共熱解過程中煤與生物質相互作用的研究進展

張玉潔，王焦飛，白永輝，宋旭東，蘇暐光，于廣鎖，2

（1 寧夏大學化學化工學院，省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點實驗室，寧夏銀川 750021；2 華東理工大學潔凈煤技術研究所，上海 200237）

煤炭是我國的主體能源之一，根據2020 年BP世界能源統計年鑒，全球煤炭產量相比于2019 年增長了1.5%，其中我國的增幅最大，達到3.2 EJ（1 EJ=1018J），我國煤炭消費相比于2019 年也增長了1.8 EJ，表明在較長時間內我國以煤為主的能源結構狀況很難發生改變[1]。傳統的煤炭利用手段，如燃燒發電，往往存在著大量的環境污染和煤炭利用率低等問題[2-4]。煤熱解是煤氣化、液化等技術的基礎過程，也是實現煤炭高效清潔轉化的重要途徑之一，通過熱解得到的液態焦油可作為化工產品或液體燃料的原料，而固體產物半焦可直接作為燃料及氣化原料使用。但由于煤中H/C較低，導致熱解焦油重質組分含量較高，且易造成腐蝕和堵塞管道的問題，因此煤熱解技術的工業化受到限制。

生物質作為目前世界上最主要且最具潛力的可再生能源之一，儲量豐富，具有H/C和O/C高的特點，將其與煤進行共熱解可以有效地提高煤熱解轉化率和焦油品質[5-6]。生物質與低階煤的熱解溫度區間有部分重疊，因此生物質熱解產生的羥基自由基和氫自由基可參與煤熱解自由基反應的過程，穩定煤熱解產生的大分子自由基結構，進而促進焦油和氣體的形成，減少半焦的產生[7-9]。而在生物質與部分較高階煤共熱解過程中，二者并沒有發生相互作用，主要原因可能是相比于煤分子結構中的典型芳烴C＝C鍵，生物質中的醚鍵和C—C單鍵的鍵能更低，二者熱解溫度區間不匹配，造成生物質熱解產生的含氫小分子氣體和其他揮發分提前逃逸，無法參與到煤熱解過程中[10]。對煤與生物質共熱解過程認識差異的主要原因一方面在于學者們所選用的原料性質、共熱解工藝參數及反應器類型的不同，無法獲取統一的規律性認識；另一方面在于共熱解過程中二者產生揮發分組成、半焦性質復雜，致使對中間產物之間的相互作用機制認識不清。因此，本文從原料種類、工藝參數、反應器類型等對共熱解產物分布的影響規律，堿金屬在共熱解過程中的催化作用，揮發分、半焦間的相互作用和研究共熱解的新方法等方面，對相關的研究工作進行綜述，以期為進一步研究并深入認識煤與生物質共熱解過程提供思路。

1 共熱解產物分布的影響因素

在煤與生物質的共熱解過程中，由于二者有機質成分差異較大，熱解規律也不盡相同，因此影響共熱解產品的因素較單獨熱解來說更為復雜。總體來講，影響共熱解過程的主要因素仍是熱解原料種類、熱解工藝和熱解反應器類型三個方面。

1.1 原料種類對產物組成的影響

不同生物質和煤原料的化學組成和組分含量不同，因此它們的熱解反應特性、產品組成和含量也存在差異。木本生物質主要是由纖維素、半纖維素和木質素組成，草本生物質還含有少量淀粉、粗蛋白和提取物等，污泥和畜禽糞便等則含有一定量的蛋白質和脂質。軟木木質素以愈創木基為主，熱解形成愈創木酚；硬木木質素以愈創木基和紫丁香基等基本結構單位為主，同時含有少量對羥苯基，熱解產生的生物油中含有大量的愈創木酚和紫丁香酚；而藻類原料由于含有較多的脂類、蛋白質和可溶性多糖，故熱解產生的生物油含氧量低，熱值更高[11-12]。這些生物質熱解產物的不同均會影響共熱解過程及特性。

