煤的工艺性质演示文稿

煤的工艺性质演示文稿目前一页\总数八十一页\编于十六点煤的工艺性质目前二页\总数八十一页\编于十六点◆煤的工艺性质是指煤在一定的加工利用过程中所呈现出的性质，如发热量、粘结性、反应性等。◆研究煤的工艺性质的重要意义。

利用煤的其他性质（如化学组成、煤岩组成、煤化程度等）可以预测煤的工艺性质，但不如直接研究工艺性质更为有效。◆煤的主要工艺性质

煤加工－粒度组成、密度组成

煤作为燃料－发热量、燃点、机械强度、热稳定性、灰熔融性、结渣性、可磨性、反应性，…

煤作为原料－粘结性、结焦性、腐植酸产率…

煤的工艺性质目前三页\总数八十一页\编于十六点第一节煤的发热量◆煤的发热量的测定原理和测量要点（1）称量1g煤样置于氧弹中，并将氧弹充入纯氧2.6～3.0MPa，然后放入有水的内桶中；

（2）点燃煤样，煤样燃烧释放的热量传给内桶中的水；

（3）测定内桶水温，校正热损失，即可计算弹筒发热量，用Qb,ad表示。测定装置示意图。◆煤的发热量的定义：◆单位：kJ/g、MJ/kg、Kcal/kg

◆煤炭价值的最终体现目前四页\总数八十一页\编于十六点第一节煤的发热量◆煤在氧弹中燃烧与在大气中燃烧的区别（1）燃烧条件的区别：气氛、压力、恒容、恒压

（2）燃烧结果的区别：反应、产物

对发热量的影响：◆发热量的校正（1）弹筒发热量：弹筒直接测得的发热量。

（2）高位发热量：由弹筒发热量扣除氮、硫特殊反应热。

（3）低位发热量：由高位发热量扣除水蒸气冷凝热。目前五页\总数八十一页\编于十六点高位发热量◆对N、S特殊热效应的校正––恒容高位发热量从弹筒发热量中扣除稀硫酸和稀硝酸生成热，称为恒容高位发热量，简称高位发热量，用符号Qgr,v,ad表示，式中：Sb,ad－由弹筒洗液测得的硫含量，％，满足下列条件之一时，即可用全硫代替：

Qb,ad>14.6kJ/g，或St,ad<4%。

－硝酸生成热校正系数。试验证明，与Qb,ad有关，取值如下：Qb,ad16.7kJ/g时，=0.0010

16.7kJ/g<Qb,ad25.10kJ/g时，=0.0012

Qb,ad>25.10kJ/g时，=0.0016目前六页\总数八十一页\编于十六点

低位发热量◆对水不同状态热效应的校正––恒容低位发热量

从恒容高位发热量中扣除水（煤中的吸附水和氢燃烧生成的水）的汽化热，称为恒容低位发热量，简称低位发热量，用符号Qnet,v,ad表示，计算公式如下：

Qnet,v,ad=Qgr,v,ad－206Had－23Mad

式中：Qnet,v,ad–空气干燥基的恒容低位发热量，J/g；Mad－煤样的空气干燥基水分，%；206－0.01g氢生成的水的汽化热，J；

23－0.01g吸附水的汽化热，J。目前七页\总数八十一页\编于十六点影响煤发热量的因素★影响煤发热量的因素:

煤的发热量是煤质特性的综合指标，煤质特性是决定煤的发热量的主要因素。煤的成因、煤化程度、煤岩组成、矿物质含量高低等对煤的发热量均有不同程度的影响。煤岩组成的影响：镜质组、稳定组、丝质组矿物质的影响：矿物质分解吸热、矿物质不发热风化的影响：氧含量增加、灰分增加煤化程度的影响：元素组成的变化目前八页\总数八十一页\编于十六点发热量的计算煤的发热量是由煤的组成决定的目前九页\总数八十一页\编于十六点热解和粘结成焦性质1、煤的热解★概念－煤在隔绝空气的条件下进行加热，发生一系列的物理变化和化学反应，生成气体(煤气)、液体(焦油)、固体(半焦或焦炭)的过程，称为煤的热解(pyrolysis)、干馏或炭化(carbonization，thermaldecomposition)。★热解分类按热解终温低温干馏(500-600℃)－以液体产物为目标

