煤的热分解(PPT)

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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响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，残留的固体那么(nàme)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根底。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说明煤的分子结构。第一页，共七十三页。

1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(méiqì)〕、液态〔焦油〕和固态〔半焦或焦炭〕产物。2.1煤的热分解过程(guòchéng)第二页，共七十三页。

2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〕为枯燥(kūzào)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以上发生脱羧基反响。含氧化合物的析出源于包藏物、化学吸附外表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200-250oC；褐煤为250-350oC；烟煤为350-400oC；无烟煤为400-450oC。2.1煤的热分解过程(guòchéng)第三页，共七十三页。

3第二阶段〔Td～550oC〕活泼分解阶段，以解聚和分解反响(fǎnxiǎng)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，这说明半焦生成过程中缩聚反响(fǎnxiǎng)并不太明显。2.1煤的热分解过程(guòchéng)第四页，共七十三页。

4第三阶段〔550～1000oC〕又称二次脱气阶段。经过活泼分解之后留下的半焦几乎全部是芳构化的，其中仅含少量非芳香碳，但有较多的杂环氧、杂环氮和杂环硫保存下来。此外，还有一局部醚氧和醌氧。随着温度的不断升高，半焦逐渐变成焦炭。这一阶段的反响以缩聚为主。析出的焦油量极少，挥发分主要是多种烃类气体(qìtǐ)、氢气和碳的氧化物。气体(qìtǐ)产物中占主要地位的是H2和CO，伴有少量GH4和CO2。氢主要是由芳香局部的缩聚作用产生，而碳的氧化物的来源是热稳定性较好的醚氧、醌氧和氧杂环。焦炭的挥发分小于2％，芳香核增大，排列的有序性提高，结构致密、坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，另一方面焦炭本身的密度增加，体积收缩，导致生成许多裂纹，形成碎块。2.1煤的热分解过程(guòchéng)第五页，共七十三页。

5高挥发分烟煤热解〔升温速度1.8oC/min〕过程(guòchéng)中气体产物的析出情况2.1煤的热分解过程(guòchéng)第六页，共七十三页。

6煤热解过程的化学(huàxué)反响产品来源过程焦油+液体CO2CO(<500oC)CO(>500oC)H2OCH4+C2H6H2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健蒸馏+热解脱羧基脱羰基开环脱羟基脱烷基开环2.1煤的热分解过程(guòchéng)第七页，共七十三页。

7煤热解机理及其动力学研究内容：煤在热解过程中的反响种类、反响历程、反响产物、反响速度、反响控制因素以及反响动力学常数〔反响速度常数和反响活化能等〕。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响器设计的依据。煤热解动力学研究方法：等温动力学；非等温动力学。研究主体：胶质体生成(shēnɡchénɡ)动力学；脱气动力学。2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第八页，共七十三页。

82.2.1煤热解反响(fǎnxiǎng)模型煤热解反响(fǎnxiǎng)历程2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第九页，共七十三页。

9单一的不可逆分解反响(fǎnxiǎng):煤—→半焦+挥发产品连续的分解反响〔VanKrevelen〕:煤—→中间(zhōngjiān)塑性体—→半焦+一次挥发产品↓焦炭+二次挥发产品两个平行的不可逆分解(fēnjiě)反响〔Kobayashi〕:固体残留物+挥发分煤＜固体残留物+挥发分2.2煤的热解机理及动力学第十页，共七十三页。

10多个平行连续的分解反响(fǎnxiǎng)〔ReidelbachSummerfield〕半焦+一次气体↑中间残留物+一次气体／煤—→活化煤半焦+二次气体＼／中间残留物+一次焦油＼↓二次气体半焦+一次气体2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十一页，共七十三页。

11克瑞威仑〔Krevelen〕等人对煤的可塑行为提出“胶质体〔metaplast〕理论〞。该理论假设焦炭的形成可由三个依次相连的反响表示。反响I是解聚反响，该反响生成(shēnɡchénɡ)不稳定的中间相，即所谓胶质体:2.2.2胶质体反响(fǎnxiǎng)动力学模型反响II为裂化过程，在该过程中焦油蒸发，非芳香基团脱落(tuōluò)、胶质体再固化形成半焦。2.2煤的热解机理及动力学第十二页，共七十三页。

