煤的热解与粘结全解
煤气化技术的基本原理
煤气化技术的基本原理煤气化是一种将煤转化为合成气（Syngas）的技术，合成气是由氢气（H2）、一氧化碳（CO）和少量的甲烷（CH4）、二氧化碳（CO2）组成的气体混合物。
煤气化技术的基本原理是通过高温和压力将煤与氧气（或水蒸气）反应转化为可燃气体。
1.干煤气化：干煤气化是指在缺乏水蒸气的条件下，将煤转化为合成气。
在干煤气化过程中，煤被分解成固体炭和气体产物。
首先，煤被加热至高温，煤中的有机物质开始分解。
然后，产生的气体与煤中残留的炭反应，生成合成气。
2.水煤气化：水煤气化是指在存在水蒸气的条件下，将煤转化为合成气。
在水煤气化过程中，水蒸气与煤反应，生成氢气和一氧化碳。
水煤气化通常在高温和高压下进行，以提高反应效率和产气质量。
3.煤热解：煤热解是将煤在缺乏氧气的条件下加热，使其发生裂解反应，产生可燃气体。
煤热解可以通过煤干馏或焦化过程实现。
在煤热解过程中，煤中的有机物质被分解为固体炭、液体烃和气体产物。
液体烃和气体产物可以进一步加工提炼为石油产品或作为燃料使用。
1.碳气化反应：C+H2O->CO+H2煤中的碳与水蒸气反应，生成一氧化碳和氢气。
这个反应是煤气化过程中生成合成气的主要途径之一2.碳气化反应：C+2H2->CH4煤中的碳与氢气反应，生成甲烷。
这个反应也可以在煤气化过程中生成合成气。
3.热解反应：C->C+C煤中的高分子有机物质在高温下发生裂解反应，生成固体炭。
煤气化技术的应用广泛，可用于生产合成气、液体燃料、化学品和氢气等。
合成气可用于发电、制造合成燃料、合成化学品和进行化学反应。
煤气化技术在能源转型和减少对化石燃料的依赖方面具有重要地位。
然而，煤气化技术也面临一些挑战，如高能耗、环境污染和废弃物处理等问题。
因此，在推广和应用煤气化技术时，需要综合考虑技术、经济和环境等方面的因素。
煤热解反应过程及影响因素
煤热解反应过程及影响因素煤是一种具有广泛用途的化石燃料，其在发电、热水供应、重工业等领域得到了广泛应用。
煤的热解反应是指在高温条件下，煤中的高分子化合物转变为低分子化合物的过程。
本文将重点介绍煤的热解反应过程及影响因素。
煤的热解反应可以分成三个阶段：干馏、半焦化和炭化。
在这些过程中，煤的结构和化学成分都发生了变化。
下面将详细介绍这三个阶段。
1. 干馏阶段干馏阶段是指在煤内部发生的高分子热解过程，其最初温度一般在200℃左右。
当煤中的所含水分（以及其它挥发物）被蒸发后，煤中的高分子化合物（如素有机物、亚油有机物、氮有机物等）开始逐步降解，生成轻油、气态化合物和残炭。
这是煤热解过程的初级阶段。
2. 半焦化阶段半焦化阶段是指煤的主要失重阶段，此时温度已经升至400～600℃。
在这个过程中，生成的气体和液体被进一步分解，颗粒物质则逐渐黏结在一起，形成半焦或焦质，同时伴随着大量的挥发份释放。
这个过程是热解的重要阶段，因为它将煤的固体残留物转化为所需的燃料或原料。
炭化阶段是煤的最后一个重要阶段，也是煤热解的最终阶段。
温度在600℃以上时，半焦质中的碳原子开始重排，形成石墨晶体，最终残留下来的是炭质。
在这个阶段，挥发份的释放率已经非常低，而炭气形成的速度将越来越快，因此炭化过程是一个相对稳定的过程。
影响煤热解反应的因素主要包括煤的种类、温度、煤质及反应条件等。
以下是详细介绍：1. 煤的种类煤的种类对热解反应的影响非常大。
不同种类的煤在其成分、结构和性能等方面都有所不同，因此在热解反应中其化学反应途径和生成物也会不同。
比如说，气态产物中的CO 和CO2的比例会随着煤种的不同而有所变化，高灰烬煤的半焦化反应比低灰烬煤反应容易，但其炭化率却相对较高。
