chap8煤的工艺性质

第一节煤的发热量heatvalue/calorificvalueofcoal第二节煤的热解和粘结成焦性质pyrolysisandcakingpropertiesofcoal第三节煤炭气化与燃烧的工艺性质gasificationandcombustionpropertiesofcoal第四节煤的机械加工性质mechanicalprocessingpropertiesofcoal第八章煤的工艺性质technologicalproperties第一节煤的发热量一、煤的发热量的定义单位质量的煤完全燃烧后释放出的热量。单位：kJ/g或MJ/kg。二、煤发热量的测定（1）称量1g煤样置于氧弹oxygenbomb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heatloss，即可计算弹筒发热量，用Qb,ad表示。测定装置示意图。Theisothermal-Jacketcalo'rimeterAoxygenbombOuterjacket第一节煤的发热量三、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：温度、气氛、压力、恒容atconstantvolume、恒压atconstantpressure（2）燃烧结果的区别：反应、产物（3）对发热量的影响：弹筒发热量大于煤的真实热值第一节煤的发热量四、发热量的校正correction（1）弹筒发热量thebombcalorificvalue：弹筒直接测得的发热量。（2）高位发热量thegrosscalorificvalue：由弹筒发热量扣除deduct氮、硫特殊反应热。（3）低位发热量thenetcalorificvalue：由高位发热量扣除水的蒸发潜热。第一节煤的发热量（一）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：Qgr,v,ad＝Qb,ad－（94.1Sb,ad+Qb,ad）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,ad14.60kJ/g，或St,ad4.00%。－硝酸生成热校正系数。试验证明，与Qb,ad有关，取值如下：Qb,ad16.7kJ/g时，=0.001016.7kJ/gQb,ad25.10kJ/g时，=0.0012Qb,ad25.10kJ/g时，=0.0016第一节煤的发热量（二）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。第一节煤的发热量五、恒湿无灰基高位发热量thegrosscalorificvalueonthemoistash-freebasis恒湿无灰基是指煤样含有最高内在水分但不含灰分的一种假想状态，这时煤样中只含有可燃质和最高内在水分。煤的恒湿无灰基高位发热量不能直接测定，需用空气干燥基的高位发热量进行换算，公式如下：)MHC100()100(100)MHC100(100adadadv,gr,mafgr,AMQQ第一节煤的发热量六、发热量基准换算◆发热量基准换算的目的◆换算公式（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式第一节煤的发热量adadv,gr,dv,gr,100100MQQadadadv,gr,dafv,gr,100100AMQQadtadv,gr,arv,gr,100100MMQQ（1）弹筒发热量和高位发热量的基准换算公式第一节煤的发热量（2）低位发热量的基准换算公式tararv,gr,tadtadadv,gr,arv,net,23H20623100100)H206(MQMMMQQddv,gr,adadadv,gr,dv,net,H206100100)H206(QMQQdafdafv,gr,adadadadv,gr,dafv,net,H206100100)H206(QAMQQ第一节煤的发热量七、影响煤发热量的因素煤的发热量是煤质特性的综合指标，许多因素对煤的发热量有不同程度的影响。成因类型的影响：腐泥煤和腐植煤煤岩组成的影响：镜质组、壳质组、惰质组矿物质的影响：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年老褐煤28～30.6长焰煤30～33.5气煤32.2～35.6肥煤34.3～36.8焦煤35.2～37.1瘦煤35～36.6贫煤34.8～36.4年青无烟煤34.8～36.2典型无烟煤34.3～35.2年老无烟煤32.2～34.3Qnet,dafVdaf,%第二节煤的热解和粘结成焦性质一、煤的热解pyrolysis/thermaldecomposition★概念－煤在隔绝空气的条件下intheabsenceofair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)。