Aboyade 等[13]將煤分別與玉米棒渣和甘蔗渣進行共熱解，主要產品類型如圖1所示，發現隨著煤中玉米棒渣含量增加，所有液體餾分的產量都會增加，而煤中甘蔗渣所占的比例越大，共熱解產生的焦油和輕凝析油含量越少。造成這種差異的原因可能與玉米棒渣和甘蔗渣性質不同有關。

Wu 等[14]研究了綠藻與煤混合共熱解時的半焦和焦油產率，發現在600～850℃范圍內，實驗煤焦產率比計算煤焦產率低1%～10%，但隨著綠藻質量比的增加，實驗半焦產率略高于計算值，說明綠藻的加入抑制了煤的熱分解。在另一研究中，他們采用熱重法和等重轉化法對微擬球藻和小球藻與低階煤的共熱解特性和動力學特性進行了分析，發現在250～850℃下，小球藻和煤共熱解時具有明顯的協同作用，小球藻的加入提高了煤揮發分的產率，在小球藻質量分數為50%時，揮發分產率提高了8.5%，而微擬球藻對揮發物的增效作用受溫度和混合比的影響[15]。賀越[16]將麥稈、蘆竹和棉花桿分別與煤以1∶4 的質量比混合共熱解，發現麥稈在共熱解過程中并沒有與煤發生協同作用，而蘆竹和棉花桿的加入促進了共熱解過程中HCN（氰化氫）的轉化。唐初陽[17]比較了棉桿、稻殼和同一種煤的共熱解過程，發現生物質內在礦物質對共熱解產物分布有不同的影響。與生物質和煤的單獨熱解產物相比，棉桿中的礦物質成分在共熱解過程中促進了焦油輕質組分的生成，而稻殼中的礦物質成分促進了共熱解過程中熱解水的生成，這是由于生物質賦存的礦物質對共熱解的催化作用不同，表明生物質中礦物質的存在是生物質與煤發生協同作用的原因之一。

Ding等[18]將玉米秸稈分別與內蒙古東部呼倫貝爾褐煤、陜西神木煙煤和晉東南晉城無煙煤進行共氣化，結果表明，針對氣化反應性而言，共氣化過程中玉米秸稈半焦與呼倫貝爾褐煤半焦間產生了一定的負協同效應，而與神木煙煤及晉城無煙煤兩種煤半焦有正協同效應。產生不同協同效應的原因主要與生物質半焦和煤半焦氣化速率的差異大小有關。當生物質半焦與煤半焦接觸緊密、氣化速率相當時，對于氣化效率，共氣化時二者產生負協同效應，而當二者氣化速率差異較大時則產生正協同效應。

1.2 熱解工藝參數對產物分布及組成的影響

熱解溫度、升溫速率、原料配比等熱解工藝參數也是影響煤與生物質共熱解產品組成和產率重要因素。一般來講，生物質和煤的熱解區間大致可分為三個階段：第一階段，即煤熱解溫度低于400℃、生物質熱解溫度低于300℃時，主要裂解的是纖維素和部分木質素，80%的生物質在這一階段轉化產生揮發分，而煤只轉化35%左右；第二階段，溫度區間在400～600℃（以煤為原料）或300～500℃（以生物質為原料），該階段產物主要為氣體和液體，生物質中的大分子結構由弱醚鍵連接，將在500℃左右大量裂解，而煤結構中更多的多環芳烴由芳烴鍵連接，裂解所需溫度更高；第三階段，溫度在600℃以上（煤熱解）或500℃以上（生物質熱解），此階段產物主要為半焦。在前兩個階段，兩種原料的解聚反應（主要產生揮發分）占主導地位，同時存在與之競爭的交聯反應（主要產生半焦），但因為生物質化學結構的鍵能較弱，其交聯反應溫度比煤更低[19]。Guo 等[20]研究了準東褐煤和松木屑的共熱解特性，發現隨著熱解溫度從600℃升高到800℃，準東褐煤與松木屑的協同作用減弱。

