煤的热解也称为煤的干馏或热分解，是将煤在隔绝空气的条件下加热，煤在不同温度下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)和固体 (半焦或焦炭)等产物的过程。
煤的热解按照不同的方法有多种分类。
按照热解温度可分为低温热解 (500~700℃)、中温热解 (700~1000℃)和高温热解(1000~1200℃)。
按照加热速度可分为慢速热解 (<1K/s)、中速热解 (5~100K∕s)和闪速热解 (500〜106K∕s)。
按照热解气氛可分为惰性热解 (不加催化剂)、加氢热解和催化加氢热解。
按照固体颗粒与气体在床内的相对运动状态分为固定床热解、气流床热解和流化床热解等。
按照加热方式可分为内热式、外热式和内外热并用式热解。
按照热载体方式可分为固体热载体、气体热载体和气‐固热载体热解。按照反应器内的压力可分为常压热解和加压热解。
二、煤的焦化
煤的焦化又称煤炭高温干馏，是以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其他化工产品的一种煤转化工艺。煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油、煤气和化学产品四类。
1、炼焦用煤及其结焦特性
炼焦用煤主要有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤，它们的煤化程度依次增大，挥发分依次减小，因此半焦收缩度依次减小，收缩裂纹依次减少，块度依次增加。以上各种煤的结焦特性如下：
(1)气煤 气煤的煤化程度较小，挥发性大，煤的分子结构中侧链多且长，含氧量高。在热解过程中，不仅侧链从缩合芳环上断裂，而且侧链本身又在氧键处断裂，所以生成了较多的胶质体，但黏度小，流动性大，其热稳定性差，容易分解。在生成半焦时，分解出大量的挥发性气体，能够固化的部分较少。当半焦转化成焦炭时，收缩性大，所以，成焦后裂纹最多、最宽、最长，大部分为纵裂纹，所以焦炭细长易碎。
配煤炼焦时加人适当的气煤，可以增加焦炭的收缩性，便于推焦和保护炉体，同时可以得到较多的化学产品。我国气煤储存量大，在炼焦时应尽量多配气煤，以合理利用炼焦煤资源。
(2)肥煤 肥煤的煤化程度比气煤高，属于中等变质程度的煤，所含的侧链较多，但含氧量少，隔绝空气加热时能产生大量的分子量较大的液态产物。因此，肥煤产生的胶质体数量
最多，其最大胶质体厚度可达25mm以上，并具有良好的流动性能，且热稳定性能也好。肥煤胶质体生成温度为320℃，固化温度为460℃，处于胶质体状态的温度间隔为140℃。如果升温速度为3℃∕min，胶质体的存在时间可达50min，故肥煤黏结性最强，是我国炼焦煤的基础煤种之一。由于其挥发分高，半焦的热分解和热缩聚都比较剧烈，最终收缩量很大，所以生成焦炭的裂纹较多，又深又宽，且多以横裂纹出现，故易碎成小块。肥煤单独炼焦时，由于胶质体数量多，又有一定的黏性，膨胀性较大，导致推焦困难。
配煤时加人肥煤，可起到提高黏结性的作用，如多加瘦煤等弱黏煤，既可扩大煤源，又可减轻炭化室墙的压力，以利推焦。但肥煤的结焦性较差，配合煤中用此煤时，气煤用量应减少。
