煤化学第二版课件 教学课件 ppt 作者 朱银惠 主编第5章 煤的工艺性质.ppt

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）。 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120℃以前脱去煤中的游离水；120～200℃脱去煤所吸附的气体如CO、CO2和CH4等；在200℃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300℃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。 图5-1 典型烟煤的热解过程 二、热解过程中的化学反应 1．有机化合物热解过程的一般规律 煤的热解是煤有机质大分子中的化学键的断裂与重新组合。 有机物中主要的几种化学键的键能见表5-1 （1） 在相同条件下，煤中各有机物的热稳定次序是：芳香烃环烷烃炔烃烯烃开链烷烃。 （2） 芳环上侧链越长越不稳定，芳环数越多其侧链越不稳定，不带侧链的分子比带侧链的分子稳定。例如，芳香族化合物的侧链原子团是甲基时，在700℃才断裂；如果是较长的烷基，则在500℃就开始断裂。 （3） 缩合多环芳烃的稳定性大于联苯基化合物，缩合多环芳烃的环数越多（即缩合程度越大），热稳定性越大。 2．煤热解中的主要化学反应（1） 分解温度（300～350℃）以下的反应 析出的物质有CO、CO2.H2O（化学结合的）、H2S（少量）、甲酸（痕量）、草酸（痕量）和烷基苯类（少量）。其中CO、CO2.H2O等主要起源于化学吸附表面配合物（如过氧化、氢物或氢过氧化物）或包藏在煤中的化合物。脱羟基作用、脱羧基作用和含氧方式的 重排等。 第二节 煤的黏结和成焦机理一、胶质体的来源和性质 1.胶质体的概念 当煤样在隔绝空气条件下加热至一定温度时，煤粒开始分解并有气体产物析出，随着温度的不断上升，有焦油析出，在350～420℃时，煤粒的表面上出现了含有气泡的液相膜，此时液相膜开始软化，许多煤粒的液相膜汇合在一起，形成了气、液、固三相为一体的黏稠混合物，这种混合物称为胶质体。 2.胶质体的来源 （1） 煤热解时结构单元之间结合比较薄弱的桥键断裂，生成自由基，其中一部分分子量不太大，含氢较多，使自由基稳定化，形成液体产物； （2） 在热解时，结构单元上的脂肪侧链脱落，大部分挥发逸出，少部分参加缩聚反应形成液态产物； （3） 煤中原有的低分子量化合物——沥青受热熔融变为液态； （4） 残留固体部分在液态产物中部分溶解和胶溶。 3.胶质体的性质 （1）稳定性：温度间隔△T （2）透气性：阻碍气体析出的难易程度 （3）流动性：流动度 （4）膨胀性：膨胀压力 1.煤黏结成焦机理概述 要使煤黏结得好，应满足下列条件： （1） 具有足够数量的高沸点液体，能将固体粒子表面润湿，并将粒子间的空隙填满； （2） 胶质体应具有足够大的流动性、不透气性和较宽的温度间隔； （3） 胶质体应具有一定黏度，有一定气体生成量，能产生膨胀； （4） 黏结性不同的煤粒应在空间均匀分布； （5） 液态产物与固体粒子间应有较好的附着力； （6） 液态产物进一步分解缩合得到的固体产物和未转变为液相的固体粒子本身要有足够的机械强度。 2.影响焦炭强度的主要因素 （1） 煤热解时生成胶质体的数量多，流动性好，热稳定性好，形成液晶相的能力强，则黏结性好，焦炭强度高； （2） 煤中未液化部分和其他惰性物质的机械强度高，与胶质体的浸润能力和附着力强，同时分布均匀，则焦炭强度高； （3） 焦炭气孔率低，气孔小，气孔壁厚和气孔壁强度高则焦炭强度高； （4） 焦炭裂纹少则强度高。 第三节 煤的黏结性（结焦性）指标 概念：黏结性是指煤在隔绝空气条件下加热时，形成具有 可塑性的胶质体，黏结本身或外加惰性物质的能力。 煤的结焦性是指在工业条件下将煤炼成焦炭的性能。 煤的黏结性和结焦性关系： 结焦性包括保证结焦过程能够顺利进行的所有性质， 黏结性是结焦性的前提和必要条件。黏结性好的煤，结焦 性不一定就好（如肥煤）。但结焦性好的煤，其黏结性一定好。 测定煤黏结性和结焦性的方法可以分为以下三类： （1） 根据胶质体的数量和性质进行测定，如胶质层厚度、基氏流动度、奥亚膨胀度等。 （2） 根据煤