煤化工-4(編輯修改稿)
2025-03-26 00:33 本頁面
【文章內容簡介】 交界面上 ， 是一個復雜的物理和化學過程 。 ? 煤在熱解中要形成半焦，必須具備以下條件： ? （ 1）有足夠數(shù)量的液相，能使分解的煤粒表面潤濕并充滿顆粒間的空隙； ? （ 2）膠質體的溫度間隔足夠大； ? （ 3）膠質體的流動性好； ? （ 4）膠質體有一定的黏度，能產生一定的膨脹壓力，將軟化的煤粒壓緊； ? （ 5）液相分解縮聚所形成的固相產物和未分解為液相的固體顆粒，本身應具有足夠的強度； ? （ 6）黏結性不同的煤粒在空間要均勻分布。 三 、 煤的成焦機理 煤料慢速升溫的成焦過程在 550℃ 左右形成半焦 ，溫度繼續(xù)升高 ， 半焦進一步分解 ， 析出分子量最小的氣態(tài)產物 （ 主要是氫 ， 也有少量甲烷 ） ， 而不生成焦油 ， 其原因是由于 C脂 — H和 C芳 — H斷裂的結果 。半焦分解同時還產生許多游離基 ， 游離基發(fā)生縮聚反應 ， 隨著溫度的升高 ， 縮聚反應不斷加強 ， 使芳香碳網(wǎng)不斷增大 ， 碳網(wǎng)間的排列也越來越規(guī)則化 。 前蘇聯(lián)的拉祖莫娃曾對不同溫度下的加熱固體殘留物進行了 X射線衍射研究 。 在 700℃ 以后 ， 碳網(wǎng)尺寸增大較快 ， 其原因是由于縮聚反應在該溫度下劇烈的結果 。 半焦外型的變化產生裂紋 ， 半焦熱縮聚必然引起體積收縮 ， 而焦塊的剛性阻止其收縮 ， 半焦內便產生了內應力 。 隨著溫度的升高 ， 其內應力不斷增加 ， 當內應力大于半焦本身的強度時 ， 使半焦破裂形成裂紋 。 當溫度達到 1000℃ 時 ， 形成具有一定機械強度和一定塊度的銀灰色并具有金屬光澤的焦炭 。 四 、 中間相理論 1．關于中間相理論的基本概念 （ 1） 液晶 煤的成焦過程有液晶相出現(xiàn) 。 （ 2） 中間相 具有黏結性的煤和瀝青等加熱至 350～ 500℃ 左右時 ，能在膠質體的液相中形成由聚合液晶構成的各向異性流動相態(tài) ， 這種新的相態(tài)稱為中間相 。 這種中間相存在的時間很短 ， 很快就固化為半焦 。 中間相由向列聚合液晶構成 ， 它具有某些液晶的性質 ， 如可塑性 、 各向異性等 ， 但又和液晶不完全相同 ， 如中間相形成和演變是不可逆的 。 2． 中間相的形成 、 發(fā)展和固化 有黏結性的煤和瀝青等加熱到 350℃ 左右時 ，開始發(fā)生分解和縮聚反應 ， 低分子氣體析出 ， 同時生成游離基縮聚成稠環(huán)芳烴；約在 400℃ 左右 ， 縮聚稠環(huán)芳烴的平均分子量增加到 1500左右 （ 其中約有十幾至幾十個稠環(huán)芳烴 ） 。 由于溫度的升高 ， 膠質體流動性增加 ， 稠環(huán)芳烴大分子在膠質體熱擴散的作用下 ， 平行堆砌 ， 在各向同性的液相中形成各向異性的新相 ， 呈現(xiàn)出球狀 、 蝌蚪狀 、 棒狀的可塑性物質 ， 這就是初生的中間相 。 中間相的發(fā)展可分為以下幾個階段： （ 1） 熱縮聚 煤熱裂解產生大量不飽和化合物和游離基 ， 同時 ， 它們之間縮聚形成平面稠環(huán)大分子 。 （ 2） 成球 稠環(huán)大分子由于熱擴散 ， 在液相中遷移而平行堆砌 ， 形成新相小球體 。 （ 3） 小球體長大 每個小球體不斷吸附周圍的流動相而使其體積增大 。 （ 4） 接觸 新的小球體不斷產生 ， 原來的小球體不斷長大 ， 使系統(tǒng)中小球體的濃度增加 ， 球體間距縮小 ， 直到球體與球相接觸 。 （ 5） 融并 兩個接觸的單球或多個單球合并成一個復球 ， 也可能多個單球與融合后 的新球融并成為中間相體 。 （ 6） 重排 中間相體和復球內部的層片分子 ， 不斷重排變形而規(guī)則化 。 （ 7） 增黏 中間相進一步吸收周圍的流動相而長大 ，待各相同性基質消耗將盡時 ， 系統(tǒng)的黏性迅速增加 。 （ 8） 變形 在析出氣體的壓力和剪切力的作用下 ， 使高度聚集的彎曲層面分子排列進一步順序化 ， 并因此而變形 。 （ 9） 固化 因溫度升高而層片分子數(shù)迅速增大 ， 形成不同尺寸的結構單元 ， 系統(tǒng)固化形成各種類型的光學結構體（ 不同的焦炭顯微結構體 ） 。 圖 中間相發(fā)展示意圖 加熱速度 提高加熱速度使煤料的膠質體溫度范圍加寬 ， 流動性增加 ， 從而改善煤料的黏結性 ， 使焦塊致密 。 實驗證明這是因為改變了煤的熱解動態(tài)過程 ， 即快速加熱使側鏈斷裂形成液相的速度和碳網(wǎng)增加 ， 液相顯出速度之差值增加 ， 從而加大了膠質體的溫度停留范圍 ， 改善了膠質體的流動性 ， 同時單位時間內產生的氣體增加 ， 增大了膨脹壓力 ， 因而提高了煤的黏結性 。 利用快速加熱 ， 可以提高弱黏結性的氣煤 、 弱黏煤甚至長焰煤的黏結性 ， 這就擴大了煉焦煤源 ， 熱壓型焦就屬于這一基本原理 。 但快速加熱對半焦收縮是
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