12反响III是二次脱气反响，在该反响中通过释放甲烷或在更高温度下释放氢使半焦密度增加(zēngjiā)，最后形成炭:式中k1、k2和k3为反响速度(sùdù)常数。2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十三页，共七十三页。

13煤成焦过程反响动力学模型的建立：解聚和裂化反响都是一级反响，因此可以假定反响I、II及反响III都是一次反响。这样(zhèyàng)，焦炭形成的动力学可用以下三个方程式描述：式中t表示时间(shíjiān)；P、M、G和R表示反响物P、中间产物M和反响产物G和R的质量。2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十四页，共七十三页。

14根本假设(jiǎshè)：析出挥发分速度等于分解速度，不考虑二次反响。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。2.2.3脱挥发分反响(fǎnxiǎng)动力学模型2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十五页，共七十三页。

15式中k为反响速度常数，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响中，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=∞时到达其最大值。这与经常观察到的在一定(yīdìng)反响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。1〕单一不可逆分解反响模型认为煤颗粒(kēlì)体积内均匀发生的一级不可逆分解反响。挥发分析出速度：2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十六页，共七十三页。

16式中ki表示(biǎoshì)分解反响i的速度常数。在等温条件下积分上式得:2〕多个平行的不可逆分解反响模型假设煤的热分解是由许多独立的代表了煤分子(fēnzǐ)内不同键的断裂的化学反响所组成。煤分子(fēnzǐ)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响。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响。起源于煤结构内部特定反响i的挥发物释放的速率就可以描述为：vi、k0i、Ei必须通过(tōngguò)实验确定，在这种无穷多反响的情况下不可能解析模型。2.2煤的热解机理及动力学第十七页，共七十三页。

17把上述问题简化为各个反响的差异仅仅在于活化能Ei值不同，而所有反响的koi=k0，及反响次数如此之多，以致于可以假定活化能的变化是一个连续的统计(tǒngjì)分布函数f(E)〔图〕，这样，f(E)dE就相当于活化能处于E和E+dE之间的一些分解反响所析出的挥发分潜在数量的分数。因此有dv0=v0f(E)dE，活化能分布(fēnbù)曲线2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十八页，共七十三页。

18热解到达某一时刻时析出的挥发分总量，可以(kěyǐ)从各个反响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：利用4个参数v0、E。、σ和k0，就可将煤析出(xīchū)挥发分的实验数据关联起来。2.2煤的热解机理(jīlǐ)及动力学第十九页，共七十三页。

192.3.1煤阶在相近(xiānɡjìn)的热解条件下，煤阶对挥发分析出速度的影响说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。2.3影响煤热解过程(guòchéng)的因素第二十页，共七十三页。

202.3.2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(suízhe)温度的升高，使得具有较高活化能的热解反响有可能进行，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(wēndù)对生成芳香族化合物的影响2.3影响(yǐngxiǎng)煤热解过程的因素第二十一页，共七十三页。

21产品分布与性状终温/oC600（低温干馏）800(中温干馏)1000（高温干馏）产品产率焦，%80~8275~7770~72焦油，%9~106~73.5煤气，Nm3/t(干煤)120200320产品性状焦炭着火点，oC450490700机械强度低中高挥发分，%10~5<22.3影响煤热解过程(guòchéng)的因素第二十二页，共七十三页。

22产品分布与性状终温/oC600（低温干馏）800(中温干馏)1000（高温干馏）焦油相对密度<11>1中性油6050.535~40酚类2515~201.5焦油盐基1~21~2~2沥青123057游离碳，%1~3~54~10中性油成分脂肪烃，芳烃脂肪烃，芳烃芳烃煤气H2，%314555CH4，%553825发热量，MJ/m33125192.3影响煤热解过程(guòchéng)的因素第二十三页，共七十三页。

232.3.3加热速度加热速度对煤热解的温度-时间历程有明显(míngxiǎn)的影响。脱挥发物速度呈现最大值时的温度及脱挥发物的最大速度随加热速度增加而增高。很高的加热速度〔高达105C/s〕可使脱挥发物的温度范围移动高达400～500oC，其主要原因是升温速度大大超过了挥发物能够逃离煤的速率。例如，当升温速度由1oC/s增至105oC/s时，褐煤挥发分脱除10至90％完全程度的温度范围由400～840oC变为860～1700oC。2.3影响煤热解过程(guòchéng)的因素第二十四页，共七十三页。

