二、煤焦化生产过程原理

1.煤的热解过程

煤在隔绝空气下加热即炼焦过程中，煤的有机质随着温度的提高而发生一系列不可逆的化学、物理和物理化学变化，形成气态（煤气），液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。典型烟煤受热发生的变化过程见图2.1.2。

从图2.1.2可见，煤的焦化过程大致可分为3个阶段。

（1）第一阶段（室温~ 300℃）

从室温到300℃为炼焦初始阶段，煤在这一阶段一般没有什么变化，主要从煤中析出蓄存的气体和非化学结合水。脱水主要发生在120℃前，而脱气（CH ₄ ,CO ₂ 和N ₂ ）大致在200℃前后完成。

（2）第二阶段（300~600℃）

这一阶段以解聚和分解反应为主，煤黏结成半焦，并发生一系列变化。煤在300℃左右开始软化，强烈分解，析出煤气和焦油，煤在450℃前后焦油量最大，在450~600℃气体析出量最多。煤气成分除热解水、一氧化碳和二氧化碳外，主要是气态烃，故热值较高。

烟煤（特别是中等变质程度的烟煤）在这一阶段从软化开始，经熔融，流动和膨胀到再固化，发生了一系列特殊现象，并在一定的温度范围内转变成塑性状态，产生了气、液、固三相共存的胶质体。煤转变成塑性状态的能力，是煤黏结性的基础条件，而煤的黏结性对制取的焦炭质量极为重要。

（3）第三阶段（600~1000℃）

这是半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。焦油量极少，温度的升高，促进了半焦脱气体挥发分，700℃后煤气成分主要是氢气。焦炭挥发分小于2%，芳香晶核增大，排列规则化，结构致密，坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，挥发分降低，另一方面焦炭本身的重量损失、密度增加、裂纹及裂缝产生，形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。

2.煤热解工艺分类

煤热解工艺按照不同的工艺特征有多种分类方法。

（1）按气氛分为惰性气氛热解（不加催化剂），加氢热解和催化加氢热解。

（2）按热解温度分为低温热解即温和热解（500~650℃）、中温热解（650~800℃），高温热解（900~1000℃）和超高温热解（>1200℃）。

（3）按加热速度分为慢速（3~5℃/s）、中速（5~100℃/s）、快速（100~10 ⁶ ℃/s）热解和闪蒸裂解（>10 ⁶ ℃/s）。

（4）按加热方式分为外热式、内热式和内外并热式热解。

（5）根据热载体的类型分为固体热载体、气体热载体和固—气热载体热解。

（6）根据煤料在反应器内的密集程度分为密相床和稀相床两类。

（7）依固体物料的运行状态分为固定床、流化床、气流床、滚动床。

（8）依反应器内压强分为常压和加压两类。

煤热解工艺的选择取决于对产品的要求，并综合考虑煤质特点、设备制造、工艺控制技术水平以及最终的经济效益。慢速热解如煤的炼焦过程，其热解目的是获得最大产率的固体产品一焦炭；而中速、快速和闪速热解包括加氢热解的主要目的是获得最大产率的挥发产品一焦油或煤气等化工原料，从而达到通过煤的热解将煤定向转化的目的。表2.1.1列出了目标产品与一般所相应采用的热解温度、加热速度、加热方式和挥发物的导出及冷却速率等工艺条件。