中温干馏(700-800℃)－制取燃料煤气

高温干馏(950-1050℃)－炼焦目前十页\总数八十一页\编于十六点煤热解过程加热断键自由基缩聚大分子固体产物固体产物液体产物气体产物和自由基大小相近的产物加氢热解产生的H热解还有其它过程么？热解过程中煤残余固体的变化趋势？基于平均结构单元模型前期的热分解反应后期的热缩聚反应目前十一页\总数八十一页\编于十六点基于两相模型煤热解过程裂解与缩聚自由基过程非共价键的断裂共价键的断裂自由基过程类似平均结构单元模型？热解过程中煤的分子结构变化行为与温度的关系？----------分子结构的变化类似于煤的变质程度的加深目前十二页\总数八十一页\编于十六点2.1粘结性烟煤热解过程根据烟煤热解过程中产生的物理变化、化学变化：（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）

（2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）

（3）半焦转化为焦炭的阶段●烟煤热解过程目前十三页\总数八十一页\编于十六点2.1粘结性烟煤热解过程01002003004005006007008009001000温度析出焦油析出煤气软化固化收缩→形成裂纹熔融、流动、膨胀干煤胶质体半焦焦炭挥发相变化固相变化三个阶段：干燥脱气 活泼分解 二次脱气过程本质：解聚、分解 缩聚为主郭崇涛《煤化学》化学工业出版社，1992煤都是这样？脱水脱气目前十四页\总数八十一页\编于十六点2.1粘结性烟煤热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）

●

～120℃：煤炭脱水、干燥

●

120～200℃：解吸，脱除吸附的CH4、CO、CO2等气体。●

300℃：低变质程度的煤开始热解，生成CO2、CO等，生成放出热解水和微量的焦油。目前十五页\总数八十一页\编于十六点2.1粘结性烟煤热解过程（2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）

●300～480℃：煤分解、解聚，析出大量焦油和气体

其中：在450℃左右的温度区间，焦油的析出量最大。在该阶段由于热解，生成了气(煤气和呈气态的焦油)、液、固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体。

●

450～550℃(600℃)胶质体固化成为半焦：胶质体分解加速，开始缩聚，生成分子量很大的物质，胶质体固化为半焦。目前十六页\总数八十一页\编于十六点2.1粘结性烟煤热解过程（3）半焦转化为焦炭的阶段（550～1000℃）

该阶段以缩聚反应为主，由半焦转化为焦炭。●550～750℃，半焦分解析出大量的气体，主要是H2和少量的CH4，成为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气体后，体积收缩产生裂纹。在此阶段基本上不产生焦油。●

750～1000℃，半焦进一步分解，继续析出少量气体，主要是H2，同时半焦发生缩聚，使芳香碳网不大增大，结构单元的排列有序化进一步增强，最后半焦转化成为焦炭。目前十七页\总数八十一页\编于十六点非粘结性煤的热解过程

●煤化程度低的非粘结性煤如褐煤、长焰煤等，其热解过程与烟煤大体类似，同样有分解、裂解和缩聚等反应发生，生成大量气体和焦油，只是在热解过程中没有胶质体生成，不会产生熔融、膨胀等现象，热解前后煤粒仍然呈分离状态，不会粘结成块。●煤化程度高的非粘结性煤，如贫煤、无烟煤，其热解过程较为简单，以裂解为主，释放出少量的热解气体，其中热值高的烃类如甲烷含量较低，氢含量则较高，煤气热值相对较低。目前十八页\总数八十一页\编于十六点2.1煤的热差分析煤热解过程中的过程中热效应分析目前十九页\总数八十一页\编于十六点图示了差热分析的原理图。图中两对热电偶反向联结，构成差示热电偶。S为试样，R为参比物在电表T处测得的为试样温度TS;在电表△T处测的即为试样温度TS和参比物温度TR之差△T。2.1热差分析原理目前二十页\总数八十一页\编于十六点

