煤的热分解-
- 格式：ppt
- 大小：3.29 MB
- 文档页数：72
下载文档原格式
合集下载
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。
【精品】煤的热解
【关键字】精品第五章煤的工艺性质煤的工艺性质是指煤在一定的加工工艺条件下或某些转化过程中呈现的特性。
如煤的黏结性、结焦性。
第一节煤的热解一、热解过程1.煤的热解定义将煤在惰性气氛中（隔绝空气的条件下）持续加热至较高温度时发生的一系列物理变化和化学反应生成气体（煤气）、液体（煤焦油）和固体（半焦或焦炭）的复杂过程称为煤的热解（pyrolysis）、或煤的干馏、煤的炭化（carbonization）。
2.煤的热解分类按热解终温分三类：低温干馏（500～）中温干馏（700～）高温干馏（950～）3.煤的热解过程大致可分为三个阶段：（1）第一阶段：室温～活泼分解温度Td（300～350℃）即煤的干燥脱吸阶段。
煤的外形基本上没有变化。
在以前脱去煤中的游离水；120～脱去煤所吸附的气体如CO、CO2和CH4等；在以后，年轻的煤如褐煤发生部分脱羧基反应，有热解水生成，并开始分解放出气态产物如CO、CO2.H2S等；近时开始热分解反应，有微量焦油产生。
烟煤和无烟煤在这一阶段没有显著变化。
（2）第二阶段：活泼分解温度Td～600℃这一阶段的特征是活泼分解。
以分解和解聚反应为主，生成和排出大量挥发物（煤气和焦油）。
气体主要是CH4及其同系物，还有，为热解一次气体。
焦油在时析出的量最大，气体在450～时析出的量最大。
烟煤在这一阶段从软化开始，经熔融、流动和膨胀再到固化，出现了一系列特殊现象，在一定温度范围内产生了气、液、固三相共存的胶质体。
（3）第三阶段（600～1000℃）又称二次脱气阶段。
以缩聚反应为主，半焦分解生成焦炭，析出的焦油量极少。
一般在时缩聚反应最为明显和激烈，产生的气体主要是H2，仅有少量的CH4，为热解二次气体。
随着热解温度的进一步升高，约在750～，半焦进一步分解，继续放出少量气体（主要是H2）。
同时分解残留物进一步缩聚，芳香碳网不断增大，排列规则化，密度增加，使半焦变成具有一定强度或块度的焦炭。
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。
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。
煤热解原理(一)
煤热解原理(一)煤热解什么是煤热解煤热解是一种将煤转化为有用化学品和能源的过程。
它是一种煤化学处理技术，通过在高温和缺氧条件下对煤进行加热分解，将煤中的有机物转化为气体、液体和固体产品。
煤热解原理煤热解的原理是在充分加热的情况下，煤中的有机质分解产生气体、液体和固体副产品。
这个过程可以通过以下几个步骤来解释：1.脱挥发分：在煤热解过程中，首先煤中的挥发分会被蒸发出来，形成煤气。
这个过程被称为脱挥发分。
2.减挥发分：继续升温将煤中的有机质分解为液体和固体产物，同时释放出大量的气体。
这个过程被称为煤减挥发分。
3.炭化反应：在高温下，煤中的碳会逐渐形成炭化物。
这个过程类似于煤变为焦炭的过程。
煤热解产品煤热解可以产生多种产品，包括以下几类：1.煤气：煤热解过程中，脱挥发分释放出的气体可以被收集，经过净化后可用于发电、供热等用途。
2.煤焦油：煤热解过程中，减挥发分产生的液体产品。
煤焦油可以用于制备化工原料、润滑油等。
3.煤焦炭：煤热解过程中，炭化反应产生的固体产物。
煤焦炭常用于炼钢、制造电极等领域。
煤热解技术应用煤热解技术在能源和化工领域有广泛的应用，包括以下几个方面：1.煤热解发电：通过煤热解产生的煤气，可以用于发电，减少对传统燃煤发电的依赖，降低对环境的影响。
2.煤热解化学品制备：通过煤热解产生的煤焦油，可以制备出各种化工原料，例如苯、甲醇等，为化工行业提供了新的原料来源。
3.煤热解炼钢：煤焦炭作为高质量的炭素材料，被广泛应用于炼钢过程中，提高了炼钢的效率和产品质量。
煤热解的优势和挑战煤热解作为一种煤化学处理技术，具有以下优势和挑战：优势：•能源多样化：煤热解可以将煤转化为多种形式的能源，减少对石油等传统能源的依赖。
•化工原料多样性：煤热解可以产生多种化工原料，为化工行业提供了更多的选择。
•低碳排放：煤热解过程中可以控制废气中的排放物，降低了温室气体的排放。
挑战：•高温高压条件：煤热解需要在高温高压的环境下进行，对设备和工艺条件要求较高。
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高温下，煤发生气化和裂解反应，产生煤气、液体和固体残渣等化学物质的过程。
热解反应中产生的化学物质，除了对煤本身具有重要的意义之外，还是一类重要的原料，可以用来制备燃料、化工原料和高值化学品等。
1. 热解反应过程煤热解反应中分为五个阶段：加热期、干馏期、煤焦油蒸馏期、煤焦油反应期和残渣炭化期。
第一阶段：加热期加热期是煤在300°C以下的温度区域中快速升温的阶段，此时，煤中空气和水被去除，挥发物含量增大，质量减轻。
第二阶段：干馏期干馏期是煤在300°C~500°C温度区域内发生蒸馏的阶段，此时，煤转化为蒸馏气和干馏残炭两部分，其中，蒸馏气主要是低级烃和气体，有些能够进一步转化为液体，干馏残炭是具有活性的炭。
第三阶段：煤焦油蒸馏期煤焦油蒸馏期是煤在500°C~700°C温度区域内发生煤焦油的蒸馏阶段，此阶段煤焦油的生成速度比干馏残炭的生成速度更快。
第四阶段：煤焦油反应期煤焦油反应期是指煤在700°C~900°C的温度区域内发生的化学反应阶段，此时煤中的芳香族化合物开始分解，生成大量各种碳氢化合物，包括乙烯、苯、甲苯、萘等烃类化合物。
第五阶段：残渣炭化期残渣炭化期是指煤在900°C以上的高温下，固体残渣中的有机物开始炭化，生成焦炭、热裂产物等，炭质组分基本稳定，反应也基本结束。
