煤的热分解-
7第六章 煤的热解技术
• 煤的热解过程： • 1、芳香环之间的桥键断裂，形成自由基； • 2、自由基部分加氢生成甲烷、其他脂肪煤 和水，它们从煤颗粒中扩散出来； • 3、与此同时，较大分子量的自由基被饱和， 产生中等分子量的焦油，并从煤颗粒中扩 散出来； • 4、大分子量物质固化缩合形成半焦乃至焦 炭，并释放出氢气。
第六章 煤的热解技术
煤的热解
• 煤的热解也称煤的干馏或热分解 • 煤的热解作为一种单独的加工方法，是将 煤在隔绝空气的条件下加热，煤在不同温 度下发生一系列的物理变化和化学反应的 复杂过程，生成气体、液体和固体• 一、煤的热解分类 • 按热解温度可分为低温（500-700℃）、中温（700-1000 ℃ ）和高温（1000-1200 ℃ ）热解。 • 按加热速度可分为慢速（<1K/s）、中速（5-100K/s）、 快速（500-106K/s）和闪速（>106K/s）热解。 • 按气氛可分为惰性气氛热解（不加催化剂）、加氢热解和 催化加氢热解。 • 按固体颗粒与气体在床内的相对运动状态分为固定床、气 流床和落下床等热解。 • 按加热方式可分为内热式、外热式和内外热并用式热解。 • 按热载体方式可分为固体热载体、气体热载体和气-固热 载体热解。 • 按反应器内的压力可分为常压和加压热解。
煤热解原理
煤热解原理煤热解是指煤在高温下分解为煤焦油、煤气和焦炭的过程。
这一过程是通过将煤加热到高温，使其内部的化学键断裂，从而释放出各种化合物。
煤热解是研究煤的结构和性质的重要手段，也是煤化学工业中重要的生产过程之一。
煤热解的原理是基于煤的组成和结构特点。
煤是一种含碳化合物，其主要成分是碳、氢、氧和少量的硫、氮等元素。
煤中的碳是其主要组成元素，占据了煤的大部分质量。
当煤加热到高温时，其内部的化学键会发生断裂，从而产生各种气体和液体产物。
煤热解的过程可以分为两个主要阶段：干馏和蒸馏。
在干馏阶段，煤中的挥发分开始被释放出来，形成煤气和煤焦油。
煤气主要由一氧化碳、二氧化碳、甲烷等组成，而煤焦油则是一种具有复杂化学结构的液体。
在蒸馏阶段，煤焦油继续分解，产生更多的煤气和焦炭。
焦炭是煤热解的固体产物，其主要成分是碳。
煤热解的温度和反应时间对产物的分布和性质有重要影响。
通常情况下，较低的温度和短的反应时间会产生较多的煤焦油，而较高的温度和较长的反应时间则会产生较多的煤气和焦炭。
此外，煤热解的反应速率也会随着温度的升高而增加。
煤热解的产物具有广泛的应用价值。
煤焦油可以用作涂料、沥青、染料、塑料等的原料，也可以通过进一步处理得到高附加值的化学品。
煤气可以作为燃料用于发电、供热等，也可以用于合成天然气、液化石油气等。
焦炭是冶金工业中重要的还原剂和燃料，也可以用于制造电极、碳素材料等。
煤热解技术的发展与应用对于煤炭资源的高效利用和能源结构的优化具有重要意义。
通过研究煤热解的机理和控制方法，可以提高煤热解的效率和产物的质量，减少对环境的影响。
同时，煤热解也为煤炭资源的综合利用提供了新的途径和思路。
煤热解是一种重要的煤化学过程，通过加热煤使其分解产生煤焦油、煤气和焦炭。
煤热解的原理基于煤的组成和结构特点，通过断裂化学键释放出各种化合物。
煤热解的产物具有广泛的应用价值，对于煤炭资源的高效利用和能源结构的优化具有重要意义。
煤热解技术的发展与应用是当前煤化工领域的研究热点，也是实现绿色低碳发展的重要途径之一。
煤热解反应过程及影响因素
煤热解反应过程及影响因素
煤热解是指将煤在高温下进行加热分解的过程，主要产物包括固体焦炭、液体焦油和气体。
煤热解是煤转化为其他形式能源（比如煤气、煤油等）或原料（比如焦炭）的关键步骤。
煤热解反应过程可以分为两个阶段：固相热解和气相热解。
固相热解是指在相对较低的温度下，煤内部的有机物开始分解，产生焦炭和焦油。
这一阶段主要发生在煤的表面和内部孔隙中，煤中的高分子有机物被分解为低分子有机物。
固相热解的温度一般在300-500℃之间，与煤的种类和热解条件有关。
首先是煤的种类。
不同种类的煤具有不同的热解特性，比如煤的挥发分含量、焦炭含量和灰分含量等。
这些因素会影响煤的热解速率和产物分布。
其次是热解温度。
温度是影响煤热解速率和产物分布的重要因素，高温条件下煤的热解速率会增加，产物中液体焦油和气体的比例会增加。