吸热峰——被测试样温度低于参比物温度的峰，温度差△t为负值，差热曲线为低谷。

放热峰——被测试样温度高于参比物温度的峰，温度差△t为正值，差热曲线为高峰。2.2煤的热差分析目前二十一页\总数八十一页\编于十六点

在煤的差热分析图谱上一般有三个明显的热效应区：

(1)在150℃左右，有一个吸热峰，表明此段是吸热效应。是煤析出水分和脱除吸附气体的过程。相当予热化学分析的干燥脱气阶段。

(2)在350一5500c范围内，有一个吸热峪，表明此阶段为吸热效向。在这一阶段煤发生解聚、分解生成气体和煤焦油(蒸气状恋)等低分子化合物。相当下热化学分析的胶质体阶段。

(3)在750一8500c范围内，有一个放热峰，表明此阶段为放热效应。是煤热解残团物互相缩聚．生成半焦的过程。相当于热化学分析的半集熟化阶段。

煤差热曲线上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—‘致的。2.2煤的热差分析目前二十二页\总数八十一页\编于十六点

煤热解动力学的研究任务是研究煤在热解过程中的反应种类、反应历程、反应产物、反应速度、反应控制因素以及反应动力学常数(反应速度常数和反应活化能等)。这些方面的研究对于煤化学、炭化、气化和燃烧都很重要，因此受到广泛重视。2.3煤热分解动力学的研究目前二十三页\总数八十一页\编于十六点2.3.0脱挥发分动力学

用热失重法研究脱挥发分速度是煤热解动力学的重要方面。

利用反应失重可以进行煤热解脱挥发动力学研究一般从两反面研究：等温研究和非等温研究。目前二十四页\总数八十一页\编于十六点热失重法热天平热重曲线目前二十五页\总数八十一页\编于十六点

此法要假定分解速率等同于挥发物析出速率。对于任一反应或反应序列，气体析出速率与浓度的关系为：非等温动力学研究目前二十六页\总数八十一页\编于十六点非等温动力学研究目前二十七页\总数八十一页\编于十六点对于非等温过程．温度T与时间有线性关系：非等温动力学研究目前二十八页\总数八十一页\编于十六点目前二十九页\总数八十一页\编于十六点

用上述方法如何具体计算煤热解动力学参数及如何揭示烟煤热解规律，作一简要介绍A.动力学参数的计算

在热天平上可以测定煤热解失重，即脱挥发分数量。下图是依兰长焰煤热解失重曲线非等温动力学研究目前三十页\总数八十一页\编于十六点目前三十一页\总数八十一页\编于十六点目前三十二页\总数八十一页\编于十六点目前三十三页\总数八十一页\编于十六点目前三十四页\总数八十一页\编于十六点目前三十五页\总数八十一页\编于十六点目前三十六页\总数八十一页\编于十六点目前三十七页\总数八十一页\编于十六点目前三十八页\总数八十一页\编于十六点数据可见，低煤化度煤(从褐煤至肥煤)的热解反应是分段进行的，而高煤化度煤(从焦煤至瘦煤)的热解反应是按一段进行的。

