夏琴曄，水恒福

(安徽工業(yè)大學煤清潔轉化與高值化安徽省重點實驗室，化學與化工學院，安徽馬鞍山243032)

煤炭是重要的一次能源，我國煤炭資源豐富，儲量高達1.416×10t，占全球煤炭總探明儲量的13.2%。同時，我國煤炭消費量在一次能源消耗占比一直超過57%，2019年總消費量為28億t標準煤，占全球煤炭消費量的51.7%。其中，大部分煤炭直接用于燃燒發(fā)電，由此產(chǎn)生大量二氧化碳、二氧化硫等污染物，造成嚴重的環(huán)境污染。隨著我國環(huán)境保護力度的日益加大，開發(fā)煤炭潔凈利用技術，特別是獲取高附加值化工產(chǎn)品和清潔燃料的煤炭高效轉化技術已受到越來越多煤科學工作者的關注。

我國煤炭種類多、儲量豐富，但高灰分低質煤占比大，直接使用效率低、污染嚴重。因此，煤的脫灰處理一直是煤潔凈利用關注的焦點之一。澳大利亞學者使用低溫灰處理技術分離澳大利亞煤炭中的礦物質，提出使用HF和HCl水熱處理煤炭中的灰分，并對處理后的礦物質樣品進行分析，發(fā)現(xiàn)分兩段依次使用HCl和HF 對煤炭進行水熱處理，可有效去除煤炭中的礦物質。之后，澳大利亞學者提出分兩段依次使用HF 和HNO對高揮發(fā)性煙煤進行化學處理，發(fā)現(xiàn)煤中灰分減少了95%，且在燃燒后SO排放量大幅度降低，但硝酸處理會導致NO排放量增加。水熱條件下使用酸和堿處理的超凈煤(UCC)工藝可有效減少煤中灰分，但處理后灰分質量分數(shù)仍高達0.1%～0.5%，直接注入燃氣輪機燃燒，會導致葉輪壽命降低。日本學者在UCC工藝基礎上，提出通過有機溶劑熱萃取煤中有機組分的方法，可得到灰分質量分數(shù)少于0.02%的無灰煤(Hyper-Coal)，且抽提率超過60%。之后，煤熱溶工藝的研究開發(fā)開始逐漸被國內外煤化學界重視。

煤熱溶，是指在惰性氣氛及不同溫度、壓力條件下，采用有機溶劑對煤樣進行熱萃取，發(fā)生一系列物理、化學變化的復雜過程。其過程實質是，有機溶劑在一定溫度、壓力條件下滲透進煤的主體網(wǎng)絡結構中，導致煤中共價鍵、非共價鍵斷裂，使煤中有機物盡可能多地被溶劑萃取出來，通過分離達到高效脫除煤中礦物質等無機物的目的。但煤熱溶萃取率一般較低，在提高熱溶萃取率問題上，有學者提出催化熱溶，通過加入催化劑，促進煤大分子骨架結構中弱鍵斷開，使煤大分子解聚，變成小分子，提高熱溶產(chǎn)率。因此，文中從溶劑、溫度、添加劑及煤樣預處理四個方面，綜述其對煤熱溶性能的影響；基于煤催化裂解的研究基礎，對煤的催化熱溶及催化劑選擇進行探究；此外，探討煤熱溶物在配煤煉焦、煤基燃料及煤基納米碳材料中的相關應用。

1 煤熱溶性能的影響因素

1.1 溶劑

在熱溶過程中，煤由于溶劑的擴散滲透而發(fā)生溶脹，使得其大分子結構中部分非共價鍵和較弱的共價鍵斷裂而解聚，形成可溶于溶劑的小分子組分，并通過擴散進入溶劑成為熱溶物。溶劑極性、供氫能力的不同，萃取結果也各不相同。理想的溶劑除要求熱溶產(chǎn)率高、溶劑回收簡單外，還應兼具價格低廉、性質穩(wěn)定、毒性和氣味小等優(yōu)點。

