低阶煤中低分子化合物的热解析出行为及其作用机理研究

The low-rank coal reserve of our country is abundant, and the poly-generation technology based on the pyrolysis is one of the feasible technologies which can realize the staged conversion of low-rank coal, so it is significance on protecting the energy security and guaranteeing social sustainable development of China. Preliminary study indicated that the low molecular weight compounds are very important active ingredients in the process of thermal conversion of coal, but till now there are scarce relevant work with depth. Therefore, the investigations on the pyrolysis behavior of the low molecular weight compounds and its mechanism during the pyrolysis process of low-rank coal are proposed in this project, and the main research contents are as follows. Investigating on the contents, chemical compositions and mode of occurrences of the low molecular weight compounds of the low-rank coal, and to explore the relationship between the low molecuar weight compounds and coal tar from low temperature pyrolysis of low-rank coal. Studying on the pyrolysis behavior of the low molecular weight compounds of different fractions from low-rank coal, especially the pyrolysis behavior of the asphaltene. The effects of the low molecular weight compounds and hydrogen donor solvents on the separating out behavior of volatiles and the concentrations of free radicals during the pyrolysis process of the extracted coal will be investigated, to illuminate the mechanism of the low molecular weight compounds during the pyrolysis of low-rank coal. The previously pertinent research laid a solid foundation for this project, and the results of this project can provide basic data and theoretical foundation for the staged conversion of low-rank coal.

我国低阶煤资源丰富，以热解为先导的多联产技术是可实现低阶煤分质利用的可行技术之一，这对于保障我国能源安全和社会可持续发展具有重要意义。初步研究表明：煤中的低分子化合物是煤热转化过程中非常重要的活性组分，但迄今为止相关研究工作很少，且缺乏深度。为此，本项目提出开展低阶煤中低分子化合物的热解析出行为及其在煤主体结构热解过程中的作用机理研究。具体内容包括：研究低阶煤中低分子化合物的含量、组成及其赋存形态，探寻煤中低分子化合物与其低温热解焦油间的关系；研究低阶煤中低分子化合物的热解析出行为，尤其是其中不可蒸馏的沥青质的热解析出行为；研究煤中低分子化合物回配以及外加供氢溶剂对溶剂抽余煤在热解过程中挥发分的析出特性和自由基浓度的影响，阐明煤中低分子化合物在原煤热解过程中的作用机理。本项目前期工作为完成研究奠定了坚实的基础，研究结果可为低阶煤的分质利用提供基础数据和理论指导。

以热解为先导的多联产技术是可实现低阶煤分质利用的可行技术之一，但目前仍需解决焦油产率较低且质量较差以及气固分离有困难等问题，有必要进一步开展针对性的应用基础研究。煤中低分子化合物是煤热化学转化过程中非常重要的活性组分，直接决定了低阶煤的反应特性及产物分布。有关煤中低分子化合物的热解析出行为及其在煤主体结构热解过程中的作用机理等研究很少，且缺乏深度，开展相关研究工作非常有必要。. 本项目研究了热溶温度和溶剂对低阶煤中低分子化合物溶出行为及组成的影响，以获取低阶煤中低分子化合物的含量、组成及其赋存形态；考察了低分子化合物的溶出对低阶煤结构及热解行为的影响，以掌握低分子化合物在低阶煤热解过程中的作用；研究了载气流速、外加石墨粉和煤粉对低阶煤沥青烯和前沥青烯热解析出行为的影响，阐明了低阶煤低温热解过程中不可蒸馏沥青质的热解析出行为；考察了低阶煤与外加富氢物质(石油渣油和生物质)的共热解特性，探究了富氢物质对低阶煤热解产物分布及组成的影响，阐明了共热解过程中的氢转移途径及作用机理。. 低阶煤低温热解的挥发物中虽然包含热解产物，但煤中天然存在的低分子化合物也是挥发分的重要组成部分(占比约30-50%)。低分子化合物对低阶煤热解行为影响显著，经正己烷或甲醇热溶分离出低分子化合物后，热解焦油产率降低、半焦产率增加。热溶残渣热解焦油产率随热溶温度的升高而降低，这说明部分低分子化合物在煤热解过程中可直接蒸发或发生一定的物理化学反应后转移至焦油中。此外，煤中天然存在的低分子化合物含有可供氢组分(如四氢萘和二氢化茚)，可为煤热解产生的自由基碎片提供活性氢。快速热解焦油中沥青的析出主要不是靠蒸发，而是熔融雾化夹带。升温速率、煤气量和载气流量对其产率有直接影响。低阶煤与富氢物质共热解过程中富氢物质可向低阶煤供氢生成更多的小分物质(水和气)，同时焦油品质得以提高。本项目对煤的分质转化新技术的开发和优化有直接的参考价值。