6.煤的工艺性质
煤的工艺性质煤的粘结与成焦机理
三、买卖合同的类别
4.按照买卖的标的物的数量,买卖合同可以分为批发买卖 和零售买卖。
5.按照买卖合同是否即时清结,买卖合同可以分为即时买 卖和非即时买卖。
6.按照价金的支付次数,买卖合同可以分为一次付款买卖 和分期付款买卖。
三、买卖合同的类别
7.按照交付货物的次数,买卖合同可以分为一次供货买卖 和分期供货买卖。
第五章 煤的工艺性质
➢煤的热解 ➢煤的黏结与成焦机理 ➢煤的黏结性（结焦性）指标 ➢煤炭气化和燃烧的工艺性质 ➢煤的铝甑低温干馏试验 ➢煤的可选性 ➢煤的发热量
第二节 煤的黏结和成焦机理
黏结过程：具有黏结性的煤在高温热解时，从煤 粉分解开始，经过胶质状态到生成半焦的过程称 为黏结过程。
结焦过程：而从煤粉开始分解到最后形成焦块的 整个过程称为结焦过程。
透气性对煤黏结影响：若透气性差，则膨胀压力大，有利于黏 结（能促进煤粒间黏结）；反之，透气性好，膨胀压力小，不 易黏结。
煤化程度、煤岩组分以及加热的速度影响胶质体的够数量的液相产物，热 稳定性较好，气体不易析出，胶质体的透气性差，黏结性好。 镜质组的胶质体的透气性差、壳质组较好、惰质组不产生胶质 体。提高加热速度可使某些反应提前进行，使胶质体中的液相 量增加，使胶质体的透气性变差。
1-煤；2-含有气泡的液相胶质体；3-半焦
1、胶质体液相来源： ①煤热解时，结构单元之间结合比较薄弱的桥键断裂，生
成自由基，其中一部分分子量不太大，含氢较多，使自由 基稳定化，形成液体产物；
②在热解时，结构单元上的脂肪侧链脱落大部分挥发逸出， 少部分参加缩聚反应形成液态产物；
③煤中原有的低分子量化合物——沥青受热熔融变为液态； ④残留的固体部分在液态产物中部分溶解和胶熔。
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。
煤化学 第五章(三)
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
• 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。
Chap 6 煤的性质 (part 1 --12.15~16)
H－显微硬度，MPa； P－加在压入器上的负荷，N； d－压痕对角线长度，mm； －方形棱锥体两相对锥面的夹角，一般为136。
说明：煤化程度对煤的显微硬度有重要影响。
3）显微硬度与煤化程度的关系
变化规律： 从褐煤开始，显微硬度 随煤化程度提高而上升，在 碳含量为75 % ～80 %(长焰 煤、气煤)之间有一个极大值； 此后，显微硬度随煤化程度 提高而下降，在碳含量达到 85%左右最低；煤化程度再 提高，显微硬度又开始上升， 到无烟煤阶段，显微硬度几 乎随煤化程度提高而直线增 加。
本节重点介绍煤的透光率和红外光谱。
1、煤的透光率
1）概念 是指煤样在100℃的稀硝酸溶液中处理90min，所得有色 溶液对一定波长（475nm）的光的透过率。有色溶液透光率的 测定有分光光度计法和目视比色法两种。分光光度计法因其
重现性差，一般用得不多，我国国家标准采用目视比色法测
定有色溶液的透光率，用 PM 表示。 2）PM的用途
2、煤的磁化率与煤化程度的关系
变化规律： 比磁化率随煤化程度提高
而直线增加，在碳含量79％～
91％之间出现转折，增大幅度 减缓，此后则急剧增大。即煤
的比磁化率在烟煤阶段增大幅
度较小，无烟煤阶段最大，褐 煤阶段居中。
利用煤与矿物质在磁性上
的差异，将它们分离开来，即 磁选法选煤。
3、煤的核磁共振
1）概念 原子核在强磁场作用下吸收一定波长射频的能量而 产生跃迁的现象。
★ 煤化程度：对煤的真密度影响最大
泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤
TRD 0.72
0.8~1.35
1.25~1.50
1.36~1.80
2、 煤的视(相对)密度【apparent relative density, ARD】
煤化学-煤的化学性质
煤和烃类元素组成比较
煤和烃类元素组成比较
元 素
无 烟 煤
中挥 发分 烟煤
高挥 发分 烟煤
褐 煤
煤沥 青
甲 苯
粗石 油
汽油