(3)焦煤 焦煤的挥发分适中，比肥煤低，分子结构中大分子侧链比肥煤少，含氧量较低。热分解时生成的液态产物比肥煤少，但热稳定性更高，胶质体数量多，黏性大，因此膨胀压力很大。半焦最大收缩的温度 (即开始出现裂纹的温度)较高，约为600~700℃，收缩过程缓和，最终收缩量也较低，所以，焦块裂纹少、块大、气孔壁厚、机械强度高。就结焦性而言，焦煤是最好的能炼制出高质量焦炭的煤。炼焦时，为提高焦炭强度，调节配合煤半焦的收缩度，可适量配人焦煤。但焦煤储量少，膨胀压力大，收缩量小，在炼焦过程中对炉墙极为不利，并且容易造成推焦困难。
(4)瘦煤 瘦煤的煤化程度较高，是低挥发分的中等变质程度的黏结性煤，热解时产生的液体产物少，热解温度区间最窄，故黏结性差。半焦收缩过程平缓，最终收缩量最低，最大收缩温度较高，瘦煤炼成的焦炭块度大，裂纹少，但熔融性较差，因其碳结构的层面间容易撕裂，耐磨性能也差。
炼焦时，在黏结性较好、收缩量大的煤中适当配人，既可增大焦炭的块度，又能充分利用煤炭资源。
2、 配煤炼焦
(1)配煤炼焦 是将两种或两种以上的单种煤，均匀地按适当的比例配合，使各煤种实现各自的特性优化组合，以生产出优质焦炭，达到合理利用煤炭资源、增加炼焦化学产品的目的。
(2)配煤炼焦的意义 从以上几种炼焦煤的结焦特性看，若用它们单独炼焦，不仅焦炭的质量难以符合要求，而且生产操作困难。故实际生产中多采用配煤炼焦。早期炼焦只用单种煤，如焦煤，其缺点是：焦煤储量不足；焦饼收缩小，造成推焦困难；膨胀压力大，容易胀坏炉墙；化学产品产率低等。我国的煤源丰富，煤种齐全，但焦煤储量较少。因此，从长远看，走配煤炼焦之路是未来炼焦行业发展的总趋势。现有炼焦工艺中，已普遍采用多种煤的配煤技术。合理的配煤不仅同样能够炼出好的焦炭，还可以扩大炼焦煤源，同时又有利于生产操作和增加焦化学产品，使煤炭资源得到充分合理的利用。
(3)配合煤的质量指标
① 水分 配合煤水分是否稳定，主要取决于单种煤的水分。配煤水分太低时，在破碎和装煤时造成煤尘飞扬，会恶化焦炉装煤的操作环境﹔水分过大，会使结焦时间延长，炼焦耗热量增高，同时影响焦炭产量、炼焦速度和焦炉寿命，对炼焦过程带来种种不利影响。所以要力求使配煤的水分稳定，以利于焦炉加热制度稳定。操作时，来煤应尽量避免直接进配煤槽，应在煤场堆放一定时期，通过沥水稳定水分，也可通过干燥，稳定装炉煤的水分。一般情况下，配合煤水分稳定在8%〜12%较为合适。
② 灰分 配合煤灰分可直接测定，也可将各单种煤的灰分用加权平均计算得到。炼焦时配煤中的灰分几乎全部转人焦炭。计算出的配合煤灰分值是控制的上限，降低配合煤灰分有利于焦炭灰分降低，可使高炉、化铁炉等降低焦耗，提高产量﹔但降低灰分使洗煤厂的洗精煤产率降低，提高了洗精煤成本，因此应从资源利用、经济效益等方面综合权衡。我国的煤炭资源中，多数中等煤化度的焦煤和肥煤属高灰难洗煤，而低煤化度的高挥发弱黏结气煤，则储量较多，且低灰易洗。因此，为了降低配煤中的灰分，应适当少配中等煤化度的焦煤、肥煤，多配高挥发分弱黏煤。
③ 挥发分 配煤挥发分是煤中有机质热分解的产物，可按配煤中各单种煤的挥发分加权平均计算得到。评价煤质时，须排除水分和灰分产生的影响，所以是可燃基的挥发分。配煤挥发分的高低，决定煤气和化学产品的产率，同时对焦炭强度也有影响。
对大型高炉用焦炭，在常规炼焦时，配合煤料适宜的挥发分在25%〜28%，此时焦炭的气孔率和比表面积最小，焦炭的强度最好。若挥发分过高，焦炭的平均粒度小，抗碎强度低，而且焦炭的气孔率高，各向异性程度低，对焦炭质量不利。若挥发分过低，尽管各向异性程度高，但煤料的黏结性变差，熔融性变差，耐磨强度降低，可能导致推焦困难。确定配合煤的挥发分值应根据我国煤炭资源的特点，合理利用煤炭资源，尽量提高化学产品的产率，尽可能多配气煤，也可使配煤挥发分控制在28%〜32%。