242.3影响(yǐngxiǎng)煤热解过程的因素在很高的加热速度下，煤的最终(zuìzhōnɡ)总失重可超过用工业分析方法测得的挥发分。第二十五页，共七十三页。

252.3.4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(zǔlì)，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100Pa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(yǐngxiǎng)煤热解过程的因素第二十六页，共七十三页。

26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(lìrú)，某高挥发分烟煤粒度由lmm降为0.05mm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那么测不出这种变化。这说明，当挥发物可以更自由地逸出时，二次反响受到了抑制。2.3影响煤热解过程(guòchéng)的因素第二十七页，共七十三页。

272.4.1快速热解分类与特征煤热解过程根据加热速度和温度分类：〔a〕加热速度，oC/s：慢速热解：<<1中速热解：5～100快速热解：500～106闪速热解＞106〔b〕温度，oC：低温(dīwēn)热解：500～700中温热解：700～1000高温热解：1000～12002.4煤的快速(kuàisù)热解第二十八页，共七十三页。

28慢速热解典型工艺实践(shíjiàn)是煤的炼焦过程，目的在于获得最大产率的炼焦固体产品——焦炭。而当煤转化的目的在于获得最大产率的挥发产品时，宜采用中速、快速和闪速热解方式进行。2.4煤的快速(kuàisù)热解第二十九页，共七十三页。

29煤热解产品相对产率与温度、时间(shíjiān)和加热速度的关系2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十页，共七十三页。

30在规定的加热速度下，无论是挥发分总产率，还是气体与液体产品的比例，都随过程终温增高而增加。在低温热解条件下，挥发产品产率随加热速度提高而增加，而气体与液体产品的比例那么降低；在高温热解条件下，无论是挥发分总产率，还是气体与液体产品的数量比例，都同时增加。热解过程的温度一时间条件不同，可以导致热解过程的进程有很大的差异，从而有可能根据具体(jùtǐ)工艺所预定的目的，来控制过程的进程。2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十一页，共七十三页。

31目标产品(chǎnpǐn)和热解加热模式的选择目标可挥发产品加热模式加热速度热解温度挥发物停留时间焦油轻质液体气体CH4H2C2H2+不饱和烃7.CO快速快速快速快速快速闪速-低温(~500oC)中温(~750oC)高温(>1000oC)~600oC1000~1100oC>1200oC中温(~750oC)短长---适中-2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十二页，共七十三页。

322.4.2快速热解的物理化学(wùlǐhuàxué)根底煤热分解反响是一系列的平行的和相继的反响的总和，每个反响具有(jùyǒu)不同的反响速度常数和活化能。假定这些反响可由一系列的一级反响动力学方程式来描述，于是，〔T2>T1〕在低温下活化能大的反响进行得较慢，但随着反响温度(wēndù)的升高，其反响速度常数却增加得较快，因此，当温度(wēndù)增高超过某一值时，活化能大的反响的反响速度可以超过活化能小的反响。2.4煤的快速热解第三十三页，共七十三页。

33如果煤以恒定速率dT／dt=m加热(jiārè)，那么连续加热时燃料粒子(lìzǐ)在不同分解时间内的分解程度——E=5300,k0=2；----E=10600,k0=642.4煤的快速(kuàisù)热解第三十四页，共七十三页。

34在加热速度不大时，在较低温度时燃料已经有大局部分解了，但在高速加热时，那么(nàme)即使到了500oC燃料还没有发生显著的分解。由图可见，分解反响活化能对图上的曲线性质有很大的影响，在低速加热时活化能高的反响要在较高的温度下才能到达同样的分解程度。在更高的加热速度下，可以想象，虚线和实线会在较高的温度下相交。2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十五页，共七十三页。

35在以低速将燃料粒子加热(jiārè)至指定的某一温度时，x的值〔也就是尚未分解的燃料粒子的量〕永远小于高速加热(jiārè)时的x值，这也就是说，当加热(jiārè)速度很高时，燃料热加工的控制过程将是热分解过程。借加热(jiārè)速度的增加，可以使加热(jiārè)过程和热分解过程〔包括其分解产物的扩散过程〕在时间上，因而也可以在空间上，区分开来。这一点对实践有很重要的意义。2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十六页，共七十三页。

