國內外很多學者已對煤與家畜糞便、甘蔗渣、廢塑料、木屑、木質素等生物質共液化進行了研究。結果表明，生物質的添加可適度提高煤液化的轉化率、油產率，緩和反應條件。然而，國內外對農業廢棄物秸稈與煙煤的研究尚顯不足。
筆者以兗州煤、秸稈為原料，研究其共液化的反應規律，以期得到兩者共液化的最佳工藝條件，富通新能源生產銷售的秸稈顆粒機、秸稈壓塊機專業壓制秸稈煤等生物質成型燃料。
1、實驗部分
1.1實驗材料
兗州煤取自兗州興隆莊煤礦，秸稈取自北京昌平區。煤樣和秸稈均粉碎至0. 150 mm以下，105℃真空干燥后裝瓶備用。實驗中四氫萘為供氫溶劑Fe2O3、升華硫為催化劑，四氫呋喃、正己烷為抽提溶劑。煤樣與秸稈的工業分析、元素分析見表l。
表l表明，秸稈中的Odef，Vdaf含量均高于兗州煤，而Cdef含量較低，液化過程中氣態產物、水產率較高，油產率較低，故其加入量的多少對共液化的影響較大。
1.2實驗儀器與方法
熱重分析采用北京恒久科學儀器有限公司生產的HTG -2型熱重儀；高壓反應釜采用美國Parr公司生產的4570型反應釜，容積為500 mL；氣相色譜采用北京分析儀器廠生產的SP - 3420氣相色譜儀；
實驗工藝及流程見參考文獻。
2、結果與討論
2.1液化溫度的選取
熱解是液化的先決條件，可先通過原料的熱解特性確定共液化的大致溫度區間。筆者所用原料的熱解DTG曲線如圖l所示。
圖1表明，煤與秸稈共熱解大致可分3個階段，第一階段從室溫至130℃，失重主要是由物料脫水引起；第二階段從130～378℃，與秸稈單獨熱解的失重溫度區間大致相同，主要是秸稈的熱解；第三階段從378—550℃，與兗州煤單獨熱解的失重溫度區間相同，主要是兗州煤的熱解，在此階段，兩者共熱解的最大熱解速率為450℃。綜合以上分析，結合工藝有關要求，確定其共液化的溫度范圍為360~440℃。
2.2溫度對共液化的影響
溫度是影響共液化的主要條件之一，筆者首先考查了溫度對共液化的影響，結果見表2。
表2表明，提高反應溫度，轉化率、油產率、氣產率及氫耗量增加；前瀝青烯+瀝青烯、水產率下降。這是因為提高反應溫度，一方面能夠使反應物結構單元中的橋鍵及側鏈因獲得足夠的活化能而斷裂，生成大分子的前瀝青烯+瀝青烯及部分小分子的活性自由基；另一方面又能促使已生成的前瀝青烯+瀝青烯裂解加氫生成氣體分子與油類物質反應的進行，且前瀝青烯+瀝青烯裂解速度大于其生成速度。故提高反應溫度，轉化率、油產率、氣產率提高，前瀝青烯+瀝青烯減少；水產率減少是因為溫度升高，使更多的氧與炭結合生成含氧氣體。在實驗設定的條件下，從油產率最大化角度考慮，共液化的最佳反應溫度為440℃。
2.3反應時間對共液化的影響
原料不同共液化時所需的適宜反應時間也不同。反應時間對兗州煤與秸稈共液化的影響見表3。
表3表明，延長反應時間對轉化率、油產率的影響較小，兩者在90 min時分別達到最大值92. 88%，56. 38%。這表明，秸稈的添加，降低了煤液化對反應時間的苛刻度，使其在較短的反應時間內達到較高的轉化率、油產率；延長反應時間有助于前瀝青烯和瀝青烯產率的降低，從30一120 min降低了3.46%；反應時間的延長對氣產率、水產率及氫耗量的影響不顯著。從油產率最大化角度考慮，秸稈與兗州煤共液化的最佳反應時間為90 min。
