第3章 煤炭热解
洁净煤燃烧技术——煤的热解与气化ppt课件
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2020年5月3日
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一、简介
煤炭气化技术 煤炭气化是将固体（煤、半焦、焦炭）或液体燃料（水煤浆）与气化剂（空气、 氧气、富氧气、水蒸气或二氧化碳等）作用而转变成燃料煤气或合成煤气。
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三、煤气化技术主要工艺
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1、固定床气化
也称移动床气化。因为在气化过程中，煤料与气化剂 逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降很 慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定气化床， 实际上，煤料在气化过程中的确是以很慢的速度向下 移动的，故以称为移动床气化
第一阶段：鼓空气燃烧煤蓄热，生产空气煤气
第二阶段：鼓水蒸气，生产热解煤气和水煤气
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2、煤炭地下气化方法及工艺
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总结
一、煤热解及意义 二、煤热解的分类及过程 三、煤炭热解技术与工艺 四、煤炭气化技术 五、煤炭地下气化技术
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2、流化床气化（沸腾床气化）
以小颗粒煤为原料，并在气化炉内使其悬浮分散在垂 直上升的气流中，煤粒类似于沸腾的液体剧烈地运动 ，从而使得煤粒层几乎没有温度梯度和浓度梯度，从 而使得煤粒层内温度均一，易于控制，提高气化效率 。
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3、气化床气化
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Байду номын сангаас
4、熔浴床气化
也称熔融床气化，将煤粉和气化剂以切线方向 高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，池 内熔融物保持高速旋转。作为粉煤与气化剂的 分散介质的熔融物可以是熔融的灰渣、熔盐等 可熔融的金属。
项目三 煤转化为燃料的技术
任务一 煤的热解与气化技术
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任务一 煤的热解与气化技术
一、什么是煤热解及意义 二、煤热解的分类及过程 三、煤炭热解技术与工艺 四、煤炭气化技术 五、煤炭地下气化技术
煤的热解过程
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。 定义如下几个热解特征温度：
热分析（thermal analysis）技术
热失重法的原理是:通过热天平测定煤热解中挥发分析出离开系统后 造成的质量损失，联用计算机自动收集和处理数据，从热分析曲线 上获得相关的动力学参数。
常用热分析技术包括:热重法(TG)、微商热重法(DTG)、差热分析 (DTA)、差示扫描量热法(DSC)、逸出气分析(GEA)。联用技术如： TG-DTA，TG-DTA-DTG，TG-MS和TG-FTIR联用等。 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。
煤的热解过程或阶段
第一阶段，室温～300℃，干燥脱气阶段，煤的外形基本无变化。在120℃以前 脱水，CH4、CO2和N2等气体的脱除大致在200℃完成。褐煤在200℃以上发生 脱羧基反应，约300℃开始热解反应，烟煤和无烟煤一般不发生变化。 第二阶段，300℃～600℃，这一阶段以解聚和分解反应为主，形成半焦。生成 和排出大量挥发物，在450℃左右焦油量排出最大，在450℃～600℃气体析出量 最多。煤气成分主要包括气态烃和CO、CO2等;焦油主要是成分复杂的芳香和稠 环芳香化合物。烟煤约350℃开始软化、熔、融、流动和膨胀直到固化，出现一 系列特殊现象，形成气、液、固三相共存的胶质体。在500℃～600℃胶质体分 解、缩聚，固化形成半焦。煤化程度低的褐煤不存在胶质体形成阶段，仅发生激 烈分解，析出大量气体和焦油，形成粉状半焦。 第三阶段，600℃～1000℃，以缩聚反应为主，半焦变成焦炭。该阶段析出焦油 量极少，挥发分主要是煤气(H2和CH4)，又成为二次脱气阶段。从半焦到焦炭， 一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身密度增加，体积收缩，形成具有一定强 度的碎块。