36在低速加热时〔低于30-60oC/min〕，将燃料粒子加热至指定温度所需的供热速度比化学反响〔即分解〕的速度要慢得多，在尚未到达最终温度时，燃料粒子内已经发生化学反响和分解产物(chǎnwù)的扩散，而当供热速度很快而超过化学反响的速度时，那么显然可以发生这样的情况，即当燃料粒于均匀地被加热到指定温度时，实际上仍未发生初次化学变化，或者变化得很小。2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十七页，共七十三页。

37燃料热加工时的加热速度〔加热强度〕不仅影响到分解过程的“数量〞〔分解的相对程度〕，而且还影响到分解过程的“质量〞〔这表达在分解产物的组成上〕，这是因为，当加热速度很高时〔如每秒升高数百度(bǎidù)以上时〕，主要进行的将是活化能大的反响。在升温过程中只有很少局部的有机物进行了分解，而主要局部是在最终的指定温度下进行定温分解，这样，改变最终温度和终温下的分解时间就可以人为地调节具有不同的反响速度常数和活化能的分解反响，使之向着我们所希望的方向进行，这一点是在低速加热时做不到的。2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十八页，共七十三页。

38慢速〔a〕和快速〔b〕煤热解得到(dédào)的气体的组成2.4煤的快速(kuàisù)热解第三十九页，共七十三页。

392.4.3加氢快速热解煤热解分阶段进行：初始阶段首先脱掉羟基，然后是某些氢化芳香结构脱氢、甲基断裂和脂环开裂。热解过程中发生的变化结果(jiēguǒ)是由于裂解时至少生成两个自由基而引发的。这些自由基随既可以通过分子碎片周围的原子重排，或通过与另外的分子相互碰撞而得到稳定。稳定后的结构，视挥发性和温度情况，可以作为挥发产品析出，或者作为半焦的结构碎片残留下来。2.4煤的快速(kuàisù)热解第四十页，共七十三页。

40低煤化度和中等煤化度煤有机结构中含有的氢数量，理论上在热解时足够使碳原子全部转化为挥发产品。但是煤中氢的分布结构决定了它主要是以水的形式〔从羟基〕和以饱和的和不饱和的轻质烃〔CH4、C2H6、C2H4及其它〕的形式析出，使得根本芳香结构失去了在解聚过程(guòchéng)中必要的氢。这种内部氢的无效利用，可以解释为什么热解过程(guòchéng)不可能不形成重质的焦油和半焦。不从外部引入氢，不可能使芳香结构破裂，而且在高温下延长加热时间只能使芳香环进一步脱氢和缩聚。当热解环境中有足够的氢时，由于自由基稳定化作用使二次反响中断，从而挥发产品产率就增加。因此，如果热解过程的目的是获得高转化率的气体和液体，那么此过程就应该在复原性的，即富含氢的环境中进行。2.4煤的快速(kuàisù)热解第四十一页，共七十三页。

41三.煤的低温(dīwēn)干馏煤的干馏是在隔绝空气条件下把煤加热至一定温度，使煤转化成气体产物〔煤气〕、液体产物〔焦油、水〕和固体产物〔半焦或焦炭〕的过程。干馏终温低于700oC称低温干馏，高于900oC称高温干馏或炼焦。特点：就原料和产物组成结构而言，干馏过程利用煤分子结构中潜在优势，使富氢局部产物以优质液态和气态能源或化工原料产出，同时产生贫氢的半焦或焦炭。同一煤种和它的半焦相比(xiānɡbǐ)，半焦含有的污染物少于原煤，因此半焦替代煤燃烧对环境保护有利。与煤气化和液化相比(xiānɡbǐ)，低温干馏是比较温和和经济的过程，其投资和运行本钱都远低于气化和液化。3.1煤的干馏(gānliú)第四十二页，共七十三页。

42低温干馏适用于褐煤、烟煤等可生成较多焦油和煤气的煤种。低温干馏早期主要用于生产煤气和无烟燃料半焦。随着快速热解技术的开展，以液体产品为主要目标的基于(jīyú)快速热解和加氢快速热解的工艺日益受到重视。煤低温干馏煤气，视干馏方式不同而有不同的发热量、化学组成和产率，煤气密度为0.9-1.2kg/m3。低温干馏煤气可以作为燃料气用于燃气气轮机发电或家庭生活。经过调制或转化，也可以作为复原剂用于冶金工业，作为合成气用于化学工业，或者作为含氢气体用于煤化学工业。3.2煤低温干馏(gānliú)产品第四十三页，共七十三页。

