煤催化热解

煤催化热解制备高附加值燃料和化学品的研究进展作者：周先来源：《决策探索（中旬刊）》 2020年第12期文/周先摘要：煤热解是一种高效、低成本的生产液体燃料的方法，然而简单的裂解产物含有大量的氧合物，具有低热值、高黏度、低稳定性等负面特性。

使用催化剂是提高产品质量的有效途径。

文章综述了碳基材料催化裂解制备改性燃料的研究进展，并论述了碱金属、过渡金属氧化物、碳材料、固体酸分子筛和负载金属等催化剂对产品质量和组成的影响。

关键词：煤热解；煤催化；高附加值煤炭和煤炭产品在满足社会的能源需求方面发挥着重要作用。

它不仅可以用作能源，而且可以作为高附加值的化工原料和碳基材料。

从全球范围来看，煤炭在工业重要性和货币价值方面都是领先的大宗商品。

煤热解是一种比较简单有效的煤炭加工方法，能够将煤转化为可燃气体、固体煤焦和焦油等有用产品，其主要的高价值化学品存在于焦油中。

但煤含氧量高，导致焦油中有机氧含量高，不能直接作为燃料使用。

焦油中还含有有害元素硫，严重影响了其作为燃料的应用。

此外，煤热解产生焦油含有的50%左右重馏分物质，沸点往往高于360℃，其黏度较高，对热不稳定，可能会发生堵塞和质量减损而引起运行问题。

而且焦油的热解一般发生在高温下，导致能量利用率和焦油产率降低。

而煤催化热解是在适宜条件下提高煤热解焦油质量，是目前工业上提高能效的有效技术。

本文综述了近年来煤催化热解过程中催化剂的使用效率，比较各催化剂之间的优缺点，为煤催化热解转化为高价值化学品的研究提供一些参考。

一、煤催化热解技术煤催化热解是指煤在催化剂作用下的热解，它可以有效地控制热解产物的分布，从而提高高附加值液体和气体产品的收率，如芳烃和脂肪族化合物[1]。

煤催化往往使用各种碱金属、过渡金属氧化物、碳材料、固体酸分子筛和负载金属等催化剂，对煤的热解产物进行优化。

二、碱金属催化剂碱金属催化剂（(KCl、CaO、KOH、K2CO3）被利用于煤热解改质较早。

研究表明碱性催化剂对煤热解的影响主要可分为472℃～655℃和655℃～800℃两个区域。

煤热解原理煤热解是指在缺氧或有限氧气条件下，将煤在高温下分解为气体、液体和固体产物的过程。

这个过程可以通过热解反应来实现，其中煤的大分子结构被断裂，形成小分子化合物。

煤热解是研究煤化学转化和煤加工技术的重要内容，也是煤直接液化和煤间接液化等技术的基础。

煤热解的原理可以简单地描述为煤的热分解反应。

煤热解的过程可以分为三个主要阶段：预处理阶段、主热解阶段和残渣处理阶段。

首先是预处理阶段。

在这个阶段，煤被加热到较高的温度，使其脱水和挥发分解，并且生成一些低分子量的气体。

预处理阶段是煤热解过程中的关键步骤，因为它会直接影响主热解阶段的反应产物。

接下来是主热解阶段。

在这个阶段，经过预处理的煤在高温下继续分解。

主热解阶段是煤热解过程中产生大量气体和液体产物的阶段。

煤中的大分子结构被破坏，产生一系列小分子化合物，如甲烷、乙烷、苯、酚等。

这些产物可以进一步用于能源生产或化工工业。

最后是残渣处理阶段。

在主热解阶段结束后，残留物中仍然存在一些未反应的碳质物质。

这些残留物通常被称为焦炭或焦炭渣。

残渣处理阶段的目的是将这些残留物进行处理或回收利用。

焦炭可以作为燃料使用，或者进一步转化为其他有用的化学产品。

煤热解的原理可以用一系列化学反应来描述。

在预处理阶段，煤中的水分首先被蒸发，然后煤中的氧原子与煤中的氢原子结合，形成水。

在主热解阶段，煤中的碳原子开始分解，生成一系列小分子化合物。

在残渣处理阶段，未反应的碳质物质被转化为焦炭或焦炭渣。

煤热解的原理是研究煤加工和利用的基础。