煤的热解与粘结成焦
等温研究和非等温研究
等温研究此法是尽量快地将煤加 热至预定温度丁，保持恒温，测 量失重，求出-dW/dt，直至dW/dt＝0。两个参数是：温度T 下的失重速率(一dW/dt)随时间 的变化，最后降为零；温度T下 的最终失重(-ΔWe）
9.3.1 脱挥发分动力学 等温研究
前段为直线增加过程，后来越来越平缓，需要20-25h小时以上，达到 平衡。混合的慢反应负荷一级动力学方程
上式假设挥发物一旦产生，立刻离开。分解速率等于失重速率。所以整个恒温 过程的速度由反应速度控制。
有人提出恒温下挥发物析出是由扩散过程控制的。 理由(1)350-450℃之间任何温度下的失重速率比在其他温度下明显 地缓慢；(2)挥发物析出的初始速率永远比一级动力学定律推算的数值 大很多；(3)由阿累尼乌斯图计算的表观活化能很小。原因是反应刚开 始时，煤粒实际上处于温度急剧上升的过程，由于快速热解使煤的微孔 系统内产生了暂时的压力梯度，过程由扩散速度控制而不是反应速度控 制。 由此可见热解速度(反应速度)和脱挥发分速度(反应与扩散的总速 度)是两个不完全相等的概念。 从整体来看，脱挥发分主要是由扩散控制的，但在恒温下分解速度可 能控制脱挥发分的最初阶段。
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
G P 1 Kt 1e 0
Kt
9.3.1 胶质体反应动力学
在恒定的加热速率下，如果温度可以用函数 T Vt t 0 表示，则微分方程不能简单求解 如果将线性温度-时间函数用新函数
非等温研究 Coast-Redfern
2RT/E近似为0，用上述两个等式左边对1/T作图，利用斜率和 截距可求出E和A。
煤的热分解-
2.3 影响煤热解过程的因素
终温/oC
600（低温干馏） <1 60 25 1~2 12 1~3 脂肪烃，芳烃 800(中温干馏) 1 50.5 15~20 1~2 30 ~5 脂肪烃，芳烃 1000（高温干馏） >1 35~40 1.5 ~2 57 4~10 芳烃
产品分布与性状 焦油 相对密度 中性油 酚类 焦油盐基 沥青 游离碳，% 中性油成分 煤气
2.3 影响煤热解过程的因素 煤的粒度的影响表现为，粒度越大，热失重率越低，半焦 产率越高，焦油产率越低，H2、CO和CO2的产率越高。例如， 某高挥发分烟煤粒度由l mm降为0.05 mm时，大粒子的失重比 小粒子的失重大约低3～4％。但具有大量开孔结构的褐煤则测 不出这种变化。这表明，当挥发物可以更自由地逸出时，二次 反应受到了抑制。
dvi k i (v i , 0 v i ) dt
式中 ki表示分解反应 i 的速度常数。在等温条件下积分上式得:
Ei vi ,0 vi vi ,0 exp[ k 0i t exp( )] RT vi、k0i、Ei 必须通过实验确定，在这种无穷多反应的情况下不 可能解析模型。
2.2 煤的热解机理及动力学
2.1 煤的热分解过程 第二阶段（Td～550oC） 活泼分解阶段，以解聚和分解反应为主，析出大量挥发物 （煤气和焦油），在450oC左右焦油量最大，在450～550oC气体 析出量最多。烟煤在350oC左右开始软化、粘结成半焦。烟煤 （尤其是中等煤阶的烟煤）在这一阶段经历了软化、熔融、流 动和膨胀直到再固化。形成气、液、固三相共存的胶质体。液 相中有液晶或中间相存在。胶质体的数量和质量决定了煤的粘 结性和结焦性。固体产物半焦与原煤相比，芳香层片的平均尺 寸和氦密度等变化不大，这表明半焦生成过程中缩聚反应并不 太明显。
煤炭资源的煤炭热解与煤制气技术
煤炭资源的煤炭热解与煤制气技术煤炭作为一种重要的能源资源，在现代工业发展中起到关键作用。
然而，传统的煤炭利用方式存在一些问题，如煤炭的高效利用以及对环境的污染等。
为了解决这些问题，煤炭热解与煤制气技术应运而生。
本文将重点介绍煤炭热解与煤制气技术的原理、应用及前景。
一、煤炭热解技术煤炭热解是指在高温（500-1000摄氏度）和缺氧（或无氧）条件下，将煤炭分解为气体、液体和固体产物的过程。
这种热解过程可以利用石油炼制过程的废气，或者通过专门设计的煤气化设备进行。
1. 煤炭热解的原理煤炭热解的原理是将煤炭中的有机成分分解为可燃气体、焦炭和液体产物。
在热解过程中，煤炭中的挥发分子和焦油分子被释放出来，而不可燃的矿物质则留在焦炭中。
这种反应可以通过控制热解温度和施加适当的压力来调节产物的比例。
2. 煤炭热解的应用煤炭热解技术具有广泛的应用前景。
