低阶煤指褐煤、低变质烟煤(长焰煤、不粘煤和弱粘煤),低阶煤储量丰富,占全国煤炭资源量的55%。同时,大多数低阶煤具有低灰、低硫的特性,但由于没有粘结性或粘结性很弱,目前不能作为炼焦煤使用。即使在有强粘结性煤存在的情况下,其配入比例一般也不超过5%。因此,通过实验方法提高低变质煤的粘结性作为炼焦配煤,可以缓解炼焦煤资源短缺和促进低阶煤高值化利用。本文对长焰煤在间歇式高压反应釜进行了不同氢初压、反应时间和反应温度及长焰煤与生物质共催化加氢增粘实验。采用溶剂萃取、TD-DTG、红外分析、GC-MS和电子顺磁共振等分析方法对增粘煤结构进行表征,分析了长焰煤加氢增粘机理,得到的主要结果如下:1.在反应温度370℃、4 MPa氢初压下,长焰煤催化加氢反应50min后,煤的结构发生显著变化,煤中羟基、醚键和羧基含氧官能团和烷基侧链、桥键结构减少,降低了煤分子交联结构的形成及增大了煤分子流动性,长焰煤的粘结性显著提高,增粘煤的粘结指数从零提高到78。增粘煤粘结指数与沥青稀和前沥青稀产率之和存在线性关系。2.催化剂可以促进煤分子的解聚,提高煤转化率、沥青稀和油产率;通过在氮气气氛下的氢耗计算,催化剂可以促进从四氢萘到煤分子的氢转移;催化剂主要作用是提高氢气中氢的活化,在反应中总氢耗来自四氢萘和氢气的量基本相等。3.相比长焰煤单独加氢增粘,生物质和长焰煤共加氢增粘可以在温和条件下提高长焰煤粘结性。生物质的加入可以降低长焰煤的初始热解温度、增大最大热失重速率。生物质中木质素含量的差异是造成不同增粘效果的原因,木质素产生的苯氧基在反应中攻击煤分子,提高煤解聚程度,然后来自生物质的氢自由基和溶剂及氢气的氢稳定煤热解自由基,从而增加增粘煤中沥青稀和前沥青稀含量。通过长焰煤、松木屑、长焰煤和松木屑混合物热重实验发现,在热解过程中长焰煤和松木屑之间存在协同作用。在360℃、3 MPa、松木屑、1:1的反应条件下长焰煤粘结指数从0增长至80。4.通过实验研究了长焰煤催化加氢增粘过程中氢转移机理,结果表明:在不添加催化剂时,四氢萘中氢相比氢气更容易稳定热解自由基,因此氢转移主要路径是从供氢溶剂四氢萘至煤分子;在添加催化剂后,氢气中氢相比四氢萘更容易稳定煤自由基形成轻组分油和气,且四氢萘抑制氢气中氢的转移和煤分子的解聚,煤自由基在自由基反应中优先吸取高活性氢,因此氢转移路径是直接从氢气至煤分子。5.通过对同样的反应条件、不同的增粘煤添加量得到的焦炭SEM图分析得知:随着增粘煤配比的逐渐增加,焦炭表面的孔泡结构发展良好,这种焦炭表面多孔结构形成和炭化过程中煤中挥发分物质逸出有关。炭化过程中,增粘煤相当于热态粘结剂,长焰煤和增粘煤发生热解融合,其中软化熔融的粘结剂吸附于长焰煤表面,形成的胶质体将煤颗粒团聚。