43干馏的液体产品焦油随过程不同而有宽范围的挥发性和芳化度，以及各种馏分的不同含量，它们是有机化合物的重要来源。低温干馏焦油外观为黑褐色，密度一般(yībān)小于1.0g/cm3，焦油中含酚类达35%,有机碱1-2%，烷烃2-10%,烯烃3-5%，环烷烃可达10%，芳烃15-25%，中性含氧化合物〔酮、酯和杂环化合物〕20-25%，中性含氮化合物〔主要为五元杂环化合物〕2-3%，沥青达10%。低温焦油二次转化和加氢可制得液体燃料〔燃料油、动力油〕。低温焦油亦可用于炭电极生产或作为粘结剂用于型煤生产。低温焦油液体水〔包括带入水和热解水〕密度略大于1g/cm3，含有低级醇类、甲酸和其他可溶于水的酸类及酚类，呈酸性或中性，须处理后排放。3.2煤低温(dīwēn)干馏产品第四十四页，共七十三页。

44干馏固体半焦具有比传统焦炭高的气孔率以及高化学活性的特征(tèzhēng)。半焦的这些性质预示其可在流化床设备中直接燃烧或气化，以获得热量或合成气；半焦比电阻较高，是铁合金生产的优良原料；半焦还可用于成型燃料生产，作为瘦化剂用于炼焦配煤或作为半成品用于矿石烧结。3.2煤低温干馏(gānliú)产品第四十五页，共七十三页。

453.3.1工艺原理(yuánlǐ)的实现煤低温干馏工艺需要(xūyào)解决以下问题：提供工艺过程需要的热量；处理固体〔煤〕的粘结倾向；气、液〔焦油〕及固体〔焦〕三相产品的别离；各相产品改质成为有用产品；处理有毒产物和副产品；有效并且经济地完成任务。工艺的中心问题是强化热加工过程强度，并使过程朝目标方向进行。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第四十六页，共七十三页。

46煤干馏过程(guòchéng)构成：〔l〕燃料的加热过程一--物理过程；〔2〕燃料有机质的热分解过程一--化学过程；〔3〕分解初次产物在固体内部的扩散过程——物理过程；〔4〕初次挥发产物在反响空间中的二次反响过程----化学过程。过程进行的总的程度，决定于其中从动力学上来说是最慢的一个过程，即所谓控制步骤。在通常的条件下〔例如加热速度小于50oC/min时〕,控制性的过程是煤粒的加热过程；当提高加热速度超过通常的范围例如到达300oC/s〕，煤分解速率开始起主导作用。实现煤快速加热的根本条件是控制煤具有较小的粒度和与此相适应的加热方式。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第四十七页，共七十三页。

473.3.2低温干馏(gānliú)典型工艺低温干馏的方法和类型(lèixíng)：按加热方式有外热式〔间接〕、内热式〔直接〕；按煤料的形态有块煤、型煤与粉煤三种；按供热介质不同有气体热载体和固体热载体两种；按煤的运动状态分为固定床、移动床、流化床和气流床等。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第四十八页，共七十三页。

48〔1〕连续式外热立式炉-考伯斯炉干馏所需热量由加热炉墙传入。此炉对原料煤要求有一定的粘结性，并具有一定块度〔＜75mm，其中＜10mm的＜75%)，以利获得焦块，并使干馏室煤料有一定透气性。原料煤可以是弱粘性(zhānxìnɡ)煤，虽然热稳定性好的不粘结性煤也可以生产煤气，但所得产品焦炭强度差，碎焦多。煤的挥发分约为25～80％〔d〕。为了强化生产，由干馏室〔或称炭化室〕下部吹入回炉煤气，冷却赤热焦炭，吹入气流被加热，在上升过程中热量传给冷的煤料、强化传热过程，提高了炉子生产能力。煤料由上部参加干馏室，干馏所需热量主要由炉墙传入。火道加热用燃料为发生炉煤气或回炉的干馏气。干馏室下部焦炭被吹入的冷气流冷至150～200℃，落入焦槽并喷水冷却后排出。国内曾用考伯斯炉来生产城市煤气。3.3煤低温干馏(gānliú)工艺第四十九页，共七十三页。