2. 温度温度是煤热解反应的重要因素之一。
煤的热解反应温度一般在200℃至800℃之间，具体温度取决于煤种和反应条件。
随着温度的升高，热解反应的速率和生成产物的热值将会增加。
煤热解原理
煤热解原理煤热解是指煤在高温下分解为煤焦油、煤气和焦炭的过程。
这一过程是通过将煤加热到高温，使其内部的化学键断裂，从而释放出各种化合物。
煤热解是研究煤的结构和性质的重要手段，也是煤化学工业中重要的生产过程之一。
煤热解的原理是基于煤的组成和结构特点。
煤是一种含碳化合物，其主要成分是碳、氢、氧和少量的硫、氮等元素。
煤中的碳是其主要组成元素，占据了煤的大部分质量。
当煤加热到高温时，其内部的化学键会发生断裂，从而产生各种气体和液体产物。
煤热解的过程可以分为两个主要阶段：干馏和蒸馏。
在干馏阶段，煤中的挥发分开始被释放出来，形成煤气和煤焦油。
煤气主要由一氧化碳、二氧化碳、甲烷等组成，而煤焦油则是一种具有复杂化学结构的液体。
在蒸馏阶段，煤焦油继续分解，产生更多的煤气和焦炭。
焦炭是煤热解的固体产物，其主要成分是碳。
煤热解的温度和反应时间对产物的分布和性质有重要影响。
通常情况下，较低的温度和短的反应时间会产生较多的煤焦油，而较高的温度和较长的反应时间则会产生较多的煤气和焦炭。
此外，煤热解的反应速率也会随着温度的升高而增加。
煤热解的产物具有广泛的应用价值。
煤焦油可以用作涂料、沥青、染料、塑料等的原料，也可以通过进一步处理得到高附加值的化学品。
煤气可以作为燃料用于发电、供热等，也可以用于合成天然气、液化石油气等。
焦炭是冶金工业中重要的还原剂和燃料，也可以用于制造电极、碳素材料等。
煤热解技术的发展与应用对于煤炭资源的高效利用和能源结构的优化具有重要意义。
通过研究煤热解的机理和控制方法，可以提高煤热解的效率和产物的质量，减少对环境的影响。
同时，煤热解也为煤炭资源的综合利用提供了新的途径和思路。
煤热解是一种重要的煤化学过程，通过加热煤使其分解产生煤焦油、煤气和焦炭。
煤热解的原理基于煤的组成和结构特点，通过断裂化学键释放出各种化合物。
煤热解的产物具有广泛的应用价值，对于煤炭资源的高效利用和能源结构的优化具有重要意义。
煤热解技术的发展与应用是当前煤化工领域的研究热点，也是实现绿色低碳发展的重要途径之一。
煤的粘结性和结焦性
煤的粘结性和结焦性煤的粘结性就是烟煤在干馏时粘结其本身或外加惰性物的能力。
煤的热解结焦性就是在工业焦炉中结成焦炭的能力。
煤的粘结性是评价干馏、炼焦、气化、动力用煤的重要依据。
煤粘结性是在煤的热解，即干馏时考虑的，特指烟煤。
从煤的热解过程可知，褐煤、无烟煤无粘结性。
4.1．粘结指数GR.I---GRI是煤炭分类国家标准GB5751-86中代表烟煤粘结性的主要分类指标。
测定方法是：将一定质量和专用无烟煤，按规定的条件混合（1：5），快速加热成焦，所得焦块在一定规格的转鼓内进行强度检验，以焦块的耐磨性强度，表示煤样的粘结能力。
4.2．胶质层指数胶质层指数的测定是测定煤的胶质层最大厚度（以Y表示）,焦块最终体积收缩X及收缩曲线三个参数来描述煤样的粘结能力。
方法是煤样在杯中逐渐加热，并观察记录过程情况。
奥阿膨胀度与此类似。
4.3．葛金低温干馏试验是用来评价煤的结焦性的的指标。
最后以焦型来定粘结性和结焦性。
试验方法如下：将煤样装入干馏管中，置干馏管于葛金低温干馏炉内，以一定升温程序加热到最终温度600℃，保持一定时间，测定所得的焦油、热解水和半焦产率，同时将焦炭与一组标准焦型比较定出型号。
