随着化石资源日益枯竭以及环境污染问题加剧,开发利用秸秆等可再生能源受到高度关注。利用热解技术将生物质转化为生物气、生物油和生物炭等产品,是生物质高值化利用的主要技术之一。生物质和其他物质共热解,可以改变其热解行为,提高热解选择性,促进目标产物的生成。研究显示生物炭或煤与生物质共热解均能改变其热解特性。生物炭和煤的物理化学性质相似,C含量高,有丰富的孔隙结构,有很好的热稳定性和吸附性;都是具有高度复杂化学结构的碳质固体燃料,燃料比相近。但是,(1)生物炭和煤的H/C、O/C、挥发分和热值不同,会影响共热解过程产物中含氧化合物和小分子挥发分的生成;(2)生物炭的比表面积大于煤,可能更有利于炭和生物质的充分接触,促使共热解反应发生;(3)生物炭有稳定的脂肪族链状结构和高度芳香化结构,在和共热解反应时,会促进更多的官能团变化,产生更多潜在的化学反应。为了比较同源炭和非同源炭对生物质热解特性影响的差异,本文以玉米秆为原料,分别与秸秆炭或无烟煤共热解,分析其热解特性和产物分布,探明秸秆炭和无烟煤对玉米秆热解的影响规律,为生物质共热解提供数据支撑,为促进生物质高值化利用提供理论依据。首先通过TG-FTIR和固定床热解实验,研究秸秆炭对玉米秆热解特性的影响,考察了掺混比例和热解温度对共热解产物分布和热解动力学参数等的影响规律。结果表明:秸秆炭的添加对玉米秆的热解特性和产物分布都有明显影响。(1)随着秸秆炭掺混比例的增加,在900℃的残渣率逐渐增加,共热解反应向高温侧偏移,玉米秆和秸秆炭在共热解过程中有明显的协同作用。随着秸秆炭掺混比的不断增加,反应活化能由84.75 kJ/mol增加到96.28 kJ/mol,然后又逐渐降低至65.92kJ/mol。(2)掺混比例和热解温度是影响玉米秆和秸秆炭共热解特性的重要因素。随着秸秆炭掺混比例从0增加到100%,气体产率从43.21%迅速增加到50.21%,H2和CO的体积分数分别从2.89%和9.03%增加到6.23%和10.78%,气体产量从0.19L/g增加至0.51L/g,产气热值从2.79%升高到3.09%,CO2体积分数逐渐减少,CH4体积分数先增加后减少。随着热解温度的不断升高,H2和CO的体积分数分别从4.28%和7.8%增加到6.23%和10.78%,气体产量从0.25L/g增加至0.51L/g,产气热值从2.88%升高到3.09%,CO2体积分数先增加后减少,CH4体积分数逐渐减少。通过TG-FTIR和固定床热解实验,继续研究了无烟煤对玉米秆热解特性的影响,结果表明:(1)随着无烟煤掺混比例的增加,共热解反应向高温侧偏移,但析出的气体产物与添加秸秆炭的存在明显差异。玉米秆和无烟煤在共热解过程中有明显的协同作用,但是低于玉米秆和秸秆炭的。随着无烟煤掺混比的不断增加,反应活化能由84.75 kJ/mol降低至47.71kJ/mol。(2)无烟煤对玉米秆热解的产物分布与添加秸秆炭时明显不同。随着无烟煤掺混比例从0增加到100%,H2和CO的体积分数分别从3.14%和9.03%增加到5.75%和10.11%,气体产量从0.23L/g增加至0.47L/g,产气热值从2.79%升高到3.07%,CO2体积分数逐渐减少,CH4体积分数先增加后减少。(3)秸秆炭与无烟煤对玉米秆热解行为影响差异的原因是由于秸秆炭的挥发分含量、O/C大于无烟煤,H/C小于无烟煤,玉米秆热解产生的富氢小分子更容易与秸秆炭结合。所以生物质与炭共热解应选取挥发分含量较高,O/C较高,H/C较低的炭,更有利于二者发生相互作用。