除熱解溫度外，升溫速率也會影響煤與生物質共熱解過程中二者的相互作用。一部分原因是生物質在快速熱解條件下主要轉化為生物油和小分子氣體，而慢速熱解時則主要產生生物炭，殘存的焦油和生成的合成氣比較少[21]。另外，升溫速率的快慢會影響生物質和煤揮發分的釋放以及二者的相互作用時間，進而影響相互作用過程。Jones 等[22]研究了褐煤和松木屑的共熱解過程，油品產物分布如圖2所示，結果表明在較低升溫速率下褐煤與松木屑發生了協同作用，共熱解產品主要由烷基甲氧基苯組成，比生物質和煤單獨熱解產物輕質得多，而在中等升溫速率下二者共熱解的產物與單獨熱解并無明顯不同，因此認為二者沒有發生協同作用。作者認為，這主要是因為較低的升溫速率下揮發分與煤顆粒發生了相互作用。

圖2 對松樹熱解過程中產生的油進行開柱分離（插入）后的GC-MS（氣相色譜-質譜）[22]

此外，煤與生物質的配比也會影響共熱解產物的組成。Krerkkaiwan等[9]采用快速加熱熱天平反應器研究了共熱解炭與水蒸氣的氣化反應性，發現當生物質與煤的比例為1∶1 時，會有較高的煤氣產率和較低的焦油、煤半焦產率，可能是在較高的生物質和褐煤配比下，生物質的加入為褐煤熱解的加氫過程提供了充足的供氫體，但當生物質和煤的比例達到3∶1 時，這種現象消失，這可能是由于生物質過多在混合系統中產生了過量的揮發物。柯萍等[23-25]也證明了不同的摻混比會對共熱解產物產生影響。王俊麗[26]研究發現，煤與生物質共熱解是否存在協同效應與生物質種類及煤與生物質的混合比例密切相關。對于內蒙古興和煤，秸稈和向日葵稈的加入對于共熱解過程影響不顯著，與蘋果樹枝共熱解效果明顯大于前兩種生物質，且內蒙古興和煤與蘋果樹枝混合比例為2∶1 時，共熱解協同效果最為明顯。生物質與煤在一定條件下共熱解時存在協同效應，液體產物的產率增加，但焦油中含氧組分增加而烴類物質減少，焦油品質下降。熱解參數對共熱解過程中煤與生物質相互作用的影響主要是通過影響生物質揮發分的釋放量及釋放速率、煤與生物質的相互作用時間、揮發分的種類等調控煤與生物質相互作用過程。

1.3 熱解反應器對熱解產品的影響

反應器類型同樣是影響熱解工藝特性的一個重要因素，目前常用的熱解反應器有固定床、流化床和氣流床反應器等。固定床熱效率高，但過程難以控制；流化床傳熱傳質效率高，但產出氣體的顯熱損失較大。

圖3 褐煤在絲網反應器和流化床/固定床反應器中熱解過程中[29]

Wang 等[27]認為與固定床反應器相比，在快速升溫的流化床反應器條件下，由于生物質揮發分與煤熱解過程中產生的半焦和揮發分之間的接觸時間較短，致使二者相互作用時間較短，揮發分中的堿金屬無法在共熱解過程中充分發揮其催化作用，因而無法提高焦油的產率和品質。Li等[28]在熱解過程中采用絲網熱解和流動溶劑液化反應器，這兩種反應器都能快速從反應區去除產物，從而抑制二次反應的發生。如圖3 所示，對比Li 等[29]的實驗結果，發現流化床或固定床反應器中煤的90%的Na 在熱解過程中揮發，而在金屬絲網反應器中僅有30%左右的Na 揮發。金屬絲網反應器最重要的特征是揮發分產生的瞬間就會被載氣從熱解煤或半焦顆粒周圍帶走，使得揮發分和母體半焦之間的內在作用減小[30]。因此，若要調控煤與生物質間的相互作用強度，反應器的特殊結構設計也是重要手段之一。由于煤與生物質共熱解過程的復雜性，熱解反應器未來的研究方向應該與其他系統相結合，實現向分級轉化多聯產方向發展[31]。

