煤热解

烟煤
无烟煤 石墨
水分逐渐减少
长烟煤
气煤
肥煤
焦煤
瘦煤
贫煤
煤阶逐渐变高
成煤过程简介
• 泥炭化作用：植物残体在化学和生物化学作用下转化为泥
炭的阶段。泥炭是成煤的过渡产物，富含腐植酸。
• 煤化作用：泥炭化作用后，接下来是成煤作用，前后分为
两个阶段，成岩阶段、变质阶段。成岩作用主要是脱水反 应；变质作用主要是缩聚、成环作用。
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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。
煤液化化工的发展
(1)溶剂精制煤工艺(SRC):是由美国于1962年与开发的煤直 接加氢液化工艺 （2）供氢溶剂法(EDS)：是美国于1966年首先开发使用供氢 溶剂的煤液化工艺 （3）氢煤法(H-Coal):是由美国)在氢油法(H-Oil)工艺基础上 开发的 （4）德国IGOR工艺:是由德国开发的煤加氢液化与加氢精制 一体化联合工艺 （5）俄罗斯低压加氢液体工艺:是由前苏联开发的工艺 （6）日本NEDOL煤液化工艺:是由日本上世纪80年代初开发 的烟煤液化工艺 （7）神华煤液化工艺:是由神华集团研制开发的溶剂全加氢煤 液化工艺
煤热解
导师：周岐雄
汇报人：鲁彦军
学号：107551300530
主要内容
• 1.煤的形成过程及简介 • 2煤化工的发展 • 3煤的测试方法 • 4煤的热解及机理 • 5煤热解的研究进展
成煤环境
成煤年代
成煤过程与分类
煤化作用
植物残体
以煤的可燃基挥发分与 胶质层厚度分类
泥炭化
泥炭
成岩作用
褐煤
变质作用
煤的热解过程及规律
• 定义：煤的热解也称煤的干馏，指煤在隔绝空气或惰性气氛条
件下持续加热至较高温度时所发生的一系列物理变化和化学变 化的复杂过程。其结果生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半 焦或焦炭)等产品。
• 意义：1.煤的热解与煤的组成和结构关系密切，可通过热解研
究阐明煤的分子结构 2.此外煤的热解与天热成煤过程有些相 似，故对热解的深入了 解有助于对煤 化过程的研究
铁厂沟煤样灰分组成分析
从表 3.2 可以看出，铁厂沟煤中 SiO2、Fe2O3、CaO 和 MgO 含量较高，即过渡金属和碱土金属氧化物含量较高。一方 面可能由于煤中碳酸盐矿物含量较高；另一方面可能由于腐植 酸吸收钙镁离子生成不溶性的腐植酸盐造成的。从灰分分析数 据中，我们可以看出铁厂沟煤具有低灰熔点、高过渡金属和碱 土金属含量的特点。
煤热解中的化学反应
加氢反应
煤热解中的缩聚反应
不同的热解工艺
• 甲烷二氧化碳重整与煤催化热解耦合
焦 油 产 率 逐 渐 增
• 甲烷二氧化碳重整与煤热解耦合 • 甲烷部分氧化与煤热解耦合
• 煤催化加氢热解（加氢有利于脱硫）
• 煤热解
催化剂为Fe 、Co 、Ni 等
铁厂沟煤质分析
图 3.1 煤化过程不同煤类的 H/C 和 O/C 原子比的变化Fig.3.1 The change of H/C and O/C atomic rotio in coal of different coalificationⅠ-树木；Ⅱ-纤维素； Ⅲ-木质素；Ⅳ-泥炭；Ⅴ-褐煤；Ⅵ-低阶烟煤；Ⅶ-中阶烟煤；Ⅷ-高阶烟煤；Ⅸ低、中阶无烟煤；Ⅹ-高阶无烟煤
• 石墨化阶段：进一步缩聚，去侧链，天然石墨。
几种煤的结构单元模型
褐煤 低阶烟煤
无烟煤 高阶烟煤
不同种类煤的用途
• • • • • • • •
瘦 焦 肥 贫 煤：配煤炼焦的瘦化成分 煤：炼焦原料 煤：配煤炼焦主要成分 煤：通常作为工业和民用燃料，低灰、低硫的贫煤也可 作为高炉喷吹燃料 气 煤：配煤炼焦主要成分，干馏制城市煤气 原料 长焰煤：动力、气化和民用燃料，低温干馏原料 无烟煤：主要供民用和做合成氨造气的原料，还可制造各种 碳素材料（碳电极，碳块，阳极糊，活性炭等）等 用途
二战期间德国的煤直接液化厂
投产日期 所在地名 原料 反应压力 （MPa） 生产能力 （万吨/年）
1931
1936 1936
Leuna
Bohlen Magdeberg
褐煤和焦油
褐煤和焦油 褐煤和焦油
20
30 30
65
25 22
1936
1937 1939 1939 1940 1940 1941
Scholven
60
42
全国十四大煤炭基地
研究手段
• • • • •
TG-MS ： 热重质谱联用，分析析出气体的质量与结构 色谱仪 FT-IR： 红外光谱仪，分析基团,了解结构 XRD：X射线衍射，获得成分、内部原子或分子的结构 或形态等信息 NMR：核磁共振，测结构
热分析（thermal analysis）技术
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。
第二阶段:300℃～600℃，这一阶段以解聚和分解反应为主，形 成半焦。
第三阶段:600℃～1000℃，以缩聚反应为主，半焦变成焦炭。
煤的热解机理
缩聚芳烃的裂解过程 1. 热解首先从桥键裂解成自由基碎片开始 2.氢（自由基）进攻最外层芳环 3. 环烃环连续打开 4.侧链裂解
铁厂沟煤样分析



按照 GB/T15224-94《中华人民共和国国家煤炭质量分级》中的相 关标准 从工业分析上来看,铁厂沟煤的挥发分高，灰分和水分低，属于动力 煤中的“特低灰煤”,干燥无灰基挥发分较高及水分低可知属于长焰 煤 从元素分析可以看出，铁厂沟煤氢碳比、氧碳比和硫含量高，属于中 硫煤,氢碳比的值和氧碳比的值可知属于低变质烟煤. 从岩相分析可以看出，铁厂沟煤镜质组含量高，惰质组含量较低，故 不易自燃 铁厂沟煤特点：五高一低 1.挥发分高 2.镜质组高 3.硫含量高 4.氢碳比高 5.氧碳比高 6.水分低 结论：适合加氢热解制备焦油
热重分析
在氮气和氢气气氛下煤热解产物产率随 温度变化
在氮气和氢气气氛下煤热解产物产率温 度变化
Байду номын сангаас
Welheim Gelsenberg Zeitz Lutzkendorf Politz Wesseling
烟煤
沥青 烟煤 褐煤和焦油 煤焦油 烟煤 褐煤
30
70 70 30 50 70 70
28
13 40 28 5 70 25
1942
1943
Brux
Blechhammer
褐煤和焦油
烟煤和焦油
30
30
煤的工业分析与元素分析
• 工业分析：也称技术分析，分析项目包括水、灰分、挥发分、
固定碳
• 元素分析：C、H、O元素为主，占95%以上，除此之外还含
有S、N等。
• 氧：燃烧时不参加反应，约束C、H原子，减少放热量，氧对
煤结焦不利，对直接液化不利，对气化有利。
• 硫：腐蚀设备，含黄铁矿高的煤易引起自燃。 • 氮：主要来源是成煤植物中的蛋白质，制合成氨。