首先，它可以将煤炭中的有机物质转化为可燃气体，用于供热和发电。
其次，通过热解后产生的焦炭可用于冶金和化工行业。
此外，煤炭热解还可以产生液体燃料，如煤油和煤焦油，用于交通运输和化工领域。
3. 煤炭热解技术的前景煤炭热解技术在能源转型和环境保护方面具有重要意义。
它可以提高煤炭利用效率，减少温室气体排放，并降低对环境的污染。
此外，煤炭热解技术还可以减轻对传统石油资源的依赖，并为煤炭行业带来新的发展机遇。
二、煤制气技术煤制气技术是指通过气化反应将煤炭转化为合成气的过程。
合成气主要由一氧化碳和氢气组成，可以作为燃料或原料用于化学工业的合成反应。
1. 煤制气的原理煤制气是通过将煤炭与氧气或蒸汽进行气化反应，生成一氧化碳和氢气。
气化过程需要高温和压力条件下进行，煤炭中的有机物质被转化为可燃气体。
反应过程可以分为两个阶段，首先是煤的干馏反应，生成挥发分子；然后是气化反应，将挥发分子转化为一氧化碳和水蒸气。
2. 煤制气的应用煤制气技术在化工和能源领域有广泛的应用。
合成气可以作为燃料供应给燃气锅炉、燃气轮机和内燃机等设备，用于供热和发电。
煤热解反应过程及影响因素
煤热解反应过程及影响因素摘要：介绍了煤热解的反应过程，并针对反应过程分析和总结了煤化程度、键断裂的速度和二次反应的程度、键断裂生成的自由基的稳定速度、催化作用对煤热解的影响。
关键词：煤热解；反应过程；影响因素1 煤热解简介煤的热解是指煤在惰性气氛下持续加热至较高温度时发生的一系列物理、化学变化的过程。
煤的热解过程可以形成煤气、焦油和半焦（或焦炭）三类产品，这三种形态的产物各具利用价值。
2 煤炭热解反应过程煤热解的一般过程为：煤受热后，煤结构中弱键断裂，生成气体、水和自由基，随着热解的进行，煤热解自由基会与氢自由基结合，形成稳定的挥发分；当温度继续升高时，部分挥发分蒸发，部分挥发分熔融，形成胶质体；紧接着胶质体受热分解成初级挥发产物——一次挥发物，一次挥发物在从颗粒内部传递到颗粒表面，再从颗粒表面传递到反应器外时，会发生二次缩聚和裂解反应，生成二次挥发物，同时伴随着半焦的生成。
进一步提高温度，半焦会继续缩聚，生成高强度的焦炭，同时伴随着少量热解气的产生。
上述描述的是炼焦煤的热解历程，低煤化程度的煤如褐煤，其热解历程也大致相似，但是褐煤热解过程中仅分解产生焦油、气体和粉状焦，不会形成胶质体。
3 影响煤炭热解的因素3.1 煤化程度煤化程度是煤热解过程最主要的影响因素之一。
煤化程度对煤热解产物分布的影响是因为不同煤种所具有的物理结构特征、化学结构特征、元素组成和含量不同，在热解过程中表现出的热塑性行为不同，以及这种热塑性对二次反应的影响也不同。
随煤化程度的增加，煤炭开始热解的温度逐渐升高。
3.2 键断裂的速度和二次反应的程度键断裂的速度和挥发分二次反应的程度主要与传热和传质有关。
在原料不变的情况下，影响传热、传质和二次反應的因素主要由煤热解工艺条件决定，包括：热解终温、加热速率、煤炭粒径、热解压力、停留时间等。
①热解温度不同，热解产物—焦油、半焦、煤气和水的比例不同，且差别较大，这是因为热是影响煤热解的首要因素。
煤炭加工中的煤炭热解气净化工艺
煤炭热解气净化工艺在煤炭加工中的应用
煤炭热解气净化工艺在能源领域的应用
煤炭热解气净化工艺在化工领域的应用
煤炭热解气净化工艺在环境保护中的应用
煤炭热解气净化工艺的应用范围
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净化效果的评价指标
净化效果的实际案例分析
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净化效果对环境和经济效益的影响
技术优势：高效、节能、环保，可有效去除煤炭热解气中的有害物质
政策支持：政府对环保产业的支持和鼓励，将为煤炭热解气净化工艺的发展提供有利的政策环境
国际合作：加强国际合作，引进国外先进技术和经验，推动煤炭热解气净化工艺的进步和发展
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煤炭加工中的煤炭热解气净化工艺
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煤炭热解气净化工艺概述
煤炭热解气净化工艺流程
煤炭热解气净化工艺技术参数
煤炭热解气净化工艺的应用与效果
Hale Waihona Puke 煤炭热解气净化工艺的未来发展与展望
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煤炭热解气净化工艺概述
煤炭热解气净化工艺是一种通过高温热解将煤炭转化为可燃性气体的技术。
工艺过程中，煤炭在高温下分解，产生可燃性气体和固体残渣。
温度控制策略：采用PID控制器进行温度控制，保证温度稳定在设定范围内
压力范围：0.1-0.5MPa
压力调节方式：自动调节
