第五章 煤的工艺性质解析
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化工工艺学第五章煤的气化资料
六阶段循环时间分配表
阶段名称
吹风阶段 蒸气吹净阶段 上吹制气阶段 下吹制气阶段 二次上吹阶段 空气吹净阶段
3 min循环/s
40～50 2
45～60 50～55 18～20
2
4 min循环/s
60～80 260ຫໍສະໝຸດ 70 70～90 18～202
在上吹制气阶段，让空气与水蒸气一起进入气化炉，这样不仅能制 得含氮的水煤气(半水煤气)，而且可适当提高炉温，提高生产能力。
发生炉结构组成： 炉体、加煤装置、 排灰装置
发 生 炉 中 各 层 特 点
煤气化的物理化学基础
气化反应化学平衡 煤气化就过程而言包括煤的干馏和干馏半焦与气化剂的气化反应。
煤的干馏反应相对较快，而干馏半焦的气化反应较慢。参与反应的 气体可能是最初的气化剂，也可能是气化过程的产物。煤中少量元 素 氮 和 硫 在 气 化 过 程 中 产 生 了 含 氮 和 含 硫 的 产 物 ， 主 要 是 NH3 、 HCN、NO、 H2S、COS、CS2等。煤干馏半焦中主要成分是碳，故 讨论平衡反应时通常只考虑元素碳的气化反应。
4） 压力对气化炉生产能力的影响 提高生产能力（气化强度提高，反应速率加快，碳的转化率较高）
5） 压力对煤气产率的影响 降低（气体体积减小，煤气中二氧化碳含量高）
6） 压力对煤气输送动力消耗的影响 节省煤气输送的动力消耗，减少煤的运输费用
固态排渣移动床加压气化炉
鲁奇炉(Lurgi) 采用氧气-水蒸气或空气-水蒸
水煤气
水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气，主要由 CO和H2组成。燃烧时呈蓝色，所以又称为蓝水煤气。
碳与水蒸气反应作为强吸热反应，需提供水蒸气分解所需的 热量，一般采用两种方法：
煤化学 第05章 煤的工业分析和元素分析
煤质分析项目名称 发热量 透光率 胶质层最大厚度 罗加指数 粘结指数 奥亚膨胀度 热稳定性 焦油产率 灰熔融性变形温度 灰熔融性软化温度 灰熔融性流动温度 腐植酸产率 苯萃取物产率 二氧化碳含量 矿物质含量
表示符号 新 旧 Q Q PM Pm Y Y R.I. LR GR.I. G b b TS RW T Tar DT T1 ST T2 FT T3 HA Hm EB Em CO2 / MM MM
煤质分析化验的方法有两大类：一类是测定煤中固有的 成分和性质，如水分、碳、氢等，另一类是测定煤经过转 化后生成的物质和呈现的性质，如灰分、挥发分、发热量 等。为了统一标准和便于使用，各煤质分析项目的结果都 是用一定的符号表示。通常是由煤质分析项目的符号、分 析项目存在状态或操作条件的符号、分析项目基准的符号 这三类符号构成了煤质分析结果的表示符号。 新国家标准中对常用符号作了如下规定： 1）符号一律用英文；2）ISO规定了的符号，基本采用； 3）ISO没规定的符号，用欧美通用的符号；4）ISO和欧美 都没有的，用英语名词的开头字母(或缩写字母)表示；5） 我国或其他国家独有的项目，采用其原规定的符号。
（6）全水分计算公式
进行基准换算时要注意以下三个问题：
（1）换算的煤质分析指标必须含于对方的基准中，否则就不能换算。 如：St,ad中包含了St,d，它们之间可用公式5-1进行换算；Ad和Adaf 之间就不能换算，因为干燥无灰基中不存在灰分。
（2）用以上公式换算时各煤质分析测定结果不代入百分符号，但写 答案时要把百分号加上。 （3）基准不相同的数据不能直接加减。
（三）煤中的全水分（Mt,ar）
煤的全水分是煤的外在水分和 内在水分之和 。即： Mt,ar=Mf,ar+Minh,ar
煤的工艺性质 煤的燃点(煤化学课件)
燃点
混合
以4.5～5℃/min的 速度加热
煤样 爆燃
煤样爆燃时的加热 温度即为煤的燃点。
用不同的氧化剂、不同的 操作方法特别是不同的氧 化剂会得到不同的燃点。
规范性 很强
实验室测出的煤的燃点是相 对值，并不能直接代表煤在 日常生活中和在工业条件下 的煤开始燃烧的温度。但它 们有对应关系，总的趋势是 一致的。
燃点测定意义
煤样燃点的测定可以辅助判断煤炭变质程度、自燃的难易程度 以及判断煤样是否被变质。
思考题：煤的燃点测定过程中加入氧化剂的作用？
一般煤化程度越低的煤越容易自燃。
如褐煤和长焰煤很容易自燃着火；气煤、肥煤和焦煤 稍次，瘦煤、贫煤和无烟煤自燃着火的倾向最小一般 随煤化程度升高，自然趋势减小。
（3）根据燃点变化判断煤是否被氧化。
氧化程度
还原煤样燃点℃- 原煤样燃点℃ 还原煤样燃点℃- 氧化煤样燃点℃
上式的计算值越大，煤被氧化的程度越高，煤氧化或风化后燃 点明显降低，据此能判断煤的氧化程度。