1.1.1 溶劑極性

Yoshida 等在360 ℃條件下利用二甲基萘(DMN)和粗甲基萘油(CMNO)對Upper Freeport、Enshu 及Illinois No.6三種不同變質程度的煤進行熱溶處理，熱溶物產(chǎn)率比1-甲基萘(1-MN)和輕循環(huán)油(LCO)高，認為是CMNO 和DMN 中富含喹啉(QN)和吲哚(IN)等含氮極性化合物所致。此前Iino 等發(fā)現(xiàn)室溫下二硫化碳/N-甲基2-吡咯烷酮(CS/NMP)中煙煤萃取率可達40%～60%，認為溶劑中含氮化合物誘導煤網(wǎng)絡骨架松弛是提高煤熱溶抽提率的關鍵因素。之后，通過分別向非極性萃取溶劑1-MN，LCO 中添加極性化合物發(fā)現(xiàn)，添加劑量與溶劑熱溶物產(chǎn)率正相關，但CMNO的熱溶物產(chǎn)率在相同氮含量下仍比其他非極性溶劑/添加劑混合溶劑的高。Kashimura等發(fā)現(xiàn)，熱溶物產(chǎn)率取決于溶劑中特定極性化合物的量，而非全部極性化合物的總量，在熱溶物產(chǎn)率最高的溶劑中吲哚含量最豐富。甲醇能破壞煤網(wǎng)絡結構中的氫鍵等非共價鍵，有助于溶劑更好地在煤中擴散，增加溶劑與煤的接觸面。因此向溶劑中添加少量甲醇，可極大提升煤在360 ℃下的熱溶物產(chǎn)率。Masaki等研究發(fā)現(xiàn)：在LCO，CMNO中分別加入質量分數(shù)20%的喹啉作為溶劑進行煤熱溶萃取時，LCO熱溶物產(chǎn)率提高1%～6%，而CMNO中熱溶物產(chǎn)率無變化；加入質量分數(shù)20%的NMP，兩者熱溶物產(chǎn)率都會提高7%～10%。這是由于NMP的極性較強，可解離并破壞煤中不易被熱效應或弱極性化合物斷開的強離子鍵和氫鍵，使煤熱溶物產(chǎn)率增加。但在CMNO 中加入甲醇或同時加入NMP會導致煤熱溶物產(chǎn)率降低，這是由于NMP和CMNO中富含的有機物吲哚是含氮極性化合物，易與甲醇相互作用，形成氫鍵，導致煤熱溶物產(chǎn)率下降。綜上可見，向溶劑中加入合適的含氮極性化合物有助于提高煤熱溶物產(chǎn)率，但同時需考慮溶劑中的組分是否會與含氮極性化合物發(fā)生相互作用，以避免降低溶劑的溶解能力與極性，影響煤的熱溶效果。

1.1.2 溶劑供氫能力及其揮發(fā)性

Rahman等利用加氫處理的工業(yè)溶劑對煤熱溶產(chǎn)率進行研究，發(fā)現(xiàn)加氫精制的重質芳烴(SB)溶劑中煤熱溶物產(chǎn)率高于重質芳烴(SA)，兩者熱溶物產(chǎn)率分別為56.6%和50.8%，認為溶劑SB 的供氫能力起重要作用。石智杰等分別使用大唐勝利褐煤液化衍生油(輕油、中油及重油)和加氫循環(huán)溶劑油對煤進行熱溶萃取，發(fā)現(xiàn)供氫能力較強的加氫循環(huán)溶劑油的熱溶物產(chǎn)率最高，達46.7%。這是由于加氫循環(huán)溶劑油與煤分子結構相似，符合相似相溶原理，且其具有較強的供氫能力，可向煤熱解產(chǎn)生的自由基碎片供氫，防止自由基發(fā)生縮聚反應而生成不溶物。崔詠梅等使用工業(yè)洗油對小康莊1/3 焦煤進行熱溶萃取，煤的熱溶萃取率為66.8%；該工業(yè)洗油循環(huán)利用4次后，熱溶萃取率仍大于60%。Kuzentsov等分別以不同的煤、石油衍生油為溶劑對煤熱溶進行研究，發(fā)現(xiàn)具有較強供氫能力的四氫萘(THN)、煤焦油(CT)、煤焦油的蒽油餾分(AFCT)及芳香性較低的生產(chǎn)炭黑原料油(HGOCC)均具較高的煤熱溶產(chǎn)率；HGOCC溶劑具有較高的熱溶物產(chǎn)率，這與其揮發(fā)性較低及煤在低于溶解反應溫度下進入塑性狀態(tài)的能力有關。在此反應條件下，溶劑組分在氣相和液相之間的分布會強烈影響其與煤中軟化易熔融物質接觸的程度，揮發(fā)性較低的液相溶劑可極大地促進軟化煤顆粒和塑性物質的物理分散，改善其與溶劑分子的接觸。