④ 硫分 我国不同地区所产的煤含硫量不同，东北、华北地区的煤含硫较低，中南、西南地区的煤含硫较高。硫是高炉炼铁的有害成分，配煤中的硫分有80%左右转人焦炭，焦炭硫分一般要求小于1.0%〜1.2%，因此配煤的硫分应控制在1.0%以下。降低配煤硫含量的途径，一是通过洗选除掉部分无机硫，二是配合煤料时，适当将高、低硫煤调配使用。
⑤ 黏结性 黏结性是配煤炼焦中首先考虑的指标。煤的黏结性是指烟煤粉碎后，在隔绝空气的条件下加热至一定温度，发生热分解，产生具有一定流动性的胶质体，可与一定量的惰性颗粒混熔结合，形成气、液、固相的均匀体，其体积有所膨胀，这种在干馏时黏结本身和惰性物的能力，就是煤的黏结性。煤的黏结性大小可用多种指标表示，我国最常用的是胶质层最大厚度Y和黏结指数G，它们的数值越大，煤的黏结性越好。为了获得熔融性良好、耐磨性强的焦炭，配煤必须具有适当的Y和G值。黏结性好的煤，Y=16~18mm，
G=65%~78%。
⑥ 膨胀压力 膨胀压力是配煤中另一个必须考虑的指标。膨胀压力的大小与煤的黏结性和煤在热解时形成的胶质体性质有关。一般挥发分高的弱黏结性煤，膨胀压力小﹔胶质体不透气性强，膨胀压力大。膨胀压力可促进胶质体均匀化，有助于加强煤的黏结。对黏结性弱的煤，可通过提高堆密度的办法来增大膨胀压力。但膨胀压力过大，能损坏炉墙。试验表明，安全膨胀压力应小于10〜15kPa。膨胀压力和胶质层最大厚度分别是胶质体的质和量的指标，黏结性好的煤，膨胀压力为8〜15kPa。
⑦ 煤料细度 煤料必须粉碎才能均匀混合。煤料细度是指粉碎后配合煤中的小于3mm的煤料量占全部煤料的质量分数。常规炼焦煤料细度要求为80%左右。
细度过低，配合煤混合不均匀，焦炭内部结构不均一，强度降低。细度过高，不仅粉碎机动力消耗增大，设备生产能力降低，而且装炉煤的堆密度下降，更主要的是细度过高，煤料的表面积增大，生成胶质体时，由于固体颗粒对液相量的吸附作用增强，使胶质体的黏度增大而流动性变差，因此细度过高不利于黏结，反而使焦炭质量受到影响。故要尽量减少粒度小于0.5mm的细粉含量，以减轻装炉时的烟尘逸散，以免造成集气管内焦油渣增加，焦油质量变坏，甚至加速上升管的堵塞。
三、室式结焦过程
1、 煤的成焦过程机理
炭化室内的高温炼焦过程可分为以下四个阶段。
(1)干燥预热阶段 煤由常温逐渐加热到350℃，失去水分。
(2)胶质体形成阶段 烟煤是组成复杂的高分子有机物混合物，其基本结构单元是不同缩合程度的芳香核，核周边带有侧链，结构单元之间以交联键连接。故当煤受热到350~480℃时，一些侧链和交联键断裂，首先发生缩聚和重排等反应，其次形成分子量较小的有机物。黏结性煤转化为胶质状态，分子量较小的以气态形式析出或存在于胶质体中，分子量较大的以固态形式存在于胶质体中，形成了气、液、固三相共存的胶质体。由于液相在煤粒表面形成，将许多粒子汇集在一起，故胶质体的形成对煤的黏结成焦非常重要。不能形成胶质体的煤，没有黏结性﹔黏结性好的煤，热解时形成的胶质状的液相物质多，且热稳定性好。又因为胶质体透气性差，气体析出不易，故会产生一定的膨胀压力。
(3)半焦形成阶段 当温度超过胶质体固化温度480〜650℃时，液相的热缩聚速率超过其热解速率，增加了气相和固相的生成，煤的胶质体逐渐固化，形成半焦。胶质体的固化是液相缩聚的结果，这种缩聚产生于液相之间或吸附了液相的固体颗粒表面。
(4)焦炭形成阶段 温度升高到650〜1000℃时，半焦内的不稳定有机物继续进行热分
