第五章煤的工艺性质.pptVIP

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、煤的黏结性学说 第二节 煤的黏结和成焦机理二、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 煤开始固化温度（ ）与开始软化温度（ ）之间的范围为胶质体的温度间隔（ ），即 。它表示煤粒处在胶质体状态所停留的时间，也反映了胶质体的热稳定性。如果温度间隔大，则胶质体停留时间长，其热稳定性好，煤粒间有充分的时间互相接触，有利于黏结。反之，胶质体停留时间短，很快分解，煤粒间的黏结性也差。 （2）透气性：阻碍气体析出的难易程度 煤热解的挥发产物，通过胶质体时克服所受到的阻力而析出的能力，表示胶质体的透气性。透气性对煤的黏结性影响较大，若透气性差，则膨胀压力大，有利于黏结。反之，若胶质体的透气性好或液相少，液相不能充满颗粒之间，气体容易析出，则膨胀压力小，不利于黏结。 （3）流动性：流动度 煤在胶质状态下的流动性，对黏结性影响较大。常以胶质体的流动度来衡量。如果胶质体的流动性差，不利于煤粒间或与惰性物质之间的相互接触，则煤的黏结性差。反之则有利于煤的黏结。 （4）膨胀性：膨胀压力 煤在胶质状态下，由于气体析出和胶质体的不透气性，使胶质体产生膨胀。若体积膨胀不受限制，则称自由膨胀，若体积膨胀受到限制，就会产生一定的压力，称为膨胀压力。一般膨胀性大的煤，黏结性好，反之则较差。 胶质体的性质主要是由胶质体中的液相的数量和性质所决定的，它直接影响煤的黏结。同时，胶质状态下气体析出量及析出的速度，以及固相产物数量等均对煤的黏结性有重要的影响。 1．关于中间相理论的基本概念 （1）液晶 液晶是指某些分子量较高、分子结构较长的芳烃化合物。它们既有液体的流动性和表面张力，又具有晶体的光学各向异性。如当温度高于液晶相的上限，则液晶就变成液体，光学异性消失，成为各向同性的液体；如温度低于