1.2 溫度

溫度是影響煤熱溶產(chǎn)率的重要因素之一。提高反應溫度，一方面有利于降低溶液的黏度，促進溶劑在煤主體網(wǎng)絡結構中的擴散；另一方面會促進煤分子的熱解聚，使更多有機質被釋放。但隨著溫度的不斷提高，斷裂的煤大分子碎片會發(fā)生縮聚反應使煤熱溶物產(chǎn)率下降。

1.2.1 高溫熱溶

當煤被加熱到軟化溫度但仍低于開始分解的溫度時，煤的結構會變得松弛，溶脹率和溶劑中的萃取率均上升，其溫度范圍為350～400 ℃。Miura等研究發(fā)現(xiàn)，其他條件不變，在350 ℃左右進行煤的熱溶萃取，得到的熱溶物產(chǎn)率最高，同時煤受熱分解的量較少。Takanohashi等在300～420 ℃區(qū)間，以1-MN為溶劑對次煙煤(Pasir)、褐煤(Mulia)進行熱溶萃取發(fā)現(xiàn)：隨溫度提高熱溶物產(chǎn)率不斷增大，400 ℃時達到極值，之后產(chǎn)率開始下降；熱溶物的H/C，O/C 原子比隨熱溶溫度的提高而減少(除Pasir 的H/C 在320 ℃后開始下降)。Shui等以1-MN作為溶劑對神府次煙煤進行熱溶抽提時發(fā)現(xiàn)，300 ℃時煤熱溶物收率為41%，360 ℃時到達極值(56%)，380 ℃時熱溶物收率下降至40%。Kim等用NMP對煙煤、次煙煤進行熱溶抽提時發(fā)現(xiàn)，次煙煤的熱溶物收率隨溫度升高而升高，煙煤的熱溶物收率萃取達到一定溫度時到達峰值，之后隨溫度升高而下降?？梢姡煌悍N熱溶時均有一個最佳的熱溶溫度。煤的熱溶物收率一般隨溫度升高而增加，但當超過最佳溫度時，煤熱解產(chǎn)生的自由基會發(fā)生縮合反應生成不溶物保留在殘煤中，導致熱溶物收率下降；熱溶物的分子量也會因熱裂解產(chǎn)生的小分子增多而減小。潘春秀等發(fā)現(xiàn)隨溫度提高，煙煤熱溶物的縮合芳環(huán)數(shù)因煤結構中較大縮合芳環(huán)間橋鍵的斷裂而增加。由此表明，適宜的溫度有利于煤的熱溶，低階煤高溫熱溶的溫度在300～400 ℃之間。

1.2.2 溫和熱溶

Cen等在對低階煤進行微波輻射處理時發(fā)現(xiàn)，微波加熱會導致煤中微孔結構的增加以及孔體積和比表面積的增大，利于溶劑/溶質的擴散傳質。Chen等以丙酮為溶劑，采用微波輔助萃取的方法對神府煤進行萃取，在100 ℃下，萃取率達最高(7.85%)，高于同等溫度下索氏萃取率(5.42%)；張良平等用THF對神府煤進行微波輔助萃取，發(fā)現(xiàn)在140 ℃下，萃取率達最高(5.50%)；陳紅等發(fā)現(xiàn)，以二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑不同煤樣在200 ℃下均有較高的微波輔助萃取收率，以四氫呋喃為溶劑進行萃取不會破壞煤的大分子結構。賈梅等以煤焦油為溶劑對煤進行微波輔助萃取，發(fā)現(xiàn)在180 ℃下溶煤比為3∶1(質量比)時萃取率最高(25.51%)。由此表明，采用微波輔助萃取的方法可在溫和條件下對煤進行熱溶抽提，溫和條件下使用低沸點溶劑對煤進行熱溶，可避免高沸點溶劑帶來的溶質難以分離以及溶劑回收時的高能耗問題，對煤熱溶的應用具有重要意義。

