第三章 室室结焦过程.ppt

2、 高炉冶炼的工艺流程？ 1、高炉内的柱料分为哪三各部分？ 3、焦炭的其他用途及其对其性质的要求？ 复习： 主讲人：张国伟 第三章 室室结焦过程 内容概要 1、煤的结构及煤的热解过程 2、煤的黏结和成焦机理 3、中间相理论 1、焦炭在高炉中的作用有哪些？ 2、高炉炼铁中的焦炭作用？ 3、料柱构造及对焦炭的要求？ 一 煤的结构及煤的热解过程 煤的分子结构的研究一直是煤化学学科的中心环节，受到了广泛的重视。但是，由于煤炭组成的复杂性，多样性和不均一性，所以难于分离成简单的物质进行结构和性质的研究分析。目前煤结构的研究方法大致可归纳为三类：物理研究法、物理化学方法、化学研究方法。 物理研究法 红外光谱、核磁共振波谱、射线衍射、显微分光光度法扫描电镜 物理化学方法 化学研究方法 如溶剂抽提和吸附性能研究等 如氧化、加氢、卤化、水解、热解和官能团分析等方法 3.1 煤的结构 煤 煤的基本结构单元 煤的结构参数 煤基本结构单元的边缘基因 通过煤的芳香度（芳碳率和芳氢率）、芳环率、环缩合度指数描述煤结构情况 在煤基本结构单元的边缘属于不规则部分，主要有含氧官能团和烷基侧链，还有少量的氮和硫的官能团以及桥键。 煤是以有机体为主，并具有不同的分子量，不同化学结构的一组“相似化合物”的混合物。 它不像一般的聚合物（同一单体构成），而是由多种单体构成，基本结构单元包括规则部分和不规则部分，规则部分为结构单元的核心部分，由几个或十几个苯环、脂环、氧化芳香环及杂环（含氮、氧、硫）组成；在苯核的周围连接着各种含氧基团和烷基侧链，属于基本结构的不规则部分。 含氧官能团含有羟基、羧基、羰基、甲氧基和醌基等，煤中含氧官能团随煤的变质程度加深而减少，在年老的烟煤中基本不存在； 煤的结构参数 其中R为基本结构单元中缩合环的数目，C为基本结构单元中的碳原子数 是煤的基本结构单元中，芳香环数　与总环数之比。 结构参数 煤的基本结构单元中，属于芳香族结构的碳原子数与总的碳原子数之比 是煤的基本结构单元中，属于芳香族结构的氢原子数与总的氢原子数　　之比 芳碳率 芳环率 芳氢率 环缩合度指数 高温干馏（950～1050℃），中温干馏（700～800℃）和低温干馏（500～600℃）。 热解定义： 分类 是指煤在隔绝空气的条件下进行加热，煤在不同温度下发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程。煤的热解也称为煤的干馏或热分解。 1.2 煤的热解过程 有黏结性的烟煤热解过程大致可分为三个阶段 第一阶段（室温～300℃） 主要是煤干燥、脱吸阶段，煤没有发生外形上的变化。 第二阶段（300~550℃或600℃） 该阶段以煤热分解、解聚为主，形成胶质体并固化而形成半焦 煤的热解过程 第三阶段550（600℃）~1000℃ 该阶段以缩聚反应为主体，由半焦转变成焦炭。 ①120℃前，煤脱水干燥； ②120～200℃，煤释放出吸附在毛隙孔中的气体，如CH4、CO2、CO和N2等，是脱吸过程； ③近300℃时，褐煤开始分解，生成CO2、CO、H2S，同时放出热解水及微量焦油。而烟煤和无烟煤此时变化不大 ①300～450℃，此时煤剧烈分解，解聚，析出大量的焦油和气体，焦油几乎全部在这一阶段析出。气体主要是CH4及其同系物，还有H2、CO2、CO及不饱和烃等。这些气体称为热解一次气体。在450℃时析出焦油量最大，在此阶段由于热解，生成气、液（焦油）、固（尚未分解的煤粒）三相为一体的胶质体，使煤发生了软化、熔融、流动和膨胀。液相中有液晶（或中间相）存在。 ②450～550℃（或600℃）时， 胶质体分解、缩聚、固化成半焦。 ①550（或600℃）~750℃，半焦分解析出大量气体。主要是H2和少量CH4，称为热解的二次气体。一般在700℃时析出的氢气量最大，在此阶段基本上不产生焦油。半焦因分解出气体收缩而产生裂纹。 　 ②750~1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体主要是H2，同时分解的残留物进一步缩聚，芳香碳网不断增大，排列规则化，半焦转变成具有一定强度和块度的焦炭。 1、三个阶段依次进行 2、煤化程度低的煤（如褐煤），其热解过程大体与烟煤相同，但不存在胶质体形成阶段，仅发生剧烈分解，析出大量气体和焦油，无黏结性，形成的半焦是粉状的。加热到高温时，生成焦粉。 3、高变质无烟煤的热解过程比较简单，是一个连续析出少量气体的分解过程，即不能生成胶质体，也不能生成焦油。因此无烟煤不适于用干馏的方法进行加工。 煤的差热分析 图2~3煤的差热分析曲线 吸放热分界线 二 煤的黏结和成焦机理 具有黏结性的煤，在高温热解时，从粉煤分解开始，经过胶质状态到生成半焦的过程称为煤的