随煤化程度的增加而增高。变质程度高的煤燃点高，变质程度低 的煤燃点低。
煤种 褐煤 长焰煤 气煤 肥煤 焦煤 无烟煤
燃点 260-290 290-330
330340
340350
370-380
400以上
（2）煤的燃点与自燃的关系
A
煤的燃点与自
燃的关系
B
可以根据氧化煤样与还原煤样的燃点温度之差 △T（℃）来判断煤自燃的难易程度。
煤的燃点
煤的燃点
煤加热到开始燃烧时的温度，叫做煤的燃点（也称着火点， 临界温度，发火温度）。
燃点的测定方法
将粒度小于0.2mm的 空气干燥煤样，干燥 后与亚硝酸钠以1： 0.75的质量比混合放 入燃点测定仪中。
煤的工艺性质
煤的工艺性质为了提高煤的综合利用价值，必须了解、研究煤的工艺性质，以满足各方面对煤质的要求。
煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等。
1.粘结性和结焦性性是指煤在干馏过程中，由于煤中有机质分解，熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能。
结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能。
煤的粘结性是结焦性的必要条件，结焦性好的煤必须具有良好的粘结性，但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭。
这就是为什么要进行配煤炼焦的道理。
粘结性是进行煤的工业分类的主要指标，一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示，常称胶质层厚度。
胶质层越厚，粘结性越好。
测定粘结性和结焦性的方法很多，除胶质层测定法外，还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等。
粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响。
煤化程度最高和最低的煤，一般都没有粘结性，胶质层厚度也很小。
2.发热量是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量，亦称热值，常用106J/kg表示。
它是评价煤炭质量，尤其是评价动力用煤的重要指标。
国际市场上动力用煤以热值计价。
我国自1985年6月起，改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价。
发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关。
为便于比较耗煤量，在工业生产中，常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.930368×107J/kg的标准煤来进行计算。
3.化学反应性又称活性。
是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力。
它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。
反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分。
煤的活性一般随煤化程度加深而减弱。
4.热稳定性又称耐热性。
是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能。
它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标。
热稳定性的好坏，直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率。
5.透光率指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等)，在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后，所得溶液对光的透过率称为透光率。
煤的工艺性质
精心整理[煤的工艺性质]煤的工艺性质包括：（1）煤的粘结性和结焦性指数；（2）煤的发热量和燃点；（3）煤的反应性；（4）煤灰熔融性和结渣性等拟工业焦化条件下所得焦炭品质（2200Kg小焦炉试验）；或测试上述胶质体的某一性质也有的直接观察实验室所得焦块的性质，表征煤的结焦性。
本节只阐述与我国煤的现行分类有关的几个测试指标。
（1）煤的胶质层指数煤的胶质层指数，又称煤的胶质层最大厚度，或Y值。
它是原苏联、波兰等国家煤的分类指标之一，也是我国煤的现行分类中区分强粘结性的肥煤、气肥煤的一个分类指标。
