.Thegasificationreactioncanimprovethecombustionefficiencyandthermalefficiencyofthefuel,thusreducingtheemissionsofcombustionproducts.

Secondly,theutilizationofbiomasscanalleviatetheproblemofresourcedepletionandenvironmentalpollutioncausedbytraditionalcoalmining.Biomassresourcesarerenewableandabundant,andtheircomprehensiveutilizationcanpromotethesustainabledevelopmentoftheenergyindustry.

Thirdly,coalandbiomassco-gasificationtechnologycanpromotethedevelopmentofcirculareconomy.Theby-productsofgasification,suchastarandcoke,canbewidelyusedinindustriessuchaschemicalengineering,metallurgy,andbuildingmaterials,whichrealizethecomprehensiveutilizationofresourcesandreducewaste.

2.Challengesandlimitationsofcoalandbiomassco-gasificationtechnology

Althoughcoalandbiomassco-gasificationtechnologyhasmanyadvantages,therearestillsomechallengesandlimitations.

Firstly,thecostofcoalandbiomassco-gasificationtechnologyisrelativelyhigh.Theconstructionandoperationofthegasificationequipmentrequirehighinvestmentcosts,andthecostofrawmaterialstransportationandstorageisrelativelyhigh.

Secondly,thestabilityandsafetyofgasificationequipmentneedtobeimproved.Thecontrolofthereactiontemperature,pressure,andcompositioniscomplex,andthereactionprocessiseasilyaffectedbyfactorssuchasthequalityoftherawmaterialsandtheoperationleveloftheequipment.

Thirdly,thecomprehensiveutilizationoftheby-productsofgasificationrequiresfurtherexploration.Thequalityandquantityoftheby-productsvarywiththerawmaterialsandgasificationconditions,andthemarketdemandisuncertain.

Conclusion:

Coalandbiomassco-gasificationt