1.3 添加劑

Shui以CS/NMP為溶劑對UF煤進行抽提時發(fā)現(xiàn)，與原煤相比，添加鹵鹽類添加劑可明顯提高煤的轉化率，這是由于煤分子會同鹵素陰離子通過酸堿作用強烈締合破壞自身的締合結構，提高煤抽提率，其產(chǎn)率按F＞Cl＞Br＞I的順序增加。Takahashi 等研究了CS/NMP 混合溶劑中添加各種鹽對不同煤種萃取率的影響，發(fā)現(xiàn)鹽類的添加可提高煤樣的提取率，其中在UF煤的抽提溶劑中添加少量四丁基氟化銨，萃取率從60%提高到84%。戈軍等發(fā)現(xiàn)金屬無機鹽的添加可不同程度地提高神華煙煤的溶脹率，其中Fe(NO)因對煤顯示較強的電荷能力其促進效果最明顯。

Shui等以1-MN為溶劑對神府煤進行熱溶萃取，發(fā)現(xiàn)在360 ℃下，加入生物質的模型化合物芐基苯基醚(BPE)可顯著提高煤熱溶產(chǎn)率(產(chǎn)率提高22%)。Jian等用木質素與煤(LC/MM，RS/MM，LC/LY，RS/LY)共熱溶，通過得到的產(chǎn)物發(fā)現(xiàn)，LC/MM，RS/MM不溶物部分的理論計算值大于實驗值，可溶物部分理論計算值小于實驗值，而LC/LY與RS/LY數(shù)值相同。Zou等發(fā)現(xiàn)在360 ℃下神府煤與木質素共熱溶得到的熱溶產(chǎn)率為74%，大于理論值(70%)。由此表明，部分煤與生物質之間存在一種協(xié)同作用，這種協(xié)同作用可破壞煤分子的網(wǎng)絡骨架，導致煤的解聚，提高兩者共熱溶的熱溶產(chǎn)率。

1.4 煤樣預處理

煤中的礦質元素主要以離散的礦物質或與有機物結合的礦物質形式存在。離散的礦物質大多來自于煤層中已存的富含黏土、碳酸鹽和硫化物的巖石顆粒；與有機物結合的礦物質組分主要是煤中礦質元素與羧酸、酚羥基、亞氨基等官能團通過化學鍵連接在一起。為去除與煤中有機組分結合在一起的礦質物質，減少煤中灰分對熱溶性能的影響，可預先對煤樣進行堿處理、酸處理或水熱處理。Borthakur，Behera等使用NaOH 對煤樣進行預處理，發(fā)現(xiàn)在較短時間內可使煤樣中的灰分減少，但加大了堿濃度和延長了處理時間，對灰分的減少產(chǎn)生負面影響。

Masaki等以LCO為溶劑分別對原煤樣、酸處理后的煤樣進行熱溶萃取，前者熱溶產(chǎn)率為33.5%，后者提高到43.4%；改用CMNO 為溶劑，原煤樣的熱溶物產(chǎn)率為41.3%，遠低于酸處理后煤樣的熱溶物產(chǎn)率(60.5%)。若原煤中離子鍵交聯(lián)量較少，酸處理對煤分子自身性質的改變則較小，對熱溶性能的影響較小。Li等發(fā)現(xiàn)熱溶萃取前采用酸對多種低階煤進行預處理，可提高熱溶產(chǎn)率。其中：以極性化合物NMP為溶劑，熱溶物產(chǎn)率會大幅提高；以非極性化合物1-MN為溶劑，熱溶物產(chǎn)率變化較少。對低階煤進行酸處理，可除去煤中金屬羧酸鹽中的金屬陽離子(如Mg，Ca)，破壞金屬陽離子與羧酸根陰離子之間形成的陽離子橋鍵，而失去陽離子的羧基之間會形成新的氫鍵。此時，引入極性溶劑會再次破壞羧基基團之間的氫鍵，可顯著提高煤熱溶產(chǎn)率。

