本发明属于煤炭清洁利用与生物质能源转化，具体涉及一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法。
背景技术：
1、富油煤作为重要的能源转化原料，其传统热解技术的局限性愈发显著。一方面，单独富油煤热解存在热解产物品质差、高值组分收率低的问题，焦油中优质组分占比不足，热解气中高热值气体产出有限；另一方面，热解过程伴随大量温室气体排放，半焦产物品质较差等问题，难以满足低碳高效的能源转型需求。
2、富油煤和生物质共热解技术为破解上述难题提供了新方向。作为可再生碳中性资源，富油煤和生物质共热解时可产生协同效应，有望改善热解产物分布与品质。其中，木质素因独特的芳香族结构与富油煤具有高度适配性，其热解产生的活性位点与自由基能够促进煤大分子结构裂解。然而，现有共热解技术仍面临诸多挑战，如热解过程缺乏有效调控手段，难以定向提升焦油、热解气中高附加值组分产率。以及原料混合后反应活性位点接触效率低，木质素与富油煤的协同作用难以充分发挥等。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法。该方法利用cao催化剂、水热预处理和对辊成型协同提高富油煤和木质素共热解产物产率与品质，既能强化二者共热解的协同效应以提升高值组分收率，又能减少热解过程中温室气体及污染物排放，为煤与生物质的清洁高效转化提供技术支撑，解决了现有共热解工艺难以实现富油煤与木质素协同作用、难以提升产物质量和收率大难题。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
3、步骤一、原料预处理：将原料富油煤经研磨筛分获得设定粒径的原料煤粉，然后烘干预处理脱除水分；将原料木质素通过研磨筛分获得设定粒径的原料木质素粉，然后烘干预处理脱除水分；
4、步骤二、水热预处理：将步骤一中烘干预处理后的原料煤粉、烘干预处理后的原料木质素粉与cao催化剂混合均匀得到共混物，然后对共混物进行水热预处理，结束后烘干脱水，再经研磨、筛分，获得设定粒径的待成型混合物；
5、步骤三、成型工艺：将步骤二中的待成型混合物与去离子水混合，然后在成型机中进行对辊成型处理，再经烘干脱水，获得设定粒径的成型物；
6、步骤四、共热解：将步骤三中的成型物置于固定床热解炉内进行共热解反应，生成固体半焦和热解油气产物；
7、步骤五、产物分离：将步骤四中的热解油气产物送入冷却泵收集罐中冷凝分离，得到热解焦油与热解气，待共热解反应结束后收集固定床热解炉中的残留固体，得到固体半焦。
8、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤一中所述原料富油煤采自陕西省黄陵煤矿的黄陵煤，原料木质素选用山东龙力生物科技股份有限公司的酶解木质素；步骤一中所述原料木质素先采用大量去离子水洗涤至ph呈中性；步骤一中所述原料煤粉和原料木质素粉的烘干预处理温度均不超过105℃。
9、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤一中所述原料富油煤经研磨后过200目筛，获得粒径小于0.074mm的颗粒占比大于50%的原料煤粉；所述原料木质素经研磨后过200目筛，获得粒径小于0.074mm的颗粒占比大于50%的原料木质素粉。
10、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤二中所述烘干预处理后的原料煤粉、烘干预处理后的原料木质素粉与cao催化剂的质量比为8:2:0.1。
11、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤二中所述水热预处理的反应温度为180℃，持续反应时长为24h；所述烘干脱水的温度不超过105℃；所述待成型混合物中粒径小于0.074mm的颗粒占比大于50%。
12、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤三中待成型混合物与去离子水按照10g成型混合物加8g~10g去离子水的比例进行混合；所述对辊成型处理的压力为4mpa，并进行2~3次；所述烘干脱水的温度不超过105℃；所述成型物的粒径为6mm。
13、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤四中所述共热解反应前，先采用载气n2置换固定床热解炉内的空气5min，并检查气密性，待载气流量稳定在100ml/min后启动共热解反应。
14、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤四中所述共热解反应时采用程序升温控制反应过程：先以10℃/min的速率逐步提升温度至650℃，然后在650℃恒温状态持续反应1h。
15、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤四中所述共热解反应的升温过程中，当温度达到200℃时即刻启用气袋收集热解产生的气体。
16、上述的一种基于水热-成型预处理强化共热解协同效应的方法，其特征在于，步骤五中所述热解油气产物在载气携带下进入冷却泵收集罐，经冷凝后分离得到包含热解焦油的油水混合体系，根据gb/t480-2010《煤的铝甑低温干馏试验方法》对油水混合体系进行焦油脱水处理，得到热解焦油和水分。
17、本发明与现有技术相比具有以下优点：
18、1、本发明将原料富油煤与木质素预处理后与cao催化剂共混进行水热预处理（htp），通过水热预处理断裂原料化学键、重构原料结构提高原料活性，再经对辊成型处理（rpb）后进行共热解反应，利用cao-htp协同处理促进了富油煤和木质素大分子的水解与界面相互作用，利用对辊成型处理改变成型物形态，增强了反应物之间的相互作用，提高了传热效率，同时增加了产物热解油气由里向外扩散传递过程的二次反应，提升了高值组分收率，从而显著强化了富油煤与木质素共热解的协同体质增收效果。
19、2、本发明选用cao催化剂，一方面经水热预处理获得含有高浓度钙离子的混合物，在后续共热解反应中发挥催化作用，另一方面协同提高热解油气产率及轻质化产物含量，并提升高附加值气相组成的产率，如提高h2和ch4的产率，降低co2的产率，解决了水热预处理显著提高共热解焦油产率却降低热解气产率的缺陷。
20、3、本发明采用对辊成型处理，将粉末状的水热预处理产物转化为圆颗粒状成型物再进行共热解反应，一方面颗粒状的流动性更好、能均匀通过共热解设备，减少堵塞和热传递不均匀，保障共热解过程稳定，有利于实现连续化热解，另一方面颗粒状的比表面积适中，有效避免过度反应或结焦，使得热交换和物质更均匀，提升共热解效率并保证产物一致性。
21、4、本发明的共热解产物中共热解焦油产率增加了51.48%，其中单环芳烃和脂肪族化合物产率分别增加达110.40%和71.10%，热解水产率降低达81.13%；共热解气产率提高达16.01%，其中h2和ch4产率分别增加达55.20%和40.91%，co和co2产率分别降低达67.24%和33.19%；同时，共热解半焦产率降低达3.84%，且半焦颗粒团聚成相对规整块状，表面更致密，碎屑较少，孔隙分布相对集中，减少热解过程中温室气体及污染物排，故本发明的共热解方法显著提升了产物品质。
22、5、本发明的共热解方法不仅突破了传统共热解效率低、产物品质差的瓶颈，还实现了富油煤与废弃木质素资源的高值化利用，在煤炭清洁转化与生物质资源化领域展现出显著的技术优势与应用潜力。
23、下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。