还有热解时间。
热解时间也会对煤的热解过程产生影响，在一定的温度下，热解时间越长，煤的热解程度越深，产物中的液体焦油和气体的比例会增加。
反应压力也会对煤热解产生一定的影响。
一般来说，在高压条件下，焦炭和焦油的产率会增加，而气体的产率会减少。
煤热解是一个复杂的过程，受多种因素的影响。
研究这些因素对煤热解的影响，有助于优化煤热解工艺，提高煤的利用效率，减少对环境的污染。
什么是煤解热
什么是煤解热？据中科合成油工程有限公司高级工程师唐宏青介绍，煤热解，也称煤的干馏或热分解，是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，把煤里面的焦油和煤气蒸发出来，得到焦油、煤气、兰炭的过程。
煤热解与煤液化、煤气化的区别有以下几点。
首先是工艺不同。
煤液化是将煤在高温下加氢裂解；煤气化是煤在高温条件下，以氧气、水蒸气或氢气作气化剂的一种反应；煤热解是一种加热蒸发的过程。
其次是得到的产品不同。
煤液化得到的是柴油、汽油；煤气化得到的是气体，比如煤气；煤热解能得到3种产品：焦油、煤气、兰炭。
此外，与煤气化比，煤热解产出的煤气量少；与煤液化相比，煤热解得到的燃料油比重大、密度高、十六烷值低，质量不如煤液化的好。
该技术最早产生于19世纪，起源于德国，发明之初主要用于制取煤焦油，也用于生产炼铁用焦炭和燃料气，由于该技术的能源转化率很高，一直被国内外认为是与煤气化、煤液化并列的第三种煤炭转化技术。
CCIN记者通过查阅科技文献发现，煤热解技术在19世纪就已出现，但受技术所限，生产的产品比较简单，当时主要用于制取灯油和蜡。
19世纪末，因电灯的发明，煤热解趋于衰落。
第二次世界大战前夕及大战期间，纳粹德国出于战争目的，建立了大型煤热解厂，以褐煤为原料生产煤焦油，再高压加氢制取汽油和柴油。
战后，由于大量廉价石油的开采，煤热解再次陷于停滞状态。
煤热解在我国的历史也很久远。
早在1865年9月，英商就在我国上海的苏州河畔建成了中国第一座煤气厂，建设了水平式煤热解炉，向公共租界供应煤气。
此后，繁华的外滩、南京路一带开始启用煤气路灯，取代了早期的煤油灯。
直到上世纪50年代，我国很多城市用的煤气还是通过煤热解产生。
20世纪50年代，我国开始进行煤热解工艺的进一步开发和研究，主要是为了将其产业化，用于发展煤化工，洁净高效综合利用煤炭。
这些研究取得了一些进展，特别是在生产兰炭方面，北京石油学院、大连理工大学、浙江大学、中科院山西煤化所等单位，先后开发了不同工艺的煤热解技术。
煤的热解过程
(dW/dt)%·min-1
0.0025 0.0000 -0.0025 -0.0050 -0.0075 -0.0100 -0.0125 -0.0150 -0.0175 -0.0200
0
A1 A2 A3 A4 A5
100 200 300 400 500 600 700 800 900
Temperture/℃
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。
定义如下几个热解特征温度： T0—初始热解温度，℃； TP—失重速率峰值所对应的温度，℃；
Tf—热解过程的结束温度，℃。 其中：Tf=2TP- T0
典型煤种热解特征参数表
热解特征温度与Vdaf的关系
热解最大失重速率Wmax随挥发分Vdaf变化的关系
高堆密度下煤的热失重曲线
• 不同煤化度的煤样在堆密度为1.20 g·cm-1时的热失重曲线，在 100℃～120℃左右之前，煤样的失重率明显增大，随着温度，煤 样的失重率发生明显增大，700以后，失重量明显减少。
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。
煤热解
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或发生热解过程。
在不同的工艺中,煤热解的加热速率和环境气氛是不同的。
煤炭高温焦化(温度在950℃左右)在19世纪初已有生产,长期以来其主要目的是生产炼铁用焦炭和燃料气,烃类液体产率约为煤重的5%,作为其副产品,煤焦油蒸馏物是有机化学工业的原料。
