生物质与烟煤共碳化制备烧结用碳基合成燃料的机理与性能调控研究

《Journal of the Energy Institute》：Insights into sustainable carbon-based synfuel production via biomass and low-rank coal co-carbonization technology: Co-carbonization pathways regulating and Decoupling combustion reactivity.

本文系统研究了玉米秸秆与烟煤共碳化制备烧结用碳基合成燃料的技术路径。通过优化碳化参数（700°C、60 min、生物质/煤质量比5/5），成功制得堆积密度410 kg·m-3、热值28.91 MJ·kg-1的高品质燃料，揭示了共碳化过程中微观结构演化（纤维素框架解离/石墨碳相富集）与表面官能团调控机制，为冶金行业低碳烧结提供了理论支撑。

　　

亮点

实验材料与分析

本研究采用中国北方常见生物质废弃物玉米秸秆（SW）作为实验材料，样本采集自辽宁省鞍山周边农村地区。实验用烟煤（BC）取自辽宁本溪煤田，是冶金过程配煤炼焦的常用原料。所有测试前，生物质和煤材料均通过实验室行星球磨机（PM100，德国Retsch）分别研磨，确保样品均匀性。

通过共碳化技术制备碳基合成燃料

不同共碳化温度、保温时间和生物质比例下碳基合成燃料的堆积密度、固体产率和高热值（HCV）如图2所示。图2(a)和(b)显示，在生物质/煤比例5/5、保温时间60分钟条件下，随着共碳化温度从500°C升至1000°C，玉米秸秆/烟煤（SW/BC）的堆积密度从302 kg·m^-3增至497 kg·m^-3。同时，SW/BC的固体产率从初始值逐渐下降，表明高温促进了挥发分的释放和碳结构的致密化转变。

结论

本研究开发了一种创新环保的共碳化技术，为冶金行业铁矿石烧结过程提供了高效碳基合成燃料。以玉米秸秆和烟煤为主要原料，主要结论如下：

(1)

玉米秸秆与烟煤混合物（SW/BC）制备的碳基合成燃料具有410 kg·m^-3的堆积密度、46.52%的固体产率和28.91 MJ·kg^-1的热值，完美满足烧结工艺的能源需求。

(2)

共碳化过程犹如一场精彩的"分子舞蹈"：生物质中有序纤维素框架逐渐分解，石墨碳相浓度提升，同时表面官能团发生动态重组——含C-O键的芳香化合物成为调控燃料反应性的"指挥家"。

(3)

该技术成功实现燃烧反应性的解耦调控，为生物质在烧结过程中的应用提供新策略，有望推动冶金行业向低碳排放生产模式转型。