煤的胶质层指数，是原苏联列.姆.萨保什尼可夫和列.帕.巴齐列维奇提出的。
它的测试要点是根据不同结焦性的煤在干馏过程中胶质层的厚度、收缩情况和膨胀曲线的不同，测试胶质层的最大厚度（Y值）、1 23 4胶质层指数测试的允许误差。
同一煤样平行测试结果的允许误差地质勘探中常常由于煤芯煤样数量不足而无法测试；三是胶质层指数能反映胶质层的最大厚度，但不能反映出胶质层的质量。
（2）煤的罗加指数罗加指数（R.1），是波兰煤化学家罗加教授1949年提出的测试烟煤粘结力的指标。
现已为国际硬煤分类方案所采用。
我国1985年颁发了烟煤罗加指数测试的国家标准（GB5549-85）,但在我国现行煤的分类中，罗加指数不作为分类指标。
罗加指数的测试要点：将1克煤样和5克标准无烟煤样（宁夏汝箕沟矿专用无烟煤标样，下同）混合均匀，在规定的条件下焦化，然后把所得焦渣在特定的转鼓中转磨3次，测试焦块的耐磨强度，规定的缺点是，规范性也很强，对标准无烟煤的要求很严。
罗加指数区分强粘煤灵敏度不够。
（3）煤的粘结指数G=10+(30m1+70m2)/m式中：m1——第一次转鼓试验后过筛，其中大于10mm的焦渣重量，g;m2——第二次转鼓试验后过筛，其中大于10mm的焦渣重量，g；m——焦化后焦渣总重量，g。
年以国标GB5450-85发布，并与Y值并列作为我国煤炭现行分类中区分肥煤的指标之一。
煤化学 第五章(三)
图5-9
流动度曲线
3.几种烟煤的基氏流动度曲线
图5-10
几种烟煤的基氏流动度曲线
四、罗加指数
1.测定罗加指数的方法要点：
将空气干燥煤样和标准无烟煤， 在坩埚内混合均匀并铺平，加上钢质 砝码，在850℃下焦化、后，称量m； 筛分→筛上物 m1 →筛上物装入罗加转 鼓中转磨→筛分→筛上物 m2 →筛上物 在转鼓中重复转动→筛分→筛上物 m3 →筛上物再一次进行转鼓试验→筛 上物m4。
图5-6为一典型烟煤的体积膨胀曲线示意图。 T1——软化温度，即膨胀杆下降 0.5m时的温度（℃）； T2—— 开始膨胀温度，即膨胀杆下降到最低点后开始上 升的温度（℃）； T3——固化温度，膨胀杆停止移动时的温度（℃）； a——最大收缩度，%； b——煤的膨胀度，%。
图 a 为典型烟煤的体积膨胀曲线，煤的膨胀曲线 超过零点后达到水平，这种情况称为“正膨胀”；
煤的黏结性和结焦性关系： 结焦性包括保证结焦过程能够顺利进 行的所有性质，黏结性是结焦性的前提和 必要条件。
测定煤黏结性和结焦性的方法可以分为 以下三类： （1）根据胶质体的数量和性质进行测定，如 胶质层厚度、基氏流动度、奥亚膨胀度等。 （2）根据煤黏结惰性物料能力的强弱进行测 定，如罗加指数和黏结指数等。 （3）根据所得焦块的外形进行测定，如坩埚 膨胀序数和葛金指数等。
将粒度小于0.15mm的煤样10g与1mL
水混匀，在钢模内按规定方法压制成煤笔
（长 60mm ），放在一根内部非常光洁的标
准口径的膨胀管内，其上放置一根连有记录
笔的能在管内自由滑动的钢杆（膨胀杆）。
二、奥亚膨胀度
将上述装置放入已预热到 330℃的电炉 中加热，升温速度保持 3℃/min 。加热至 500 ～ 550℃为止。在此过程中，煤受热达 到一定温度后开始分解，首先析出一部分挥 发分，接着开始软化析出胶质体。随着胶质 体的不断析出，煤笔开始变形缩短，膨胀杆 随之下降——标志煤的收缩。
流动度曲线
3.几种烟煤的基氏流动度曲线
图5-10
几种烟煤的基氏流动度曲线
四、罗加指数
1.测定罗加指数的方法要点：
将空气干燥煤样和标准无烟煤， 在坩埚内混合均匀并铺平，加上钢质 砝码，在850℃下焦化、后，称量m； 筛分→筛上物 m1 →筛上物装入罗加转 鼓中转磨→筛分→筛上物 m2 →筛上物 在转鼓中重复转动→筛分→筛上物 m3 →筛上物再一次进行转鼓试验→筛 上物m4。
图5-6为一典型烟煤的体积膨胀曲线示意图。 T1——软化温度，即膨胀杆下降 0.5m时的温度（℃）； T2—— 开始膨胀温度，即膨胀杆下降到最低点后开始上 升的温度（℃）； T3——固化温度，膨胀杆停止移动时的温度（℃）； a——最大收缩度，%； b——煤的膨胀度，%。
图 a 为典型烟煤的体积膨胀曲线，煤的膨胀曲线 超过零点后达到水平，这种情况称为“正膨胀”；
煤的黏结性和结焦性关系： 结焦性包括保证结焦过程能够顺利进 行的所有性质，黏结性是结焦性的前提和 必要条件。
测定煤黏结性和结焦性的方法可以分为 以下三类： （1）根据胶质体的数量和性质进行测定，如 胶质层厚度、基氏流动度、奥亚膨胀度等。 （2）根据煤黏结惰性物料能力的强弱进行测 定，如罗加指数和黏结指数等。 （3）根据所得焦块的外形进行测定，如坩埚 膨胀序数和葛金指数等。
将粒度小于0.15mm的煤样10g与1mL
水混匀，在钢模内按规定方法压制成煤笔
