煤的黏结和成焦机理

煤的热解与粘结成焦煤的热解是指煤在隔绝空气或在惰性气体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反应的复杂过程。

粘结和成焦则是煤在一定条件下的热解的结果。

由于命名尚未统一，除“热解”(Pyrolysis）这一名称外，还常用“热分解”(thermal decomposition）和“干馏”(carbonization)等术语。

煤的热加工是当前煤炭加工中最重要的工艺，大规模的炼焦工业是煤炭热加工的典型例子。

研究煤的热解与煤的热加工技术关系极为密切，对煤的热加工有直接的指导作用，例如，对于炼焦工业可指导正确选择原料煤，探索扩大炼焦用煤基地的途径，确定最佳工艺条件和提高产品质量。

此外，还可以对新的热加工技术的开发，如高温快速热解，加氢热解和等离子热解等起指导作用。

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。

此外，煤的热解是一种人工炭化过程，与天然成煤过程有些相似，故对热解的深入了解有助于对煤化过程的研究。

炼焦是将煤放在干馏炉中加热，随着温度的升高(最终达到1000℃左右)。

煤中有机质逐渐分解，其中，挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出，成为煤气和煤焦油，残留下的不挥发性产物就是焦炭。

焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石，提供热能和支撑炉料，保持炉料透气性能良好的作用。

因此，炼焦用煤的质量要求，是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的。

1 粘结性烟煤受热时发生的变化煤在隔绝空气条件下加热时，煤的有机质随温度升高发生一系列变化，形成气态（干馏煤气）、液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。

煤的热解过程大致可分为三个阶段：(1)第一阶段（室温到350～400℃ )。

从室温到活泼热分解温度（Td，除无烟煤外一般为350～400℃），称为干燥脱气阶段。

褐煤在200℃以上发生脱羧基反应，约300℃开始热解反应，烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热作用（主要是缩合作用）。

煤的黏结成焦1．1 煤的成焦过程机理烟煤是组成复杂的高分子有机物混合物。

它的基本结构单元是不同缩合程度的芳香核，其核周边带有侧链，结构单元之间以交联键连接。

高温炼焦过程可分为以下四个阶段。

(1)干燥预热阶段煤由常温逐渐加热到350℃，失去水分。

(2)胶质体形成阶段当煤受热到350一480℃时，一些侧链和交联键断裂，也发生缩聚和重排等反应，但是次要的，形成分子量较小的有机物。

教结性煤转化为胶质状态，分子量较小的以气态形式析出或存在于胶质体中，分子量最大的以固态形式存在于胶质体中，形成了气、液、固三相共存的胶质体。

由于液相在煤粒表面形成，特许多粒子汇集在—起，所以，胶质体的形成对煤的联结成焦十分重要，不能形成胶质体的煤，没有豹结性，部结性好的煤，热解时形成的胶质状的液相物质多，而且热稳定性好。

又因为胶质体透气性差，气体析出不易，故产生一定的膨胀压力。

(3)半焦形成阶段当温度超过胶质体固化温度480一650℃时，液相的热缩聚速度超过其热解速度，增加了气相和固相的生成，煤的胶质体逐渐固化，形成半焦。

胶质体的固化是液相缩聚的结果，这种缩聚产生于液相之间或吸附了液相的固体颗粒表面。

(4)焦炭形成阶段当温度升高到650一1000℃时，半焦内的不稳定有机物继续进行热分解和热缩聚，此时热分解的产物主要是气体，前期主要是甲烷和氢，随后，气体分子量越来越小，750℃以后主要是氢。

随着气体的不断析出，半焦的质量减少较多，因而，体积收缩。

由于煤在于馏时是分层结焦的，在同—时刻，煤料内部各层所处的成焦阶段不同，所以收缩速度也不同；又由于煤中有惰性颗粒，故而产生较大的内应力，当此应力大于焦饼强度时，焦饼上形成裂纹，焦饼分裂成焦块。

