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我国有丰富的煤焦油资源，而煤焦油经过加工可以制取能够替代石油产品的轻质油品。与发达国家相比，我国煤焦油加工的主要缺点是规模小，污染严重。因此，寻求高效，洁净的煤焦油加工技术具有重要意义。煤焦油在SCW中改质的前期研究表明，SCW能够促进轻质化反应进行，抑制过程结焦。但是，对其轻质化反应机理还需进一步探讨。关于煤和油页岩等在SCW中转化的研究发现，SCW不仅作为反应介质，而且作为反应物参与了重质组分(沥青质和油母岩质)裂解转化为轻质产物的反应。其次，化合物在SCW中反应的结果也表明，SCW能够使大分子化合物解聚转化为小分子物质，并且使部分杂原子得到脱除。
本论文旨在利用SCW从煤焦油中制取轻质油品和化学品，并探讨轻质化反应的机理。通过比较煤焦油在SCW中和常压N2气氛中的热解产物的不同，初步了解SCW所起的作用。通过研究煤焦油沥青、各馏分油在SCW中的反应，确定不同馏分的反应性和对煤焦油轻质化的贡献。考察溶剂萃取组分(轻油、沥青质和残焦)在SCW中的转化，明确其反应程度，阐明各组分在SCW中的转化途径。研究模型化合物在SCW和N2中的热解，探讨SCW参与反应的可能路径。综合实验结果与模型化合物的反应结果，探讨煤焦油在SCW中轻质化的反应机理。通过以上几方面的考察，主要取得以下结果：
1.与常压N2气氛热解相比，煤焦油在SCW中热解，沥青质的转化率和轻油产率显著增大；油品的H/C原子比升高；产物轻油中极性组分的含量较高。实验的氢平衡结果表明SCW可能参与了煤焦油的轻质化反应。SCW热解得到芳烃化合物的产率远高于常压N2热解得到的芳烃化合物的产率，说明煤焦油在SCW体系中热解能够得到更多的化学品。
2.煤焦油在亚临界水中热解，与原料相比，产物轻油的质量分数增大，沥青质的质量分数降低。但是与在SCW中热解相比，轻油质量分数的增加值和沥青质的转化率都比较低。这表明温度、压力和SCW的特殊物理化学性质是影响煤焦油改质的重要因素。
3.不同来源的煤焦油在SCW中具有不同的反应性。太化焦油和太焦焦油反应后轻油质量分数增大，而内蒙焦油反应后轻油质量分数降低。相同条件下，太化焦油在SCW中反应后轻油质量分数增加的幅度大于太焦焦油，并且太化焦油反应后残焦的增加幅度较小，这表明太化焦油的轻质化效果更好。内蒙焦油中轻油含量超过80％，轻油反应转化为重质组分的消耗量大于沥青质反应生成轻油的量。这表明原料的组成是影响轻质化效果的重要原因。
4.煤焦油沥青在SCW中热解的结果表明：与温度相比，压力和停留时间的影响相对较小。沥青质是煤焦油沥青在SCW中发生反应的主要组分。沥青质组分在SCW中发生了热裂解与热缩合两种平行反应。与常压N2热解相比，在SCW中反应后，轻油质量分数和化学品产率显著增大。太焦沥青和太化沥青的溶剂萃取组分组成差别不大，但是在相似的反应条件下，轻油增加值和沥青质转化率有很大不同。这说明两种沥青中的溶剂萃取组分具有不同的反应性。
5.考察了馏分油(酚萘混合油、洗油和蒽油)在SCW中的反应。(1)除了蒽油在SCW中有少量的裂解生成低沸点化合物外，洗油和酚萘混合油主要发生热缩合反应，说明馏分油不是煤焦油发生轻质化反应的组分。(2)SCW的存在抑制了馏分油中芳烃化合物的缩合反应。
6.考察了不同来源煤焦油的溶剂萃取组分-轻油、沥青质和残焦在SCW中的转化。轻油组分在SCW中都比较稳定，只有不足10 wt.％的轻油发生反应转化为气体、沥青质和残焦。三种沥青质在SCW中具有很高的反应性，在440℃，26±1MPa的SCW中反应20 min，转化率可以达到69.7％～76.9％。通过与常压N2气氛中的反应比较，发现沥青质除了发生热解反应外，还可能与SCW发生了化学反应。残焦在SCW中基本不发生反应。基于上述结果，提出了各组分在SCW中相互转化的途径，可以简单的表述为：轻油←→沥青质→残焦。
7.模型化合物苄基苯基醚、二苄基硫醚和喹啉在SCW中反应后产物中均检测到苯酚和苯甲醛类化合物，表明SCW参与了反应。部分产物脱除了杂原子，这意味着煤焦油在SCW中反应，能够得到较为洁净的轻质油品。模型化合物苊和蒽在SCW中转化率较低，表明多环芳烃化合物在SCW中较为稳定。模型化合物在SCW中反应，热解产生的自由基与H·或OH·结合生成小分子产物，抑制了自由基缩合生成大分子结构和残焦。而模型化合物在N2中热解的主要途径是热裂解伴随剧烈的热缩合反应，形成复杂的大分子化合物，进一步的缩合生成残焦。
8.综合煤焦油、煤焦油馏分和溶剂萃取组分在SCW中的实验结果以及模型化合物在SCW中的反应结果，结合沥青质典型结构单元的自由基反应，提出了煤焦油在SCW中轻质化的自由基反应机理。沥青质分子中连接芳香环的弱键在SCW中易于断裂生成自由基，这些自由基被SCW分散稀释，抑制了它们之间缩合成焦的反应。其次，一部分自由基被SCW提供的H·或OH·淬灭，终止了链反应的进行，使得轻质产物的产率提高。