从A到G粘结性越来越大。
A：不粘结 B：微粘结 C：粘结 D：粘结微熔融 E：熔融F：横断面完全熔融 G：完全熔融，开始膨胀4.4．煤的铝甑低温干馏试验为了评定煤的炼油适合性以及干馏产物，常用铝甑低温干馏试验方法。
要点是：将煤样装在铝甑中，以一定程序加热到510℃,保持一定时间，测定所得的焦油、热解水和半焦和煤气的产率。
评价煤的低温干燥焦油产率时用空气干燥基指标Tarad。
Tarad＞12%称为高油煤，Tarad=7—12%称为富油煤，Tarad≤7%称为含油煤。
煤化学 3 煤的热解
煤热解的影响因素
热解过程中产生的挥发分由可燃气体混合
物、二氧化碳和水蒸气等组成，其中可燃 气体主要包括一氧化碳、氢气、气态烃和 少量酚醛。
挥发分的质量和成分与其热解的条件有关，
主要取决于加热速率、加热的最终温度和 在此温度下的持续时间及颗粒尺寸等因素。
研究表明，随着加热温度的升高，挥发分
的总析出量及挥发物中气态和液态碳氢化
8
对于不同煤种，大约在120～450℃时，挥 发分从煤中析出。 影响挥发分析出速率的有煤粉颗粒的温度、 在炉内的停留时间、压力、粒径等。 由于煤的物理及化学结构都很复杂，其热 解挥发也是极其复杂的过程，包括最初的 一些化学键的破裂，不稳定的中间产物的 形成以及形成最终的稳定的热解产物。
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热解过程不仅包括了气体和焦油的生成还 包括了焦油在气相中的二次反应。当温度 达到约600K时，一次热解反应开始，主要 产物为轻质的气体和焦油。这些挥发物的 逸出顺序为: H2O、CO2、CO、CH4、焦油、 H2。当重质焦油分子发生缩聚和交联形成 半焦时，热解过程便逐渐终止。焦油分子 的交联过程也会生成一些气体产物，如CH4 和CO2等.
多方程热解模型和分布活化能模 型
dVi dt
ki (Vi* Vi )
Vi* V*f(E)dE
f ( E )dE 1
0
f(E) 21exp[(E2E20)2]
V V * 0 1exp -A texp R E T f(E)dE
21
基于煤结构的网络机理模型
以煤的结构为基础模拟煤的热解机理的模 型有：热解产物的组分模型、官能团-解聚、 蒸发与交联(FG-DVC)模型，FLASHCHAIN模型 和化学渗透脱挥发分(CPD)模型。
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煤的热解过程
(dW/dt)%·min-1
0.0025 0.0000 -0.0025 -0.0050 -0.0075 -0.0100 -0.0125 -0.0150 -0.0175 -0.0200
0
A1 A2 A3 A4 A5
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperture/℃
借用热分析技术来研究煤的热解及反应动力学，获得反应速度、反 应产物、反应控制因素、反应煤种及反应动力学常数。
煤热解常用热失重法来研究煤热解动力学。研究方法如：用程序升 温热重法，不同升温速率下的热天平研究了煤的热解及其动力学。 加热速度采用等温和程序升温两种，后者可以避免等温条件下热解 的不便，具有热解效果的可靠性，所以一般在实验中采用线性升温 的方法。
定义如下几个热解特征温度： T0—初始热解温度，℃； TP—失重速率峰值所对应的温度，℃；
Tf—热解过程的结束温度，℃。 其中：Tf=2TP- T0
典型煤种热解特征参数表
热解特征温度与Vdaf的关系