（长 60mm ），放在一根内部非常光洁的标
准口径的膨胀管内，其上放置一根连有记录
笔的能在管内自由滑动的钢杆（膨胀杆）。
二、奥亚膨胀度
将上述装置放入已预热到 330℃的电炉 中加热，升温速度保持 3℃/min 。加热至 500 ～ 550℃为止。在此过程中，煤受热达 到一定温度后开始分解，首先析出一部分挥 发分，接着开始软化析出胶质体。随着胶质 体的不断析出，煤笔开始变形缩短，膨胀杆 随之下降——标志煤的收缩。
煤的工业分析和工艺性质
• 结焦性：煤在干馏过程中结成焦炭的性能。
• 注：煤化工的重要过程之一。指煤在隔绝空气条件下加 热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气 等产物的过程。按加热终温的不同，可分为三种： 900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中 温干馏；500～600℃为低温干馏（见煤低温干馏）。 煤的干馏是属于化学变化
灰分（A）
• 煤中的灰分是指煤在规定条件下完全 燃烧后剩下的固体残渣。
• 外在灰分（顶板、底板和夹矸） • 内在灰分 • 灰分越高，煤质越差。但煤灰可作为
一种资源利用，如制造复合肥，提取 氯化铝以及一些稀有元素等。
挥发分（V）
• 煤在隔绝空气的条件下，在900摄氏度加减10摄氏度的 情况下，加热7分钟，从煤中分解出来的液体（蒸汽状 态）和气体产物。
• 例如：某煤样：灰分17.5%，挥发分25.7%，水分 0.49%则固定碳为100-17.5-25.7-0.49=56.31，即为 56.31%
煤的工艺性质指标
• 煤的工艺性质是评价煤的深加工和综合利用方向的指标。 煤的工艺性质主要包括：
• 1、发热量 • 2、粘结性和结焦性 • 3、热稳定性 • 4、机械强度 • 5、可选性
发热量（Q）
• 发热量是指单位重量的煤，在完全燃烧时所产生的热量。 • 依据煤的分类，按照发热量的大小： • 褐煤：25.10--30.50MJ/kg • 烟煤：30.50--37.20MJ/kg • 无烟煤：32.20--36.10MJ/kg
粘结性和结焦性
• 粘结性：煤在干馏过程中，煤中有机质分解、熔融而使 煤粒粘结呈块的性能。
热稳定
• 煤的热稳定是指煤在燃烧或气化过程中， 在高温环境下保持原来煤块粒度的程度。
• 注：煤化工的重要过程之一。指煤在隔绝空气条件下加 热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气 等产物的过程。按加热终温的不同，可分为三种： 900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中 温干馏；500～600℃为低温干馏（见煤低温干馏）。 煤的干馏是属于化学变化
灰分（A）
• 煤中的灰分是指煤在规定条件下完全 燃烧后剩下的固体残渣。
• 外在灰分（顶板、底板和夹矸） • 内在灰分 • 灰分越高，煤质越差。但煤灰可作为
一种资源利用，如制造复合肥，提取 氯化铝以及一些稀有元素等。
挥发分（V）
• 煤在隔绝空气的条件下，在900摄氏度加减10摄氏度的 情况下，加热7分钟，从煤中分解出来的液体（蒸汽状 态）和气体产物。
• 例如：某煤样：灰分17.5%，挥发分25.7%，水分 0.49%则固定碳为100-17.5-25.7-0.49=56.31，即为 56.31%
煤的工艺性质指标
• 煤的工艺性质是评价煤的深加工和综合利用方向的指标。 煤的工艺性质主要包括：
• 1、发热量 • 2、粘结性和结焦性 • 3、热稳定性 • 4、机械强度 • 5、可选性
发热量（Q）
• 发热量是指单位重量的煤，在完全燃烧时所产生的热量。 • 依据煤的分类，按照发热量的大小： • 褐煤：25.10--30.50MJ/kg • 烟煤：30.50--37.20MJ/kg • 无烟煤：32.20--36.10MJ/kg
粘结性和结焦性
• 粘结性：煤在干馏过程中，煤中有机质分解、熔融而使 煤粒粘结呈块的性能。
热稳定
• 煤的热稳定是指煤在燃烧或气化过程中， 在高温环境下保持原来煤块粒度的程度。
煤的工艺性质
煤的工艺性质
柠檬K24
煤的工艺性质
煤的工艺性质
炼焦煤工艺性质
根据胶质层数量和性质
奥亚膨胀度 b&a
基氏流动度 α max 胶质层厚度 ymax 罗加指数 R.I 粘结指数 G.R.I 坩埚自由膨胀序数 CSN 葛金指数/葛金焦型 G-K
根据煤粘结惰性物料的能力强弱 根据试验所得焦块外形
气化用煤的工艺性质
无缝隙1块；少缝隙26块；多缝隙6块以上
小孔隙；小孔隙带大孔 隙；大孔隙
无绽边；低绽边；高绽 边；中等绽边 黑色；深灰；银灰
熔合情况
粉状；凝结；部分熔合； 全部熔合
体积曲线