解、和热缩聚，此时热分解的产物主要是气体，前期主要是甲烷和氢气，随后，气体分子量越来越小，750℃以后主要是氢气。随着气体的不断析出，半焦的质量减少较多，因而体积收缩。由于煤在干馏时是分层结焦的，同一时刻煤料内部各层所处的成焦阶段不同，故收缩速率也不同﹔又由于煤中有惰性颗粒，会产生较大的内应力，当此应力大于焦饼强度时，焦饼上形成裂纹，焦饼分裂成焦块。
2、煤在炭化室内的结焦特征
(1)单向供热、成层结焦 由于炭化室的侧向供热，炭化室内煤料的结焦过程所需热能是以高温炉墙侧向炭化室中心逐渐传递的。因煤料的热导率低，在炭化室中心面的垂直方向上，煤料内的温度差较大，所以在同一时间，距炉墙不同距离的各层煤料的温度不同，炉料的状态也就不同，如图1‐1所示。各层处于结焦过程的不同阶段，靠近炉墙附近的煤先结成焦炭，而后逐层向炭化室中心推移，即 “成层结焦”。炭化室中心面上炉料温度始终最低，因此结焦末期炭化室中心面温度 (焦饼中心温度)可以作为焦饼成熟程度的标志，称为炼焦最终温度。据此，生产上常以焦饼中心温度测定焦炭的成熟程度。
图1 不同结焦时间炭化室内各层煤料的温度与状态
(2)各层炉料的传热性能随温度的变化而变化 炭化室内煤料中是不均匀、不稳定温度场，其传热过程属不稳定传热。各层煤料的温度与状态由于单向供热和成层结焦，各层的升温速度不同，如图1‐2所示。结焦过程中不同状态的各种中间产物的热容、热导率、相变热、反应热等都不相同。最靠近炉墙的炉料升温速度最快，约5℃∕min以上，而位于炭化室中心部位的炉料升温速度最慢，约2℃∕min以下，这种温度上的变化区别必然导致焦炭质量的差异。
常规炼焦采用湿煤装炉，结焦过程中湿煤层被夹在两个塑性层之间，这样湿煤层内的水
汽不易透过塑性层向两层外流出，致使大部分水汽窜入内层湿煤中，并因内层温度低而冷凝下来，这样内层湿煤水分增加，加之煤的热导率小，使得炭化室内中心煤料长时间停留在约110℃以下，煤料水分愈多，结焦时间就愈长，炼焦耗热量也就愈大。
(3)炭化室内产生膨胀压力 由于成层结焦，两个大体上平行于两侧炭化室墙面的塑性层从两侧向炭化室中心面逐渐移动，又因炭化室底面温度和顶面温度也很高，在煤料的上层和下层也会形成塑性层。这样，围绕中心煤料形成的塑性层如同一个膜袋，膜袋内的煤热解产生气态产物，由于塑性层的不透气性而使膜袋膨胀，塑性层又通过半焦层和焦炭层将压力施加于炭化室墙，这种压力称之为膨胀压力。膨胀压力的大小是随结焦过程而变化的，当两个塑性层面在炭化室中心面汇合时，两边外侧已是焦炭和半焦，由于焦炭和半焦需热少而传热好，致使塑性层内的温度急剧升高，气态产物迅速增加，这时膨胀压力达到最大值，通常所说的膨胀压力即指此最大值。
煤料结焦过程中，适当大小的膨胀压力有利于煤的黏结，但要考虑到炭化室墙的结构强度。炼焦炉组的相邻两个炭化室总处于不同的结焦阶段，每个炭化室内煤料膨胀压力方向都是从炭化室中心向两侧炭化室墙面。所以相邻两个炭化室施于其所夹炉墙的侧负荷是膨胀压力之差∆p。为了保证炉墙结构不致破裂，焦炉设计时，要求∆p小于导致炉墙结构破裂的侧负荷值—极限负荷W。
图2 炭化室内各层煤料的温度变化
1—炭化室表面温度﹔2—炭化室墙附近煤料温度﹔3—距炉墙50〜60mm处煤料温度﹔
4—距炉墙130〜140mm处的煤料温度﹔5—炭化室中心部位的煤料温度
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