热解最大失重速率Wmax随挥发分Vdaf变化的关系
高堆密度下煤的热失重曲线
• 不同煤化度的煤样在堆密度为1.20 g·cm-1时的热失重曲线，在 100℃～120℃左右之前，煤样的失重率明显增大，随着温度，煤 样的失重率发生明显增大，700以后，失重量明显减少。
特殊煤的热解速率曲线
（1）总体变化规律基本一致，但热解失重速率变化较大；（2）最大热 解失重速率峰值向前或向后推移；（3）碱土金属不同催化作用显现； （4）二次热解明显
煤热解特征参数
由热失重实验测定煤热解转化率时，可按下式计算：
W0—试样原始质量，mg；W—试样在某一时刻的质量，mg；Wf— 试样热解到规定终点时残余质量，mg；△W—试样在某一时刻的失 重，mg；△Wf—试样在规定热解终点的失重，mg。
煤炭气化原理
煤炭气化原理一、引言煤炭气化是一种将煤炭转化为合成气的技术，通过高温和缺氧环境下的反应使煤炭中的有机物发生热解、干馏、燃烧等化学变化，产生一种含有一氧化碳和氢气的混合气体，称为合成气。
本文将对煤炭气化的原理进行全面、详细、完整且深入地探讨。
二、煤炭气化的基本反应煤炭气化的主要反应可以分为三个步骤：热解、干馏和燃烧。
2.1 热解煤炭在高温下分解，释放出挥发性物质和焦炭。
这个过程称为热解反应。
热解主要由以下三个步骤组成： 1. 原煤脱水：煤炭中的水分在高温下蒸发。
2. 碳氢化合物分解：煤炭中的碳氢化合物（如烃类）在高温下发生热解，产生小分子气体和炭质残留物。
3. 炭质残留物退变：煤炭中的炭质残留物在高温下发生退变，产生焦油和焦炭。
2.2 干馏在热解的基础上，进一步进行干馏反应。
干馏是指将挥发性物质和焦炭分离的过程。
干馏过程主要包括以下几个步骤： 1. 挥发性物质分离：将挥发性物质（包括一氧化碳、二氧化碳、水蒸气、重烃等）从煤中分离出来。
2. 固体焦炭生成：将挥发性物质分离后得到的残渣进一步热解，生成固体焦炭。
2.3 燃烧燃烧是指将产生的一氧化碳（CO）和水蒸气（H2O）与外部供气中的氧气（O2）反应，产生二氧化碳（CO2）和热能的过程。
煤炭气化中的燃烧反应主要包括以下几个步骤： 1. 供气：将外部的氧气供应到煤炭气化反应器中。
2. 氧化反应：一氧化碳与氧气发生氧化反应，生成二氧化碳。
3. 氢化反应：水蒸气与一氧化碳发生氢化反应，生成二氧化碳和水。
4. 燃烧释能：燃烧反应放出的热能可以用于产生蒸汽、发电等。
三、煤炭气化的影响因素煤炭气化过程受到许多因素的影响，主要包括以下几个方面：3.1 温度温度对煤炭气化速率和产物组成有显著影响。
较高的温度可以促进煤炭中的碳氢化合物热解和干馏反应，加快气化反应速率。
同时，高温条件下还有利于催化剂的活性和稳定性。
3.2 压力压力对气化反应的平衡和速率同样具有重要影响。
煤热解原理(一)
煤热解原理(一)煤热解什么是煤热解煤热解是一种将煤转化为有用化学品和能源的过程。
它是一种煤化学处理技术，通过在高温和缺氧条件下对煤进行加热分解，将煤中的有机物转化为气体、液体和固体产品。
煤热解原理煤热解的原理是在充分加热的情况下，煤中的有机质分解产生气体、液体和固体副产品。
这个过程可以通过以下几个步骤来解释：1.脱挥发分：在煤热解过程中，首先煤中的挥发分会被蒸发出来，形成煤气。
这个过程被称为脱挥发分。
2.减挥发分：继续升温将煤中的有机质分解为液体和固体产物，同时释放出大量的气体。
这个过程被称为煤减挥发分。
3.炭化反应：在高温下，煤中的碳会逐渐形成炭化物。
这个过程类似于煤变为焦炭的过程。
煤热解产品煤热解可以产生多种产品，包括以下几类：1.煤气：煤热解过程中，脱挥发分释放出的气体可以被收集，经过净化后可用于发电、供热等用途。
