超临界水气化煤焦油残渣制氢：实现危险废物资源化与碳中和的创新路径

针对煤焦油残渣(CTR)污染与资源浪费问题，本研究首次将超临界水气化(SCWG)技术应用于CTR处理，系统探究温度(540–700°C)、停留时间(5–60min)、物料浓度(3–11wt%)及催化剂对产氢效率的影响。结果表明，700°C、60min、3wt%浓度下使用K2 CO3 催化剂时，碳气化效率(CE)达94.44%，H2 产量67.56mol kg?1 ，为危险废物清洁转化与氢能开发提供新范式。

　　

煤焦油残渣(CTR)作为煤炭加工过程中的危险废物，含有大量多环芳烃(PAHs)和固定碳，每年我国产量约百万吨，传统处理方式易造成二次污染。在“碳达峰、碳中和”背景下，如何实现CTR的无害化与资源化成为紧迫课题。超临界水(SCW)因其独特的物理化学性质（低粘度、高扩散系数），为CTR高效转化提供了新思路。

中国的研究团队首次将超临界水气化(SCWG)技术应用于CTR处理，系统研究了温度、停留时间、物料浓度及催化剂对产氢效率的影响。实验发现，高温(700°C)、长停留时间(60min)、低浓度(3wt%)条件下，K₂
CO₃
催化剂可显著提升反应效率，碳气化效率(CE)达94.44%，H₂
产量创67.56mol kg^?1
的纪录。该成果发表于《Journal of Cleaner Production》，为危险废物能源化提供了科学方案。

关键技术包括：1) 采用工业级CTR样本（来自宁夏宝廷新材料）；2) 构建SCWG反应系统（温度540–700°C、压力23–28MPa）；3) 六种催化剂筛选；4) 气液固产物联用分析。

研究结果

1. 温度影响：700°C时H₂
   产量较540°C提升3.2倍，高温促进PAHs断键与小分子气体生成。
2. 停留时间：60min时CE达峰值，过短则反应不彻底，过长易引发逆反应。
3. 物料浓度：3wt%低浓度下传质效率最优，CE比11wt%时提高21.8%。
4. 催化剂：K₂
   CO₃
   通过促进水气变换反应(WGS)显著提升H₂
   选择性。

结论与意义
该研究揭示了CTR在SCW中的气化机制：PAHs经自由基反应逐步裂解为H₂
、CH₄
等气体，K₂
CO₃
通过催化C–C键断裂提升效率。相较于传统焚烧法，SCWG技术可实现污染物源头控制，每吨CTR转化减少约2.8吨CO₂
排放。研究不仅为CTR资源化提供工业化路径，更推动氢能产业链与碳中和目标的协同发展，契合联合国可持续发展目标(SDGs)第7项（清洁能源）与第12项（负责任消费）。未来需进一步优化催化剂寿命与经济性评估，以促进技术落地应用。