通过了解煤热解的原理，可以更好地理解煤热解过程中的化学反应和产物形成机制。

这有助于优化煤热解工艺，提高煤的利用率和产品质量。

煤热解是将煤在高温下分解为气体、液体和固体产物的过程。

煤热解的原理可以通过热分解反应来描述，其中煤的大分子结构被破坏，形成小分子化合物。

煤热解是研究煤加工和利用的重要内容，对于提高煤的利用率和产品质量具有重要意义。

煤热解反应过程及影响因素煤热解是指在高温条件下，煤中的有机物质发生裂解反应，生成煤气、焦油和焦炭的过程。

煤热解过程是复杂的，受多种因素的影响。

本文将对煤热解过程及其影响因素进行详细介绍。

煤热解的过程可以分为三个阶段：干馏阶段、半焦阶段和焦化阶段。

干馏阶段是指在高温下，煤中的水分开始蒸发，煤中的挥发分开始释放出来。

在低温下，干馏产物主要是水蒸气和煤气，水蒸气通过煤热解反应生成的氢气和一氧化碳与煤气中的其他组分一起形成煤气。

随着温度的升高，煤中的焦油开始生成。

半焦阶段是指煤开始生成焦油和焦炭的阶段。

煤中的焦油是由挥发分在高温下裂解生成的。

焦油是一种复杂的有机化合物，包括苯、酚、芳烃等多种成分。

焦油的产量和组成与煤的种类、热解温度、热解时间等因素密切相关。

焦炭是由煤中的非挥发分在高温下生成的，焦炭的产量和质量受煤的热解温度、热解时间等因素的影响。

焦化阶段是指煤中的挥发分基本蒸发完全，只剩下焦炭的阶段。

在这个阶段，焦炭的生成速度较慢，但会伴随着一些较难热解的成分在高温下继续热解。

煤热解的影响因素有多种，包括煤的种类、煤粒度、热解温度、热解时间等。

煤的种类是影响煤热解的重要因素。

不同种类的煤含有不同的有机质成分，其热解产物的种类和组分也不同。

烟煤的焦炭含量较高，而无烟煤的焦炭含量较低。

煤的粒度对煤热解也有很大影响。

较细的煤粒容易发生充分的热传导，热解反应更加充分，产物分布更为均匀。

而较粗的煤粒则容易发生反应不充分，煤热解效果较差。

热解温度是影响煤热解产物的主要因素。

温度越高，煤热解反应速率越快，生成的焦油和焦炭含量也越高。

但是当温度过高时，焦油中的一些组分可能会进一步裂解或重组，使焦油的产量和质量下降。

煤热解是一种复杂的化学反应过程，受多种因素的影响。

煤的种类、粒度、热解温度和时间都会影响煤热解的产物分布和质量。

准确控制这些影响因素，可以提高煤热解的效果，优化煤热解过程。

煤的热解和结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 decom PO sition）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。

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）。

120℃前主要脱水，约200℃完成脱气（(CH4、CO2和N2)。

(2)第二阶段（Td～550℃)。

这一阶段的特征是活泼分解，以解聚和分解反应为主。

生成和排出大量挥发物（煤气和焦油），约450℃排出的焦油量最大，在450～500℃气体析出量最多。

烟煤约350℃开始软化，随后是熔融、粘结，到500℃时结成半焦。

烟煤（尤其是中等变质程度烟煤）在这一阶段经历了软化熔融、流动和膨胀直到再固化，出现一系列特殊现象，并形成气、液、固三相共存的胶质体。

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。

煤热解反应过程及影响因素摘要：介绍了煤热解的反应过程，并针对反应过程分析和总结了煤化程度、键断裂的速度和二次反应的程度、键断裂生成的自由基的稳定速度、催化作用对煤热解的影响。