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。
中国煤化工行业又出新闻：一种已经有上百年发展历史的传统煤化工技术——煤热解居然老树开新花，带起了一股研发与上马热潮。
作为一种老工艺，煤热解为何引起了业内的重新关注？其作为一条传统工艺，用于发展新型煤化工又是否可行？针对这些问题，CCIN记者采访了多位业内专家。
因经济价值不高久被冷落。
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。
煤化学-3-煤的热解.pptx
脱挥发份
1
根据煤在燃烧过程中温度和质量的变化， 煤粒要经历以下四个阶段 1 干燥，被加热到热解温度 2 热解，产生挥发份，焦油和焦 3 可燃挥发份的燃烧 4 焦的氧化
2
煤在燃烧过程经历示意图
3
4
传热 加热速率
q
kc
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11
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合物的比 例增加。
k2 A2e RT
20
多方程热解模型和分布活化能模型
dVi dt
ki (Vi* Vi dE 1
0
f (E)
1
2
exp[
(E E0 )2
2 2
]
V
V*
0
1
exp
-
At
exp
E RT
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。
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压力、温度对褐煤热解产率的影响示意图
14
热解终温对褐煤热解产率的影响示意图
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热解模型
煤热解的数学模型 煤的热解是指煤在惰性、氧化性或还原性气氛条件 下持续加热到较高温度时，所发生的一系列物理变 化和化学反应的复杂过程。煤的热解与煤的组成和 结构有密切的关系，由于煤结构的复杂和不均一性 以及煤粉热解的快速和复杂性，现在仍然不能全面 地描述热解期间出现的化学反应。在实验结果的基 础上，从一些简化机理出发，先后提出了许多的脱 挥发分模型。煤的热解是许多其他转化利用过程 （如燃烧、气化、液化和焦化等）的初始步骤，而 且热解对后续过程有很大的影响，所以准确地描述 煤热解过程对于煤的高效清洁转化利用和污染控制 有重要意义。
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煤在高温下分解产生气体、液体和固体产物的过程。
具体来说，煤热解是指将煤加热至800℃以上，在缺氧条件下进行，煤中的有机质发生裂解、气化、重聚等反应，最终生成气体（主要是一氧化碳、水蒸气、氢气和一些杂质气体）、液体（焦油或煤焦油）和固体（焦炭）。
煤热解反应过程主要包括两个阶段：初期热解和后期热解。
初期热解是指在煤加热初期，煤中的物质开始发生裂解，生成气体和液体产物。
后期热解是指在煤加热的后期，固体产物开始生成，主要是焦炭。
初期热解反应是一个复杂的过程，包括物质的裂解、气化、重聚等多种反应。
煤热解的过程受多种因素的影响，包括温度、煤种、加热速率、压力、缺氧程度等。
1. 温度：温度是煤热解反应的主要影响因素之一。
温度的升高会加速煤的热解反应速率，提高产物的气化率和液化率。
一般来说，随着温度的升高，焦炭的产量减少，气体和液体的产量增加。
2. 煤种：不同的煤种具有不同的热解特性。
煤的热解特性主要取决于其组成和结构。
低变质煤的热解活性较高，产物的收率较高；高变质煤的热解活性较低，产物的收率较低。
4. 压力：压力对煤热解反应的影响主要体现在气体产物的产量和组成上。
随着压力的升高，气体产物的产量增加，而水蒸气和高分子量烃类产物的产量减少。
5. 缺氧程度：缺氧程度是指煤在加热过程中氧气的供应情况。
缺氧程度的不同会对煤热解反应的产物分布和产率产生影响。
在完全缺氧的条件下，煤主要经历气化和液化反应，生成大量气体和液体产物。
而在部分缺氧的条件下，煤会生成较多的焦炭。
煤热解反应过程是一个复杂的物质转化过程，受多种因素的综合影响。