Hale Waihona Puke 甲 烷C 93.7 88.4 80.3 72.7 87.4 91.3 83.8 86 75
H 2.4 5.0
5.5 4.2 6.5 8.7 11.1 14 25
O 2.4 4.1 11.1 21.3 3.5
在碱性介质中用高锰酸钾或双氧水氧化。产物是可溶于 水的复杂有机酸，如果增加氧化剂用量或延长氧化时 间，生成的产物可以继续氧化为分子更小的苯羧酸甚至 氧化为二氧化碳和水。利用煤的中度氧化或深度氧化可 以制备芳香羧酸。
其特点是煤大分子结构缩合环受到破坏。
煤的化学性质
一、煤氧化的程度oxidation degree （四）煤的完全氧化 煤的完全氧化是指煤在高温空气中的燃烧过程，生成二氧
200 ～300℃在碱溶液中，用 空气或氧气加压氧化； 碱性介质中，用KMnO4或 H2O2氧化
条件与III相同，但增加氧化 剂用量，延长反应时间
溶于水的复杂有 机酸
可溶于水的苯羧 酸
煤的完全氧化 完全氧化（氧气或空气中燃 CO2和H2O 烧）
煤的化学性质
一、煤氧化的程度 1、煤的表面氧化 氧化条件较弱，一般是在100℃以下的空气中进行，氧化反
被开采出来存放在地面上的煤，经长时间与空气作 用，也会发生缓慢的氧化作用，使煤质发生变化，这一 过程也称为风化作用。
煤风化的本质是煤的氧化作用过程。
第一节 煤的氧化
二、煤的风化 2、煤风化后的变化
●化学组成的变化：碳元素和氢元素含量下降，氧含量 增加，腐植酸含量增加；
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。
煤的物理化学性质及煤岩学
一般认为，泥炭化过程的生物化学作用大致分 为两个阶段：
第一阶段，植物遗体中的有机化合物经过氧化 分解和水解作用，转化为简单化学活性活泼的 化合物；
第二阶段，分解产物进一步合成为新的化合物， 如腐殖酸沥青等。
煤化作用
泥炭经过褐煤、烟煤的各种煤级直到无烟煤、
超级无烟煤的发展叫煤化作用。
温度、压力和时间是促使煤变化的因素，其中 温度是主要因素。
§2 煤岩学
2.2－煤的显微组成
国际硬煤的显微组分分类（续）
§2 煤岩学
2.2－煤的显微组成
2．中国烟煤的显微组分分类（GB/T 15588-2001） 中国烟煤显微组分分类是总结了中国煤岩工作的经验， 采用 成因与工艺性质相结合的原则，以显微镜油浸反射光下的特 征为主，结合透射光和荧光特征进行分类。 首先根据煤中有机成分的颜色、反射力、突起、形态、结构 特征，划分出显微组分组；再根据细胞结构保存程度、形态、
镜煤是煤中颜色最黑、光泽最亮的成分，质地均匀，具有贝壳状 断口，以垂直于条带的内生裂隙发育为特征。内生裂隙面常呈眼 球状。镜煤性脆，易破碎成棱角状小块。在煤层中常呈透镜状或 条带状。在4 种煤岩成分中，镜煤的挥发分高，黏结性强。
亮煤是最常见的煤岩成分，不少煤层以亮煤为主组成较厚的分层， 甚至整个煤层。它的光泽仅次于镜煤，较脆，内生裂隙也较发育， 但程度次于镜煤，密度较小，有时也有贝壳状断口。亮煤的均一 程度不如镜煤，表面隐约可见细微的纹理。显微镜下观察，亮煤 组成以镜质组为主，含有一定数量的惰质组和壳质组。
煤的性质
• 煤的风化、自燃 2、煤的自燃 煤风化过程的实质是煤的氧化过程，是放热过程 如果煤氧化释放的热量不能及时散发，则会被煤吸收 而使煤温度提高。温度的提高又促使煤剧烈的氧化，放 热更多。当温度达到煤的温度着火点就会发火燃烧，故 称为自燃。 风化是由于煤低温氧化热量积累而燃烧。
b. 惰质组：是由植物的木质纤维组织经过丝炭化作用形 成的。惰质组也是煤中比较常见的一种显微组分，在 煤中的含量约为10%~20%。
c. 壳质组：是由植物有机组分中化学性质稳定的角质层， 孢粉、树脂、树蜡等保存在煤中形成的。成煤过程中 几乎没有发生质的变化，其原始形态特征保存完好。 壳质组在煤中的含量不多。
热稳定性差的块煤在气化或燃烧时迅速爆裂成小块或煤粉，轻则 炉内结渣，增加炉内阻力和带出物，降低气化或燃烧效率，重则 破坏整个气化过程，甚至造成停炉事故。因此，块煤气化或燃烧 要求有足够的热稳定性。
6、煤的电性质与磁性质
主要包括导电性，介电常数、磁化率等。煤的电、磁性质， 对于煤的结构研究及其工业应用具有很大的意义。
氧化丝质体，胞腔充填黄铁矿
二、煤的物理性质
颜 色 和 光 泽
断 口 和 裂 隙
煤 的 密 度