2 共熱解過程中煤與生物質間的協同作用

原料的種類、工藝參數、反應器類型等諸多因素均會對共熱解過程產生影響，但也正因為這些因素的復雜作用，共熱解過程中煤與生物質間是否存在相互作用還沒有定論，煤與生物質間的相互作用機制也還不清楚。

一些學者認為，生物質在與高階煤共熱解的過程中沒有發生相互作用，因為生物質中的醚鍵和C—C單鍵的鍵能比煤分子結構中的典型芳烴C＝C鍵低一些，二者的熱解溫度區間不匹配，生物質的揮發分和含氫分子會提前逃逸而無法參與到煤的熱解中[10]。Pan等[32]將松木屑與薩貝羅煤混合共熱解，發現隨著混合比例的增加，混合物的熱解行為逐漸趨于松木屑或薩貝羅煤的單獨熱解行為。混合物的熱解行為均為松木屑與薩貝羅煤單獨熱解行為的加和。Vuthaluru等[33]從半焦產率、熱效應、動力學分析等方面對共熱解過程進行了分析和研究，認為混合物的熱解特性是原料的熱解特性的加和，證明二者之間沒有存在協同效應。Weiland 等[34]和Biagini等[35]也得到了相似的結論。

而大部分學者認為，生物質熱解產生的活性羥基自由基和氫自由基會參與到煤熱解自由基反應的過程中，二者在共熱解過程中存在協同作用[36]。大量的研究表明，共熱解過程中生物質與煤的相互作用，可能發生在揮發分與揮發分之間、揮發分與半焦之間。生物質中堿金屬也被證明對熱解有一定的催化作用，進而影響生物質與煤的共熱解過程。因此，本節主要從堿金屬的催化作用、揮發分與半焦之間、揮發分與揮發分之間等方面，對生物質與煤共熱解過程中二者的相互作用機制研究進行綜述。

2.1 堿金屬的催化作用

生物質與煤共熱解過程中存在協同作用的一個重要原因是生物質中較高的堿金屬含量對煤熱解的催化作用。堿金屬催化作用與其存在的形式和狀態有關，即與堿金屬在共熱解過程中的遷移轉化過程有關[9,20]。

Song等[37]研究了共熱解過程中K的遷移，發現煤中礦物和表面含氧官能團是影響K在共熱解過程中再分配的主要因素。水溶性生物質K通過與煤中生物質礦物質的反應，遷移到煤焦表面，促進了煤的氣化轉化。Quyn 等[38]研究了煤與生物質共熱解過程中Na的遷移途徑，發現NaCl在共熱解過程中主要以Na 和Cl 的形式揮發，在一定熱解條件下遷移到煤中的NaCl可以成為煤焦氣化的活性催化劑。他們[39]通過熱重分析儀測定400℃下空氣中不同NaCl 負載量煤焦的反應性，如圖4 所示，當NaCl在緩慢的升溫速率下遷移到半焦中時，對煤焦氣化反應產生了明顯的催化作用。

圖4 熱重分析儀（TGA）測定的400℃下空氣中煤焦的反應性[39]

