实验室将煤炭的转化利用过程与生物技术、化学工程、先进材料、纳米技术、热能动力、化工过程装备等学科相结合，沿着煤化工过程装置开发、褐煤分级转化、煤炭清洁化利用和绿色能源及催化材料合成的新思路，在加氢液化、热解与燃烧/气化过程集成等方面得到初步验证。例如充分利用褐煤的生物可降解性的特点，改进褐煤的生物可降解性或者增加褐煤的养分并选择合适的菌种，通过微生物发酵将褐煤转化为生物甲烷等清洁燃气，同时提取精细化学品（图1）；在煤的间接转化方面发展了合成气转化为醇、烃的新工艺及所需的催化控制技术、反应过程的计算机模拟和新型反应器技术；同时，在煤转化过程中的污染物控制如高盐废水的处理（图2）、针对各大中型煤化工及相关企业各种品味余热回收制定组合式热管排余热回收装置以最大限度地提高能源利用率并达到节能减排的目标（图3）、与煤相关的新材料设计与制备、微孔和介孔纳米材料分子设计与制备及其在环保和贮能中的应用、绿色能源如光解水制氢等方面也取得了新进展。本着围绕以煤为主的能源优化利用和以碳为主的先进材料的化学与工程，继续开展基础性、战略性、前瞻性的科技创新研究和高新技术产业，实现基础研究工业化，高技术研究产业化，应用研究产业化。
图1 褐煤生物化学法制洁净燃气及提取精细化学品小试生产线.
图2 多效蒸发TMVR高盐水零排放回收处理装置中试生产线.
图3 热管排余热回收装置安装示意图.
实验室研究内容具体如下：
（1）研发方向一：（煤）化工过程装备开发
实现了组合式热超导管排余热回收装置的整体制造工艺与开发，在技术上实现实质性突破，对装置进行传热机理研究、性能测试、结构和参数优化设计、工业化生产方法和制造工艺，以及在不同行业使用的特殊设计和组合方式等；建立和完善热超导管排技术质量体系与监管体系，完善基础数据分析，可以针对各大中型企业各种品味余热回收制定装置的结构和尺寸进行加工，最大限度地提高能源利用率，达到节能减排的目标。并以此作为示范项目，形成一系列重大集成技术系统及成套技术方案，为国内高耗能工业设计、制造余热回收装置提供新思路。
对于煤化工废水深度处理过程中产生的高盐污水，通过蒸发结晶处理工艺最终实现零排放。然而该技术研发的核心在蒸发。采用成熟的多效蒸发技术，将几个蒸发器连接起来操作，前一效蒸发器产生的二次蒸汽作为后一效蒸发器的热源，不但进水预处理简单、废水处理量大，还可以提高热能利用效率。但因其所需生蒸汽量大，且各效的压力和温度由前到后依次降低，为达到蒸发效率需要依次增加换热面积，因此会显著增加操作成本和装置投资。通过机械蒸汽再压缩蒸发将蒸发器产生的全部二次蒸汽经机械压缩机压缩，增加热焓后作为蒸发器的加热蒸汽，以使料液维持沸腾状态，不但最大程度地利用二次蒸汽、回收了蒸汽潜热，而且提高了热效率、节能效果显著。
（2）研发方向二：褐煤分级转化利用
褐煤生物技术高值化利用是以褐煤为主要原料，以微生物耦合化学方法为技术手段转化为清洁能源、高值化学品。从原料褐煤界面结构、转化微生物出发，对固定碳、挥发分、腐植酸对褐煤生物技术转化的影响进行系统认知和解析，实现褐煤绿色、低碳的可控转化，即实现以泥炭、褐煤等为原料制备生物甲烷、生物氢气、乙醇、乙酸、腐植酸、黄腐植酸、洁净型煤、生物质成型燃料、高腐植酸有机肥、生物有机肥、土壤调理剂等产品的一体化生产新模式，完成清洁燃气、高腐植酸有机肥和生物有机肥的相关技术工业转化，形成褐煤生化转化产业示范基地。
