煤作为一种富含高附加值组成与结构的化石能源和碳氢资源,热转化是其主要利用途径。常规的热转化技术(如燃烧、气化等)将整个转化过程安排在同一反应空间中进行,将煤中的各种成分和结构等同处理,不仅浪费了煤中一些高附加值的组分,而且还造成了巨大能量损耗和碳排放。煤的低温热解作为煤炭分级分质利用的重要技术,可充分利用煤结构中的富氢组分及丰富的芳香结构,以获得高附加值的液体产品——煤焦油。但受煤结构中低氢碳比(H/C)和热解中氢元素的利用效率低的限制,传统热解技术面临着焦油产率低、重质组分高等问题,而传统的催化热解亦不能完全经济、有效的解决这些问题。基于此,本课题组在已有的工作基础上,提出煤的催化解聚理念。通过独创的催化剂制备及添加方式,改变了催化剂与煤的接触方式,促进了煤主体结构中某些高键能共价键的断裂,使煤中的大分子网络结构更多的解聚成小分子,从而有利于产物向焦油的迁移,同时定向地提高焦油中某些高附加值组分的含量。本文选取一种低品质的云南(YN)褐煤作为研究对象,在低催化剂添加量下,考察了其催化解聚的反应特性,并结合溶剂抽提方法,探讨了煤催化解聚机理。首先,考察了不同浓度和不同类型催化剂对云南褐煤催化解聚效果的影响。结果表明,催化剂 Co0.013、Zn0.014、CoFe(1:3)、CoZn(l:l)和ZnFe(l:10)增油效果最佳,焦油产率分别从原煤的10.86%增加至13.01%、11.83%、13.65%、13.13%和13.88%。三相产物的分析表明,氢元素更多地向焦油中转移,且焦油组分中脂肪烃和二环芳烃化合物含量增加明显。其次,在温和条件下,选用丙酮、正己烷和甲醇三种溶剂对云南褐煤(YN煤)进行了溶剂抽提,结果表明抽提过程并未明显的破坏煤的主体结构,三种溶剂抽提物均是焦油或形成焦油反应的重要部分。抽提残煤的催化解聚反应特性考察表明,催化剂的作用位点与煤中官能团结构关系密切。最后,综合实验所得的信息和结论,将催化剂作用规律与煤中共价键结构相关联,提出了煤的催化解聚机理。催化剂可以定向的、不同程度的催化煤中某些高键能共价键的断裂,进而增加了液体组分产率,尤其是高附加值多聚芳烃的含量。本研究为筛选催化解聚过程中合适的催化剂和进一步探究催化解聚机理提供了基础数据,对低阶煤的分质分级转化利用有显著的指导意义。