压力波动范围：±0.05MPa
压力测量精度：±0.01MPa
气体湿度：根据热解条件和环境湿度不同而有所差异
气体杂质：如硫化物、氮氧化物、粉尘等
气体浓度：根据煤炭种类和热解温度不同而有所差异
气体回收：将净化后的气体进行回收，用于后续利用或销售
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热解是指在缺氧或低氧条件下，煤在高温下发生化学反应，产生气体、液体和固体产物的过程。
煤热解反应过程是复杂的化学反应链，受到多种因素的影响。
本文将从煤热解反应机理、影响因素以及煤热解技术应用等方面进行探讨。
一、煤热解反应机理在缺氧或低氧条件下，煤热解反应主要包括干馏和热分解两种反应机理。
干馏是指在高温条件下煤内部分解，主要产物为气体和液体烃类化合物；热分解是指煤中的大分子化合物在高温条件下裂解成小分子化合物，主要产物为固体焦炭。
煤热解反应的总体过程可以用以下化学反应来表示：C + O2 → CO2 + HeatC + 1/2O2 → CO + HeatC + H2O → CO + H2以上反应所示，煤与氧气或水蒸气反应生成一氧化碳、二氧化碳和氢气等气体产物，并伴随着释放热能。
二、影响因素煤热解反应受到多种因素的影响，主要包括煤的性质、热解条件、反应动力学以及反应温度等。
1. 煤的性质煤的性质主要包括煤种、挥发分含量、灰分含量和固定碳含量等。
不同种类的煤在热解过程中产物组成和产率都会有所不同。
一般来说，热解性能较好的炼焦煤和无烟煤在热解过程中产生的焦炭较多，而液体和气体产物较少；而热解性能差的褐煤和煤泥在热解过程中产生的气体和液体产物较多，而产生的焦炭较少。
2. 热解条件热解条件包括反应温度、反应时间和反应压力等。
在高温条件下，煤热解产物中焦炭的产率会增加，而气体和液体产物的产率会减少；反之，在低温条件下，气体和液体产物的产率会增加，焦炭的产率会减少。
反应时间和反应压力也会对煤热解反应产物的组成和产率产生影响。
3. 反应动力学煤热解反应是一个复杂的动力学过程，受到反应速率和反应平衡的影响。
反应速率决定了反应的快慢，而反应平衡则决定了反应的终态。
通过研究煤热解反应的动力学参数，可以更好地控制煤热解反应过程，提高产物的质量和产率。
4. 反应温度反应温度是影响煤热解反应最重要的因素之一。
煤的热解
煤的热解—干馏所谓煤的热解，是指在隔绝空气的条件下，煤在不同温度下发生的一系列物理、化学变化的复杂过程。
其结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品。
煤的热解也称为煤的干馏或热分解。
按热解最终温度不同可分为：高温干馏900-1050℃，中温干馏700--800℃，低温干馏500-600℃。
煤的干馏是热化学加工的基础。
3.1．热解过程：从上可见，煤的焦化过程大致可分为三个阶段。
第一阶段（室温～300℃），从室温到300℃为干燥、脱吸阶段，煤在这一阶段外形没有什么变化，120℃前是脱水干燥，120-200℃是放出吸附在毛细孔中的气体，如CH4、CO2、N2等，是脱气过程。
第二阶段（300～550或600℃），这一阶段以解聚和分解反应为主，煤形成胶质体并固化黏结成半焦。
煤在300℃左右开始软化，强烈分解，析出煤气和焦油，煤在450℃前后焦油量最大，在450～600℃气体析出量最多。
煤气成分除热解水，一氧化碳和二氧化碳外，主要是CH4及不饱和气态烃。
这一阶段由于产生了气，液，固三相共存的胶质体（特别是中等变质程度的烟煤），产生了熔融，流动和膨胀到再固化的过程。
第三阶段（600～1000℃），以缩聚反应为主，这是半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。
焦油量极少，在550-750℃，半焦分解析出大量气体，主要是氢气，少量CH4，成为二次解析。
700℃时氢气量最大。
此阶段基本不产生焦油。
750--1000℃半焦进一步分解，继续析出少量气体（主要是氢气），同时残留物进一步缩聚，半焦变成焦炭。
除了烟煤，煤化程度低的褐煤、泥煤，与烟煤干馏过程一样，但不存在胶体形成阶段，仅发生激烈分解，析出大量气体和焦油，无粘性，形成的半焦为粉状，加热到高温时形成焦粉。
另外，高变质无烟煤的热解过程比较简单，是一个连续的析出少量气体的过程，既不能生成胶质体也不生成焦油。
因此，无烟煤不适宜用干馏方法进行加工。
煤炭热解技术概述
煤炭热解技术概述文章来源：中化新网更新时间：2010-08-06煤的热解也称为煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同的温度下发生一系列的物理变化和化学反应的复杂过程。