褐煤提质转化是将固体褐煤通过化学手段转换为具有特定性质的固体材料并伴生液体燃料和气体燃料的过程。针对低阶煤种在中低温热解提质过程中存在微观结构、元素迁移、交互影响、煤焦性能差异大的现状，研究煤的分子结构、自由基“二次反应”和定向转化、催化/抑制剂和矿物质对产物分布(固、液和气体)、表面官能团、低温氧化和自燃倾向性能及硫氮化合物迁移的影响，形成从根源上认识和控制内蒙古低阶煤分子在热化学反应过程中的机理和动力学，实现对热化学反应过程、产品分布、煤焦性能等方面的可控转化和掌握。
（3）研发方向三：煤炭转化及相关催化剂
煤炭清洁、高效利用是将固体煤通过化学技术手段（包括催化过程）转换为液体燃料（汽柴油、石脑油等）、气体燃料（天然气、氢气、液化气等）和其它化学品的过程。针对煤基原料加氢制燃料过程中反应条件苛刻、催化剂效率低、产品选择性差、产品中污染物含量高、加工深度不够等生产现状，研究共价键断裂、硫氮化合物迁移、自由基“二次反应”规律、新型多效催化剂、工艺条件的影响，形成从分子层面控制反应历程、新型多效催化剂的开发、新工艺的优化创新，实现增加加工深度、提高产品选择性、提高煤基原料固定碳转化效率，使相关过程所用催化剂、技术和工艺达到我国领先水平；
其中，煤制天然气技术路线的关键是合成气甲烷化技术，而该技术的核心则是催化剂的研制。以低温高活性、高稳定性为目标，通过浸渍法、共沉淀法以及超声和微波等先进技术辅助制备甲烷化催化剂，从载体性质、活性组分负载量和助剂改性多方面系统研究。通过相关表征手段和活性检测结果，找到各组分的甲烷化催化作用机理，最终筛选出性能良好的甲烷化催化剂，并对固定床/流化床甲烷化催化工艺条件进行优化，研究动力学机理，最终实现甲烷化催化剂的可控制备和甲烷化催化反应的优化调节。
其中，煤炭转化为高附加值化学产品（包括甲醇、乙二醇、乙醇、烯烃、甲苯和二甲苯等）的关键技术就是煤气化、转化和催化剂筛选。针对气化和转化过程中反应温度高、煤炭利用不充分、灰熔点低、合成气含量可控范围小、催化剂效率低、合成气和产品收率低等生产现状，研究活化的共价键和自由基与气化剂的结合和传递方式、结构功能型催化剂对气化和转化反应的影响、矿物质的催化/抑制作用，形成从分子水平认识气化和转化反应机理、中低温高效气化和转化催化剂的开发、合成气可控调节，实现中低温催化气化和转化、工业生产过程的优化，工艺技术水平达到世界领先水平；另外，研究和开发合成气催化转化为烯烃类、醇类、芳香化合物及其它高附加值精细化学品所需的高效催化剂和催化体系，并完善相关的工艺流程和参数，使研究成果从实验室转为具体的生产化。
（4）绿色能源及催化材料
光解水制氢是一种重要的环境友好清洁能源制备技术，可以有效减少传统的高耗能、高污染的水煤气变换制氢对煤炭和水资源的大量消耗，拓宽煤化工产业中氢气的来源；动力电池必须具备较高的电压、比功率、比能量和循环使用次数。在镍氢电池方面，构造重稀土元素掺杂氢氧化镍一维纳米线形成交联网络结构，并将其与石墨烯导电网络组装形成高导电性高结构稳定性三维复合电极材料，实现电极材料在大电流充放电条件下的高循环稳定性质，将为开发可应用于动力电池方面的复合材料提供基础；在锂离子电池方面，利用含硅生物质或富碳煤化工残渣，制备高充放电容量、长寿命、绿色环保的多孔SiOx/C复合锂电池负极材料，建立材料的微观孔道结构、材料O/Si和各组分含量对Li+可逆嵌入/脱出和首次库伦效率的影响及其作用机制，为固体废弃物的高值化综合利用做出贡献。