Iino 等對煤樣進行水熱預處理，處理溫度為600 K 時，溶劑熱溶萃取率與原煤相比得到顯著提高。Morimoto等對澳洲褐煤在350 ℃下進行水熱處理，發(fā)現(xiàn)與原煤相比處理煤氧含量明顯降低，熱值也有所提高。Nakagawa 等對澳洲褐煤在300 ℃下進行水熱處理，發(fā)現(xiàn)處理煤干燥后水分質量分數(shù)較原煤下降了0.72 kg/kg，熱值增加了2.0 MJ/kg，同時降低了煤在低溫下對氧氣的反應性，利于抑制煤的自燃。Shui等對神府煤在250 ℃下進行水熱處理時發(fā)現(xiàn)，CaO的添加可進一步促進水熱處理效果，使神府煤萃取率及黏結指數(shù)得到提高。Shui等對神府煤在200 ℃下進行水蒸氣處理，發(fā)現(xiàn)處理后的煤比神府原煤(4.8%)具有更高的提取率(16.0%)，使用處理煤進行配煤煉焦可大幅提高焦炭質量。對煤進行水熱預處理，煤中的氫鍵會因羧基氧和羥基氧通過水解作用去除而斷裂，部分離子鍵也會因金屬陽離子的脫除而破壞，使煤大分子締合結構發(fā)生解離，明顯提高煤的熱溶萃取率。

2 煤的催化熱溶

低溫下煤熱溶過程主要以物理萃取為主，煤分子由于溶劑的擴散而發(fā)生溶脹，導致結構松弛，煤大分子網(wǎng)絡結構中游離的化合物開始溶解于溶劑中；高溫下煤熱溶過程主要以化學解離熱溶為主，煤中的共價鍵和弱共價鍵及部分大分子化合物的交聯(lián)結構會因極性溶劑的引入及熱解作用而斷裂，生成的小分子化合物被溶劑溶解，從而提高煤熱溶產(chǎn)率。因此，理論上在煤熱溶過程中，加入煤催化裂解催化劑可促進煤的化學解離熱溶，同時在煤裂解過程中會促進活性氫的產(chǎn)生，穩(wěn)定生成的自由基小分子，從而提高煤的熱溶物產(chǎn)率。目前有關煤催化熱溶的研究報道較少，且催化熱溶的機理尚未明確。提高煤催化熱溶的熱溶物產(chǎn)率的關鍵是選擇適宜的裂解催化劑，為此探討三類煤催化裂解催化劑(金屬硫化物及氧化物催化劑、酸性催化劑)作為煤催化熱溶催化劑的可行性。

2.1 金屬硫化物催化劑

金屬硫化物催化劑對煤具有較高的催化裂解活性，以FeS及FeS為代表。Feng等使用鐵基催化劑對神東長焰煤進行催化加氫熱解，產(chǎn)物中輕質組分及可溶于正己烷的組分較多。尤其在FeS催化劑作用下，產(chǎn)物中正己烷可溶物質量分數(shù)由70.6%上升到81.0%，輕質組分的質量分數(shù)提高了0.1%左右。說明鐵基催化劑對煤具有較強的催化裂解能力，特別是FeS催化劑，催化裂解活性最好。Wei等發(fā)現(xiàn)Fe-Ni/S催化劑可選擇性地裂解煤中熱穩(wěn)定較好的C—C鍵，促進煤中共價鍵的斷裂，產(chǎn)物以裂解產(chǎn)物為主。FeS與S同時為催化劑，會使煤中以氫鍵結合的羥基減少，促進煤的結構松弛和熱解。

2.2 金屬氧化物催化劑

金屬氧化物催化劑在石油化工中的應用較常見，多分為單金屬與復合金屬氧化物催化劑兩種。單金屬氧化物催化劑以FeO為代表。Pinto等發(fā)現(xiàn)FeO粒徑較小、在煤中的分散度較高有利于與煤充分接觸，促進煤的催化熱解；公旭中等發(fā)現(xiàn)FeO可斷裂煤結構中的直鏈和側鏈官能團，從而形成自由基，促進煤的熱解，并且能抑制煤中大分子芳香自由基的熱縮聚反應。

復合金屬氧化物以Mo-Ni催化劑為代表。趙歡等使用Mo-Ni催化劑在不同熱溶溫度下對印尼褐煤進行熱溶解聚時發(fā)現(xiàn)：與無催化劑作用下得到的熱溶物相比，Mo-Ni催化下得到的熱溶產(chǎn)物組分分布隨熱溶溫度變化出現(xiàn)分級化，溫度越高分級越明顯；熱溶溫度高于250 ℃時，熱溶物中酯類組分相對含量急劇減少，芳烴及分子量較小的酚類組分含量逐漸增多。這是由于Mo-Ni雙金屬氧化物催化劑在高溫段(250 ℃)會促進長鏈酯的斷裂，形成較小分子量的酯；隨熱溶溫度的進一步升高，酯類化合物會與溶劑中的活性氫發(fā)生催化裂化反應，其相對含量急劇下降，同時促進正構烷烴芳構化，使熱溶產(chǎn)物中芳烴和酚類的相對含量增加。