(2)活化能与指前因子关系。根据不同烟煤煤种实验得到的动力学参数，对活化能E与指前因子A进行关联，有线性关系，如图9—9所示。

(3)持征温度与煤化度的关系。由固9—5和图9—6可以看出，煤热解初姑温度to、峰温tp、主要热解结束温度tr对不同煤化度的煤，其值是不同的，如表9—4所示。目前三十九页\总数八十一页\编于十六点目前四十页\总数八十一页\编于十六点2.1粘结性烟煤热解过程01002003004005006007008009001000温度析出焦油析出煤气软化固化收缩→形成裂纹熔融、流动、膨胀干煤胶质体半焦焦炭挥发相变化固相变化三个阶段：干燥脱气 活泼分解 二次脱气过程本质：解聚、分解 缩聚为主煤都是这样？脱水脱气目前四十一页\总数八十一页\编于十六点煤热解中的主要化学反应●

煤的热解中的裂解反应

●

煤热解中的缩聚反应●

一次热解产物的二次热解反应目前四十二页\总数八十一页\编于十六点●结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片；●脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃，如：CH4﹑C2H6等；●含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序为：

－OH>C=O>—COOH>－OCH3。羧基热稳定性低，200℃就开始分解，生成CO2和H2O。羰基在400℃左右裂解生成CO，羟基不易脱除，到700—800℃以上，有大量羟基存在，可氢化生成H2O。含氧杂环在500℃以上也可能断开，生成CO。●含硫官能团的断裂：脂肪硫；噻吩硫形成H2S●煤中低分子化合物的裂解，是以脂肪化合物为主的低分子化合物，其受热后，可分解成挥发性产物。煤热解中的裂解反应目前四十三页\总数八十一页\编于十六点一次热解产物的二次热解反应C2H6→C2H4＋H2

●裂解反应，如

●脱氢反应，如

●加氢反应，如

●缩合反应，如

●桥键分解，如-CH2-＋H2O→CO＋2H2目前四十四页\总数八十一页\编于十六点煤热解中的缩聚反应

●胶质体固化过程的缩聚反应，主要是在热解生成的自由基之间的缩聚，其结果生成半焦。

●半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭。缩聚反应是芳香结构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参加反应。目前四十五页\总数八十一页\编于十六点第三节炼焦工艺性质

煤的粘结性目前四十六页\总数八十一页\编于十六点胶质体的性质

●胶质体的热稳定性（温度间隔）

●胶质体的透气性

●胶质体的流动性

●胶质体的膨胀性

●胶质体的概念目前四十七页\总数八十一页\编于十六点粘结性和结焦性

●定义：煤的粘结性是指烟煤在干馏时产生的胶质体粘结自身和/或惰性物料的能力。煤的结焦性是指单种煤或配合煤在工业焦炉或模拟工业焦炉的炼焦条件下（一定的升温速度、加热终温等），粘结成块并最终形成具有一定块度和强度的焦炭的能力。●研究煤的粘结性和结焦性的意义：

煤的粘结性是评价烟煤能否用于炼焦的主要依据，也是评价低温干馏、气化、或动力用煤的重要依据。煤的粘结性的评定方法目前四十八页\总数八十一页\编于十六点煤的粘结性的评定方法煤炼焦工艺性质指标的测定：

●测定胶质体的数量和质量－胶质层厚度，基氏流动度、奥亚膨胀度；

●测定焦炭外形－葛金焦型、坩埚粘结特征、自由膨胀指数；

●测定胶质体粘结惰性物质的能力－罗加指数、粘结指数、焦渣特性指数指数等。目前四十九页\总数八十一页\编于十六点罗加指数R.I.

●测定：将试验煤样粉碎到粒度小于0.2mm，称取1g该煤样与5g标准无烟煤（Ad<4%，Vdaf<7%，粒度为0.3～0.4mm，我国规定采用宁夏汝箕沟矿产的无烟煤为标准煤）放入特制坩埚内搅拌均匀并铺平，放上钢质砝码，在6kg负荷下压实30秒，去掉负荷后加盖，连通砝码一起放入已预热至850℃的马弗炉灼烧15分钟，取出，冷却后称量焦渣总质量为m0，用孔径为1mm的圆孔筛筛分，称量筛上物质量为m，然后进行每次5分钟的转鼓转磨（转鼓转速为502rpm），共3次，每次转磨结束后将焦渣用1mm圆孔筛筛分，并称量筛上物质量，分别得到m1、m2和m3。●计算：罗加指数RI用下式进行计算：目前五十页\总数八十一页\编于十六点目前五十一页\总数八十一页\编于十六点罗加指数之优缺点