2.煤焦油：煤热解过程中，减挥发分产生的液体产品。
煤焦油可以用于制备化工原料、润滑油等。
3.煤焦炭：煤热解过程中，炭化反应产生的固体产物。
煤焦炭常用于炼钢、制造电极等领域。
煤热解技术应用煤热解技术在能源和化工领域有广泛的应用，包括以下几个方面：1.煤热解发电：通过煤热解产生的煤气，可以用于发电，减少对传统燃煤发电的依赖，降低对环境的影响。
2.煤热解化学品制备：通过煤热解产生的煤焦油，可以制备出各种化工原料，例如苯、甲醇等，为化工行业提供了新的原料来源。
3.煤热解炼钢：煤焦炭作为高质量的炭素材料，被广泛应用于炼钢过程中，提高了炼钢的效率和产品质量。
煤热解的优势和挑战煤热解作为一种煤化学处理技术，具有以下优势和挑战：优势：•能源多样化：煤热解可以将煤转化为多种形式的能源，减少对石油等传统能源的依赖。
•化工原料多样性：煤热解可以产生多种化工原料，为化工行业提供了更多的选择。
•低碳排放：煤热解过程中可以控制废气中的排放物，降低了温室气体的排放。
挑战：•高温高压条件：煤热解需要在高温高压的环境下进行，对设备和工艺条件要求较高。
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煤的热解与粘结成焦
本章内容
引言
煤的热解是指煤在隔绝空气条件下持续加热至较高 温度时发生一系列化学变化的总称 同义词：热分解、干馏
粘结与成焦是煤在一定条件下热解的结果。以煤的 热解为基础的煤热加工，尤其炼焦是煤炭综合利用 中最重要的工艺
研究煤的热解对煤的热加工有直接的指导作用。同 时也有助于开发煤的热加工技术，研究煤的结构。
9.2.1 有机化合物的热裂解
有机化合物的热稳定性，决定于其键型与键能 烃类热稳定性的一般规律是 （1）缩合芳烃＞芳烃＞环烷烃＞烯烃＞炔烃＞烷烃 （2）芳环上侧链越长，越不稳定；芳环数越多，侧链 也越不稳定
（3）在缩合芳烃中，缩合环数越多，越稳定
9.2.2
煤热解主要化学反应
（1）裂解反应 桥键断裂生成自由基 脂肪侧链裂解生成气态烃 含氧官能团生成CO、CO2、H2O 煤中低分子化合物裂解生成气态烃 （2）一次热解产物的二次热解反应 裂解反应 生成更小分子气态烃和热解碳 脱氢反应 环烷烃芳构化 加氢反应 苯环去侧链 缩合反应 芳烃稠环化 桥键分解 生成气态烃 （3）缩聚反应 胶质体多相缩聚反应生成半焦 半焦缩聚生成焦炭
9.3.1 胶质体反应动力学
焦炭形成的反应动力学可以用下面三个方程式表达：
方程式中t表示时间，P、M、G和R分别表示反应物P，中间相M，反应产物 G和R的质量。 直至反应（2）超过最大气体析出点之前，反应（3）的影响可以忽略不计。 若只考虑在较低温度下的热解，假定在温度Tmd（该温度下，脱气速率达到最大） 下式成立：
பைடு நூலகம்
9.3 煤热解动力学研究
研究煤中热解过程中的反应种类、反应历程、反应产 物、反应速度、反应控制因素以及反应动力学常数， 包括反应速度常数和反应活化能。 这些方面的研究对于煤化学理论和炭化、气化与燃烧 的实践都具有指导意义 煤的热分解动力学研究的主要内容 胶质体反应动力 学和脱挥发分动力学
9.3.1 胶质体反应动力学
一次热解产物的二次热解： 一次热解产物的挥发性成分在析出过程中受到高温的作用（例如焦炉中），产生 二次热解反应，主要的二次热解反应包括： 1）裂解反应 2）脱氢反应
3）加氢反应
一次热解产物的二次热解：
4）缩合反应 5）桥键分解