——典型曲线制定
平滑下降——瘦焦煤
平滑斜降——贫煤、瘦煤
波形——主焦煤
微波行——主焦煤
大之字——气煤 之字型 小之字——1/3焦煤
>85 >85 >85 ＞85 ＞50-65 ＞35-50 ＞50-65 ＞65 ＞30-50
肥煤Ⅰ 肥煤Ⅱ 肥煤Ⅲ 气肥煤 气煤Ⅰ 气煤Ⅱ 气煤Ⅲ 气煤Ⅳ 1/2中粘煤 弱粘煤 不粘煤 长焰煤 褐煤
ymax >25 ymax >25 ymax >25 ymax >25
ymax ≤25
其他 烟煤
＞5-30 ≤5 ≤5或＞5-30
t1-开始软化温度；t2-开始膨胀温度；t3-固化温度 b-最大膨胀度（%）；a-最大收缩度（%）
基氏流动度 α max
——表征煤的粘结性
将煤样装入有垂直搅拌器的特制煤杯中，对搅拌器加一恒定力矩并在规 定条件下加热，煤受热软化后，搅拌器开始旋转，待到塑性固化后停止旋转。 在塑性期间定期记录旋转角速度。
表征烟煤粘结性的一种指标，现在已作为我国区分煤的粘结性和结焦性能烟 煤的重要分类指标之一。 主要以1g粒度<0.2mm（具体为0.1-0.2mm占30%，＜0.1mm占70%）与5g或 3g标准无烟煤（宁夏汝箕沟平峒二层无烟煤，标准水份、灰份等）混合均匀后放入专用 马弗炉中，850℃快速加热15min，所得焦炭在特定转鼓中进行二次转鼓试 验，测定G.R.I值。
柠檬K24
煤的工艺性质
煤的工艺性质
炼焦煤工艺性质
根据胶质层数量和性质
奥亚膨胀度 b&a
基氏流动度 α max 胶质层厚度 ymax 罗加指数 R.I 粘结指数 G.R.I 坩埚自由膨胀序数 CSN 葛金指数/葛金焦型 G-K
根据煤粘结惰性物料的能力强弱 根据试验所得焦块外形
气化用煤的工艺性质
无缝隙1块；少缝隙26块；多缝隙6块以上
小孔隙；小孔隙带大孔 隙；大孔隙
无绽边；低绽边；高绽 边；中等绽边 黑色；深灰；银灰
熔合情况
粉状；凝结；部分熔合； 全部熔合
体积曲线
——典型曲线制定
平滑下降——瘦焦煤
平滑斜降——贫煤、瘦煤
波形——主焦煤
微波行——主焦煤
大之字——气煤 之字型 小之字——1/3焦煤
>85 >85 >85 ＞85 ＞50-65 ＞35-50 ＞50-65 ＞65 ＞30-50
肥煤Ⅰ 肥煤Ⅱ 肥煤Ⅲ 气肥煤 气煤Ⅰ 气煤Ⅱ 气煤Ⅲ 气煤Ⅳ 1/2中粘煤 弱粘煤 不粘煤 长焰煤 褐煤
ymax >25 ymax >25 ymax >25 ymax >25
ymax ≤25
其他 烟煤
＞5-30 ≤5 ≤5或＞5-30
t1-开始软化温度；t2-开始膨胀温度；t3-固化温度 b-最大膨胀度（%）；a-最大收缩度（%）
基氏流动度 α max
——表征煤的粘结性
将煤样装入有垂直搅拌器的特制煤杯中，对搅拌器加一恒定力矩并在规 定条件下加热，煤受热软化后，搅拌器开始旋转，待到塑性固化后停止旋转。 在塑性期间定期记录旋转角速度。
表征烟煤粘结性的一种指标，现在已作为我国区分煤的粘结性和结焦性能烟 煤的重要分类指标之一。 主要以1g粒度<0.2mm（具体为0.1-0.2mm占30%，＜0.1mm占70%）与5g或 3g标准无烟煤（宁夏汝箕沟平峒二层无烟煤，标准水份、灰份等）混合均匀后放入专用 马弗炉中，850℃快速加热15min，所得焦炭在特定转鼓中进行二次转鼓试 验，测定G.R.I值。
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◆煤的主要工艺性质 煤加工－粒度组成、密度组成、可选性(重选、
浮选、特种选) 煤作为燃料－发热量、燃点、机械强度、热稳定
性、灰熔融性、结渣性、可磨性、反应性，… 煤作为原料－粘结性、结焦性、腐植酸产率, …
第一节 煤的热解和粘结成焦性质
★概念－煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的 物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固 体(半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或 炭化(carbonization)。 ★热解分类 按热解终温
化学反应如下：
OH+
H2O
COOH CO2
COOH+
C
+H2O
O
（2）煤热解中的一次裂解反应
●结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片； ●脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CH4﹑C2H6等； ●含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为：
