电子课件第五章 煤的工艺性质第二节煤的粘结与成焦机理.ppt

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2、煤的热解煤的黏结与成焦机理煤的黏结与成焦机理煤的黏结性（结焦性）指标煤的黏结性（结焦性）指标煤炭气化和燃烧的工艺性质煤炭气化和燃烧的工艺性质煤的铝甑低温干馏试验煤的铝甑低温干馏试验煤的可选性煤的可选性煤的发热量煤的发热量第二节 煤的黏结和成焦机理l黏结过程：黏结过程：具有黏结性的煤在高温热解时，从煤具有黏结性的煤在高温热解时，从煤粉分解开始，经过粉分解开始，经过胶质状态到生成半焦胶质状态到生成半焦的过程称的过程称为黏结过程。为黏结过程。l结焦过程：结焦过程：而从煤粉而从煤粉开始分解开始分解到最后到最后形成焦块形成焦块的的整个过程整个过程称为结焦过程。称为结焦过程。l l结焦过程大体分为黏结过程

3、和半焦收缩过程两个阶段。对结焦过程大体分为黏结过程和半焦收缩过程两个阶段。对于炼焦，煤的黏结过程至关重要，而黏结性好坏又取决于于炼焦，煤的黏结过程至关重要，而黏结性好坏又取决于胶质体的生成和胶质体的性质。胶质体的生成和胶质体的性质。具有黏结性的煤，当温度升高到300，煤开始分解，析出气态产物，随着温度升高不断析出焦油，当温度达到一定时，在煤粒表面形成含有气泡的液相膜，此时煤粒开始软化，许多煤粒液相膜汇合在一起，形成气、液、固三相一体的黏稠的混合物，即所谓的“胶质体”。煤在热解过程中形成的胶质体是煤炭黏结成焦的前提，胶质体液相的数量和质量是影响焦炭质量的关键。一、胶质体的来源和性质图图5-9 5

4、-9 胶质体的生成及转化示意图a-转化开始阶段；b-开始形成半焦阶段；c-煤粒强烈软化和半焦破裂阶段 1-煤；2-含有气泡的液相胶质体；3-半焦l l1 1、胶质体液相来源：、胶质体液相来源：l l煤热解时，结构单元之间结合比较薄弱的煤热解时，结构单元之间结合比较薄弱的桥键桥键断裂，生断裂，生成自由基，其中一部分分子量不太大，含氢较多，使自由成自由基，其中一部分分子量不太大，含氢较多，使自由基稳定化，形成液体产物；基稳定化，形成液体产物；l l在热解时，结构单元上的在热解时，结构单元上的脂肪侧链脂肪侧链脱落大部分挥发逸出，脱落大部分挥发逸出，少部分参加缩聚反应形成液态产物；少部分参加缩聚反应形

5、成液态产物；l l煤中原有的煤中原有的低分子量化合物低分子量化合物沥青受热熔融变为液态；沥青受热熔融变为液态；l l残留的残留的固体固体部分在液态产物中部分溶解和胶熔。部分在液态产物中部分溶解和胶熔。l l2 2、胶质体的性质：、胶质体的性质：l l在热解过程中，胶质体的液相不断分离、缩聚和固化形成半焦。在热解过程中，胶质体的液相不断分离、缩聚和固化形成半焦。液膜外层开始固化形成半焦，中间仍为胶质体，这种状态维持液膜外层开始固化形成半焦，中间仍为胶质体，这种状态维持时间极短，因为半焦随着温度升高而进行分解，收缩形成裂纹，时间极短，因为半焦随着温度升高而进行分解，收缩形成裂纹，胶质体顺着裂纹流出

6、，又固化成半焦，直到煤粒全部转化为半胶质体顺着裂纹流出，又固化成半焦，直到煤粒全部转化为半焦。形成半焦质量好坏决定于胶质体的数量和质量。胶质体的焦。形成半焦质量好坏决定于胶质体的数量和质量。胶质体的热稳定性、流动性、透气性及膨胀性从不同侧面反映了胶质体热稳定性、流动性、透气性及膨胀性从不同侧面反映了胶质体的数量和质量。的数量和质量。l l（1 1）热稳定性）热稳定性 l胶质体热稳定性一般用温度间隔T（煤开始软化的温度（Tp）到开始固化的的温度（Tk）之间的温差范围）来表示，即T=Tk-Tp。表示煤在胶质体状态所经历的时间，反映胶质体热稳定性的好坏。l温度间隔大，表示胶质体在较高的加热温度下停留

