2-乙酰呋喃热解模型的理论与动力学机制及其对煤焦油定向转化的启示

本文系统研究了煤显微组分（macerals）对富 tar 煤热解 tar 产率及组分构成的调控机制。通过千克级密度梯度离心分离获得高纯度镜质组（vitrinite）和惰质组（inertinite），建立了组分含量、H/C 原子比、挥发分等与 tar 产率的定量关系，揭示了酚羟基、芳环体系（≥6 环）等结构特征对高附加值 tar 组分（脂肪烃、酚类、轻芳烃）生成的关键作用，为煤焦油高效制备液体燃料与化学品提供了理论依据与技术路径。

　　

Highlight

煤显微组分的独特结构与热反应性主导了热解过程中焦油（tar）的形成，而宏观尺度的显微组分分离是明确阐明显微组分对焦油产率与组成影响的前提。

Sample preparation

本研究选取陕西凉水井矿的富 tar 煤作为原煤（RC），将其研磨至 150 μm 以下以释放显微组分。采用苯与四氯化碳调配重液至目标密度（精确至 0.001 g/cm3），在 24–26°C 下平衡 2 小时后进行千克级密度梯度离心分离，成功获得高纯度镜质组（PV，89.40%）、高纯度惰质组（PI，82.38%）及一系列不同组分含量的样品。

Tar yields of coal samples

不同显微组分含量煤样的焦油产率如图 2 所示。高镜质组样品 PV 和 HV 的焦油产率分别为 14.11% 和 12.46%，显著高于原煤（RC），与其高镜质组含量（PV：89.40%；HV：76.79%）一致。相反，高惰质组样品 PI 和 HI 的焦油产率降至 6.02% 和 5.33%，与其高惰质组含量（PI：82.38%；HI：75.98%）相符。因此，焦油产率与镜质组含量呈正相关，与惰质组含量呈负相关。

Conclusions and prospects

本研究通过千克级密度梯度离心分离从富 tar 煤中获得了一系列不同含量的显微组分富集物。分离得到的显微组分富集物表现出 distinct 的分子结构与热反应性，为建立焦油产率、焦油组分产率与显微组分含量、分子结构参数之间的定量关联提供了基础。主要结论如下：

(1) 焦油产率与镜质组含量、惰质组含量、挥发分及 H/C 原子比均呈现显著相关性，可用于可靠预测热解焦油产量；

(2) 脂肪烃、酚类组分及轻芳烃的产率与镜质组含量呈现良好的线性关系，为预测和控制目标焦油组分的形成提供了依据；

(3) 脂肪烃产率与 H/C 原子比呈指数相关；酚类组分产率受酚羟基含量强烈影响；较高的轻芳烃产率则与芳香族和脂肪族官能团的相对丰度以及较大芳香体系（≥6 环）的含量密切相关；

(4) 成本效益最优的焦油生产镜质组/惰质组比例范围为 1.0 至 4.0。

本研究为提升煤焦油品质与产率、推动富 tar 煤高效转化为液体燃料和高附加值化学原料提供了重要见解。