研究煤热解反应过程及其影响因素，对于提高煤的利用效率和减少环境污染具有重要意义。
煤的热分解可分为哪几个阶段？
煤的热分解可分为哪⼏个阶段？
炭化是活性碳制造过程中主要热处理⼯序之⼀。
炭化是指在低温下煤及煤沥青的热分解、固化以及煤焦油中低分⼦物质的挥发，后者可以在更低的温度下进⾏。
根据加热温度，煤的低温热分解过程⼤致可分为以下⼏个阶段：
1.120℃放出外在⽔分和内在⽔分，称为⼲燥阶段；
2.120-300℃放出热解⽔，形成⽓态产物，如⼆氧化碳、⼀氧化碳、硫化氢等，并有微量焦油析出，称为开始热解阶段；
3.300-550℃⼤量析出焦油和⽓体，⼏乎全部焦油均在此温度范围内析出。
在这⼀阶段放出的⽓体中主要为甲烷及同系物，此外为热分解的⼀次⽓体。
粘结性烟煤在这⼀阶段则经胶质状态转变为半焦，称为胶质体固化阶段。
煤化学 3 煤的热解
估算该褐煤煤分子结构中芳香团簇的平均分子量、侧链的平均分子量、桥键所占 的分率、芳香团簇的配位数以及原煤中稳定桥键数
39
22
23
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/~tom/cpd/cpdcodes.html
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化学渗透脱挥发分模型(CPD)
基于煤的结构特征，用煤的化学结构参数来描 述煤结构及加热过程中煤的脱挥发分行为。 原煤结构的描述 CPD模型直接使用由13C－NMR测得的四个化学结 构特征参数描述煤的结构: （1）芳香族的平均分子量(Mcl) （2）侧链的平均分子量(Mδ) （3）族的平均连接数(如侧链和桥键)，即 配位数(σ+1) （4）稳定桥键的分率(P0)
E/R (K)
30 000±1500 33 850±1500 38 315±2000 30 000±1500 32 700±1500 40 000±6000 40 500±1500 30 000±1500 42 500±4750 27 300±3000 30 000±1500 30 000±1500 30 000±2000 30 000±2000 40 500±6000 45 500±1500
dVi ki (Vi * Vi ) dt
Vi V f ( E)dE
* *
f (E)dE 1
0
( E E0 )2 1 f (E) exp[ ] 2 2 2
V E 1 exp - At exp f ( E )dE * V RT 0
A (s-1)
H(脂肪) 甲氧基 甲基 甲基 H(芳香) 醚氧
0.56 × 1015 0.65 × 1017 0.11 × 1016 0.22 × 1019 0.17 × 1014 0.14 × 1019 0.15 × 1016 0.17 × 1014 0.69 × 1013 0.12 × 1013 0.84 × 1015 0.84 × 1015 0.75 × 1014 0.34 × 1012 0.10 × 1015 0.20 × 1014
煤的热分解-
2.1 煤的热分解过程
第三阶段（550～1000oC）
又称二次脱气阶段。经过活泼分解之后留下的半焦几乎全 部是芳构化的，其中仅含少量非芳香碳，但有较多的杂环氧、 杂环氮和杂环硫保留下来。此外，还有一部分醚氧和醌氧。随 着温度的不断升高，半焦逐渐变成焦炭。这一阶段的反应以缩 聚为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是多种烃类气体、氢 气和碳的氧化物。气体产物中占主要地位的是H2和CO，伴有少 量GH4和CO2。氢主要是由芳香部分的缩聚作用产生，而碳的氧 化物的来源是热稳定性较好的醚氧、醌氧和氧杂环。焦炭的挥 发分小于2％，芳香核增大，排列的有序性提高，结构致密、坚 硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气， 另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹， 形成碎块。
dv0 = v0f(E)dE，
f (E)dE 1
0
活化能分布曲线
2.2 煤的热解机理及动力学