煤热解的结果是生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦或焦炭）等产品，尤其是低阶煤热解能得到高产率的焦油和煤气。
焦油经加氢可制取汽油、柴油和喷气燃料，是石油的代用品，而且是石油所不能完全替代的化工原料。
煤气是使用方便的燃料，可成为天然气的代用品，另外还可用于化工合成。
半焦既是优质的无烟燃料，也是优质的铁合金用焦、气化原料、吸附材料。
用热解的方法生产洁净或改质的燃料，既可减少燃煤造成的环境污染，又能充分利用煤中所含的较高经济价值的化合物，具有保护环境、节能和合理利用煤资源的广泛意义。
总之，热解能提供市场所需的多种煤基产品，是洁净、高效地综合利用低阶煤资源提高煤炭产品的附加值的有效途径。
各国都开发了具有各自特色的煤炭热解工艺技术。
热解工艺分类：煤热解工艺按照不同的工艺特征有多种分类方法。
按气氛分为惰性气氛热解（不加催化剂），加氢热解和催化加氢热解。
按热解温度分为低温热解即温和热解（500 ～650 ℃）、中温热解（650 ～800 ℃）、高温热解（900 ～1000 ℃）和超高温热解（＞1200 ℃）。
按加热速度分为慢速（3 ～5 ℃／min）、中速（5 ～100 ℃／s）、快速（500 ～105℃／s）热解和闪裂解（＞106℃／s）。
按加热方式分为外热式、内热式和内外并热式热解。
根据热载体的类型分为固体热载体、气体热载体和固－气热载体热解。
根据煤料在反应器内的密集程度分为密相床和稀相床两类。
依固体物料的运行状态分为固定床、流化床、气流床，滚动床。
依反应器内压强分为常压和加压两类。
煤热解工艺的选择取决于对产品的要求，并综合考虑煤质特点、设备制造、工艺控制技术水平以及最终的经济效益。
慢速热解如煤的炼焦过程，其热解目的是获得最大产率的固体产品－焦炭；而中速、快速和闪速热解包括加氢热解的主要目的是获得最大产率的挥发产品－焦油或煤气等化工原料，从而达到通过煤的热解将煤定向转化的目的。
第3章 煤炭热解
• 煤炭热解研究的重要性 • 煤炭热解发展的发展方向。
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℃）。
燃料种类 生物质 褐煤 烟煤 贫煤
100
TG 90
生物质、不同煤化程度煤单独热解特性参数
tv/℃ 302.1 410.9 430.8 466.1
tmax/℃ 368.3 475.4 481.2 574.4
煤热解反应过程及影响因素
煤热解反应过程及影响因素1. 引言1.1 煤热解反应概述煤热解反应是指煤在高温条件下释放气体和固体产物的过程。
煤热解是一种复杂的物理化学过程，涉及到煤的结构、组分及其热分解产物的生成和转化。
煤热解反应过程中，煤的分子结构会发生改变，产生固体残炭、气体和液体产物。
煤热解反应是煤的能源利用过程中至关重要的一环，对于煤的高效利用和减少污染具有重要意义。
煤热解反应的实质是将高分子量的煤转化为低分子量的气体和液体产物，这些产物可以用于发电、化工和燃料生产等领域。
影响煤热解反应的因素有很多，其中包括温度、压力、气氛、煤热解反应速率和煤种类等。
煤热解反应的研究不仅有助于优化煤的利用方式，还可以为环境保护和资源节约提供重要依据。
在深入了解煤热解反应机理和影响因素的基础上，可以更好地实现煤的高效能利用和减少能源浪费。
2. 正文2.1 煤热解反应机理煤热解反应是指在高温条件下，煤在缺氧或气氛中发生裂解反应，生成气体和残余的固体炭质产物的过程。
煤热解反应机理比较复杂，主要包括煤的热解、气化和裂解等多个步骤。
首先是煤的热解阶段，当煤颗粒受热后，会发生气相和固相热解反应。
气相热解是指煤中的挥发性成分在高温下被分解释放出气体，而固相热解是指煤中的固定碳在高温下发生裂解形成残余炭质产物。
其次是气化阶段，煤热解产生的气体会进一步与炭质残余反应，形成CO和H2等气相产物。
气化反应是整个煤热解过程中产生气体燃料的重要环节，对煤的热解反应速率和产物分布有重要影响。
最后是裂解阶段，裂解是指发生在高温下气相产物之间的反应，会形成更稳定的气体产物。
裂解反应会影响煤的热解反应路径和最终的产物分布。
煤热解反应机理是一个复杂的过程，涉及到多个不同的反应阶段和反应机制。
深入研究煤热解反应机理对于优化煤的利用和减少煤燃烧产生的环境污染具有重要意义。
2.2 煤热解反应影响因素煤热解反应的影响因素非常多样化，主要包括温度、压力、气氛、煤热解反应速率和煤种类。
煤炭热解反应的三个过程及流程
煤炭热解反应的三个过程及流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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煤的干馏 热解过程(煤化学课件)
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
★典型（粘结性）烟煤热解过程