7、的时间长，煤粒间有充分的时间接触并相互作用，煤的黏结性就好，反之则差。l各种煤胶质体的温度间隔各种煤胶质体的温度间隔煤种煤种软化温度化温度T Tp p/固化温度固化温度T Tk k/温度温度间隔隔T=TT=Tk k-T Tp p/胶胶质体停留体停留时间/min/min（3/min3/min）肥煤肥煤气煤气煤焦煤焦煤瘦煤瘦煤3203203503503903904504504604604404404654654904901401409090757540405050303028281313l（2）透气性l l煤热解的气体物质从胶质体中析出的难易程度。胶质体中液相煤热解的气体物质从胶质体中析出的难易程

8、度。胶质体中液相数量多，液体粘度大，则气体析出难，透气性差。反之，如胶数量多，液体粘度大，则气体析出难，透气性差。反之，如胶质体液相透气性好，或液体少，则液相不能充满颗粒之间，气质体液相透气性好，或液体少，则液相不能充满颗粒之间，气体容易析出，则透气性好。体容易析出，则透气性好。l l透气性对煤黏结影响：若透气性差，则膨胀压力大，有利于黏透气性对煤黏结影响：若透气性差，则膨胀压力大，有利于黏结（能促进煤粒间黏结）；反之，透气性好，膨胀压力小，不结（能促进煤粒间黏结）；反之，透气性好，膨胀压力小，不易黏结。易黏结。l l煤化程度、煤岩组分以及加热的速度影响胶质体的透气性。中煤化程度、煤岩组分以及

9、加热的速度影响胶质体的透气性。中等煤化程度的煤在热解过程中能产生足够数量的液相产物，热等煤化程度的煤在热解过程中能产生足够数量的液相产物，热稳定性较好，气体不易析出，胶质体的透气性差，黏结性好。稳定性较好，气体不易析出，胶质体的透气性差，黏结性好。镜质组的胶质体的透气性差、壳质组较好、惰质组不产生胶质镜质组的胶质体的透气性差、壳质组较好、惰质组不产生胶质体。提高加热速度可使某些反应提前进行，使胶质体中的液相体。提高加热速度可使某些反应提前进行，使胶质体中的液相量增加，使胶质体的透气性变差。量增加，使胶质体的透气性变差。l l（3 3）流动性）流动性l l反映了胶质体液相数量多少和黏度的大小，胶

10、质体液相数反映了胶质体液相数量多少和黏度的大小，胶质体液相数量多，黏度小，流动性好，反之流动性差。量多，黏度小，流动性好，反之流动性差。l l煤在胶质状态下的流动性对黏结影响较大。以胶质体的流煤在胶质状态下的流动性对黏结影响较大。以胶质体的流动度衡量。如果胶质体的动度衡量。如果胶质体的流动性差流动性差，不利于煤粒之间或与，不利于煤粒之间或与惰性组分之间的相互作用，界面结合不好，因此煤的惰性组分之间的相互作用，界面结合不好，因此煤的黏结黏结性差性差；反之利于煤的黏结。；反之利于煤的黏结。l l（4 4）膨胀性）膨胀性l l在胶质体状态下，若胶质体数量多，黏度大，则胶质体中的气在胶质体状态下，若胶

11、质体数量多，黏度大，则胶质体中的气体不易析出，会使胶质体发生膨胀。膨胀压力大，有利于煤粒体不易析出，会使胶质体发生膨胀。膨胀压力大，有利于煤粒间黏结，但膨胀压力过大，将对炭化设备产生危害。间黏结，但膨胀压力过大，将对炭化设备产生危害。l l煤的膨胀性和透气性有关，透气性好，则不易膨胀，透气性差，煤的膨胀性和透气性有关，透气性好，则不易膨胀，透气性差，则较容易膨胀。一般膨胀性大的煤，黏结性好，反之较差。则较容易膨胀。一般膨胀性大的煤，黏结性好，反之较差。l l综上，胶质体性质主要是由胶质体中的液相的数量和性质决定综上，胶质体性质主要是由胶质体中的液相的数量和性质决定的，它直接影响煤的黏结。同时，