热解到达某一时刻时析出的挥发分总量，可以从各个反应 i 得到的挥发分之和求得。假定函数f（E）是活化能的高斯分布， 其平均值为E。和标准偏差为σ。因此得到：
v 0 v v 0
1 2 0ex k 0 p T 0e[x R E p)d T ( T (E 2 E 2 0)2]d
就产物的组成而言，年青煤热解时煤气、焦油和热解水产率高，煤气中 CO、CO2和CH4含量高，焦渣不粘结；中等煤阶的烟煤热解时，煤气和焦油 产率比较高，热解水较少，粘结性强，可得到高强度的焦炭；高煤阶煤（贫 煤以上）热解时，焦油和热解水的产率很低，煤气产率也较低，且无粘结性， 焦粉产率高。
煤的岩相组成对煤的热解也有显著影响。
不同煤种开始热分解析出气体的温度不同：泥炭为 200250oC ； 褐 煤 为 250-350oC ； 烟 煤 为 350-400oC ； 无 烟 煤 为 400450oC。
煤炭热解反应的三个过程及流程
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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。
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将煤在高温条件下分解成气体、液体和固体产物的反应过程，是煤基化工的重要环节之一。
煤热解反应过程复杂，受到多种因素的影响，包括煤的性质、热解条件、反应动力学等。
本文将重点讨论煤热解的反应过程及影响因素。
一、煤热解反应过程在高温条件下，煤分子会发生热解反应，产生气体、液体和固体产物。
一般来说，煤热解反应包括两个阶段，即挥发分释放和残炭生成。
1. 挥发分释放：当煤在高温条件下加热至一定温度时，煤中的挥发分会逐渐释放出来，主要包括水蒸气、气态烃类和焦油等。
这些挥发分的释放是热解反应的重要过程，其释放特性对煤热解的产物分布和产率有重要影响。
2. 残炭生成：随着挥发分的释放，煤的残炭含量逐渐增加。
残炭的生成是煤热解的另一个重要过程，其性质和结构对煤热解产品的质量和产率具有重要影响。
煤热解反应是一个复杂的化学过程，还涉及到气相和固相的传质和传热等过程。
煤的热解产物包括气体（如CO、H2等）、液体（如焦油等）和固体（如焦炭等），它们的生成受到多种因素的影响。
二、煤热解影响因素1. 煤的性质：煤的性质对煤热解反应具有重要影响。
不同种类和不同品位的煤在热解时产物分布和产率均有所不同。
煤的焦炭含量、灰份含量、硫含量等均会影响煤热解的产物生成。
2. 热解条件：热解温度、加热速率、反应压力等也是影响煤热解反应的重要因素。
通常情况下，提高热解温度和加热速率有利于提高气态产物的生成率，但也会增加固态残炭的生成。
3. 催化剂：在煤热解过程中添加一定的催化剂，可以促进煤的热解反应，提高产物的质量和产率。
常用的煤热解催化剂包括铁、钼、锌等金属催化剂，它们能够促进煤热解反应，改善产物分布。
4. 反应动力学：煤热解反应的速率受到反应动力学因素的影响。
了解煤热解反应的动力学规律，可以为煤热解工艺的优化提供理论依据。
5. 反应介质：反应介质对煤热解反应也有重要影响。
不同介质中煤的热解产物分布和产率也会有所不同。
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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2.3 影响煤热解过程的因素 2.3.2 温度 煤热解终温是产品 产率和组成的重要影响 因素，也是区别炭化或 干馏类型的标志。随着 温度的升高，使得具有 较高活化能的热解反应 有可能进行，同时生成 了具有较高热稳定性的 多环芳烃产物。随热解 温度提高，煤总失重率 增加。
煤热解温度对生成芳香族化合物的影响
2.1 煤的热分解过程
第三阶段（550～1000oC）