49考伯斯炉1.干馏(gānliú)室；2.上部蓄热室；3.下部蓄热室；4.煤槽；5.焦槽；6.加热煤气管3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十页，共七十三页。

50〔2〕连续式内热立式炉又称气流内热式炉，典型炉型为德国开发的鲁奇〔Lurgi〕低温干馏炉。适用于年轻非粘结性块煤〔20-80mm〕，粉状褐煤和烟煤需预先压块。煤在炉中不断下行，热气流逆向通入进行(jìnxíng)加热。煤在炉内移动过程分成三段：枯燥段、干馏段和焦炭冷却段，故又名三段炉。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十一页，共七十三页。

51在上段循环热气流把煤枯燥并预热到150℃；在中段，即干馏段，热气流把煤加热到500～850℃；在下段，焦炭被冷循环气流冷却到100～150℃后排出。排焦机构控制炉子生产能力。上部循环气流温度保持在280℃。循环气和干馏煤气(méiqì)混合物由干馏段引出，其中液态产物在后续冷凝冷却系统分出。大局部净化煤气(méiqì)送到枯燥段和干馏段燃烧炉，有一局部直接送入焦炭冷却段。剩余煤气(méiqì)外送，可以作为加热用燃料。冷凝冷却系统包括初冷器、焦油别离槽、终冷器以及苯洗塔。一台处理褐煤型煤300～500t/d的鲁奇三段炉，可得型焦150～250t/d；焦油10～16t/d；剩余煤气180～220m3／t煤。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十二页，共七十三页。

52Lurgi低温干馏炉示意图1．枯燥段；2．干馏段；3．连通管；4．枯燥段炉排；5．引风道；6．集气室；7．挡板；8．风机(fēnɡjī)；9．通风道；10．混合室；11枯燥段燃烧室；12．燃烧器；13．干馏段炉排；14．半焦槽；15．引风道；16．通风道；17风机(fēnɡjī)；18．混合室；19．加热煤气道；20．干馏煤气集气室3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十三页，共七十三页。

53〔2〕连续式内热(nèirè)立式炉-流程1．煤槽；2．干馏炉；3．预热段；4．干馏段；5．冷却(lěngquè)段；6．燃烧器7．前冷器；8．电扑焦油器；9．冷却(lěngquè)器；10．别离器3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十四页，共七十三页。

54〔3〕固体热载体干馏法外热式干馏装置传热慢，生产能力小。气流内热式的燃烧废气稀释了干馏的气态产物，且只能处理块状煤。采用固体热载体进行煤干馏，加热(jiārè)速率快，单元设备生产能力大，干馏煤气未被稀释、热值高，焦油产率高，适合粉煤干馏。典型工艺有以瓷球作为热载体的美国Toscoal法，以热半焦为热载体的前苏联ETCh工艺和德国鲁奇一鲁尔煤气工艺〔Lurgi-Ruhrgas，LR〕。3.3煤低温干馏(gānliú)工艺第五十五页，共七十三页。

55以瓷球作为(zuòwéi)热载体的美国Toscoal法3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十六页，共七十三页。

56鲁奇一鲁尔煤气工艺流程(ɡōnɡyìliúchénɡ)图1．枯燥管；2．锤式粉碎机；3，旋风别离器；4．枯燥管风机；5.电除尘器；6．沉降别离室；7．混合器；8．炭化室；9．气流加热管；10．空气预热器；11．鼓风机；12．炭化室旋风别离器；13．三级气体净化冷却器；14．旋风别离器；15．煤气风机；16．别离器3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第五十七页，共七十三页。

57大工新法(xīnfǎ)干馏工艺流程图3.3煤低温干馏(gānliú)工艺第五十八页，共七十三页。

58实验用褐煤(hèméi)样：大雁〔GDY〕、满洲里〔GMZ〕、黄县〔GLC〕和先锋〔GYX〕，低灰，水分含量较高。3.3煤低温干馏(gānliú)工艺第五十九页，共七十三页。