煤 的 机 械 性 质
煤 的 热 性 质
电 性 质 与 磁 性 质
煤 的 光 学 性 质
1、煤的颜色和光泽
• 煤的颜色 煤的颜色是指新鲜（未被氧化）的煤块表面的天然 色彩，它是煤对不同波长的可见光吸收的结果。 条痕色：煤在磁板上划出条痕的颜色，反映煤真 正的颜色轭。 • 煤的光泽 煤的光泽是指煤的新鲜断面对正常可见光的反射能 力，是肉眼鉴定煤的标志之一。
第一章
煤化学基础
Байду номын сангаас气 煤
煤的粘结性
煤的工艺性煤的工艺性质包括：（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1、煤的粘结性和结焦性煤的粘结性和结焦性，是两个有联系、有区别，又难以严格区别开来的概念。
煤的粘结性是煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质（即无粘结力的物质）成焦块的性质；煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。
两者都是炼焦煤的重要特性之一。
煤在干馏结焦过程中，一般要经过软化、熔合、膨胀、固化和收缩几个阶段，最后生成品质不同的焦炭。
当温度等于或高于煤的软化点（一般为315～350c）时，煤都软化成胶质体。
当温度等于或高于煤的固化点（一般为420c～450c）时，煤都结成半焦。
从软化到固化的时间愈长，煤就熔化得愈好，焦炭结构愈均匀。
为了了解煤的结焦性，人们设计了许多实验室方法，直接测试模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）、最终收缩度（X值）和体积曲线，来表征煤的结焦性。
其中，Y值应用的最广。
Y值是通过测试胶质层的上部层面高度和下部层面高度得出的（一般出现在520～630C之间），X值是曲线终点与零点线间的距离。
Y值、X值和体积曲线都是通过胶质层指数测试仪上的记录转筒和记录笔记记录下来的。
胶质层指数测试曲线如图30-11所示。
胶质层曲线类型如图30-12所示。
第五章 煤的工艺性质 (2)
煤形成过程或贮存过程中受到氧化（约在30℃开始， 50℃以上加速），会使煤的氧含量增加，粘结性降 低甚至丧失；在炼焦过程中配入某些添加剂可以改 善、降低或完全破坏煤的粘结性。
添加剂可分为有机和惰性两大类。
有机添加剂：添加适量可改善煤的粘结性，如石油 沥青、煤焦油沥青、溶剂精制煤和溶剂抽提物等。
惰性添加剂：可使配合煤瘦化，如CaO、MgO、 Fe3O4、SiO2、Al2O3和焦粉等。
将煤样机械压紧可以得到与增大气体压力相同的效果。 因此在炼焦过程中为了改善粘结组分和不粘结组分之间 的接触，可采用捣固装煤法。用此法可将堆煤比重由普 通顶装法的750kg/m3增加到1150～1100kg/m3。如某种 弱粘结性配煤的Vdaf为30.5%，膨胀度为16%，收缩度为 33%，用普通装煤法所得焦炭质量很差，M40为74%， M10为12%。采用捣固工艺后焦炭的M40增至81%，M10降 至7%。采用捣固装煤法提高了热分解过程中的气体压 力，增大了气体析出的阻力，同时缩小了煤粒间的空隙， 改善了煤粒间的接触，因而减少了粘结所需要的液体量， 从而使煤的粘结性大为改善。
煤的加压气化5.越来压越力重要。提高热分解过程中外
部的气体压力可以使液态产物的沸点提高，因而它 们在热解过程中的煤料内暂时聚集量增大，有利于 煤的膨胀，煤的膨胀性和结焦性以及所产生的焦炭 的气孔率都有所增大。例如，在高达5MPa的压力 下，某些苏联高挥发分烟煤的体积增大约14%。
气体压力对炼焦结果的影响在很大程度上取决于 所用煤的性质。增大气体压力可能增加焦炭强度， 也可能使其减小或者保持不变。
煤的热加工是当前煤炭加工的最主要的工艺，如大规模的 炼焦工业。煤的热解化学的研究与煤的热加工技术有密切的 关系，取得的研究成果对煤的热加工有直接的指导作用。
煤的灰熔点和煤的燃点、煤的工艺性
煤的灰熔点和煤的燃点、煤的工艺性煤的工艺性（一）煤的粘结性和煤的燃点及煤灰熔点[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）煤的发热量和煤的燃点；（3）煤的反应活性；（4）煤灰熔融性（煤的灰熔点）和结渣性等1、煤的粘结性和结焦性煤的粘结性和结焦性，是两个有联系、有区别，又难以严格区别开来的概念。