煤炭焦化过程及结焦机理分析煤炭焦化是指将煤炭在高温下进行热解，形成焦炭的化学反应过程。

在焦化过程中，煤炭经历一系列复杂的化学和物理变化，最终转化为焦炭和其他副产品。

了解煤炭焦化的过程和机理，对于优化焦炭质量和提高焦炉效率至关重要。

煤炭焦化的主要过程包括干馏、热解和结焦。

在干馏阶段，煤炭受热并脱水，释放出挥发性成分，形成干馏气。

在热解阶段，挥发性成分进一步分解为可燃性气体和焦油。

在结焦阶段，焦油在炉料中形成润滑剂，使煤炭颗粒结合并形成焦炭。

焦化过程的机理涉及复杂的物理和化学变化。

首先，煤炭在高温下发生热解反应，产生大量的挥发性成分，包括气体和液体。

这些挥发性成分主要由氢、氧、碳和氮组成，它们在高温环境下发生一系列化学反应，包括裂解、重组、重排和气化等反应。

热解过程中的关键反应是裂解反应，即长链分子的断裂形成较短的碳链和气体。

裂解反应会在煤炭中产生发生烃类化合物、多环芳烃和杂原子化合物等。

这些化合物根据其结构和碳数可以进一步分为轻油、中油和重油，其中轻油主要是烃类、酚类等气体和液体。

同时，也形成了一些固体残炭。

结焦阶段是焦化过程中的关键步骤。

焦炭是由煤炭颗粒之间的浸润和结合而形成的。

焦油在高温下能够渗透入煤炭颗粒之间的孔隙中，形成润滑剂。

润滑剂的存在促进了煤炭颗粒之间的接触和结合，使其形成固体焦炭。

焦炭的质量可以通过控制焦化过程的操作条件来优化。

例如，适当的升温速率可以提高焦炭的强度，而较长的加热时间可以增加焦炭的密度。

此外，控制煤炭的组分和结构，如挥发分含量、反应活性和孔隙分布等，也可以影响焦炭的质量。

总而言之，煤炭焦化是一个复杂的过程，涉及煤炭分子结构的热解、裂解和重组。

了解焦化机理，可以帮助优化焦炭质量和提高焦炉效率。

通过控制焦化过程的操作条件和煤炭的组分，可以得到具有优良性能的焦炭产品。

煤的粘结性与结焦性一、煤的粘结性与结焦性煤的粘结性是指粒度小于 0.2mm 的煤，在隔绝空气受热后粘结自身或其他惰性物质成为焦块的能力; 煤的结焦性是指上述煤粒在隔绝空气受热后生成具有一定块度和足够强度的优质焦炭的能力。

煤的粘结性和结焦性是煤的极为重要的性质，是两个既有区别，又有联系的概念，一般很难将其严格区分开来。

煤的粘结性强是结焦性好的必要条件，即是说结焦性好的煤，它的粘结性肯定为好;结焦性差的煤，其粘结性必定不好; 没有粘结性的煤，不存在结焦性。

从而看出，煤的粘结能力在一定程度上反映了煤的结焦性。

有时，粘结性好的煤，其结焦性不一定就好，这里面存在着胶质体的质量问题。

如有的气肥煤，粘结性很强，但生成的焦炭裂隙多，机械强度差。

所以，其结焦性并不好。

表征煤的粘结性和结焦性的指标很多：烟煤粘结指数(GR.I)和罗加指数(R.I)属于粘结性指标，胶质层厚度 y 值既能反映煤的粘结性，又能表征煤的结焦性，其他如奥亚膨胀度和葛金干馏等指标，则很难说它们表征是煤的粘结性还是结焦性等。

