摘要
热解是煤的液化、气化、燃烧等热转化过程的初始阶段和重要步骤，也是低阶煤资源分级炼制清洁高效利用的有效途径之一。低阶煤挥发分含量高、热转化温度低，是低温热解提质的最佳原料。液化残渣是煤直接液化过程的副产物，约占原料煤质量的30%且含有较多的液化重质油组分。由于残渣粘结性、膨胀性强，单独热解容易造成出焦困难及热解炉阻塞。将低阶煤与液化残渣共热解以期解决传统煤热解工艺焦油收率低、品质差的问题，同时可以提高整个液化工艺的经济性。 本文首先在自行搭建的单段式固定床反应器上进行了神东煤（SD）与其直接液化残渣（DLR）的共热解实验，对热解产物及碳/氢/氧元素分布进行了考察，并结合焦油的热重模拟蒸馏、气质联用（GC-MS）、核磁共振（NMR）等表征对共热解过程发生的相互作用进行了分析。进一步进行了神东煤与液化残渣的混合/分层（上层-U，下层-L）共热解实验，以探究共热解过程中的供/受氢情况。为了考察相互作用的来源，将液化残渣分为四氢呋喃可溶物（THFS）和四氢呋喃不溶物（THFIS）两部分，进行了共热解实验。最后，利用热重分析仪对热解半焦的气化反应性进行了考察，并结合半焦物理化学性质对反应性差异的原因进行了解释。得到了以下结果和结论： (1)神东煤与液化残渣共热解过程存在着相互作用，与理论值相比，共热解液体产物（焦油、热解水）产率有所增加，半焦、气体产率降低。共热解改变了元素分布，共热解焦油中碳/氢/氧元素含量较理论值增加，更多的氢和氧迁移至焦油和水中。 (2)神东煤热解焦油主要由沸点<400 ℃的组分构成，而液化残渣焦油组分多为高于400 ℃的稠环芳香类物质。共热解焦油产率增加主要是沸点高于300 ℃的多环芳香物质的贡献，焦油中稠环芳香氢所占比例有所增加。 (3)共热解焦油正己烷可溶物中有氢化芳香结构如2-甲基-9H芴的生成，酚类物质总量较理论值略有增加。同时，液化残渣的添加抑制了复杂酚类化合物向简单酚类化合物的转化。 (4)神东煤与液化残渣以不同放置方式共热解时相互作用程度大小依次为：SD(L)+DLR(U)> SD(U)+DLR(U)> SD(U)+DLR(L)。相同条件下，THFS较神东煤对氢的利用能力更强。共热解过程中神东煤与液化残渣 THFS发生相互作用，使得部分 THFS单独热解会缩聚成半焦的碎片被神东煤裂解生成的自由基稳定转化为焦油，进而导致了相互作用的发生。 (5)热解半焦的CO2气化反应性为神东焦>共热解焦>液化残渣焦。随着DLR添加量的增大，共热解半焦的CO2气化反应性逐渐降低。共热解半焦石墨化程度逐渐增大，比表面积逐渐降低。
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