12、胶质状态下气体析出的量及的，它直接影响煤的黏结。同时，胶质状态下气体析出的量及析出速度，以及固相产物数量等均对煤的黏结性有重要影响。析出速度，以及固相产物数量等均对煤的黏结性有重要影响。l各类炼焦煤胶质体数量和性质差异较大。l气煤产生的液相物热稳定性差，易迅速分解成气体析出，其胶质体流动性较差。l瘦煤产生的液相物数量少，软固化温度区间最小（仅约40），胶质体流动性差，不易将煤粒间的空隙填满。形成的焦炭界面结合不好，熔融不好，耐磨性差。l肥煤的液相物多，软固化温度区间最大（达140），在胶质体状态下的停留时间长，煤粒熔融结合良好。l焦煤的液相物较多，热稳定好，胶质体的流动性好，有一定的膨胀性，这

13、些性质均有利于煤粒之间的黏结，从而形成熔融良好、致密的焦炭。l l煤在热解中形成黏结性好的半焦，必须具备：煤在热解中形成黏结性好的半焦，必须具备：（1 1）具有足够数量的高沸点液体，能将固体粒子表面润湿，并具有足够数量的高沸点液体，能将固体粒子表面润湿，并将粒子间的空隙填满；将粒子间的空隙填满；（2 2）胶质体应具有足够大的流动性、不透气性和较宽的温度间胶质体应具有足够大的流动性、不透气性和较宽的温度间隔；隔；（3 3）胶质体应具有一定黏度，有一定气体生成量，能产生膨胀；胶质体应具有一定黏度，有一定气体生成量，能产生膨胀；（4 4）黏结性不同的煤粒应在空间均匀分布；黏结性不同的煤粒应在空间均匀

14、分布；（5 5）液态产物与固体粒子间应有较好的附着力；液态产物与固体粒子间应有较好的附着力；（6 6）液态产物进一步分解缩合得到的固体产物和未转变为液液态产物进一步分解缩合得到的固体产物和未转变为液 相的固体粒子本身要有足够的机械强度。相的固体粒子本身要有足够的机械强度。l3、影响焦炭强度的主要因素l（1）煤热解时生成胶质体的数量多，流动性好，热稳定性好，形成液晶相的能力强，则黏结性好，焦炭强度高；l（2）煤中未液化部分和其他惰性物质的机械强度高，与胶质体的浸润能力和附着力强，同时分布均匀，则焦炭强度高；l（3）焦炭气孔率低，气孔小，气孔壁厚和气孔壁强度高则焦炭强度高；l（4）焦炭裂纹少则强度

15、高。l二、中间相理论二、中间相理论 成焦机理l（一）煤熔融形成中间相的概念l 黏结性烟煤在炭化过程中，镜质组变为胶质体时开始形成很微小的球体，这些小球体逐渐接触、融并、长大，最后聚结在一起，形成了类似于液晶的具有各向异性的流动相态，这就是中间相。中间相是由聚合的芳香层片的扭曲结构组成的，再继续加热，聚合物发生裂解、缩聚而固化，最终形成各向异性炭。如果没有中间相的转变过程，只能形成各向同性炭。焦炭生产过程中，各向异性炭是追求的目标。各向同性液体各向同性液体l（二）中间相的特点 l（1）中间相的形成是不可逆的；l（2）中间相的形成是化学过程。中间相形成以后，内部发生连续的裂解、缩聚等化学变化；l（3）中间相在形成过程中C/H比逐渐增大；l（4）中间相在形成过程中，分子量是逐渐增大的。l（三）中间相的形成过程 l 中间相从小球体产生到胶质体固化、形成半焦这一阶段为中间相阶段，发展过程如图所示。各向同性液体各向同性液体