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 （550 ～1000 ℃）
①干燥脱吸阶段 （室温～300℃）
煤化程度高的非粘结性煤（贫煤、无烟煤）
热解过程简单，以裂解为主，仅有少量热解气体放出。 区别：不产生胶质体，也不产生焦油。
煤热解是煤转化的关键步骤， 煤气化、液化、焦化和燃烧都要经过和发生热解过程。
对炼焦来说，可正确地选 择原料煤，寻求扩大原料 煤的途径确定合适的工艺 条件和提高产品（焦炭、 煤气、焦油等）质量和数 量。
炼焦
液化 气化
对液化和气化而言，可以 在比较温和的条件下得到 优质的焦油和煤气，为其 工艺条件的选取提供数据。
课程小结
黏结性烟煤受热时发生的变化
思考题：煤的热解过程中两次脱气阶段脱除的气体一样吗？
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 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。
非粘结性烟煤的热解过程
低煤 化度
高煤 化度
煤化程度低的非粘结性煤（褐煤、长焰煤）
相同点：同样有分解、解聚和缩聚反应发生，生成大量气体和焦油。 不同点：没有胶质体生成，不产生熔融、膨胀等现象。热解后煤粒仍 成分离状态，不会粘结成块。
生成和排出大量挥发物。
为热解的一次脱气阶段。
气体
03
CH4及同系物，还有H2、CO、
CO2及不饱和烃
析出量
02 焦油在450℃时析出的量最大；
煤的热解技术
煤炭热解过程示意图
• 第一阶段为干燥阶段，此时热解温度在 300℃以下，原料煤在此阶段外形没有变化， 主要发生表面的吸附水蒸发，放出原料中 的吸附气体，并有少量CO2、CH4、H2S及 水蒸气产生。 • 该过程为吸热过程，主要发生脱羰基反应。
• 第二阶段为热解阶段，此时热解温度为 300～600 ℃ 。原料煤中有机质开始发生变 化，放出CO、CO2及水蒸气，生成热解水， 产生焦油，原料煤不变软并发生剧烈分解， 放出大量挥发产物，绝大部分焦油产生， 形成半焦。 • 这个过程主要发生解聚和分解反应
（1）鲁奇—鲁尔（Lurgi Ruhrgas）工艺
• 该法是由Lurgi GmbH公司（德国）和RuhrgasAG 公司（美国）开发研究的，是用热半焦作为热载 体的煤低温热解方法。粒度小于5mm的煤粉与焦 炭热载体混合后，在重力移动床直立反应器中进 行干馏。产生的煤气和焦油蒸气引致气体净化和 焦油回收系统，循环的半焦一部分离开直立炉用 风动运输机提升加热，并与废气分离后作为热载 体再返回直立炉。在常压下进行热解得到热值为 26~32MJ/m3的煤气、半焦以及焦油，焦油经过 加氢制得煤基原油。
（2）快速加氢热解工艺
• 煤的快速热解（简称FHP）是国外最近开发的一 种新的煤转化技术，它是以10000K/s以上极快的 升温速率加热煤，在温度600~900℃和压力 3~10Mpa条件下，煤于氢气中热解，仅以数秒的 短暂时间完成反应。由此最大程度从煤中获取笨、 甲苯、二甲苯（BTX）和苯酚、甲酚和二甲酚 （PCX）等液态轻质的芳烃（HCL）和轻质油等， 同时得到富甲烷的高热值煤气，其气、液态生成 物的总碳转化率可达50%左右，所以国际上称之 为介于气化和液化之间的第三种煤转化技术。
选/煤/技/术
煤炭热解_干馏_及煤焦油加工技术经济分析
●煤炭热解（干馏）及煤焦油加工技术经济分析陕西省决策委员会委员陕西省化工学会名誉理事长贺永德一、概述煤的热解也称煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气条件下进行加热，煤在不同温度下发生一系列物理变化和化学反应的复杂过程。
煤通过热解生成气体（煤气）、液体（焦油）、固体（半焦）三种形态的产品。
按煤热解温度可分为低温热解（５００—６５０℃）、中温热解（６５０—８００℃）、高温热解（９００—１０００℃）和超高温热解（＞１２００℃），低阶煤（低变质煤）多采用低温热解能得到高产率的焦油和煤气。
焦油加氢可生产汽油、柴油、渣油等石油代用品和石油焦。
煤气是清洁燃料和制化工合成气的原料气。
半焦是优质无烟燃料，可作为民用燃料及电石、铁合金、炼铁高炉喷吹料，也是优质的气化用原料、吸附材料。
与煤直接燃烧相比，煤热解可生产气、液、固三种不同形态的产品，实际上是对煤中不同成分进行分质利用，是煤洁净高效综合利用的有效方法，既可减少燃煤造成的环境污染，又能提高低阶煤资源综合利用率和产品的附加值，具有显著的经济效益和环保效益。
煤热解技术发展大致分三个阶段。
第一阶段从１８世纪初，英国、德国开始建设煤热解厂，生产照明灯油和民用无烟燃料。
１９世纪初俄国、法国、美国等也先后发展各自的煤热解技术。
这一阶段煤热解厂规模小、技术落后、设备简陋、产品加工和利用率低，是煤热解的初级阶段。