2.3 酸性催化劑

酸性催化劑通過斷裂煤中橋鍵來促進煤的解聚。朱曉蘇采用HSO對單金屬氧化物催化劑FeO表面進行酸處理，使FeO表面吸附一定的SO，形成表面酸性中心，可提高催化劑對煤液化的反應活性。Wang等使用SO/ZrO催化劑對神華煤進行加氫液化時發(fā)現(xiàn)，催化劑具有較高的酸強度和較強的酸性位，有利于催化煤中羰基的分解，促進產(chǎn)物中低分子量組分的增多。

吳會會以CMNO作為溶劑，探究了FeO，SO/ZrO，F(xiàn)eS+S，BF/SBA-15等4種催化劑對褐煤熱溶物產(chǎn)率的影響，結果表明4種催化劑均提高了煤的熱溶物產(chǎn)率。其中：在酸性類催化劑BF/SBA-15作用下，煤的熱溶物產(chǎn)率最高，尤其在360 ℃下，與不加催化劑得到的熱溶物產(chǎn)率相比提高了17.1%；金屬氧化物催化劑FeO對煤熱溶物產(chǎn)率的影響較小；FeS+S在360 ℃下，與不加催化劑得到的熱溶物產(chǎn)率相比提高了14.4%；催化劑BF/SBA-15，F(xiàn)eS+S的加入，使褐煤最高熱溶物產(chǎn)率溫度從380 ℃降至360 ℃，降低了煤化學熱溶解聚的活化能。

綜上所述，金屬硫化物、氧化物催化劑和酸性催化劑均通過斷裂煤分子中的橋鍵及松弛煤結構，促進煤的熱溶物產(chǎn)率的提高。

3 煤熱溶物的應用

3.1 煤熱溶物在配煤煉焦中的應用

對價格低廉的低階煤進行熱溶萃取可得到具有高熱塑性、高黏結性的熱溶物，將其應用到配煤煉焦中，可大幅降低高質量焦炭的生產(chǎn)成本。Takanohashi等以1-MN為溶劑對6種煤進行熱溶萃取，發(fā)現(xiàn)熱溶產(chǎn)物均具有較高的熱塑性。其中：高黏結性煤經(jīng)熱溶處理得到的熱溶產(chǎn)物在更寬的溫度范圍內具有較高的熱塑性；原本不具備熱塑性的低階煤，在經(jīng)過熱溶處理后得到的熱溶產(chǎn)物同樣具有高熱塑性。Takanohashi等發(fā)現(xiàn)在配合煤中分別使用質量分數(shù)為10%的煤熱溶物代替等量的高黏結性煤，配合煤的熱塑性得到有效提高，不黏煤熱溶物的添加大大提高了焦炭的抗拉強度。Shui等分別以1-MN，CMNO，CMNO+20%NMP為溶劑在不同溫度下對神府煤進行熱溶萃取，結果發(fā)現(xiàn)：300 ℃下以1-MN為溶劑得到的熱溶物黏結指數(shù)最高，為85；在配合煤中使用質量分數(shù)為5%的1-MN熱溶物代替等量的肥煤，可有效降低粒焦反應性(PRI)，提高粒焦反應后強度(PSR)，從而提高焦炭質量。非極性溶劑的熱溶物與極性溶劑的相比，輕質組分含量增多，可在較低溫度下軟化，為煤熱解產(chǎn)生的自由基碎片供氫，使其轉化為可塑性物質，擴大塑性階段的溫度范圍，獲得優(yōu)質焦炭。朱亞明等發(fā)現(xiàn)，將長焰煤熱溶萃取物分別配入氣煤、瘦煤中，可增加兩種煤的黏結指數(shù)及軟化-固化溫度區(qū)間，其中對瘦煤的影響較顯著。在不同溫度下用1-MN對錫林郭勒褐煤進行熱溶萃取，將熱溶物取代10%(質量分數(shù))的1/3焦煤配入煉焦配合煤中，340 ℃下得到的熱溶物對焦炭的改善效果最明顯，但隨熱溶溫度的升高，焦炭質量的改善效果變差。