煤的粘结性是煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气受热后能否粘结其本身或惰性物质（即无粘结力的物质）成焦块的性质；煤的结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质。
两者都是炼焦煤的重要特性之一。
煤在干馏结焦过程中，一般要经过软化、熔合、膨胀、固化和收缩几个阶段，最后生成品质不同的焦炭。
当温度等于或高于煤的软化点（一般为315～350c）时，煤都软化成胶质体。
当温度等于或高于煤的固化点（一般为420c～450c）时，煤都结成半焦。
从软化到固化的时间愈长，煤就熔化得愈好，焦炭结构愈均匀。
为了了解煤的结焦性，人们设计了许多实验室方法，直接测试模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）、最终收缩度（X值）和体积曲线，来表征煤的结焦性。
其中，Y值应用的最广。
Y值是通过测试胶质层的上部层面高度和下部层面高度得出的（一般出现在520～630C之间），X值是曲线终点与零点线间的距离。
Y值、X值和体积曲线都是通过胶质层指数测试仪上的记录转筒和记录笔记记录下来的。
备煤车间题库
备煤车间题库备煤题库一、判断1.煤是由植物埋藏在地下，经过漫长的地质年代和地壳运动，在隔绝空气的情况下，在细菌、压力和温度的作用下，逐步演变而成的。
（）2.根据成煤过程中变质程度的不同，可将腐植煤分为气煤、肥煤、焦煤和瘦煤四大类。
（）3.无烟煤的变质程度比瘦煤的变质程度低。
（）4.气煤、肥煤、焦煤和瘦煤具有黏结性，在隔绝空气干馏时能炼成焦炭，故称为炼焦煤。
（）5.煤中碳含量随煤的变质程度加深而减少。
（）6.煤中氢含量随煤的变质程度加深而减少。
（）7.煤中的硫是煤中最有害的组成部分。
（）8.煤在炼焦时，其中的灰分有60—70%转入焦炭，成为焦炭中的有害成分。
（）9.煤中的灰分来自煤中的矿物质。
（）10.煤中矿物质的来源为：原生矿物质、次生矿物质和外来矿物质。
（）11.焦炭中的含硫量增高时，高炉的生产能力将提高。
（）12.煤中的硫在炼焦时只有少部分随荒煤气析出，其余的60—70%转入焦炭。
（）13.挥发份与煤的变质程度有关，随着煤的变质程度的加深，挥发份有规律的减少。
（）14.不同种类的煤所得到的焦块大小和形状也不同，较硬不碎的焦块表示煤的结焦性较好，成粉末状的焦渣说明煤的结焦性很差，焦块体积比煤样大的膨胀性小，反之则大。
（）15.焦煤可以单独炼焦。
（）16.贫煤加热时能产生少量胶质体，但粘结性较差，半焦收缩较小，故生成的焦炭裂纹少，块大，强度不高。
（）17.贫煤加热时不形成胶质体，无粘结性，不能形成焦块。
在配煤中只能细粉碎后少量配用，作为瘦化剂。
（）18.无烟煤加热时不产生胶质体，不粘结不能形成焦炭。
（）19.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，以焦煤的粘结性为最好。
（）20.胶质体的固化温度与软化温度之差称为胶质体的温度间隔。
（）21.对同一种煤，同一实验结果，即使采用的基准不同，而计算所得结果都是相同的。
（）22.半焦收缩后，析出的气体主要是甲烷和一氧化碳。
（）23.焦煤形成的胶质体比肥煤形成的胶质体热稳定性好。
chap-------煤的工艺性质
高位发热量
◆对N、S特殊热效应的校正––恒容高位发热量 从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，
简称高位发热量，用符号Qgr, v, ad表示，
Q gr v a, d ,Q b a, d ( 9 S b a 5 , dQ b a) ,d
式中：Sb, ad－由弹筒洗液测得的硫含量，％，满足下列条件之 一时，即可用全硫代替： Qb, ad >14.6kJ/g，或St, ad < 4%。
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。
煤化程度的影响：元素组成的变化
煤的发热量是由煤的组成决定的
发热量的计算
热解和粘结成焦性质