第二阶段从２０世纪初至６０年代，世界工业迅猛发展，石油开采不能满足液体燃料快速增长的要求，带动了煤热解技术的快速发展，特别二战期间，德国用煤制取液体燃料成为其油品的主要来源，先后形成了Ｌｕｒｑｉ－Ｓｐｕｅｌｇａｓ、Ｌｕｒｑｉ－Ｒｕｈｇａｓ，并达到了可观的工业规模。
美国开发了Ｄｉｓｃｏ、前苏联开发了固体热载快速热解等工艺技术。
第三阶段从２０世纪７０年代至今，世界三次石油危机和对清洁能源需求的增长，再度引起对煤热解的重视。
美、日、德、澳等国广泛开展了研究和试验工作，如１９８９年美国能源部批准并资助在怀俄明州吉列镇Ｂｕｃｋｓｋｉｎ煤矿建设一套日处理１０００吨的褐煤干燥干馏工业示范装置，１９９２年６月投产，运行了近５年，从煤中提取的液体产品（ＣＤＬ），作为石油替代燃料，年处理煤３００万吨的商业化工厂正在设计和建设之中。
煤炭热解技术
煤炭热解技术
煤炭热解技术是指将煤炭加热至一定温度下，在没有氧气或氧气限制的条件下，使煤炭在高温下发生物理和化学变化，产生气体、液体和固体产物的过程。
煤炭热解技术通常被用于生产煤焦油、煤气和煤焦等产品。
煤炭热解技术可以通过以下几种方式进行：
1. 干馏：将煤炭加热至500-1300摄氏度，使煤炭中的挥发分
和部分可燃物质被释放出来，形成煤焦和煤气。
此过程常用于炼焦过程中。
2. 流化床热解：通过将煤炭悬浮在气体或液体载体中，以流化床方式进行加热，使煤炭与载体进行固液反应。
该技术可以产生高品质的煤气和液体燃料。
3. 热裂解：将煤炭在高温下快速加热至800-1300摄氏度，使
煤炭产生热解气体和焦炭。
该技术通常用于生产二氧化碳和单质硅等材料。
4. 气相热解：将煤炭加热至高温，使煤炭分解生成可用作燃料的气体，如合成气等。
煤炭热解技术在能源利用、化工材料等领域具有重要的应用价值。
它可以实现从煤炭中高效提取能源，并减少对环境的影响。
然而，煤炭热解过程中会产生大量的气体和液体废物，对环境
和生态系统造成一定影响，因此需要合理设计和处理热解产物，以减少对环境的影响。
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CH2
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煤热解机理及研究新进展
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3.3.3 影响煤低温热解的关键因素
– 原料煤性质
• 煤的变质程度：煤气焦油与挥发分含量密切相关； • 灰分：直接影响半焦质量； • 煤岩组分：煤气产率以稳定组最高，丝质组最低，镜质
后期斜率接近
初期 斜率 差别 很大
累积失重（％）
煤质的影响
显微组分影响
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– 入煤粒度：煤粒度的大小影响加热速度和挥发物 从煤粒内部的导出。
• 煤粒越小，则易于达到较快的加热速度，能增加初次 焦油产率，且煤粒内外温差小，挥发物从煤粒内部逸 出路径短，有利于减少焦油的二次裂解，从而提高初 次焦油的产率。
– 结构单元之间的桥键断裂生成自由基； – 脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃； – 含氧官能团的裂解－－ —OH（ 700～800℃ ）
＞—C＝O（ 400℃ ）＞—COOH（ 200℃）； – 低分子化合物的裂解，是以脂肪结构的低分子化
合物为主，其受热后，可分解成挥发性产物。
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一次热解产物的二次热解反应
–煤热解工艺的特点
–工艺过程简单; 加工条件温和投资少; 生产成本低; 易实现 多联产等优于制取灯油和蜡。
–二次世界大战期间：德国，褐煤低温干馏工厂,低温煤焦油, 再高压加氢制取汽油和柴油
–上世纪70 年代：多种热解新工艺开发成功。
–上世纪70 年代以来：加氢热解，催化热解等。
• 第二阶段:低温热解阶段，此时热解温度为300～600℃。原料煤中有 机质开始发生变化，放出CO、CO2及水蒸气，生成热解水，产生焦 油，原料煤变软（？？）并发生剧烈分解，放出大量挥发产物，绝大 部分焦油产生，形成半焦。这个过程主要发生解聚和分解反应。
• 第三阶段：中温热解阶段，此时热解温度为600～1000℃。在这个阶 段绝大部分焦油已经生成完毕，是焦炭的形成阶段。从半焦到焦炭， 析出大量的煤气，使固体产物的挥发分降低，密度增加，体积收缩， 形成碎块。700℃以下煤气的主要成分是CO、CO2和H2，当温度大于 700℃时，煤气的主要成分是氢气。这个过程以以缩聚反应为主。
裂解、脱氢反应： 加氢反应：
缩合反应：
桥键分解：