2. 影响因素煤热解反应受多种因素的影响，主要包括煤种、煤粒度、反应温度、反应气氛、反应时间和反应压力等。
（1）煤种由于不同煤种中化学组分差异很大，因此煤种对煤热解反应影响很大。
比如，烟煤中水分、灰分、硫分较高，而焦煤中挥发分较低，这些因素都会影响煤热解反应的过程和产物分布。
（2）煤粒度煤颗粒大小会影响先进的热传递和质量传递过程，进而影响煤热解反应。
当煤炭颗粒越小时，热传递和质量传递速率就越快，因此煤粉中具有明显的爆炸性。
煤热解和低阶煤热解
煤热解和低阶煤热解
煤热解，也被称为煤的干馏或热分解，是一种在隔绝空气的条件下对煤进行加热的复杂过程。
在这个过程中，煤会在不同的温度下经历一系列的物理变化和化学反应。
煤热解的结果是生成煤气、焦油、焦炭等产品。
焦油可以进一步加工成汽油、柴油和喷气燃料等石油替代品，而煤气则是一种方便使用的燃料，可以作为天然气的替代品。
低阶煤热解是煤热解的一种特殊情况，主要针对的是低阶煤，如褐煤和次烟煤等。
这些煤种资源丰富，具有挥发分高、反应活性高的特点。
低阶煤热解的主要目的是获取煤中的高附加值的油气成分以及高碳含量的半焦产品，实现低阶煤的分级利用，提高能源利用效率和经济价值。
低阶煤热解后的半焦化学性质稳定，适合于长距离运输，同时热值较高、S、N含量较低，相比于直接燃煤更加高效清洁。
煤热解和低阶煤热解在技术和应用上也有所不同。
煤热解技术经过100多年的发展，已经形成了适用于不同煤种及目标产品的高温热解（炼焦）及中低温热解技术。
而低阶煤由于其特殊的煤质结构，适宜进行中低温热解。
目前，国内已经开发出了多种低阶煤热解技术，如内热式直立炉热解工艺等。
总的来说，煤热解和低阶煤热解都是煤炭资源利用的重要手段，但低阶煤热解更注重于获取高附加值的化工原料和清洁燃料，实现低阶煤的高效清洁利用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
T
利用4个参数 v0、E。、σ 和 k0，就可将煤析出挥发分的实 验数据关联起来。
2.3 影响煤热解过程的因素 2.3.1 煤阶 在相近的热解条件下，煤阶对挥发分析出速度的影响表明 它和煤的化学成熟程度有明显的关系。随着碳含量的增加和相 应的挥发分的减少，活泼分解趋向于在越来越高的温度下和越 来越窄的温度范围内进行，最大失重速率和最后的总失重逐渐 减小。 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。
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ห้องสมุดไป่ตู้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：
研究主体： 胶质体生成动力学；脱气动力学。
2.2 煤的热解机理及动力学 2.2.1 煤热解反应模型
煤热解反应历程
2.2 煤的热解机理及动力学 单一的不可逆分解反应: 煤—→半焦+挥发产品 连续的分解反应（Van Krevelen）: 煤—→中间塑性体—→半焦 + 一次挥发产品 ↓ 焦炭 + 二次挥发产品
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
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
产品 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
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。
过程 蒸馏+热解 脱羧基 脱羰基 开环 脱羟基 脱烷基 开环
2.2 煤的热解机理及动力学 煤热解机理及其动力学研究内容： 煤在热解过程中的反应种类、反应历程、反应产物、反应 速度、反应控制因素以及反应动力学常数（反应速度常数和反 应活化能等）。这些研究对认识煤化学、炭化、气化和燃烧很 重要，并可提供过程规模放大和反应器设计的依据。 煤热解动力学研究方法： 等温动力学；非等温动力学。
dv k (v 0 v ) dt
式中 k为反应速度常数，v 和 v0为 t 和 t∞时析出的气体体积。k 一般用阿累尼乌斯方程式关联。 上式所描述的热解反应中，预示析出挥发物的数量随时间 推进而渐近地增加，一直到t=∞时达到其最大值。这与经常观 察到的在一定反应时间出现挥发产品各个成分的最大产率，尤 其是碳氢化合物及焦油的最大产率相矛盾。此外，v0值与热解 过程的终温有关。
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。
2.2 煤的热解机理及动力学 1）单一不可逆分解反应模型 认为煤颗粒体积内均匀发生的一级不可逆分解反应。挥发 分析出速度：
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）。
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，% 450 低 10 490 中 ~5 700 高 <2
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。
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：
v0 v 1 v0 2
( E E0 ) 2 E exp[ k 0 exp( RT )dT 2 2 ]dE 0 0
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：
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
H2，%
CH4，% 发热量，MJ/m3
31
55 31
45
38 25
55
25 19
2.3 影响煤热解过程的因素 2.3.3 加热速度