低温氧化辅助热解强化富沥青煤轻质焦油生成机制与工艺优化研究

针对富沥青煤(7% < Tar,d ≤12%)原位热解能耗高、产物调控难的问题，中国研究人员通过固定床反应器系统研究低温(280-360℃)氧化辅助热解特性。发现150 mL/min氧流量下焦油产率达峰值7.80%，轻中馏分占比超80%，显著优于500℃氮气氛热解(50%)。该研究为富沥青煤低碳高效开发提供了新思路，成果发表于《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》。

　　

能源安全始终是悬在中国头上的达摩克利斯之剑。2023年国家统计局数据显示，我国原油和天然气对外依存度分别高达72.99%和42.20%。在这背景下，埋藏量约5000亿吨的富沥青煤（含7%-12%焦油）成为战略资源，仅陕西、新疆等五省区预估可提炼500亿吨焦油和75万亿立方米燃气。然而传统热解技术面临两难困境：高温氮气热解法虽在榆林矿区成功提取首桶原位焦油，但存在热损失大、流体循环效率低的瓶颈；而直接燃烧又会导致高值化学品氧化损耗。

为解决这一难题，中国某高校团队创新性地提出低温氧化辅助热解技术。该技术巧妙利用煤中有机质氧化放热特性，在280-360℃的低温区间实现自维持反应，相关成果发表于《Journal of Analytical and Applied Pyrolysis》。研究人员采用固定床反应器系统，结合元素分析、热重分析(TGA)和气相色谱-质谱联用(GC-MS)等技术，系统考察了氧流量(0-250 mL/min)与加热温度的协同效应。

Pyrolysis products distribution
实验数据揭示出有趣的"钟形曲线"现象：在280℃、320℃和360℃下，焦油产率随氧流量增加均呈现先升后降趋势，150 mL/min氧流量时分别达到峰值5.36%、5.87%和7.80%。这种非线性关系源于氧化反应的双重作用：适度氧流量通过半焦燃烧提供额外热源，促进重质组分阶梯式缩聚裂解（step-wise condensation and cracking）；而过量氧则导致产物过度氧化。值得注意的是，360℃下重馏分(沸点>300℃)和酚类化合物同样在150 mL/min时达到最大值21.04%和43.81%。

Gas composition analysis
气体产物分布印证了"温度-氧流量"协同机制。H₂和CH₄产率在360℃/150 mL/min条件下分别达到18.25 mL/g和25.68 mL/g，较氮气氛热解提升显著。GC-MS分析显示氧化辅助热解产生的轻中馏分(沸点<300℃)占比突破80%，较500℃氮气氛热解提高30个百分点，这种"轻质化效应"对缓解原位热解中焦油冷凝导致的通道堵塞具有工程意义。

结论与展望
该研究确立了150 mL/min氧流量和360℃的优化参数组合，证实氧化辅助热解可实现"低温高效"转化。其创新点在于：首次阐明富沥青煤低温氧化过程中的产物选择性调控机制；提出渗透模式(permeability penetration mode)增强轻质化效应的工程路径。但研究者也指出三大挑战：煤层裂隙非均质性、焦油冷凝堵塞通道、燃烧区氧浓度精确控制。这些发现为开发新一代原位热解技术提供了理论支撑，对保障国家能源安全具有战略价值。