低温干馏(500-600℃)－以液体产物为目标 中温干馏(700-800℃)－制取燃料煤气 高温干馏(950-1050℃)－炼焦
●烟煤热解过程
（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃） （2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃） （3）半焦转化为焦炭的阶段
●煤的热解过程主要的反应类型
前期的热分解反应
不带侧链的分子比带侧链的分子稳定。例如，芳香族化合物 的侧链原子团是甲基时，在700℃才断裂；如果是较长的烷 基，则在500℃就开始断裂。 （3） 缩合多环芳烃的稳定性大于联苯基化合物，缩合多环芳 烃的环数越多（即缩合程度越大），热稳定性越大。
化学键
键能/ （kJ/mol）
C芳—C芳
2057.5
C芳—H C脂—H C脂—C脂
1.煤热解中的裂解反应
（1）分解温度（<300－350℃）以下的反应
析出的物质有CO、CO2.H2O（化学结合的）、 H2S（少量）、甲酸（痕量）、草酸（痕量）和 烷基苯类（少量）。其中CO、CO2.H2O等主要起 源于化学吸附表面配合物（如过氧化、氢物或氢 过氧化物）或包藏在煤中的化合物。脱羟基作用、 脱羧基作用和含氧方式的 重排等。
后期的热缩聚反应。
一、烟煤热解过程
（1） 干燥脱吸阶段（室温→300－350℃）Td
● ～120℃：煤炭脱水、干燥 ● 120～200℃：脱除吸附的CH4、CO、CO2等气体。 ● 300℃：低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO、 H2S等，生成放出热解水和微量的焦油。
煤的工艺性质之烟煤热解过程
CH2 CH3
CH2 CH3
425.3 391.4 332.1 301.1
284.4
化学键
CH2 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
C脂—O C脂—C脂
键能/ （kJ/mo
l） 250.9Βιβλιοθήκη 338.7284.7
313.7
297.3
二、煤的工艺性质之煤热解中的主要化学反应
● 煤的热解中的裂解反应 ● 一次热解产物的二次热解反应 ● 煤热解中的缩聚反应
析出煤气
脱气
析出焦油
脱水
(450℃最多)
0
100
200 300 400 500 600 700 800 900 1000℃
干煤
胶质体
半焦
焦炭
干燥脱气
解聚分解,形成半焦
缩聚析气,形成焦炭
煤的工艺性质之烟煤热解过程
（3）二次脱气阶段：半焦转化为焦炭的阶段 （550 ～1000 ℃）
该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。 ●550～750℃，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少量 的CH4，成为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气体后， 体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。 ● 750～1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体，主要 是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结构单元 的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。
煤的工艺性质之非粘结性煤的热解过程
●煤化程度低的非粘结性煤如褐煤、长焰煤等，其热解过 程与烟煤大体类似，同样有分解、裂解和缩聚等反应发 生，生成大量气体和焦油，只是在热解过程中没有胶质 体生成，不会产生熔融、膨胀等现象，热解前后煤粒仍 然呈分离状态，不会粘结成块。
●煤化程度高的非粘结性煤，如贫煤、无烟煤，其热解过 程较为简单，以裂解为主，释放出少量的热解气体，其 中热值高的烃类如甲烷含量较低，氢含量则较高，煤气 热值相对较低。
二、热解过程中的化学反应
1．有机化合物热解过程的一般规律 煤的热解是煤有机质大分子中的化学键的断裂与重新组合。
有机物中主要的几种化学键的键能见表5-1 （1） 在相同条件下，煤中各有机物的热稳定次序是：芳香烃>
环烷烃>炔烃>烯烃>开链烷烃。 （2） 芳环上侧链越长越不稳定，芳环数越多其侧链越不稳定，
煤样
义煤马 热解 氢解 催化
Cdaf／ Vdaf／ %%
77.59 42.83
Ts／ ℃
232 232 220
Tm／ Tsm／ ℃℃
441 700 440 658 432 621
Te／ ℃
761 743 740