又称二次脱气阶段。经过活泼分解之后留下的半焦几乎全 部是芳构化的，其中仅含少量非芳香碳，但有较多的杂环氧、 杂环氮和杂环硫保留下来。此外，还有一部分醚氧和醌氧。随 着温度的不断升高，半焦逐渐变成焦炭。这一阶段的反应以缩 聚为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是多种烃类气体、氢 气和碳的氧化物。气体产物中占主要地位的是H2和CO，伴有少 量GH4和CO2。氢主要是由芳香部分的缩聚作用产生，而碳的氧 化物的来源是热稳定性较好的醚氧、醌氧和氧杂环。焦炭的挥 发分小于2％，芳香核增大，排列的有序性提高，结构致密、坚 硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气， 另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹， 形成碎块。
2.2 煤的热解机理及动力学 2）多个平行的不可逆分解反应模型 假设煤的热分解是由许多独立的代表了煤分子内不同键的 断裂的化学反应所组成。煤分子中化学键强度的差异解释了不 同温度范围内发生不同的化学反应。单一的有机质组分的热分 解可以描述为一个不可逆的一级反应。起源于煤结构内部特定 反应 i 的挥发物释放的速率就可以描述为：
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 H2，% CH4，% 发热量，MJ/m3
2.3 影响煤热解过程的因素 2.3.3 加热速度
加热速度对煤热解的温度 -时间历程有明显的影响。脱挥发 物速度呈现最大值时的温度及脱挥发物的最大速度随加热速度 增加而增高。 很高的加热速度（高达 105 ℃ /s ）可使脱挥发物的温度范围 移动高达 400 ～ 500oC ，其主要原因是升温速度大大超过了挥发 物能够逃离煤的速率。例如，当升温速度由1oC/s增至105oC/s时， 褐煤挥发分脱除 10 至 90 ％完全程度的温度范围由 400 ～ 840oC 变 为860～1700oC。
2.2 煤的热解机理及动力学
反应III是二次脱气反应，在该反应中通过释放甲烷或在更 高温度下释放氢使半焦密度增加，最后形成炭:
式中k1、k2和k3为反应速度常数。
2.2 煤的热解机理及动力学
煤成焦过程反应动力学模型的建立：解聚和裂化反应都是 一级反应，因此可以假定反应I、II及反应III都是一次反应。这 样，焦炭形成的动力学可用以下三个方程式描述：
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
f ( E )dE 1
0
活化能分布曲线
2.2 煤的热解机理及动力学 热解到达某一时刻时析出的挥发分总量，可以从各个反应 i 得到的挥发分之和求得。假定函数f（E）是活化能的高斯分布， 其平均值为E。和标准偏差为σ。因此得到：
T v0 v ( E E0 ) 2 1 E exp[k 0 exp( )dT ]dE 2 v0 RT 2 2 0 0
式中 t 表示时间； P 、 M 、 G 和 R 表示反应物 P 、中间产物 M 和反 应产物G和R的质量。
2.2 煤的热解机理及动力学 2.2.3 脱挥发分反应动力学模型
基本假设：析出挥发分速度等于分解速度，不考虑二次反
应。 实验方法：直接计量挥发物或利用热天平连续测定被加热 煤样的失重变化，得到挥发物析出曲线。
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。
两个平行的不可逆分解反应（Kobayashi）:
固体残留物+挥发分 煤＜ 固体残留物+挥发分
2.2 煤的热解机理及动力学
多个平行连续的分解反应（Reidelbach Summerfield） 半焦+ 一次气体 ↑ 中间残留物+ 一次气体 ／ 煤—→活化煤 ＼ 半焦+ 二次气体 ／ 中间残留物+ 一次焦油 ＼ ↓ 二次气体 半焦+ 一次气体
二. 煤的热分解
2.1 煤的热分解过程
热解、炭化与干馏：将煤在惰性气氛中加热至较高温度时 发生的一系列物理变化和化学反应的过程称为煤的热分解或热 解。煤在工业规模条件下发生的热分解通常又称为炭化或干馏。 煤在热解过程中放出热解水、CO2、CO、石蜡烃类、芳烃类和 各种杂环化合物，残留的固体则不断芳构化，直至在足够高的 温度下转变为固体炭或焦炭。这一过程取决于煤的性质和预处 理条件，也受到热解过程的特定条件的影响。 煤的热解是煤热化学转化的基础。煤的热化学转化是煤炭 加工的最主要的方法，包括煤的干馏、气化和液化等。研究煤 的热解化学对煤的热加工过程和新技术的开发，如高温快速热 解、加氢热解、等离子热解等有指导作用。同时研究煤的热解 化学有助于阐明煤的分子结构。
