煤热解反应过程及影响因素
燃烧学 第3版 第7章 煤的燃烧
❸反应产物从碳球的表面解吸，向外扩散
❷在碳表面上进行反应，生成反应产物
整个反应的速度取决定于这3步中最慢的一步。
7.2.2
碳燃烧过程中的吸附和解吸
碳球
O2
碳球表面上吸附了氧的面积份额为θA，表面覆盖分数 ，即：
解吸的速率常数
吸附速率常数
吸附和解吸平衡时，θA将不再变化：
■煤粒的着火
■煤粒的着火现象与影响因素
挥发分燃烧时，煤粒直径几乎不变，煤粒表面局部有时有挥发物喷流，膨胀特性差别很大 。焦炭烧完，变成极小的粒子。
在T＝1200K，CO2＝0.23 kg/m3环境里，d0＝750um褐煤粒的四个燃烧段时间为： 预热及挥发分着火：1.146s ； 挥发分的燃烧：0.3s ； 焦炭预热着火：0.35s； 焦炭燃烧燃尽 ：4.6s。
扩散
外扩散
内扩散
表面反应过程
传质过程
7.3
碳的动力燃烧与扩 散燃烧
每秒每平方米固体表面上烧掉的氧量
化学反应常数,阿累尼乌斯定律
扩散
消耗
得到
假设化学反应速度与CO2的某个分数幂成正比
(1) 动力区
T较低时，k很小
很大
燃烧速度决定于化学反应
(化学动力控制或简称化学控制)
第七章 煤的燃烧
7.1
煤的燃烧过程特点及其热解
7.1.1 煤的燃烧过程 7.1.2 水分的蒸发过程及对燃烧的影响 7.1.3 煤的热解与挥发分的燃烧 7.1.4 煤粒的着火 7.1.5 煤粒燃烧的一些实验研究结果 7.1.6 影响煤粒着火的因素 7.1.7 焦炭的燃烧特性
煤：复杂的固体碳氢燃料 水分 + 矿物质+ 有机可燃混合物（由C、H、O、N和S等元素组成）。
煤热解产物的组成及其影响因素分析
Ｃｏａｌ－－０一Ｃ０＋Ｃｏａｌ Ｃｏａｌ－００一Ｃ０２＋Ｃｏａｌ Ｃｏａｌ－０＋Ｈ２一Ｈ痧屹ｏａｌ Ｃｏａｌ－。。＋器≮一２Ｖ秘Ｃｏａｌ
（１）
（２）
（３） （４）
丙虽备爱瘫之黼存在竞争性。鲡暴舔蓑串宥氢气 存在，则煤上的禽巍基圃优先与氢气反廒衙嫩成水。 Ｈａｙａｓｈｉ等ｍ】的研究结果表明，焦油和ｃｏ、ｃ０。及 Ｃｌ—Ｃ。等气体的总产率与裂解温度无关，倪不同组分
Ｉ煤热解产物组成
煤在发生热煞反应后，冀孛懿挥发分会放煤基俸
阶段．第一阶段４００℃一６００℃，缓慢生成阶段，主要是 自由基之间相互缩聚磁生成；第二阶段６００℃．９００℃， 在该除段氢气大量生成。主要壹予热鹪焉裳缩聚反波 产生的ｎ］，随着热解漱度的升高，环数较小的芳环变
基金项目：国家自然科学基金（Ｎｏ．９０４１００１８）．山西省高等 学校青年学术带头人基金和太原市科技项层。 牧壤羹耀：２００６—１２—２０ 僚者蓠介：崔银萍（１９８ｌ一），女，２００４年毕韭子癌蒙古民 族大学，在读研究生，研究方向为煤洁净转化。
袋錾裂魄会产生∞ｍ，杂垮襞玻襄静温痉较亵，簌
７００℃数上方有明显薛∞敖趣。Ｍｒａｚｉｋｏｖａ等对藻审 禽氧留能团含量在热解过獠中变化的研究结果发现， 羟熬宙能团的稳定性最高．在３５０＂Ｃ一５００＂Ｃ之间，糖
子网络为固定相，犍大分子网络中，存柱～定数量的
“瓣离相”低分予物质，游离相物质和太分子阍络以物 理缔合的形式存谯。Ｙａｎｇ等”对煤抽摄锄的研究表 骧，攥的丈分予潮缮络祷孛，确实充壤鸯夫惫低分子
基的青量下降，佩是在８５０℃仍然可以在半焦中检测