失重率／ %
43.45 55.20 56.90
最大失重速率 ／%/min
0.168 0.159 0.150
2．煤热解中的主要化学反应 （1） 分解温度（<300－350℃）以下的反应
析出的物质有CO、CO2.H2O（化学结合的）、 H2S（少量）、甲酸（痕量）、草酸（痕量） 和烷基苯类（少量）。其中CO、CO2.H2O等主 要起源于化学吸附表面配合物（如过氧化、氢 物或氢过氧化物）或包藏在煤中的化合物。脱 羟基作用、脱羧基作用和含氧方式的 重排等。
（2）活泼分解阶段（300～550℃） 胶质体的生成和固化阶段
● 300～480℃：煤分解、解聚，析出大量焦油和气体 其中：在450℃左右的温度区间，焦油的析出量最大。
在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液、 固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体。 ● 450～550℃胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速， 开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。
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第八章 煤的工艺性质
概述 第一节 煤的热解和粘结成焦性质 第二节 煤炭气化与燃烧的工艺性质 第三节 煤的发热量
概述
◆煤的工艺性质是指煤在一定的加工利用过程中所呈 现出的性质，如发热量、粘结性等。
◆利用煤的其他性质（如化学组成、煤岩组成、煤化 程度等）可以预测煤的工艺性质，但不如直接研究工 艺性质更为有效。
浮选、特种选) 煤作为燃料－发热量、燃点、机械强度、热稳定
性、灰熔融性、结渣性、可磨性、反应性，… 煤作为原料－粘结性、结焦性、腐植酸产率, …
第一节 煤的热解和粘结成焦性质
★概念－煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的 物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固 体(半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或 炭化(carbonization)。 ★热解分类 按热解终温
化学反应如下：
OH+
H2O
COOH CO2
COOH+
C
+H2O
O
（2）煤热解中的一次裂解反应
●结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片； ●脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CH4﹑C2H6等； ●含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为：
低温干馏(500-600℃)－以液体产物为目标 中温干馏(700-800℃)－制取燃料煤气 高温干馏(950-1050℃)－炼焦
●烟煤热解过程
（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃） （2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃） （3）半焦转化为焦炭的阶段
●煤的热解过程主要的反应类型
前期的热分解反应
不带侧链的分子比带侧链的分子稳定。例如，芳香族化合物 的侧链原子团是甲基时，在700℃才断裂；如果是较长的烷 基，则在500℃就开始断裂。 （3） 缩合多环芳烃的稳定性大于联苯基化合物，缩合多环芳 烃的环数越多（即缩合程度越大），热稳定性越大。
化学键
键能/ （kJ/mol）
C芳—C芳
2057.5
C芳—H C脂—H C脂—C脂
1.煤热解中的裂解反应
（1）分解温度（<300－350℃）以下的反应
析出的物质有CO、CO2.H2O（化学结合的）、 H2S（少量）、甲酸（痕量）、草酸（痕量）和 烷基苯类（少量）。其中CO、CO2.H2O等主要起 源于化学吸附表面配合物（如过氧化、氢物或氢 过氧化物）或包藏在煤中的化合物。脱羟基作用、 脱羧基作用和含氧方式的 重排等。
后期的热缩聚反应。
一、烟煤热解过程
（1） 干燥脱吸阶段（室温→300－350℃）Td
● ～120℃：煤炭脱水、干燥 ● 120～200℃：脱除吸附的CH4、CO、CO2等气体。 ● 300℃：低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO、 H2S等，生成放出热解水和微量的焦油。