1.煤的胶质层指数煤的胶质层指数是原苏联尼·萨保什尼科夫(L.M.Sapozhnikov)等人在 1932 年提出的一种姆·测定煤的粘结性和结焦性的方法。

主要是测定煤的胶质层最大厚度 y 值、最终体积收缩度 x 值和体积曲线类型等三个参数和描述焦炭的特性等。

胶质层指数的测定简介如下： (1)方法概要。

称取 100g 粒度小于 1.5mm 的煤样装入一定规格的钢制煤杯中，在煤杯上面加压力盘，在煤杯下面进行单侧加温。

当温度升到一定数值后，在杯内形成一系列的等温层面。

在温度升到煤的软化点以上时，煤就开始软化并形成粘稠状的流体即胶质体，由胶质体形成的各层称为胶质层。

温度继续升高到胶质体开始固化时，煤就固化成半焦。

由于煤杯是从底部加热的，煤杯内的煤样通常可分为上部未软化层、中部胶质体层和下部半焦层三部分。

在整个测定过程中，煤杯下部开始生成胶质体时，胶质层较薄。

第二章煤的生成一、腐植煤的成煤作用过程1、从植物死亡，堆积到转变为煤经过一系列复杂的演变过程，此过程称为成煤作用。

成煤作用可划分为两个阶段：即泥炭化作用和煤化作用。

（1）泥炭化作用：高等植物残骸在泥炭沼泽中，经过生物化学和地球化学作用演变成泥炭的过程。

（2）煤化作用：泥炭在以温度和压力为主的作用下变化为煤的过程。

2、煤化作用包括成岩作用和变质作用两个连续的过程。

在温度和压力影响下，泥炭进一步变为褐煤（成岩作用），再由褐煤变为烟煤和无烟煤（变质作用）。

褐煤影响煤变质的因素主要有温度、压力和时间。

第三章煤岩学一、煤岩学研究方法分为宏观研究法和微观研究法。

宏观方法：肉眼或放大镜观察；微观方法：用显微镜研究；二、煤的显微组分，按其成因和工艺性质的不同可分为镜质组、壳质组、惰性组三大类，研究煤结构时一般采用镜质组作为研究对象。

第四章煤的结构一、煤的结构包括大分子结构和物理空间结构。

1、煤大分子结构：多个相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的，这种基本结构单元分为分规则和不规则两部分。

（1）规则部分由几个或十几个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元的核或芳香核。

（2）不规则部分是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团（含氧、硫、氮官能团）；含氧官能团：羟基、羧基、羰基、甲氧基、醚键；含硫官能团：硫醇、硫醚、二硫醚、硫醌、杂环醚；含氮官能团：六元杂环、吡啶环、喹啉环；2、煤结构模型的分为化学结构模型和物理结构模型。

化学结构模型：Fuchs Given、Wiser、本田、Shinn结构模型等；物理结构模型：Hirsch模型、交联模型、两相模型、单相模型；二、煤大分子结构的现代概念1、煤是三维空间高度交联的非晶质的高分子缩聚物；2、结构单元的核心是缩合芳香核；3、结构单元的周边有不规则部分；4、结构单元之间由桥键连接；5、氧、氮、硫的存在形式；6、低分子化合物；7、煤化程度对煤结构的影响第五章煤的工业分析和元素分析一、煤是由无机组分和有机组分组成。

粘结性与结焦性粘结性与结焦性煤的粘结性和结焦性是炼焦用煤最重要的工艺性质。

炼焦煤（或配煤）必须具有较好的粘结性和结焦性，才能炼出优质焦炭。

煤的粘结性是指粉煤在隔绝空气条件下加热，经过胶质状态生成块状半焦的能力。

煤的结焦性是在工业炼焦条件下（或模拟工业炼焦条件下）单种煤（或配煤）生成优质冶金焦的性能。

煤的粘结性与结焦性密切相关，粘结性是结焦性的前提和条件。

结焦性好的煤，粘结性一定好；而反过来，粘结性好的煤，不一定结焦性好。

有的煤粘结性好，但炼出的焦炭强度低，块度小，其结焦性并不很好。

煤的粘结性和结焦性是评价炼焦用煤的重要指标，其他热加工（气化、低温干馏）和动力用煤也需用这一指标。

煤能否粘结以及粘结性好坏取决于煤热解时形成胶质体的数量和质量。

一般来讲，在相同的加热条件下，煤所产生的液体量愈多，形成的胶质体的量也愈多，粘结性也就愈好。

为什么有的煤热解时产生的液体量多，有的少甚至没有呢？根本原因在于煤的组成和结构不同：煤化程度低的煤（褐煤、长焰煤），分子结构中侧链多，含氧量高，而氧和碳之间结合力最差，热解时多数呈气态产物挥发，液体产物数量少，并且热稳定性差，所以没有粘结性或粘结性很差；煤化程度高的煤（贫煤、无烟煤）虽然含氧量少，但侧链数目少，侧链短，热解时大部分生成气体（氢气），几乎没有液体生成，所以没有粘结性或很差，只有中等煤化程度的煤，侧链的数目中等，并且含氧量较少，煤热分解产物中液体量较多，热稳定性高，形成胶质体的数量多，因而粘结性好。

煤的粘结性和结焦性指标及其测定表示煤的粘结性和结焦性的指标很多，有的测定胶质层的数量和性质，有的测定焦炭的强度，有的则依据对焦炭外型的观察。

下面介绍几种常用的粘结性和结焦性指标及其测定方法煤质检测分析（一）胶质层指数胶质层指数法主要测定胶质层最大厚度值、最终收缩度值以及体积曲线类型三个指标。

此外，通过对煤杯中焦炭的观察和描述，得到焦炭技术特征等资料。

此法在原苏联、东欧和我国广泛使用，是我国煤炭分类和评价炼焦用煤及配煤炼焦的主要指标。