到羟旗的存在。然而．在Ｍｒａｚｉｋｏｖａ对羟基含量的梭 溯中发壤，在５００℃一５５０℃，羧纂含量不莰没鸯减少， 爱瓣增攘Ｔ．Ａｎｇｅｌｏｖａ等瓣鬻器莛嚣活整蓑转诧弹 羟蕊．黼在文献１３］中却有不黼观点。鲻生玉在对禽戴 模激化合物的热解研究中发现，醚键在断裂过程中奈 形成羟基．这也可能是造成羟基含量增加的一个原 因．同时．台氧模型化合物的研究结果还表明，ＣＯｓ释 放的漱发区间较竟，在２００℃一８００℃豹范围内都会产 垒Ｃ锈，宫是窘羧基结搀辨多襻蛙存在熬嚣透。畲羧蒺 的莠番环的大，ｌ、帮芳环上豁在的其镌取代基《魏聚 基）对羧基的热稳定性影响较太，也就是说，连结在芥 同芳环位置和有其他取代旗的影响是造成羧基结构 热稳定性的多样性的原因。划生玉还对镜煤的抽撮物 进掰了热解实验Ⅻ，实验结粜茬明，抽提物热解产物 中，Ｏ魄释敖量明显多于镜煤，势且凡乎没有ｃ０生戚。 囊鲍氇霹黻攉舞惠，煤孛还露辩热不稳定瓣貉耱羧蒺 辖构和艏热稳定的芳香羧纂缨梅，因此。造成ｅ魄释 放的瀛度区间较宽。ｃｏ釉ｃｏｓ释放峰温不同是出于
煤炭加工工艺中的煤化学反应分析
气氛对煤化学反应的影响
气氛类型：氧 化气氛、还原 气氛、中性气 氛等
0 1
气氛对煤化学 反应的影响： 影响反应速率、 产物分布、反 应条件等
气氛控制方法： 调节气体流量、 温度、压力等
气氛对煤化学 反应的应用： 优化反应条件、 提高反应效率、 降低能耗等
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感谢观看
汇报人：
度
采用惰性气体保 护：使用惰性气 体如氮气等保护 反应体系，防止
氧化反应发生
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04
煤的热解反应
热解反应过程
煤的热解反应是指煤在无 氧或缺氧条件下，通过加 热使其分解为气体、液体
和固体产物的过程。
热解反应过程中，煤分子 发生断裂，生成小分子气 体和液体，同时释放出热
量。
加氢反应可以改善煤的燃烧性 能，提高燃烧效率
06
煤的液化和气化反应
煤的液化和气化反应过程
煤的液化反应：通过加压 和加热，将煤转化为液态
燃料
煤的气化反应：通过高温 和低压，将煤转化为可燃
性气体
液化反应的优点：可以提 高煤的燃烧效率，减少环
境污染
气化反应的优点：可以减 少运输成本，提高能源利
用效率
液化和气化产物的组成和性质
原料
煤的气化反应可以用 于生产合成气，用于
生产化工产品
液化和气化反应可以 用于减少环境污染，
提高能源利用效率
液化和气化反应可以 用于生产清洁能源，
如氢气和天然气
07
煤化学反应的影响因素
温度对煤化学反应的影响
温度升高，反应速度加快 温度降低，反应速度减慢 温度对煤的燃烧、气化、液化等反应都有影响 温度控制是煤化学反应的重要参数之一
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。
9
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。
16
生成水煤气的反应
生成水煤气的反应水煤气，又称合成气，是一种由一氧化碳和氢气组成的可燃气体。
生成水煤气的反应主要是通过煤炭与水蒸气的热解反应产生的。
本文将详细介绍煤炭热解反应的过程和条件。
1. 煤炭的热解过程煤炭是一种复杂的有机物，主要由碳、氢、氧、氮等元素组成。
在高温下，煤炭分子内的化学键会发生断裂，产生一系列反应。
其中，生成水煤气的反应主要是煤炭的干馏反应。
干馏是指在无氧或缺氧条件下，将煤炭加热至高温，使其分解产生气体、液体和固体产物。
2. 热解反应的条件煤炭热解反应需要一定的温度、压力和反应时间等条件。