1 、煤的热解 ★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，thermal decomposition)。 ★热解分类 按热解终温
－硝酸生成热校正系数。试验证明，与Qb, ad 有关，取值如下：
Qb, ad 16.7kJ/g时，=0.0010 16.7kJ/g < Qb, ad 25.10 kJ/g时，=0.0012 Qb, ad > 25.10 kJ/g时，=0.0016
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煤热解产品利用
(6) 作吸油剂 半焦的吸油速度快，吸油量大，可用于处理海洋浮油污染。 (7) 作脱硝剂载体 半焦孔隙发达，作脱硝剂载体时具有较大的反应比表面积，脱 硝效果好，且脱硝后易于进行燃烧处理。 (8) 作无烟燃料
煤热解产品利用
半焦挥发分低，燃烧性能好，可直接供铁矿粉烧结、锅炉、水 泥窑、陶瓷窑等用，也可作民用和成型燃料生产。 (9) 作炼焦瘦化剂 半焦含碳量高，微观结构强度大，炼焦时呈惰性，作瘦化剂能 扩大炼焦煤资源、降低焦炭灰分、提高焦炭块度和强度。
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煤热解过程
第三阶段( 550～ 1000 C)：二次脱气阶段。以缩聚反应为 主，半焦转变成焦炭。 (1) 550～ 750 C， 半焦分解析出大量气体，主要是 H2和少 量 CH4。一般在 700 C时析出的 H2量最大，在此阶段基 本上不产生焦油。半焦因分解出气体收缩而产生裂纹。 (2) 750～ 1000 C， 半焦进一步分解，继续析出少量气体 (主要是 H2)，同时分解的残留物进一步缩聚，芳香碳 网不断增大，排列规则化，半焦转变成焦炭。
煤种 气煤 焦煤
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煤热解主要反应
(3) 半焦和焦炭的物理性质变化。在 500-600 C之间煤的各项 物理性质指标如密度、反射率、导电率、 X射线衍射峰和 芳香晶核尺寸等变化不大。在 700 C左右这些指标产生明 显跳跃，以后随温度升高继续增加，这些变化都是由于缩 聚反应进行的结果。
芳香晶核尺寸（ La/nm-1）的变化 温度 (C) 室温 17 16 300 17 16 400 21 19 500 24 22 600 26 24 700 30 800 38 35 1100 46 37
煤 化 学
煤热解发展历史 煤热解定义 煤热解分类 煤热解过程
内 容
黏结与成焦机理概述 胶质体定义 胶质体来源 胶质体性质 胶质体理论 煤的黏结性（结焦性）指标
第六章. 第六章. 煤的工艺性质
煤热解主要反应 煤热解产品利用 煤热解影响因素 煤热解工艺
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煤热解发展历史
第一阶段：开创阶段 (20世纪以前 ) 早在 18世纪初，英国、德国等国就尝试建设煤的热解工 厂，以生产照明灯油和民用固体无烟燃料。 第二阶段 ：发展阶段 (20世纪初至 60年代 ) 20世纪 20～ 30年代，煤的低温干馏发展较快，所得半焦作 为民用无烟燃料，低温干馏焦油可进一步加氢生产液体燃料。 20世纪 60年代前是煤热解研究迅速发展的时期。 20世纪 60年代中期，随着石油资源的不断开发，煤热解工业 转入低潮。
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煤热解分类
3. 按加热速率可分为慢速 (1 C/s) 、中速 (5‒100 C/s) 、快 速 (500‒106 C/s) 和闪速 (>106 C/s) 热解。 4. 按固体物料在床层中的运行方式，可分为固定床、流化床 和气流床。
煤热解过程
煤的热解过程可分为三个阶段： 第一阶段(室温～ 300 C)：干燥脱气阶段，煤没有发 生外形上的变化。 (1) 120 C前， 煤脱水干燥； (2) 120～ 200 C， 煤释放出吸附在毛隙孔中的气体，如
Tromp P J J, Coal Pyrolysis, Ph.D. Thesis, University Amsterdam, 1987.