2.4初始氫壓對共液化的影響
初始氫壓是影響共液化的又一重要因素，初始氫壓對共液化的影響見表4。
表4表明，轉化率在6 MPa時達到最大值90.4%；油產率隨壓力的升高而增加，從2—8 MPa，增加了17.91%，這是因為，升高初始氫壓，催化劑吸附并活化的氫分子增多，使煤和秸稈共液化過程中產生的自由基碎片得到足夠的活性氫而穩定，從而使油產率升高；前瀝青烯+瀝青烯在2～6 MPa快速增加，此后隨壓力的升高反而降低；氣產率、水產率隨著壓力的升高呈現相反的規律，這是因為，體系中的氧一方面與炭結合生成含氧氣體，另一方面則與氫結合生成H20，兩者在體系中存在著競爭反應。從油產率最大化的角度考慮，共液化的最佳初始氫壓為8MPa。
2.5配比對共液化的影響
煤與生物質以何種配比共液化時才能達到最佳的液化效果，目前尚無統一定論。配比對兗州煤與秸稈共液化的影響見表5。
表5表明，增大秸稈的用量，轉化率增加；油產率先隨秸稈的增加而增加，在m（秸稈）m（兗州煤）=0.5：9.5時達到最大值60.45%．與兗州煤單獨液化相比，增加了4.17%，這是因為秸稈在液化過程中產生的某些自由基能夠促進前瀝青烯+瀝青烯裂解加氫生成油類物質反應的進行，所以此配比下的油產率增加，前瀝青烯+瀝青烯減少；而后由于秸稈液化過程中可轉化為油的炭含量低，見表1，所以，繼續增大秸稈用量油產率降低；氣產率、水產率隨著秸稈添加量的增大而增加，前瀝青烯+瀝青烯則降低，這主要是因為秸稈中的Odef，V含量高，增大秸稈的添加量，導致整個體系中的氧含量、揮發分含量高，故氣產率、水產率隨秸稈添加量的增加而增大，而大分子的前瀝青烯+瀝青烯較少。從油產率最大化的角度考慮，兗州煤與秸稈共液化的最佳質量配比為9.5：0.5。
為進一步研究秸稈在共液化中的作用，用共液化的轉化率、油產率、前瀝青烯+瀝青烯的實驗值與理論平均值作比較。理論平均值是假設共液化時兗州煤與秸稈的液化效果互不影響，在相同的條件下用單種煤與秸稈加權所得，結果如圖2所示。
從圖2可知，轉化率和油產率的實驗值與理論平均值的差值為正，前瀝青烯+瀝青烯為負，說明秸稈的加入促進了兗州煤的轉化及前瀝青烯+瀝青的分解。
表6表明，在此工藝條件下，共液化油產率高達63.1%，同時水產率、氣產率、前瀝青烯+瀝青烯均可控制在相對較低的水平，這說明所選的工藝條件是可行的。
3、結 論
在兗州煤液化過程中適量添加秸稈可以提高油產率，并降低煤液化對反應時間的苛刻程度；反應溫度、初始氫壓對兗州煤與秸稈共液化的影響在低溫（小于400℃）、低壓（小于6 MPa）的條件下較顯著；在實驗設定的條件下，從油產率最大化角度考慮，兩者共液化的最佳工藝條件為：m（秸稈）：m（兗州煤）=0.5：9.5，反應溫度為440℃，反應時間為90 min，初始氫壓為8 MPa，在此條件下轉化率與油產率分別達到最大，為83.58%與63.1%。
綜合分析，兗州煤與秸稈共液化的最佳條件為：m,(秸稈)：m,(兗州煤)=9.5：0.5，反應溫度440℃，反應時間90 min，初始氫壓8 MPa。為了驗證以上工藝條件的可行性，在此條件下進行了驗證實驗。
