作者/來源：崔銀萍 秦玲麗 杜 娟 常麗萍 (太原理工大學(xué)煤科學(xué)與技術(shù)教育部和山西省重點實驗室，太原030024) 日期： 2010-04-12 點擊率：1958
煤炭無論是進行燃燒、氣化、液化，還是熱解干餾，熱解都是這些過程的初始和伴隨反應(yīng)，因此熱解是煤熱加工過程的基礎(chǔ)和必經(jīng)過程，熱解產(chǎn)物分布也是煤熱解最主要的研究內(nèi)容之一。煤受熱分解將產(chǎn)生煤氣、焦油及半焦產(chǎn)品，所形成的煤氣即熱解氣中烴類含量較高，具有較普通煤氣高的熱值，優(yōu)化煤炭熱解過程的操作參數(shù)，可以使其作為一種重要產(chǎn)生高熱值煤氣的手段。目前，以煤熱解為基礎(chǔ)的熱、電、氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的研究和開發(fā)已受到世界上許多國家的重視。熱電氣多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的最大特點是將煤的熱解工藝和半焦燃燒相集成，在同一個系統(tǒng)中產(chǎn)生高熱值的熱解煤氣、蒸汽、電力及其他產(chǎn)品，從而實現(xiàn)在一個系統(tǒng)中同時向城鎮(zhèn)供給煤氣、蒸汽及電力，可以提高系統(tǒng)的煤炭利用效率。同時，產(chǎn)生的這部分高熱值的煤氣也可作為高質(zhì)量的燃氣供民用或其他工業(yè)過程使用，焦油及半焦可作為有價值的工業(yè)燃料或原料。因此，研究煤熱解產(chǎn)物組成及其影響因素，對提高煤熱解工藝，進而提高能源利用率和減輕城市環(huán)境污染有著重要意義。
1 煤熱解產(chǎn)物組成
煤在發(fā)生熱解反應(yīng)后，其中的揮發(fā)分會從煤基體中揮發(fā)出來(初始熱解產(chǎn)物)，這些揮發(fā)物在常溫下為氣體或液體(焦油、輕質(zhì)液態(tài)烴)。初始熱解產(chǎn)物在受熱情況下，其產(chǎn)物發(fā)生分解、加氫、脫氫、縮聚等反應(yīng)，這些反應(yīng)均稱為二次反應(yīng)。一般來說，在600℃以下，基本不發(fā)生氣相的二次反應(yīng)，隨裂解溫度的升高，氣體產(chǎn)品的產(chǎn)率上升，而液體產(chǎn)品的產(chǎn)率下降。煤氣、焦油及半焦是煤熱解過程中產(chǎn)生的3種主要產(chǎn)品，產(chǎn)物以半焦為主，同時形成一定量的焦油和氣體。其中，熱解氣體組成主要有H2、CO、CO2及高熱值的輕質(zhì)烴類氣體等。
2 影響煤熱解產(chǎn)物的因素
2.1 溫度對熱解產(chǎn)物的影響
2.1.1 溫度對氣體產(chǎn)物的影響
溫度是影響熱解產(chǎn)物生成的最主要因素，煤熱解過程中產(chǎn)生的氫氣主要來自于高溫時芳香結(jié)構(gòu)的氫化和芳香結(jié)構(gòu)的縮聚脫氫反應(yīng)，如二次裂解反應(yīng)中的芳構(gòu)化反應(yīng)和縮合反應(yīng)，半焦到焦炭的縮聚反應(yīng)等均可放出氫氣。熱解過程中，氫氣的生成一般分為兩個階段，第一階段400℃~600℃，緩慢生成階段，主要是自由基之間相互縮聚而生成；第二階段600℃~900℃，在該階段氫氣大量生成，主要由于熱解后期縮聚反應(yīng)產(chǎn)生的門，隨著熱解溫度的升高，環(huán)數(shù)較小的芳環(huán)變?yōu)榄h(huán)數(shù)更大的稠環(huán)芳烴，伴隨著氫氣的放出，氫氣的生成在700℃~850℃出現(xiàn)最大值，這幾乎與煤種無關(guān)。H2的釋放與交聯(lián)反應(yīng)密切相關(guān)，主要是由于在高溫區(qū)半焦發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，最終生成稠環(huán)芳烴(PAH)，并放出大量氫氣。在煤熱解過程中，除了鍵的斷裂外，交聯(lián)反應(yīng)也是一個重要過程。Solomon等認為，不同煤階的煤交聯(lián)反應(yīng)差異甚大，低階煤交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生在橋鍵斷裂之前；高階煤交聯(lián)反應(yīng)發(fā)生在大多數(shù)橋鍵斷裂之后。芳香結(jié)構(gòu)縮聚脫氫主要表現(xiàn)在煤的微晶芳香層片直徑增大，X射線衍射峰等指標(biāo)在500℃~600℃變化不會很大，而在700℃以后這些指標(biāo)產(chǎn)生明顯跳躍，說明熱解氣體中氫氣釋放量達到最大。
熱解過程中，煤中的氧主要以含氧化合物CO和CO2的形態(tài)逸出，煤中的元素組成決定著熱解氣體的組成，煤中的氧含量高，CO、CO2的生成量也大，研究結(jié)果表明，....