●优点：罗加指数法具有明显的优点，表现在设备简单快速、所需试验煤样少、它不但能反映煤的粘结能力还能在一定程度上反映焦炭的强度。

●缺点：但罗加指数也有缺点，如加热速度远远高于工业炼焦的加热速度，使粘结性测值偏高，对强粘结性煤区分能力差，对弱粘结性煤的重现性差，标准无烟煤不同时导致测定结果的差异，使得各国间的测值不具可比性。●适用性：中等粘结性的煤目前五十二页\总数八十一页\编于十六点粘结指数G●来历：针对罗加指数的缺点改进而来的。

●测定要点：原理和仪器与罗加指数法完全相同

●改进点及优点：（1）将标准无烟煤的粒度降为0.1～0.2mm，一方面与试验煤样粒度接近，可防止发生煤样粒度偏析，造成两种煤样混合不均，影响测定结果，另一方面，降低无烟煤粒度，可增加其吸纳胶质体的能力，有利于提高对强粘结性煤的区分能力；（2）根据煤样的粘结性强弱灵活改变配比，粘结性较强的煤用1:5的比例，粘结性较弱的煤用3:3的比例，可以提高强粘结性煤的区分能力和弱粘结性煤的测定准确性和重现性；（3）转鼓试验由3次改为2次，提高了测定效率。结果计算公式：目前五十三页\总数八十一页\编于十六点胶质层指数Y

●测定要点是：将煤样装入特制的煤杯中，并在上面加一个活塞，活塞通过杠杆和重锤相连，使活塞对煤样产生0.1MPa的压力。然后模拟煤样在焦炉中的受热过程，以3℃/min的升温速度从煤杯底部单侧加热，使煤杯中的煤样形成一系列温度不同的等温层。等温层的温度从上到下依次递增。当温度升到煤的软化点时，煤开始软化形成具有塑性的胶质体，当温度升到固化温度时，胶质体开始固化形成半焦。这样，煤杯中的煤样就逐层软化、熔融再固化。在试验过程中要用特制的探针定时测量胶质层的厚度，以胶质层最大厚度作为Y值。同时测定最终收缩杜x、体积曲线目前五十四页\总数八十一页\编于十六点目前五十五页\总数八十一页\编于十六点胶质层指数Y

目前五十六页\总数八十一页\编于十六点

体积曲线

胶质层指数Y

目前五十七页\总数八十一页\编于十六点

几点说明:★胶质层最大厚度Y

值主要取决于煤的性质和胶质体的膨胀(与胶质体的流动性、热稳定性和不透气性有关)及试验条件。

★

一般煤的Y

值越大黏结性越好;★Y

值随煤化度呈现有规律的变化。

★

一般，Vdaf为30%左右的煤，Y值最大；Vdaf

<13%&Vdaf

>50%的煤，Y接近于0。★X

值可表征煤料在生成半焦后的收缩情况。胶质层指数Y

目前五十八页\总数八十一页\编于十六点●优点：其优点是Y值具有可加性，即混合煤的Y值可通过各单种煤Y值进行加权平均而得。因此，胶质层指数在配煤炼焦时具有重要的指导意义。

●缺点：（1）胶质层厚度只能反映胶质体的数量，不能反映胶质体的质量；（2）测定过程的规范性强，影响测定结果的因素多；（3）测定时所需煤样量大；（4）对弱粘煤(Y≤7mm)和胶质体流动性大的煤(Y﹥25mm)测定的精度差、重现性差。