煤的工艺性质之烟煤热解过程
CH2 CH3
CH2 CH3
425.3 391.4 332.1 301.1
284.4
化学键
CH2 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
C脂—O C脂—C脂
键能/ （kJ/mo
l） 250.9Βιβλιοθήκη 338.7284.7
313.7
297.3
二、煤的工艺性质之煤热解中的主要化学反应
● 煤的热解中的裂解反应 ● 一次热解产物的二次热解反应 ● 煤热解中的缩聚反应
析出煤气
脱气
析出焦油
脱水
(450℃最多)
0
100
200 300 400 500 600 700 800 900 1000℃
干煤
胶质体
半焦
焦炭
干燥脱气
解聚分解,形成半焦
缩聚析气,形成焦炭
煤的工艺性质之烟煤热解过程
（3）二次脱气阶段：半焦转化为焦炭的阶段 （550 ～1000 ℃）
该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。 ●550～750℃，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少量 的CH4，成为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气体后， 体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。 ● 750～1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体，主要 是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结构单元 的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。
煤的工艺性质之非粘结性煤的热解过程
●煤化程度低的非粘结性煤如褐煤、长焰煤等，其热解过 程与烟煤大体类似，同样有分解、裂解和缩聚等反应发 生，生成大量气体和焦油，只是在热解过程中没有胶质 体生成，不会产生熔融、膨胀等现象，热解前后煤粒仍 然呈分离状态，不会粘结成块。
●煤化程度高的非粘结性煤，如贫煤、无烟煤，其热解过 程较为简单，以裂解为主，释放出少量的热解气体，其 中热值高的烃类如甲烷含量较低，氢含量则较高，煤气 热值相对较低。
二、热解过程中的化学反应
1．有机化合物热解过程的一般规律 煤的热解是煤有机质大分子中的化学键的断裂与重新组合。
有机物中主要的几种化学键的键能见表5-1 （1） 在相同条件下，煤中各有机物的热稳定次序是：芳香烃>
环烷烃>炔烃>烯烃>开链烷烃。 （2） 芳环上侧链越长越不稳定，芳环数越多其侧链越不稳定，
煤样
义煤马 热解 氢解 催化
Cdaf／ Vdaf／ %%
77.59 42.83
Ts／ ℃
232 232 220
Tm／ Tsm／ ℃℃
441 700 440 658 432 621
Te／ ℃
761 743 740
失重率／ %
43.45 55.20 56.90
最大失重速率 ／%/min
0.168 0.159 0.150
2．煤热解中的主要化学反应 （1） 分解温度（<300－350℃）以下的反应
析出的物质有CO、CO2.H2O（化学结合的）、 H2S（少量）、甲酸（痕量）、草酸（痕量） 和烷基苯类（少量）。其中CO、CO2.H2O等主 要起源于化学吸附表面配合物（如过氧化、氢 物或氢过氧化物）或包藏在煤中的化合物。脱 羟基作用、脱羧基作用和含氧方式的 重排等。
（2）活泼分解阶段（300～550℃） 胶质体的生成和固化阶段
● 300～480℃：煤分解、解聚，析出大量焦油和气体 其中：在450℃左右的温度区间，焦油的析出量最大。
在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液、 固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体。 ● 450～550℃胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速， 开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。
河南城建学院丁明洁
第八章 煤的工艺性质
概述 第一节 煤的热解和粘结成焦性质 第二节 煤炭气化与燃烧的工艺性质 第三节 煤的发热量
概述
◆煤的工艺性质是指煤在一定的加工利用过程中所呈 现出的性质，如发热量、粘结性等。
◆利用煤的其他性质（如化学组成、煤岩组成、煤化 程度等）可以预测煤的工艺性质，但不如直接研究工 艺性质更为有效。