—CH2—＋H 2O → CO ＋ 2H2 —CH2— ＋ — O — →CO ＋H2
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煤热解中的缩聚反应
• 胶质体固化过程的缩聚反应，主要是在热解生成的自由基之间的缩聚 ，其结果生成半焦。半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭。缩聚反 应是芳香结构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参加反应。
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3.3 煤炭热解原理
• 2.3.1煤炭热解过程：主要包括煤中吸附水 及气体的脱水干燥和脱气过程（物理过程 ），煤炭热分解过程（化学过程），小分 子物质（包脱附产物和分解产物）扩散过 程（物理过程），以及分解产物（小分子 有机物和半焦）二次反应（二次分解或聚 合）过程（化学过程）等四个过程。
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• Characteristic carbonization temperatures and stages.
第3章 煤热解技术
1
3.1 前 言
• 煤的热解的定义
–煤炭热解是煤炭在热解反应器中非氧化气氛下，受热发生系 列物理化学反应，形成气体、液体和固体产物的热转化过程， 是煤炭热转化加工的关键步骤，其气体产物为以氢气、一氧 化碳、甲烷等为主的低分子碳氢化合物，液体为以链烃和芳 烃为主的焦油，固体产物为半焦或焦炭。
组居中。焦油产率以稳定组最高，同时其中性油含量高 ；丝质组最低；镜质组焦油产率居中，其中酸性油和碱 性油含量高。焦炭产率丝质组最高，镜质组居中，稳定 组最低。总之，镜质组和稳定组为活性组分，丝质组和 矿物质为惰性组分。
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分解温度（oC）
10 20 30 40
挥发分（daf，％）
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后期规律接近 初期差别明显
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按照热解终温的不同，煤的热解一般分为以下三类： 低温热解：500～700℃ 煤气、焦油和半焦； 中温热解：700～900℃，主要产品为城市煤气生产； 高温热解：1000℃左右，主要产品为焦炭。
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• 第一阶段:干燥阶段，此时热解温度在300℃以下。原料煤在此阶段外 形没有变化，主要发生表面吸附、水蒸发，并放出原料中的吸附气体， 并有少量CO2、CH4、H2S及水蒸气产生。这个过程为吸热过程，主 要发生脱羰基反应。
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累积失重（％）
脱气
主要 失重 量
0 200 400 600 800
温度（oC）
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• Hypothetical structure for coal and its use in understanding thermal conversion
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3.3.2 煤热解的主要化学反应
• 煤热解中的裂解反应；
• 煤炭热解研究的重要性 • 煤炭热解发展的发展方向。
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。 – 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 体-气体复合载体热解等。 – 按反应器类型分类：主要有固定床、流化床、气流床，滚动床热解和输送床 热解等。 – 按反应器内压力大小分类：可分为常压热解和加压热解。 – 按热解速度高低分类：可分为慢速热解，快速热解（10～200℃/s）和闪速 热解（超过200℃/s升温速率）。
2
• Carbonization is the process by which coal is heated and volatile products—both gaseous and liquid—are driven off, leaving a solid residue called char or coke.