59实验方法和条件：原料褐煤从煤槽到混合器与热载体半焦相混合，由于混合强化和煤粒子较细均匀分散，因此煤与半焦之间换热迅速，加热速率很快，从而发生快速热解。煤焦混合物由混合器去反响槽，在此完成干馏反响并析出挥发产物。半焦从反响槽去提升管下部，与空气局部燃烧或由热的烟气加热并流化提升，热半焦回到集合槽再去混合器，完成循环利用。干馏挥发产物从反响槽导出后，经过(jīngguò)滤除尘器，冷却冷凝出焦油和冷凝液。煤气经过(jīngguò)枯燥脱去水分，在-30oC左右条件下冷冻，回收煤气中轻质油。煤气由抽气机输送。煤样粒度为0～5mm，经过枯燥，含水小于10%。实验加料量约5kg/h，焦／煤比为3～5，热载体焦粉温度为700～750oC，提升气体是来自燃烧器的热烟气，实验干馏温度范围为450～670oC。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十页，共七十三页。

60干馏(gānliú)产物产率，%〔干基〕3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十一页，共七十三页。

61焦油产率和干馏温度(wēndù)的关系3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十二页，共七十三页。

62不同(bùtónɡ)原料干馏煤气组成、产率和热值3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十三页，共七十三页。

63煤气产率和干馏(gānliú)温度关系3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十四页，共七十三页。

64大雁(dàyàn)褐煤干馏煤气组成和干馏温度的关系3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十五页，共七十三页。

65干馏煤气(méiqì)热值和干馏温度的关系3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十六页，共七十三页。

66半焦性质(xìngzhì)3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十七页，共七十三页。

673.3.3低温干馏典型(diǎnxíng)工艺的开展趋势煤低温干馏工艺的根本开展趋势是快速干馏和加氢快速干馏以及在此根底上的联合工艺。技术的开展不仅要满足能够利用由于采煤机械化结果使数量增加的粉煤，其中包括硫分和灰分含量高的低值粉煤；对煤干馏的根本产品的需求；原料转化成二次含能体的能量效率高，决定性地高于其它过程，如气化；减少硫和氮的有毒化合物向环境中放散；以及通过(tōngguò)对过程的适当控制，能够影响热解产品的种类和数量比例。而且要求建造具有巨大生产能力的装置，而这样的生产能力是使从煤制造合成燃料成为可行所必需到达的经济规模。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十八页，共七十三页。

68煤的加氢干馏(gānliú)：在足够的氢压下，使氢与固体内的有机质〔碳〕进行缓和的放热反响，同时，氢还可使反响中间产物〔如自由基和烯烃等〕稳定，提高液体和气体的产率。典型加氢干馏(gānliú)工艺如Coalcon加氢干馏(gānliú)工艺。新开发快速热解工艺多采用气流床和流化床。在气流床中进行的热解，是属于闪速热解的最低范围。煤快速加氢热解可以在等离子流中进行。在等离子流中进行的煤闪速加氢热解，考虑其高能耗目前还不经济，但其远景开展可与高温原子反响堆的余热利用相结合。3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第六十九页，共七十三页。

69煤快速干馏(gānliú)工艺目前还没有得到完满的工业应用，因为当前比较经济和易行的技术是在热电站直接烧煤，尽管用半焦燃烧时，能量效率〔其中考虑热解液体产品的加氢效率〕比传统设施的效率平均高20％。实现煤快速干馏(gānliú)工艺的有效途径是建立联合工艺，其中热解半焦或气化制氢用于加氢干馏(gānliú)和焦油提质，或用于燃烧供热和生产电能。例如根据波兰PNC方法〔灰热载体〕对城市用的能源联合厂的设计〔图〕，它可满足电能、热能以及煤气的需要，此外还生产出液体燃料。3.3煤低温干馏(gānliú)工艺第七十页，共七十三页。

70Coalcon加氢干馏(gānliú)工艺3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第七十一页，共七十三页。

71PNC法的城市(chéngshì)能源联合厂的设计3.3煤低温(dīwēn)干馏工艺第七十二页，共七十三页。

72内容(nèiróng)总结二.煤的热分解。假定函数(hánshù)f〔E〕是活化能的高斯分布，其平均值为E。——E=5300,k0=2。----E=10600,k0=64。低煤化度和中等煤化度煤有机结构中含有的氢数量，理论上在热解时足够使碳原子全部转化为挥发产品。按供热介质不同有气体热载体和固体热载体两种。火道加热用燃料为发生炉煤气或回炉的干馏气。又称气流内热式炉，典型炉型为德国开发的鲁奇〔Lurgi〕低温干馏炉。Coalcon加氢干馏工艺第七十三页，共七十三页。