Zhao等[40]發現熱解過程中，堿金屬和堿土金屬（AAEM）的轉化和遷移是通過O 作為遷移介質來實現，在C—O 鍵轉變過程中，AAEM 物種從生物炭結構內部遷移到其表面，最終從氣固界面分離出來，這些堿金屬能夠使焦油中的自由基結構相互反應形成沉積碳而促使焦油的裂解反應并實現焦油的提質。Okuno 等[41]認為揮發性堿金屬與煤焦表面的二次相互作用甚至抑制了它們從固定床中的釋放。無論升溫速率如何，堿金屬主要以非氯化物的形式釋放，而這些活性的非氯化物堿金屬在熱解過程中起到催化作用。李曉明等[42]將玉米秸稈與無煙煤進行共熱解，研究了共熱解過程中堿金屬在煤焦中的沉積和揮發分與煤焦的相互作用。結果表明隨著玉米秸稈摻混量的增加，煤焦樣品中活性K 和Mg 的含量逐漸增加，在共熱解過程中，沉積在煤焦中的堿金屬多于從生物質中逸出的堿金屬，抑制了石墨化過程，對煤焦的微晶結構起決定性作用。

錢亞平等[43]將神府煤與藍藻進行共熱解，發現在低溫階段藍藻的揮發分逸出，其灰分覆蓋在煤的表面，其中具有催化作用的堿金屬和堿土金屬會促進煤的熱解在較低溫度下發生。另外藍藻含有大量的含氧官能團，會生成更多的含氧氣體，表面的堿金屬和堿土金屬更易吸附含氧氣體形成C-O-M 復合物，使得與之相連的C—O 鍵易發生斷裂，同時藍藻中較高的H和C摩爾比使氫充當了煤熱解的供體，也可以促進煤的揮發分在較低的溫度下析出。Wu 等[44]用羧甲基纖維素鈉作為典型的有機鈉鹽探究了堿金屬對低階煤與木質纖維素生物質共熱解過程中氣體產物分布和炭結構的影響機理，結果表明羧甲基纖維素鈉的加入能改善炭結構的有序性，提高了CO 和CO2的產率，抑制了H2的釋放和輕烴的生成。Guo 等[20]研究了準東煤與松木屑的共熱解情況，結果表明在共熱解過程中，煤灰中的堿金屬在高溫下揮發，凝結在褐煤和松木屑表面催化熱解生成更多的揮發分，促進了協同效應。

生物質中的堿金屬在共熱解中明顯起到了一定的催化作用，促進了煤的熱解，影響了揮發分-半焦、揮發分-揮發分的相互作用過程。其主要催化途徑是通過在共熱解過程中的遷移轉化和揮發；或是吸附在半焦表面作為催化劑，充當揮發分裂解或相互作用的活性中心；或是通過插入到半焦結構內改變半焦的有序性，進而影響半焦自身的吸附催化性能及其與揮發分的相互作用。

2.2 揮發分和半焦間的相互作用

在氣化過程中半焦顆粒會被包括重整反應中間體自由基在內的揮發分所包圍，使揮發分和半焦顆粒持續不斷相互作用，而這種作用普遍存在于煤、生物質等熱解或氣化過程中，并持續影響熱解或氣化過程。隨著生物質進料量的增加，更多的新生半焦沉積形成薄的半焦床層，而熱解產生的揮發分將遇到更多的新生半焦，新生半焦-揮發分的相互作用明顯增強，這促進了初次焦油的裂解，導致焦油產率的降低[45]。而在生物質與煤共熱解過程中，這種揮發分與半焦的相互作用顯然也是決定共熱解產物及二者相互作用的關鍵因素。

Li等[29]研究了氣化半焦被揮發分包圍時揮發分與氣化劑的重整反應過程。揮發物-半焦相互作用的本質是炭和（氫）自由基之間的反應，這些自由基由揮發物的裂解和重整產生。即使在低至500°C的溫度下，氫自由基也能夠深入到炭基體中。揮發物-炭相互作用可能導致AAEM 物種（尤其是單價Na 和K）揮發，并改變炭結構、催化劑分散度以及炭的反應性。揮發物-炭相互作用還可以改變炭-氮的轉化，從而調節炭中含氮產物的選擇性，而作用過程中的氫自由基也可直接抑制炭的氣化[46]。在揮發分與煤半焦的相互作用過程中，蒸汽的存在可以顯著地促進大環和小環芳烴系統的重構，特別是在較厚的煤焦床中，蒸汽與煤半焦的反應也較為顯著[47]。