目前熱溶物在配煤煉焦中的應用仍處于實驗室研究階段，工業(yè)化應用的相關文獻較少。在配合煤中摻加低階煤的熱溶產(chǎn)物，可增大配合煤塑性溫度范圍，擴大煉焦煤源，提高焦炭質量，滿足工業(yè)上煉焦生產(chǎn)的要求。因此，在進行工業(yè)化煉焦生產(chǎn)時，可考慮通過配入低階煤熱溶物來降低生產(chǎn)成本，提高焦炭質量。

3.2 煤熱溶物在煤基燃料中的應用

熱溶物灰分含量極低，可作為燃料直接噴入燃氣機燃燒發(fā)電，提高發(fā)電效率。日本產(chǎn)業(yè)技術綜合研究所的鷹嘴利公(Toshimasa Takanohashi)博士率先主持開發(fā)的“HyperCoal”(無灰煤)技術，目標是獲得煤熱溶物收率超過60%、灰分低于0.02%(質量分數(shù))的無灰煤，該無灰煤可直接噴入燃氣輪機燃燒發(fā)電。Okuyama等以1-MN為溶劑對6種煤進行熱溶萃取處理，得到的熱溶產(chǎn)物灰分含量較低(＜0.2%，質量分數(shù))，而熱值較高(＞33.4 MJ/kg)。

煤熱溶物的另一應用是作為高效液化的原料。熱溶物幾乎不含灰分，液化活性較高，催化劑可循環(huán)應用，因而可采用活性較高的催化劑實現(xiàn)高效液化。Koyano等分別對原煤及煤熱溶物進行催化加氫，發(fā)現(xiàn)即使在無溶劑的條件下熱溶物也不存在結焦現(xiàn)象。因反應不生成焦炭，反應產(chǎn)物也不含灰分，故催化劑在循環(huán)使用5次后也沒有出現(xiàn)結焦失活現(xiàn)象，大大提高了催化劑的使用壽命。Shui等對勝利褐煤在不同溫度、溶劑下進行熱溶萃取，發(fā)現(xiàn)與原煤催化加氫液化轉化率(60.5%)相比，熱溶物的液化轉化率更高(97.5%)，同時溶劑中添加極性溶劑所得熱溶物液化時油產(chǎn)率降低，氣體產(chǎn)率增加。Shui等分別對中國次煙煤及次煙煤熱溶物進行催化加氫，結果發(fā)現(xiàn)：熱溶物液化活性遠高于原煤，并且熱溶物中多環(huán)芳族含量越高液化活性越低；因重復使用的固體酸催化劑中碳沉積緩慢，故催化劑具有較高的可重復使用性，與新鮮催化劑相比，循環(huán)使用的催化劑具有更高的催化加氫液化活性。

3.3 煤熱溶物在煤基納米碳材料中的應用

煤炭、木材等原材料可用于制備性能優(yōu)異的納米碳材料，我國煤炭儲量豐富，木材資源相對不足，因此發(fā)展煤基納米碳材料具有重要意義。以廉價的煤作為碳源，利用等離子噴射法、電弧放電法、化學汽相沉積法等方法可生產(chǎn)具有高附加值的富勒烯，富勒烯的產(chǎn)率隨煤中固定碳含量的增加而增加，隨灰分的增加而減少。邱介山等將3種灰分較高的煤進行脫灰處理時發(fā)現(xiàn)，與原煤相比，富勒烯的產(chǎn)率大幅提高，這是由于原煤中較高的灰分會抑制富勒烯的形成。煤中的灰分對富勒烯形成的影響主要表現(xiàn)在吸能作用、惰性介質阻擋作用和化學活性抑制作用。熱溶物具有較低灰分的特性，可被視為制備高質量納米碳材料的合適碳源。

4 結論與展望

煤的高效、潔凈利用，一直是國內外煤科學工作者關注的焦點，其中煤的分級轉化與利用是煤潔凈高效利用的重要手段之一。煤的熱溶技術屬于煤的分級轉化利用范疇，通過熱溶技術，可得到幾乎不含灰分和活性較高的熱溶物，將其用于配煤煉焦、燃氣輪機燃燒發(fā)電、高效液化以及高質量的碳材料中具有重要的應用前景。但是，煤熱溶技術還需在有效降低煤熱溶成本，在保證熱溶物產(chǎn)率的基礎上選擇低沸點、低成本溶劑，以及熱溶物的高附加值利用等方面進一步開展研究。