煤热解中的缩聚反应: 煤热解前期以裂解反应为主，后期以缩聚反应为主，缩聚反应对煤的黏结， 成焦和固态产品质量影响比较大。
9.3.1 胶质体反应动力学
粘结性煤P经加热后，发生解聚反应而生成胶质体M； 当进一步升高温度后，胶质体则经裂解缩聚反应，转 变为半焦R和一次气体G1 导致胶质体生成和转变的上述两个反应均为一级反应。 因此，胶质体的性质决定于它的浓度(M/P0)，其中P0为 起始煤的质量 由反应动力学研究，还得出了反应速度常数和反应活 化能。 反应活化能为210～250kJ/mol
dG2 0 dt T Tmd
或者
9.3.1 胶质体反应动力学
于是式9-3可以写成
研究表明，对炼焦煤而言， K1 K 2 K 边界条件 t 0时P P0
如果温度保持恒定那么，式9-1的解为：
dM K1 P K 2 M dt P P0 e Kt
第二阶段（400-550 ℃）解聚分解反应为主，生成排出大量的挥发物（煤 气和焦油）450 ℃焦油量最大，450-550 ℃，气体析出量最大。烟煤350 ℃软化，随后熔融，黏结，550 ℃形成半焦。软化，熔融，流动和膨胀再 到固化，形成了气、液、固三相并存的胶质体。
第三阶段（550-1000℃），析出的焦油量极少，挥发分主要是煤气，煤气 成分主要是H2，少量CH4和C的氧化物。焦炭的挥发分小于2%，芳香核增大， 排列的有序性提高，结构致密，坚硬并有银灰色金属光泽，体积收缩，密 度变大，导致生成许多裂纹，形成碎块。
1）胶质体固化过程中的缩聚反应。主要是热解生成的自由基之间的结合；液相 产物分子间的缩聚；液相与固相之间的缩聚；固相内部的缩聚反应等。这些反应 基本在550-600℃前完成，结果生成半焦。 2）从半焦到焦炭的缩聚反应：芳香结构脱氢缩聚，芳香层面变大。苯，萘 、联苯和乙烯等也可以参加。
3）半焦和焦炭的物理性质变化：500-600℃之间煤的各项物理性质如密度 、反射率、电导率、X射线衍射峰和芳香晶核尺寸等变化都不大。在700℃ 左右，这些指标产生明显跳跃。
9.2 煤热解化学反应
煤的热解是一个及其复杂的过程，包括有机质的裂解，裂 解产物中轻质部分的挥发，重质部分缩聚，挥发产物在逸 出过程中的分解与化合，缩聚产物在更高温度下的再裂解 与再缩聚 总的来说，包括裂解与缩聚两大类反应，前期以裂解为主， 后期以缩聚为主。其间既有平行反应，也有交叉反应 从煤的分子结构看，热解反应的影响对象主要是基本结构 单元周围的侧链和官能团，基本结构单元之间的桥键。对 热不稳定成分不断裂解，形成煤气、焦油等低分子化合物， 以挥发分的形式析出 基本结构单元的核对热稳定，互相缩聚形成固体产品（半 焦或焦炭）
9.1 煤的热解过程
9.1.2 差热分析 （DTA)
将试样和参比物（热特性与试样接近，在试验温度范围内不发生相变 化和化学变化的热惰性物质，多用α-Al2O3在相同条件下加热（冷却）， 记录试样和参比物的温度差与时间的关系）
150℃，析出水分和脱出吸附气体 放热为高峰 450℃，煤解聚、分解生成 蒸汽和焦油，胶质体形成阶段。 750-850℃，放热反应，煤热解 残留物互相缩聚，生成半焦， 半焦的熟化阶段。 吸热代表低谷
假定时间t=0时，M=0，那么上式解为 在气体析出量到达最大量之前，可用下式计算G G G1 P0 P M
9.1 煤的热解过程
9.1.1 黏结性烟煤受热时发生的变化
第一阶段：室温到（350或者400℃-活泼分解温度），干燥脱气阶段。褐煤 在200℃以上发生脱羧基反应，300 ℃左右开始热解反应。烟煤和无烟煤的 分子结构仅发生有限的热作用，120 ℃前发生脱水，200 ℃完成脱气（CH4， CO2， N2）