关键词：煤热解；反应过程；影响因素1 煤热解简介煤的热解是指煤在惰性气氛下持续加热至较高温度时发生的一系列物理、化学变化的过程。

煤的热解过程可以形成煤气、焦油和半焦（或焦炭）三类产品，这三种形态的产物各具利用价值。

2 煤炭热解反应过程煤热解的一般过程为：煤受热后，煤结构中弱键断裂，生成气体、水和自由基，随着热解的进行，煤热解自由基会与氢自由基结合，形成稳定的挥发分；当温度继续升高时，部分挥发分蒸发，部分挥发分熔融，形成胶质体；紧接着胶质体受热分解成初级挥发产物——一次挥发物，一次挥发物在从颗粒内部传递到颗粒表面，再从颗粒表面传递到反应器外时，会发生二次缩聚和裂解反应，生成二次挥发物，同时伴随着半焦的生成。

进一步提高温度，半焦会继续缩聚，生成高强度的焦炭，同时伴随着少量热解气的产生。

上述描述的是炼焦煤的热解历程，低煤化程度的煤如褐煤，其热解历程也大致相似，但是褐煤热解过程中仅分解产生焦油、气体和粉状焦，不会形成胶质体。

3 影响煤炭热解的因素3.1 煤化程度煤化程度是煤热解过程最主要的影响因素之一。

煤化程度对煤热解产物分布的影响是因为不同煤种所具有的物理结构特征、化学结构特征、元素组成和含量不同，在热解过程中表现出的热塑性行为不同，以及这种热塑性对二次反应的影响也不同。

随煤化程度的增加，煤炭开始热解的温度逐渐升高。

3.2 键断裂的速度和二次反应的程度键断裂的速度和挥发分二次反应的程度主要与传热和传质有关。

在原料不变的情况下，影响传热、传质和二次反應的因素主要由煤热解工艺条件决定，包括：热解终温、加热速率、煤炭粒径、热解压力、停留时间等。

①热解温度不同，热解产物—焦油、半焦、煤气和水的比例不同，且差别较大，这是因为热是影响煤热解的首要因素。

煤热解反应过程及影响因素煤热解是指在高温条件下，煤的官能团和化学键被断裂，形成低分子量的挥发物、焦油和固体残渣等。

煤热解反应通常分为两个阶段：第一个阶段是煤的裂解和挥发，产生低分子量的气体和液体；第二个阶段是残体的炭化和烟化，产生固体炭质物和透明半焦等。

影响煤热解反应的因素有许多，主要包括以下几个方面：1.温度温度是影响煤热解反应的最主要因素之一。

一般情况下，需要在高温下进行煤的热解才能顺利进行。

煤的热解温度一般在400-1000℃之间，其中最适宜的温度范围为500-900℃。

温度过低时，会降低煤的反应速率和生成产物的转化率；而温度过高则会导致煤的热解反应失去选择性，甚至产生焦油的数量大幅增加。

2.煤种类不同煤种对煤热解反应也会产生不同影响。

同一种煤的热解反应产物也会因热解温度的不同而发生变化。

比如，高挥发分煤在低温下热解时，挥发性成分的产率很高，低分子量气体和液体产量占绝大部分。

而高温下，煤会炭化，形成较多的炭质物。

3.反应压力温度和压力是两个密切相关的因素。

煤在高温下的热解反应往往也需要较高的反应压力，这是由于压力的提高有助于挥发性成分的产生。

一些研究表明，在一定范围内提高反应压力有利于挥发性产物从煤中的析出。

4.反应时间反应时间是指煤在高温下进行热解的时间。

在长时间的热解反应中，煤的挥发成分和炭质成分都有可能被完全析出，形成焦油和气体。

热解反应时间的长度和反应条件也会影响产物的组成和分布。

一般来说，热解反应的时间越长，煤的完全转化率就越高，产生出的挥发性物质也会相对较多。

总之，煤热解反应的影响因素比较多。

在实际应用中，需要根据具体的需求，选择合适的温度、煤种、反应压力和反应时间等，以达到最大的效益。