Hu等[48]發現生物質半焦與煤揮發物相互作用過程中焦油轉化為氣體的效率明顯高于煤半焦與生物質揮發物相互作用過程中焦油轉化為氣體的效率，說明生物質半焦是一種比煤半焦更強的催化劑，而揮發物中的焦油分子更容易吸附在生物質炭表面，在生物質炭基質中聚合。Quyn 等[49]探究了揮發物與炭化物的相互作用，認為自由基與炭化物之間的反應很可能是AAEM 類物質在炭化物中揮發的關鍵路徑。揮發分和炭相互作用對單價AAEM 物種（如Na）的揮發性有顯著影響，而對二價物種（Mg和Ca）的揮發性影響最小。AAEM物質的價態及其在煤/焦炭中的化學形態明顯影響焦炭老化的效果。

2.3 揮發分間的相互作用

除了揮發分與半焦的相互作用，揮發分與揮發分之間的相互作用也是影響生物質與煤共熱解產物分布的重要因素。揮發分間的相互作用可能發生在固體半焦的間隙間，也可能發生在半焦上層的空間內。因此，認識不同空間內揮發分間的相互作用，有利于更深入地理解和研究生物質與煤在共熱解過程中的相互作用機制。

Liu 等[50]采用帶或不帶垂直擋板的坩堝將兩種固體有機物（包括一種煤和四種純有機化合物）在程序升溫模式下熱解，研究揮發分在顆粒間隙中的反應行為。結果表明，有機物在較低溫度時產生的揮發物傾向于吸附在半焦上，并在較高溫度下與熱解的物質發生反應，這使得半焦的熱解溫度降低。揮發物的裂解和團聚會使這些揮發物反應造成的質量損失減少。

文獻[51]所設計的坩堝如圖5 所示，可將固體物質彼此分離，而其揮發物可在上述不同體積（或高度）的自由氣體空間中混合和作用。結果表明，在共熱解過程中含烷烴鍵有機物的揮發分間作用較少，含烯烴鍵或吡咯烷酮結構有機物的揮發分間作用稍強，而含有多個環的有機物揮發分間的反應最為強烈。

圖5 熱重坩堝結構設計示意圖[49]

Yuan 等[52]發現在煤與生物質共熱解過程中形成的羥基自由基可以攻擊煤中的芳香環，也可以與脂肪族物質發生反應，與碳原子結合形成CO。Li等[53]通過系列研究發現，揮發分熱裂解/重整生成的氫自由基在三個方面減緩了煤焦氣化過程：一是氫自由基占據了煤焦的反應中心；二是使煤焦結構重新排列；三是促進了褐煤中固有催化物種的釋放。此外，通過調節揮發分的相互作用時間和揮發分（氫自由基）的濃度可控制其相互作用的程度。揮發分的生成一旦停止，其衍生物種（氫自由基）對反應位點的占據就會被清除[54]。

3 共熱解過程研究的新方法

煤與生物質共熱解的過程十分復雜，為了探究熱解過程中自由基相互碰撞結合過程，一些學者探索了新的研究了方法，如采用更先進的設備和新的反應器結構、對熱解過程進行拆分和簡化等，但截至目前這些研究仍在探索階段。

Hu 等[55]采用熱重分析儀結合傅里葉變換紅外光譜研究了蒙東煤在K2CO3作用下熱解過程中失重和釋放氣體的情況，發現K2CO3的加入會影響反應順序，尤其是C—O、C＝O、CH—CH3和芳香族的C＝C 等鍵的反應順序。由于生物質中K、Ca 等堿金屬和堿土金屬含量較煤中更高，因此這也為生物質和煤共熱解提供了一個研究方向。