●适用性：胶质层指数法较适合于中等粘结性的煤，胶质层指数Y

目前五十九页\总数八十一页\编于十六点奥亚膨胀度b●测定要点：将煤样按规定方法制成形状和大小类似于粉笔的煤笔，放入专用膨胀管内，煤笔上部放置一根能自由滑动的膨胀杆。将上述装置放入专用电炉后，在膨胀杆上端连接一枝记录笔，记录笔与卷在匀速转动的转筒上的记录纸相接触，以3℃/min的升温速度加热，在记录纸上就记录下膨胀杆上下移动的位移曲线。测量并计算位移的最大距离占煤笔原始长度的百分数，作为煤样的膨胀度，即奥亚膨胀度指标（b）。

●膨胀曲线如图所示

。目前六十页\总数八十一页\编于十六点奥亚膨胀度之优缺点

●优点：奥亚膨胀度对中、强粘结性煤的区分能力强，对强粘结性煤，区分能力好于Y值，测定时人为误差小，结果重现性好。

●缺点：对弱粘结性煤区分能力差，以及实验仪器加工精度要求高，规范性太强。

●适用性：强粘结性煤目前六十一页\总数八十一页\编于十六点第四节煤炭气化与燃烧的工艺性质

与煤炭气化、燃烧有关的工艺性质，主要包括煤的发热量、煤与气化介质的反应活性、煤的着火点、煤的机械强度、煤灰性质（灰熔点）、煤的热稳定性等。这里主要介绍煤的机械强度、二氧化碳反应性。

目前六十二页\总数八十一页\编于十六点不同反应器类型用煤要求不同目前六十三页\总数八十一页\编于十六点机械强度

●煤的机械强度的意义●测定要点：煤的机械强度测定方法是取粒度为60～100mm的煤块25kg，放在带有活动底板的铁箱中。在地面上放置一块厚度20mm的钢板，在其上方将装有煤块的铁箱升高到2m的高度，然后打开活门使煤块跌落到钢板上。用25×25的筛子过筛，然后将筛上物重新按上法作跌落试验并筛分，再将筛上物依上法跌落并筛分，重复三次。将大于25mm的块煤称重，计算它占原始煤块重量的百分数，这就是煤炭的机械强度。目前六十四页\总数八十一页\编于十六点煤炭气化与燃烧的工艺性质之反应性

●煤的反应性的定义：是指在一定温度条件下，煤炭与不同气体介质（CO2、O2、H2O等）相互作用的反应能力。

●测定要点：煤炭反应性的表示方法很多，如用活化能、反应速度、反应物分解率等。比较简便准确的方法是CO2还原率（分解率）。CO2还原率测定方法要点是：先将煤进行干馏，取一定粒级的焦渣装入特制的刚玉反应管中，通入CO2气在一定温度下反应，取反应后气体分析其中的CO2浓度，根据公式计算出CO2还原率α。目前六十五页\总数八十一页\编于十六点煤的工艺性质－－煤的反应性计算式中：α－二氧化碳还原率，％

a－通入炉内二氧化碳中杂质含量，％

γ－反应后气体中剩余的二氧化碳含量，％目前六十六页\总数八十一页\编于十六点目前六十七页\总数八十一页\编于十六点反应性的影响因素

●煤的反应性的影响因素●煤炭反应性与煤化程度、煤中的矿物质等因素有关。煤化程度高，煤的反应性低，煤灰中钾、钠、钙等含量高，由于它们对反应过程有催化作用，使煤的反应性就好。

●煤炭反应性与煤化程度关系目前六十八页\总数八十一页\编于十六点褐煤烟煤无烟煤,%温度，℃煤炭反应性与煤化程度关系目前六十九页\总数八十一页\编于十六点半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭目前七十页\总数八十一页\编于十六点胶质体固化过程的缩聚反应目前七十一页\总数八十一页\编于十六点加成反应目前七十二页\总数八十一页\编于十六点煤化程度对煤的发热量的影响表5-1各种煤的发热量煤种Qgr,v,daf,kJ/g泥炭20～24年青褐煤24～28