★热解分类按热解终温finalpyrolysistemperature低温干馏Low-temperaturecarbonization(500-600℃)－以液体产物为目标中温干馏medium-temperaturecarbonization(700-800℃)－制取燃料煤气高温干馏high-temperaturecarbonization(950-1050℃)－炼焦第二节煤的热解和粘结成焦性质二、煤热解过程主要的反应类型reactiontype●煤的热解中的裂解反应crackingreactions●一次热解产物的二次热解反应secondarypyrolysisreactions●煤热解中的缩聚反应condensationreactions第二节煤的热解和粘结成焦性质二、煤热解过程主要的反应类型reactiontype●煤的热解中的裂解反应crackingreactions(1)结构单元之间的桥键断裂生成自由基碎片radicalfragments；(2)脂肪侧链受热易裂解，生成气态烃gaseoushydrocarbons，如：CH4(methane)﹑C2H6(ethane)等；第二节煤的热解和粘结成焦性质二、煤热解过程主要的反应类型●煤的热解中的裂解反应crackingreactions(3)含氧官能团的裂解，含氧官能团的热稳定性顺序order为：－OHC=O—COOH－OCH3。(4)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。第二节煤的热解和粘结成焦性质●一次热解产物的二次热解反应secondarypyrolysisreactionsC2H6→C2H4＋H2♣裂解反应crackingreactions，如♣脱氢反应dehydrogenation，如C6H12CH2CH2+3H+H22第二节煤的热解和粘结成焦性质●一次热解产物的二次热解反应secondarypyrolysisreactions♣加氢反应hydrogenation，如OHCH3NH2+H2+H2OH2+CH4+H2++NH3♣缩合反应，如+C4H6+H22C4H6++H22第二节煤的热解和粘结成焦性质●煤热解中的缩聚反应♣胶质体metaplast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semicoke/char。♣半焦分解，残留物之间缩聚，生成焦炭coke。缩聚反应是芳香结构脱氢dehydrogenation。第二节煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）dryinganddesorption（2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）Formationandresolidificationofmetaplast（3）半焦转化为焦炭的阶段Semicoketocoke第二节煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程（1）干燥脱吸阶段（室温～300℃）dryinganddesorption●～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。第二节煤的热解和粘结成焦性质三、粘结性烟煤热解过程（2）胶质体的生成和固化阶段（300～550℃）Formationandresolidificationofmetaplast●300～480℃：煤分解、解聚Depolymerization，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（胶质体）、固(未分解的煤)三相共存的物质，称为胶质体metaplast。●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。第二节煤的热解和粘结成焦性质三、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，称为热解的二次气体。半焦分解释放出大量气体后，体积收缩shrinkage产生裂纹fissure。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。第二节煤的热解和粘结成焦性质四、非粘结性煤noncakingcoal热解过程●煤化程度低的非粘结性煤Lowranknoncakingcoals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。第二节煤的热解和粘结成焦性质四、非粘结性煤noncakingcoal热解过程●煤化程度高的非粘结性煤Highranknoncakingcoals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。第二节煤的热解和粘结成焦性质五、煤热解产生胶质体的性质●胶质体的概念●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●胶质体的膨胀性第二节煤的热解和粘结成焦性质六、煤的粘结成焦机理（一）煤的粘结机理－煤粒借胶质体粘结固化成半焦（1）胶质体的生成及来源煤热解过程中芳香族化合物热解后，煤分子结构单元之间的桥键断裂，形成自由基碎片，其中分子量不太大的、含氢较多的成为液体产物。脂肪族化合物分解后也会生成少量的液体产物。胶质体是煤热解反应过程中生成的瞬时性存在的物质，其生成过程是不可逆过程。该液相物质具有胶一样的粘性，可以粘合粉状煤料。第二节煤的热解和粘结成焦性质（2）胶质体在煤粒之间迁移—表面迁移煤粒之间的粘结主要发生在煤粒的表面上。表面的粘结不仅发生在熔融颗粒与不熔颗粒之间，也发生在相邻颗粒产生的胶质体交界面上。研究表明，煤粒间的粘结只发生在煤粒间的表面分子层上，就是流动性最大的肥煤胶质体的液相在塑性阶段的平均移动距离只有1.9微米，这与煤粒的大小相比是可以忽略的。第二节煤的热解和粘结成焦性质因此，煤热解后不同煤粒生成的液相之间的相互