對共熱解過程認識不清的一個重要原因是過程中發生的二次反應致使對反應機理的研究更加復雜。Li等[28]采用新的絲網熱解反應器和流動溶劑液化反應器研究生物質和煤共熱解過程，發現熱解產率對加熱速率變化的敏感性與熱解過程中揮發分釋放和再氣化的競爭速率有關，而氫供體提供的氫可以改變這一競爭，這有利于更大程度的熱解產品釋放和緩慢再溶解。該反應器能快速去除反應區中的產物，以抑制二次反應，因此產物結構不會受到反應器的影響。Liu[50]通過自己設計的熱重坩堝采用熱重分析儀與質譜儀（TG-MS）在線聯用，該坩堝將固體物質彼此分離，更清楚地研究出揮發分在坩堝中的相互作用。Zhou等[56]設計了一種新型真空密閉反應器，并在不同操作模式下與普通的Gray-King（GK）和流通式（FT）反應器進行了比較。對熱解產物半焦和焦油進行了分析，新型真空密閉反應器大大縮短了揮發物反應時間，收集了所有產物，與文獻中常用的其他反應器相比，熱解結果更接近于煤與揮發分的反應。

Zhao 等[40]對實驗方法進行了創新，將催化劑、秸稈、褐煤和熱解半焦放置在固定床的不同床層內，研究生物質與煤的共熱解特性，見圖6。發現當秸稈放置在第二層、半焦放置在第三層時，產品中輕質焦油的含量更高，相比于煤半焦，秸稈半焦更容易吸附共熱解揮發分中的重質焦油分子，使共熱解產生更多的氣體。這顯然揭示了共熱解過程中煤半焦、生物質半焦的不同作用和角色，為更清楚地認識共熱解過程及生物質與煤的相互作用提供了一定的理論基礎。

4 結語與展望

圖6 實驗樣品排列示意圖[40]

煤與生物質共熱解作為煤炭高效清潔利用的重要途徑，改善了二者單獨熱解的缺點，可以提高熱解效率和油品的品質。本文綜述了煤與生物質共熱解過程的研究進展和發展趨勢，總結了共熱解過程的影響因素、研究方法和組分間相互作用。生物質的種類、共熱解工藝參數、反應器的類型均會影響共熱解產物分布，學者們從堿金屬催化作用、揮發分-半焦相互作用、揮發分-揮發分相互作用等方面研究了共熱解過程中煤與生物質的相互作用機制，這些組分間的相互作用共同影響了共熱解過程。然而由于這些作用過程相互影響、相互依存造成了共熱解過程十分復雜，一些學者期望通過采用更先進的設備和新的反應器結構、利用鍵結構相對簡單的模型化合物、對熱解過程進行拆分和簡化等新方法探究共熱解過程，取得了一些新的認識和結論，但仍有一些問題亟待深入研究。

共熱解過程中煤與生物質是否存在相互作用還沒有統一認識，其中一個主要原因是對生物質和煤熱解過程中的中間產物及自由基相互結合轉化過程認識不清。胡浩權等[57-59]近年來利用熱解原位飛行時間質譜研究了煤熱解過程中的自由基行為，檢測到了部分熱解中間產物及自由基，而這也為生物質與煤共熱解過程自由基的分析提供了可能。因此，如何將固定床、流化床等反應器中的共熱解過程研究與原位飛行時間質譜等原位分析手段結合，將是共熱解過程中煤與生物質相互作用機制問題的解決途徑之一。此外，生物質與煤共熱解過程發生相互作用更有利于提高共熱解效率和產物品質，如果能夠調整或增強共熱解過程中煤與生物質的相互作用，將會大大提高二者的利用率，促進共熱解工藝技術的發展。本文作者課題組[60]研究了梅花井煤與牛糞在共熱解過程中的相互作用，發現CaO作為共熱解的催化劑，不僅可以在一定程度上增大煤與生物質的熱解溫度重疊區間而增強它們的相互作用，還可提高所產油品的品質。因此，尋找更合適的共熱解催化劑以調控共熱解過程中生物質與煤的相互作用強度，也可作為共熱解研究的方向之一。