Thermal pretreatment and subsequent pyrolysis of lignite

Abstract

热解是一种从煤中直接获取低碳燃料及高值化学品的温和转化工艺。现有热解技术存在焦油产品收率低且焦油中的重质沥青质组分含量高的缺点，给装置的连续运行及油品的深加工带来问题，因而在工业上还没有得到广泛应用。对热解反应前的煤进行预处理，能够改善煤中结构、改变其元素配比，进而可能调控热解油品收率及品质。其中热预处理能够利用常见低品位热源，在低于热解温度条件下的不同气氛中，对煤样的结构及组成进行一定的改变，使其热解行为发生变化。针对中国储量多、含水高的褐煤，热预处理可同时实现其干燥脱水，还可充分利用热烟气及过热水蒸汽等低品位热源，因而具有极高的实际工业可应用性。 本论文采用固定床反应器研究了不同气氛、温度条件下热预处理内蒙胜利褐煤对煤元素组成和官能团结构的改变，表明：随着预处理温度的升高，煤中气体释放量增加，释出气体的主要成分为CO2。含O2气氛下的预处理过程中煤释放的气体量比惰性气氛下要高。与原煤相比，热预处理后煤中羟基的红外吸收强度减弱，芳香氢与脂肪氢的红外吸收强度比减少，脂肪氢的相对含量增加，表明煤中的氢源分布情况发生了改变。原煤的表面吸附能力较强，经过热预处理后，受干燥及煤中部分挥发分逸出的影响，中孔数量减少而微孔数量相对增多。预处理后的煤在同一反应器中直接升温至600 ℃发生原位热解。与未经处理的煤热解相比，N2、N2＋O2、CO2气氛下热预处理后热解水收率下降，热解气收率增加，热解气中CO2含量增高，从而导致热值下降。过热水蒸汽热预处理后，焦油质量收率提高约3～4个百分点。热解焦油组成的变化与预处理气氛和温度密切相关，过热水蒸汽在200 ℃时的预处理容易使得焦油中轻质组分的含量（沸点低于360 ℃的馏分）比原煤热解焦油提高了约27个百分点。水蒸汽与模拟烟气的混合气氛下在200 ℃及250 ℃预处理后，其热解焦油中轻油和酚油含量分别提高约60和42个百分点