加压流化床中低阶煤在不同气氛下的热解特性及其对煤焦油产率与组成的影响

　　为提升低阶煤清洁高效利用价值，研究人员针对陕西罕拉湾煤（CHLW）在加压流化床中开展热解研究，探究温度（500-650℃）、压力（1.0-4.0 MPa）及气氛（N2 、H2 /CO2 混合气）对热解产物分布的影响。结果表明，600℃、3.0 MPa及30%H2 +40%CO2 +30%N2 条件下煤焦油产率最高达15.1%，高压促进CH4 和CO2 生成，而H2 和CO2 协同提升焦油品质。该研究为低阶煤分级利用提供关键技术支撑。

　　

在全球化石能源日益枯竭的背景下，煤炭作为中国“富煤、贫油、少气”能源结构的主体，其高效清洁利用成为关键课题。低阶煤（如陕西罕拉湾煤CHLW）因富含挥发分和焦油前驱体，是制备化学品和清洁燃料的理想原料。然而，传统热解技术存在焦油产率低、产物组成调控难等问题，尤其在加压条件下反应机制尚不明确。为此，中国研究人员通过自主设计的公斤级加压流化床装置，系统探究了温度、压力及多元气氛对热解产物的协同影响，相关成果发表于《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》。

研究采用热重分析（TG）与流化床实验结合，通过控制温度梯度（500-650℃）、压力范围（1.0-4.0 MPa）及四种混合气氛（N₂
、50%N₂
+50%H₂
等），分析产物分布规律。关键发现如下：

TG和DTG分析
热解过程分两阶段：低温段（<300℃）以脱吸附水为主，高温段（420-520℃）活化能先增后减，表明压力对键断裂能垒存在阈值效应。

产物分布规律
最优条件（600℃、3.0 MPa、30%H₂
+40%CO₂
+30%N₂
）下焦油产率达15.1%。H₂
和CO₂
协同促进焦油生成，而纯N₂
气氛效率最低。压力升高导致半焦孔隙率下降，表面呈现规则“刷状”结构，利于气体扩散。

产物组成特性
高压焦油富含双环芳烃，低压则以脂肪烃为主。气相产物中CH₄
和CO₂
占比随压力显著提升，归因于活性氢（active hydrogen）参与C-H₂
反应及催化剂（如二元金属CaO/Fe₂
O₃
）在煤结构内的扩散增强。

结论与意义
该研究揭示了加压流化床中低阶煤热解的“温度-压力-气氛”协同机制：H₂
和CO₂
通过提供活性氢和促进脱氧反应提升焦油品质，而3.0 MPa为压力阈值，过高压力会抑制焦油产率。半焦孔隙调控和催化剂优化为工程放大提供新思路，对实现煤炭分级利用和“双碳”目标具有重要实践价值。