一般来说，煤炭的热解温度在600℃到1000℃之间，最适宜的温度为800℃到900℃。
在这个温度范围内，煤炭分解的速率较快，生成的水煤气质量较高。
此外，反应的压力一般较低，通常为大气压。
反应时间一般在数分钟到数十分钟之间。
3. 反应机理煤炭热解反应是一个复杂的过程，涉及多个反应步骤。
其中，最重要的反应是煤炭的干馏反应和煤焦的水蒸气重整反应。
煤炭的干馏反应是指在高温下，煤炭内部的有机物发生裂解，生成一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烯等气体产物。
该反应是通过链解、脱氢、裂解等步骤进行的。
其中，链解是指碳链的断裂，脱氢是指有机物中的氢原子被去除，裂解是指有机物分子的分解成小分子。
煤焦的水蒸气重整反应是指煤焦（煤炭热解后产生的固体产物）与水蒸气反应生成一氧化碳和氢气。
该反应是通过水蒸气与煤焦表面上的碳进行反应，生成一氧化碳和氢气。
此反应是一种重要的辅助反应，能够提高水煤气的产量和质量。
4. 反应产物与应用煤炭热解反应生成的主要产物是一氧化碳和氢气，它们是重要的工业原料。
水煤气可以用于制取合成氨、合成甲醇、合成液体燃料等。
其中，合成氨是制取化肥的重要原料，合成甲醇可以用于制取溶剂、涂料和塑料等，合成液体燃料可以用于替代传统的石油燃料。
水煤气还可以用于发电和供热。
通过水煤气发电，可以减少对化石燃料的依赖，减少二氧化碳等温室气体的排放。
第3章 煤炭热解ppt课件
• 煤炭热解研究的重要性 • 煤炭热解发展的发展方向。
精选ppt课件2021
3
3.2 煤炭热解的分类
• 热解分类 – 按热解气氛分类：主要有惰性气氛热解、还原气氛（氢、甲烷、一氧化碳或 还原气体混合物等）热解，按是否存在催化剂，可以进一步分为催化热解、 催化加氢热解等。 – 按热解温度高低分类：主要有低温热解（500～650℃）、中温热解（650～ 800）、高温热解（900～1000）和超高温热解（>1200℃）。 – 按热源不同分类：主要有电加热热解、等离子体加热热解、微波加热热解、 热载体加热热解等。
热 品性状 解 温 焦油： 度
机械强度 挥发分（％）
比重 中性油（％） 酚类（％）
低
中
高
10
约5
<2
<1
1
>1
60
50.5
35～40
25
15～20
1.5
焦油盐基（％）
1～2
1～2
～2
沥青（％）
12
30
57
游离碳（％）
1～3
～5
4～10
中性油成分
脂肪烃 芳烃 脂肪烃 芳烃 芳烃
煤气主要
氢
31
45
55
成分（％）
– 按加热方式分类：主要有外热式热解，内热式热解和内外复合式热解。 – 按热载体类型不同分类：主要有固体热载体热解，气体热载体热解，以及固
煤热解气体主产物及热解动力学分析
煤热解气体主产物及热解动力学分析煤热解是一种重要的化学反应，其主要作用是将活性煤转化为可利用的气体、液体和固体产物。
热解反应不仅可以利用燃料能量，还可能会产生一系列有机物和无机物，如低烃、醇、酸、氧化物、氮化物等。
在实际热解过程中，煤热解所产生的气体称为煤热解气体，是一种复杂气体混合物，其主要组分包括水蒸气、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、苯、乙烯、二氧化碳、氧、氮气等。
煤热解气体的组成和含量均不相同，受到热解温度、时间、压力等因素的影响。
热解反应受多种因素的影响而发生。
如果能够有效控制这些因素，则可以更精确地控制热解反应，从而改变有机物的产率，改变有机气体组成，增加高价值产品，降低低价值产品的产率，从而提高生产经济效益。
