本发明公开了一种富油煤地下热解热能循环利用系统，包括燃烧室、空气分离装置、高温换热器、余热锅炉、气液分离器、余热换热器和膨胀机。针对富油煤等焦油产率高的有机物，受热易分解生成油气，本发明采用燃烧室燃烧产生高温烟气加热纯氮气，利用纯氮气作为载热体加热地下煤层的方法。采用氮气加热使得热解过程中几乎不发生氧化，提取后的油便于与氮气分离。热解过程以及热解结束后的热能均被系统中的部件循环利用。全系统中仅输入燃料，输出了油，其余部分的物质及能量被充分利用，并捕集了系统中的大部分二氧化碳。本发明实现了富油煤提油过程热能的循环利用，对富油煤的利用更加清洁并减少了碳排放，推动了能源利用朝着碳中和的方向前进。