深度认识煤质特性、探究炼焦煤成焦机理是开发精细化配煤炼焦技术的关键。传统成焦机理仅宏观地解释了炼焦煤炭化过程中的塑性和黏结现象,缺乏对煤转变为焦炭所涉及的化学反应的深层次认识。基于此,从分子水平阐述了炼焦煤成焦特性的演化机制并提出了“衍构成焦机理”,其核心观点是:煤的焦化本质是煤分子在温度作用下发生的一系列化学反应;成焦过程中的一切宏观特性都取决于煤基体的瞬态空间结构,即“结构决定性质”;炼焦过程中传热传质条件的动态变化将影响煤的热转化行为进而影响成焦特性和焦炭质量,即“环境影响行为”。基于煤分子结构特性及热解过程中共价键的断裂和重建规律,重点分析了炼焦煤的流动性、膨胀性及其演化机制,探究了煤分子空间结构重排与焦炭强度的内在联系。流动性源于煤中弱共价键的断裂,终于芳香碎片的交联缩聚。在流动过程中,煤热解碎片以分子链段的形式向孔穴相继跃迁并封闭孔隙,形成了包含塑性层和部分煤层及半焦层的低透气带,限制了挥发分的释放从而产生了膨胀压力;同时,碳基质结构发生重排,取向性增加,sp2杂化和sp3杂化形式的碳原子的空间排布方式决定了焦炭的强度。加热速率的合理调控将明显改善焦炭强度并实现焦化过程节能降耗。“衍构成焦机理”是对传统煤成焦机理的补充和延伸,以期为现代煤焦化工业精细化发展提供理论指导和技术支撑。
1. 传统成焦机理的起源和发展
1.1 溶剂抽提理论和物理黏结理论
1.2 塑性成焦机理
1.3 中间相成焦机理和传氢机理
2. “衍构成焦机理”的提出
2.1 以共价键分布特征理解煤分子结构特性
2.2 以共价键解离-重建行为解析煤热解过程
2.3 以动态变化的传热传质条件明晰环境对炼焦煤成焦过程的影响机制
3. 炼焦煤的成焦特性及其演化
3.1 煤基体初始分解及体积收缩
3.2 煤热解过程中煤基体的流动性及其演化
3.3 煤热解过程中膨胀压力的形成与演化
3.4 新生半焦结构的演变趋势
3.5 焦炭的结构与强度
4. 动态变化的传热传质条件对炼焦煤成焦行为的影响
4.1 传热条件的影响
4.2 传质条件的影响
5. 结论与展望
主办单位:煤炭科学研究总院有限公司 中国煤炭学会学术期刊工作委员会