因此，研究热解动力学是实现可控化热解的关键，也是实现热解技术精湛化的前提。
煤热解技术的动力学分析需要考虑繁多的因素，包括温度、压力、煤热解气体组成、煤质、反应器通气量、催化剂种类、催化剂量等。
通常，煤热解动力学分析可以分成三个步骤：机理分析、模型建立和参数调整。
机理分析是热解动力学研究的基础，主要包括对反应间隙、活化能、反应路径等的研究。
模型建立是建立热解动力学模型的核心步骤，主要包括选择参数模型、选择反应网络等。
参数调整是要求模型与实验结果的最佳调整，主要包括调整模型参数、调整反应网络等。
在实际工程中，热解动力学分析对提高煤热解性能具有重要意义。
热解动力学分析可以用于识别热解反应的机理、构建反应动力学模型以及优化反应条件，从而有效地控制煤热解气体的组成，从而提高发电效率、经济效益和环境友好性。
在热解动力学分析中，研究员需要考虑大量可变因素，而且模型建立和参数调整的工作量巨大，因此，应用计算机技术可以显著提高工作效率。
在实际热解动力学分析中，可以使用计算机建立模型和调整参数，大大提高了热解技术的精准度。
总之，煤热解气体是一种复杂的气体混合物，热解动力学分析是实现可控化热解的关键，也是实现热解技术精湛化的前提，它可以有效控制热解反应，改变有机气体组成，提高生产经济效益和发电效率，为实现更高效的煤热解作出重要贡献。
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。
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煤热解反应过程及影响因素
煤热解反应是煤在高温下分解产生气体、液体和固体等产物的化学过程。
煤热解过程受多种因素的影响，包括煤的性质、反应温度和反应时间等。
下面将详细介绍煤热解反应过程及其影响因素。
1. 煤热解反应过程
煤热解反应可分为两个阶段：干馏和气化。
干馏是指煤在没有外源热量的条件下分解产生焦炭、气体和一小部分液体。
气化是指煤在外源热量作用下与气体反应，生成可燃气体。
煤热解过程可以通过实验室试验或工业设备进行。
2. 影响因素
（1）煤的性质：煤的性质对热解反应有较大影响。
煤的挥发分含量越高，反应时产生的气体和液体产物越多。
煤的结构也会影响热解过程，具有较高芳香环含量的煤更容易进行干馏反应。
（2）反应温度：反应温度是影响煤热解反应的重要因素。
在较低的反应温度下，只有干馏反应发生，并产生一小部分液体产物。
随着温度的升高，气化反应逐渐增加，气体产物的生成增加。
（3）反应时间：反应时间指热解过程中煤与高温条件接触的时间。
一般来说，反应时间越长，煤受热程度越高，产物的生成率也越高。
但是过长的反应时间会导致气体产物的热解成焦炭和结构复杂的大分子物质，使得气体产物的质量下降。
（4）反应气氛：反应气氛对煤热解反应有重要影响。
一般而言，煤在惰性气氛中的热解活性较弱，而在氧气存在的条件下，煤更容易进行气化反应，产生有用的气体。
（5）催化剂：添加适量催化剂可以促进煤热解反应，提高气体和液体产物的生成率。
常用的催化剂包括金属催化剂和酸性催化剂等。
（6）煤的粒度：煤的粒度对热解反应也有一定的影响。
较细的煤颗粒更容易受热，热解反应更为彻底。
粗颗粒煤热解反应的速率较慢。
煤热解反应受到煤的性质、反应温度、反应时间、反应气氛、催化剂和煤的粒度等因素的影响。
通过调控这些因素，可以优化煤热解反应过程，提高气体产物的质量和产率，为煤的高效利用提供技术支持。