15
煤热解主要反应
键能大的化学键难断裂，热稳定性高。
键能
2057 332 297 301 251
有机化合物化学键键能 (kJ·mol-1) 化学键 C芳‒ C芳 C芳‒ C脂 C脂‒ C脂 化学键 键能
焦炭 缩聚析气,形成焦炭
干燥脱气
解聚分解,形成半焦
典型烟煤的热解过程
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煤热解过程
在煤的差热分析图谱上一般有三个明显的热效应区： (1)在 150 ºC左右，有一个吸热峰，表明此段为吸热效应。是煤 析出水分和脱除吸附气体的过程。相当于热化学分析的干燥 脱气阶段。 (2) 在 350-550 ºC范围内，有一个吸热峰，表明此阶段为吸热效 应。在这一阶段煤发生解聚、分解生成气体和煤焦油等低分 子化合物。相当于热化学分析的胶质体阶段。 (3) 在 750-850 ºC范围内，有一个放热峰，表明此阶段为放热效 应。是煤热解残留物互相缩聚，生成半焦的过程。相当于热 化学分析的半焦熟化阶段。
煤热解分类
低温热解(500‒700 C) ，以制取焦油为目的； 中温热解(700‒1000 C)，以生产中热值煤气为主； 高温热解(1000‒1200 C)，生产高强度的冶金焦； 超高温干馏 (>1200 C)。 2. 按所处的气氛分为惰性气氛热解、催化热解、加氢热解 和催化加氢热解。
5. 按反应器内压力可分为常压热解和加压热解。
CH4、 CO2、 CO和 N2等，是脱气过程。褐煤脱羧基； (3) 近 300 C时，褐煤开始分解，生成 CO2、 CO、 H2S， 同时放出热解水及微量焦油。烟煤和无烟煤原始分子 结构仅发生有限热作用（缩合作用）。
7 8
煤热解过程
第二阶段( 300～ 550 C)： 活泼分解阶段。 以热分解、解 聚反应为主，形成胶质体并固化形成半焦。 (1) 300～ 450 C， 此时煤剧烈分解、解聚，析出大量的 焦油和气体。气体主要是 CH4及其同系物，还有 H2、 CO2、 CO及不饱和烃等。 (2) 450 C时析出焦油量最大，在此阶段生成气、液(焦油)、 固(尚未分解的煤粒) 三相为一体的胶质体，使煤发生 了软化、熔融、流动和膨胀。 (3) 450～ 550 C时，胶质体分解、缩聚、固化成半焦。 半焦变化不大，表明缩聚反应不明显。
(1) 联系煤的结构单元的桥键‒CH2‒、 ‒CH2‒O‒ 、 ‒O‒ 、 ‒S‒断裂生成自由基碎片； (2) 煤中的脂肪侧链受热裂解，生成 CH4、 C2H6和 C2H4等 气态烃； (3) 含氧官能团裂解，煤中含氧官能团的热稳定性顺序为： ‒OH ＞ >C=O ＞ ‒COOH ＞ ‒OCH3； (4) 煤中低分子化合物的裂解。以脂肪结构为主的低分子化 合物受热后裂解为挥发性产物。
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煤热解主要反应
2. 一次热解产物的二次热解反应 (1) 裂解反应 C2H6→ C2H4+H2 C2H4→ CH4+C CH4→ C+2H2 (2) 脱氢反应 (4) 桥键分解 (3) 加氢反应
煤热解主要反应
‒CH2‒ + H2O→CO + 2H2
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煤热解主要反应
3. 煤热解中的缩聚反应 煤热解的前期以裂解反应为主，后期则以缩聚反应为主。缩 聚反应对煤的黏结、成焦和热解生成的固态产品影响较大。 (1) 胶质体固化过程的缩聚。主要是在热解自由基之间的缩聚， 液相与固相产物分子内部或之间的缩聚，其结果生成半焦。 (2) 半焦缩聚。芳香结构脱氢缩聚，生成焦炭，芳香层面增大。
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煤热解过程
