第九章煤的热解与成焦机理.ppt

第九章 煤的热解与成焦机理 1.煤的热解过程 2.煤的热解过程中的化学反应 3.煤热解动力学 4.黏结与成焦机理 5.影响焦炭强度的主要因素 9.1.2 煤的差热分析(DTA) （1）基本原理 （2）煤的差热图谱分析（见图9-2） （a）150℃左右的吸热峰 （b）350-550℃范围的吸热峰 （c）750-850℃范围的放热峰 三个明显的热效应峰与煤热解过程化学分析的三个主要阶段是一致的。 9.2 煤热解过程中的化学反应 9.2.1 有机化合物的热裂解 （1)键离解能、均裂和异裂 a.定义 b.具体类型 （2）有机化合物化学键键能的一般规律 见下表 （1）煤热解中的裂解反应 1）桥键断裂生成自由基 2）脂肪侧链裂解 3）含氧官能团裂解 4）低分子化合物的裂解 （2）一次热解产物的二次热解反应 1)裂解反应 2）脱氢反应 3）加氢反应 4）缩合反应 5）桥键分解 （3）煤热解中的缩聚反应 1）胶质体固化过程的缩聚反应 2）半焦到焦炭的缩聚反应 9.3 脱挥发分动力学 9.3.1 等温研究 1）Δw –t曲线 2）反应动力学方程 K=1/t*ln（a/(a-x)) 9.3.2 非等温研究（程序升温研究） TG-DTG曲线 反应动力学模型和动力学参数的求取 一级反应模型，动力学方程为： A为频率因子，E为活化能，R为气体常数，x为煤的转化率 对该式进行线性回归，由回归的斜率和截距可分别求得活化能和频率因子。 主要内容： 煤的热解定义 9.1.1 煤的热解过程 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，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℃）。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）。烟煤约350℃开始软化，随后是熔融、黏结，到550℃时结成半焦。 （3）第三阶段（550－1000℃）。又称为二次脱气阶段。半焦变成焦炭，以缩聚反应为主。析出的焦油量极少，挥发份主要是煤气。 9.1 煤的热解过程 416 H－C4H4S 167 C6H5CH2－CH2CH=CH2 429 H－C4H4N 423 C6H5－CH=CH2 222 C6H5CH2－SH 347 C10H7－CH3 247 C6H5CH2－NH2 414 C6H5－C6H5 201 C6H5NH－NH2 46 (C6H5 )3C－C (C6H5)3 213 C6H5CH2－SCH3 105 (C6H5 )2CH－CH(C4H3)2 356 C6H5CO－C6H5 159 (C6H5 )2CH－CH2C6H5 377 C6H5－O－C6H5 197 C6H5 CH3－CH2C6H5 359 C6H5－OCH3 243 C6H5 CH2－C2H5 259 C6H5－NO2 264 C6H5CH2－CH3 393 C6H5－NH2 368 C6H5－C2H5 448 C6H5－OH 381 C6H5－CH3 杂原子芳烃 C－C键（芳烃） 2059 C芳＝C芳（共轭） 962 CH≡CH 318 C10H7CH2－H 176 C H2＝CHCH2－CH2CH＝CH2 448 C10H7－H 310 C H2＝CHCH2－CH＝CH2 393 C6H5CH2CH2－H 393 C H2＝CH－CH3 326～347 C6H5CH2－H 502 C H2＝CH2 427 C6H5－H 301 H2C＝CHCH2－CH3 368 H2C＝CHCH2－H 384 H2C＝CH－CH3 435 H2C＝CH－H 335 叔－C3H7－CH3 381 叔－C3H7－H 351 异－C3H7－CH3 397 异－C3H7－H 347 正－C3H7－CH3 410 正－C3H7－H 356 C2H5－CH3 410 C2H5－H 368 CH2－CH3 435 CH3－H C－C键 C－H键 9.2.2 煤热解过程的主要化学反应