摘要
能源与环境可持续发展一直是全球关注的焦点，我国“富煤-贫油-少气”的能源结构决定着对化石能源进口依赖度很高，尤其是石油和天然气对外依存度极高。在此背景下，富油煤这一特殊的稀缺煤炭资源却仍在被直接燃烧使用，造成极大浪费。煤热解制油是重大能源安全战略，但是仍然存在热解产物收率低、品质差、系统装置易堵塞的问题。因此本文提出低温冷冻预处理技术，结合快速热解的煤制油的新方法，研究不同低温冷冻条件（冷冻温度）下富油煤物理结构特征演化，主要聚焦其传热特性，分析富油煤低温冷冻预处理后热解性能与热解产物的演变。研究成果为富油煤高效清洁转化提供新思路，对实现我国能源安全战略具有重要理论意义和应用价值。 以西部富油煤为研究对象，基于煤低温干馏技术，得出实验所用富油煤煤样的焦油产率；采用热重技术，测试分析富油煤热解反应不同阶段具体温度点：通过激光闪射技术，分别在高温(30~300℃)和低温冷冻(-90~0℃)条件下测试分析温度和煤阶对富油煤的热扩散系数、比热容和导热系数的影响。研究发现富油煤在室温~200℃为干燥脱水阶段，在200~600℃为解聚分解阶段，开始产生胶质体凝固生成半焦并伴随着煤气和焦油的产生，在600~1000℃为缩聚反应，半焦缩聚产生焦炭：低温冷冻条件提升热量在富油煤内部的传递速度，体现在其热扩散系数数值的上升，最大上升了40.2%，这有利于其热解制油。 通过比表面积(BET)和孔径分布测试手段分析富油煤的孔径结构：基于气相色谱(GC)技术，测试分析低温冷冻预处理技术对富油煤热解气体产物的影响机制，得出不同热解温度与冷冻温度下热解气体产率及组分的变化规律：采用气相色谱-质谱联用(GCMS)技术，测试分析低温冷冻预处理技术对富油煤热解液体产物的影响机制，得出不同冷冻温度下热解液体产率及组分的变化规律。研究表明实验采用富油煤煤样比表面积在2~15 m2/g之间，富油煤内部多为介孔结构，几乎没有微孔结构；随着热解温度的升高，富油煤固体产率减少，气体产率增多，液体产率在500℃左右达到最大值，最大达10.2%；低温冷冻预处理技术提升富油煤焦油产率，最大提升92.5%；同时提升部分富油煤热解所产生焦油中烃类化合物含量，最大提升2.45%。
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