煤差热曲线上三个明显的热效应 峰与煤热解过程化学分析的三个 主要阶段一致。差热分析方法证 实了煤热解过程的热化学反应。 各种不同煤，其热解过程不同， 所以差热分析曲线上峰的位置、 峰的高低也有区别。
煤差热分析曲线
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煤热解主要反应
有机化合物的热裂解 热解过程包括两步：
煤发生热分解，大分子碎裂， 主要反应是自由基形成，自由 基的聚合－缩聚，自由基的加 氢反应，最终产生初级挥发分。 初级挥发分扩散到气相，在这期 间挥发份将发生二次反应。二次 反应主要有初级挥发分裂解为小 分子的烃类和气体，还有初级挥 发分之间发生脱气反应，重新聚 合为焦炭。
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烃类热稳定性的一般规律为： 缩合芳烃＞芳香烃＞环烷烃＞烯烃＞炔烃＞烷烃。 芳环数越多，芳环上侧链越长，侧链越不稳定。 缩合多环芳烃的环数越多，热稳定性越大。
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煤热解主要反应
煤热解主要反应
1. 煤热解中的裂解反应
1. 煤热解中的裂解反应 2. 一次热解产物的二次热解反应 3. 煤热解中的缩聚反应
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煤热解产品利用
1. 煤焦油的利用 煤焦油是煤在热解过程中得到的具有特殊臭味，黑色或黑褐色 黏稠状的液态混合物，其中含有上万种组分，主要为芳香烃、 酚类、杂环氮化合物、杂环硫化合物、杂环氧化合物以及结构 复杂的高分子环状烃。其深加工获得的轻油、酚、萘、洗油、 蒽、咔唑、吲哚和沥青等系列产品是合成塑料、合成纤维、 农药、染料、医药、涂料、助剂及精细化工产品的基础原料， 也是冶金、合成、建设、纺织、造纸及交通等行业的基本原料， 其中一些多环芳烃化合物无法从石油加工业中获得。
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煤热解产品利用
2. 煤气的利用 煤气可作为工业燃料气用于冶金和建筑等行业的加热炉；也可 利用其中的 CO、 H2、 N2和烃类气体，作为合成气用于化学工 业；还可用作中小城市及矿区民用。
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煤热解产品利用ห้องสมุดไป่ตู้
3. 半焦的利用 (1) 半焦制活性炭 热解半焦挥发分低，杂原子少，微观结构致密，可用作生产低 灰高强度活性炭的原料。 将神木煤热解半焦在 700-900 ºC进行炭化、活化可得活性半焦。 活性半焦生产成本低廉，吸附 SO2容量大，能达 90%，超过活性 炭的吸附能力，是一种极有效的烟气脱硫产品，活性半焦也可用 于废水处理。
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煤热解过程
煤的差热分析
析出煤气 脱气 脱水 0 100 干煤 200 300 析出焦油 (450℃最多) 400 胶质体 500 600 半焦 700 800 900 1000℃
煤热解过程
差热分析的基本原理，是将试样和参比物（与试样热特性相 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（或冷却），在程序控 制温度下，记录被测试样和参比物的温度差与温度（或时间） 的关系曲线，称为差热分析曲线。如图所示。该曲线反映了煤 在热解过程中发生的吸热和放热效应，吸热为低谷，放热为高 峰。 吸热峰 -被测试温度低于参比物温度的峰，温度差为负值，差热 曲线为低谷。 放热峰 -被测试样温度高于参比物温度的峰，温度差为正值，差 热曲线为高峰。 12