块状次烟煤热解行为研究：粒径效应对产物分布与焦炭结构演化的影响机制

本文系统研究了不同粒径（200目、12、15和18 mm）梅花园（MHJ）次烟煤的热解行为，揭示了粒径增大导致焦炭产率上升、焦油和热解气产率下降的规律。通过多尺度表征技术（GC-MS/FTIR/XRD/Raman/XPS）发现，大粒径煤热解焦炭中脂肪族CH结构减少、含氧官能团增加，芳香微晶层片平均直径扩大而堆叠高度降低，结构趋向石墨化碳的有序致密化演变。该研究为优化块状次烟煤热解工艺提供了重要理论依据。

　　

Highlight

块状次烟煤热解行为研究：粒径效应主导产物分布与结构演变

Materials and pyrolysis experiments of MHJ sub-bituminous coal

选用MHJ次烟煤为原料，通过破碎筛分获得200目（<74 μm）粉煤及12/15/18 mm块状煤样。基于前期不同热解温度下焦炭表面与中心结构演变规律，本研究采用固定床反应器在相同热解条件下进行实验，系统考察粒径对产物分布的影响。

Distribution of pyrolysis products

图1a显示随着块煤粒径增大，焦炭产率显著增加而焦油产率下降。这种反向关联源于块煤内部形成的温度梯度——较大粒径导致挥发分二次反应加剧，促进焦油裂解为小分子气体。气相色谱（GC）分析表明，块煤热解气中CO₂和轻烃（C₁-C₄）占比随粒径增加而升高。

Conclusions

本研究揭示：1）块煤粒径与焦炭产率呈正相关，与焦油/热解气产率负相关；2）块煤焦油以烃类化合物为主（含更高酯酮类但酚类更低）；3）傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）证实大粒径焦炭中脂肪族CH结构减少而含氧官能团富集；4）X射线衍射（XRD）与拉曼光谱（Raman）显示芳香微晶层片横向扩展、堆叠高度降低，结构向石墨化碳有序演变。这些发现为块状次烟煤热解机理研究提供了分子层面的创新见解。