2.3 影响煤热解过程的因素
终温/oC 600（低温干馏） 80~82 9~10 120 800(中温干馏) 75~77 6~7 200 1000（高温干馏） 70~72 3.5 320
产品分布与性状
产品产率
焦，% 焦油，% 煤气，Nm3/t(干煤) 产品性状 焦炭
着火点，oC
机械强度 挥发分，%
2.1 煤的热分解过程
高挥发分烟煤热解（升温速度1.8oC/min）过程中气体产物的析出情况
2.1 煤的热分解过程
煤热解过程的化学反应
产品
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 焦油+液体 CO2 CO(<500oC) CO(>500oC) H2O CH4+C2H6 H2
来源
弱健连接的环单元 羧基 羰基和醚健 杂环氧 羟基 烷基 芳环C-H健
2.1 煤的热分解过程
将煤在隔绝空气的条件下加热时，煤的有机质随着温度的 升高发生一系列变化，形成气态（煤气）、液态（焦油）和固 态（半焦或焦炭）产物。
2.1 煤的热分解过程 第一阶段：(室温～350-400℃) 从室温到活泼分解阶段（ Td, 对非无烟煤一般为 350-400oC ） 为干燥脱气阶段。此阶段析出H2O（包括化学结合的）、CO、 CO2、H2S（少量）、甲酸（痕量）、草酸（痕量）和烷基苯类 （少量）等。脱水主要在 120oC 前， 200oC 左右完成脱气（ CH4 、 CO2和N2），200oC以上发生脱羧基反应。含氧化合物的析出源 于包藏物、化学吸附表面配合物及羧基和酚羟基的分解。这一 阶段煤的外形无变化。 不同煤种开始热分解析出气体的温度不同：泥炭为 200250oC ；褐煤为 250-350oC ；烟煤为 350-400oC ；无烟煤为 400450oC。
2.2 煤的热解机理及动力学 2.2.2 胶质体反应动力学模型 克瑞威仑（ Krevelen ）等人对煤的可塑行为提出“胶质体 （metaplast）理论”。该理论假设焦炭的形成可由三个依次相 连的反应表示。反应I是解聚反应，该反应生成不稳定的中间相， 即所谓胶质体:
反应 II 为裂化过程，在该过程中焦油蒸发，非芳香基团脱 落、胶质体再固化形成半焦。
把上述问题简化为各个反应的差别仅仅在于活化能 Ei值不 同，而所有反应的koi=k0，及反应次数如此之多，以致于可以假 定活化能的变化是一个连续的统计分布函数 f(E) （图），这样， f(E)dE 就相当于活化能处于 E 和 E+dE 之间的一些分解反应所析 出的挥发分潜在数量的分数。因此有
dv0 = v0f(E)dE，
450
低 10
490
中 ~5
700
高 <2
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 31 55 31 800(中温干馏) 1 50.5 15~20 1~2 30 ~5 脂肪烃，芳烃 45 38 25 1000（高温干馏） >1 35~40 1.5 ~2 57 4~10 芳烃 55 25 19
2.3 影响煤热解过程的因素
在很高的加热速度 下，煤的最终总失重可 超过用工业分析方法测 得的挥发分。
2.3 影响煤热解过程的因素 2.3.4 压力和粒度
压力和粒度都是影响挥发分在煤的内部传递的参数，它们 都对失重速率和最终失重有影响。这些参数的影响取决于有效 气孔率（与煤化程度和煤岩组成有关）和释放出的物质的性质 （随温度而变化）。 煤热解所处的压力与失重呈反比关系。其原因是较低的压 力减小了挥发物逸出的阻力，因而缩短了它们在煤中的停留时 间。例如，将某种高挥发分烟煤以 650-750oC/s的升温速度加热 至 1000oC 时 ， 在 100 Pa 的 压 力 下 ， 失 重 约 为 54 ～ 55 ％ ； 在 0.1MPa 下约为 47 ～ 48 ％；在 9MPa 下约为 37 ～ 39 ％。同时，焦 油产率由约 32 ％降为 11 ％（ Wt ），气体产率由约 4 ％升为 7 ％ （重量）。