摘

 要：煤层热解是煤炭地下气化的重要过程。大尺度煤热解煤焦孔隙结构的变化对煤焦

气化有着重要影响。选用乌兰察布褐煤，考察了热解条件对大尺度煤煤焦孔隙结构的影响。
结果表明：乌兰察布大尺度褐煤煤焦吸附等温线基本属于第

Ⅱ类，煤焦中不但有微孔，也

有中孔或更大的大孔。煤焦颗粒内部孔径分布数量以小于

10nm 占大多数。随原煤粒径增加，

煤焦微孔孔体积分布先增加后减少。高温环境对中孔的发展更加有利。热解压力主要对孔径
为

4.5nm 附近的中孔产生影响，随热解压力的升高，煤焦内部微孔、中孔的孔体积分布均先

增加后降低。

 

　　关键词：煤炭地下气化；煤层热解；孔隙结构

 

　　煤的热解是煤在利用过程中必然要发生的过程

[1，2]，尤其对煤的气化有着重要的影

响，热解条件对煤焦物理性质有很大的影响。煤炭地下气化是将煤层进行气化，在气化过程
中存在煤层的原位热解阶段和煤层受热破碎成大尺度块煤煤焦气化阶段

[3]。煤在热解过程

中会发生两方面的变化

[4-6]：一方面，随着温度的不断升高，煤焦内部结构逐渐由无序向

有序方向发展，增加了煤焦的石墨化程度；另一方面，煤中挥发份的析出能够影响煤焦中
孔隙结构的变化。而煤焦中孔隙和表面是煤焦进行气化时，气化剂与碳发生反应的通道和反
应场所。在整个煤焦气化反应过程中，煤焦的孔隙结构和比表面积将影响整个反应进程。由
于地下气化是将煤层进行气化，因此研究大尺度煤热解煤焦的孔隙结构有助于对煤炭地下
气化的整个气化过程进行分析。本文选用乌兰察布褐煤利用自行设计可控立式管式气化炉进
行了煤层模拟热解实验，利用

BET 测试仪，研究了大尺度煤在不同温度、压力和不同原煤

粒径条件下热解煤焦的孔隙结构变化规律，皆在为我国煤炭地下气化过程中大尺度煤煤焦
气化提供基础数据和科学理论依据。

 

　　

1 实验部分 

　　

1.1 煤样 

　　试验用煤样来自现场地质钻探取芯样品，将煤样制成粒径为

10mm、20～30mm、30～

40mm、80～90mm 的煤样，煤样的煤质分析见表 1-1。 
　　表

1-1 乌兰察布褐煤煤质分析 

　　

1.2 实验装置 

　　大尺度煤热解实验在可控立式管式气化实验平台进行，见图

1-1； 装置由供气部分、管

式炉部分、操控平台、净化装置四部分构成。利用

SSA-4300 孔隙比表面分析仪（北京彼奥德

电子技术有限公司生产）对煤焦孔隙结构及比表面积进行测试；实验中还用到

MD-200 型

样品前处理器；万分之一电子天平。

 

　　

1 质量流量计；2 水泵；3 单向阀；4 水蒸气发生器；5 压力感应器；6 气化炉炉膛；7

冰水浴；

8 焦油冷却器；9 背压阀；10 多环芳烃吸收装置；11 热电偶；12 仪表控制器；13

干燥器；

14 煤气取样口；15 湿式气体流量计。 

　　图

1-1 热解气化实验系统 

　　

1.3 大尺度煤煤焦的制备 

　　根据煤炭地下气化模拟实验和现场煤炭地下气化试验的研究，在煤炭地下气化过程中
煤层的升温速率在

5

℃/min 左右，因此本次实验室制备煤焦升温速率均为 5℃/min，热解气

氛为

N2。以下是主要煤焦制备条件： 

　　（

1）不同粒径原煤煤焦制备 

　　选取粒径为

10mm、20～30mm、30～40mm、80～90mm 的四份煤样，质量均为 300g 左右，

装入自行设计的可控立式管式炉中，在氮气气氛及常压条件下以

5

℃/min 的升温速率加热

到

900

℃，并恒温热解 1h，在氮气气氛下冷却，取出煤焦。 

　　（

2）不同压力下煤焦制备 

　 　 选 取 粒 径 为

30 ～ 40mm 的 乌 兰 察 布 褐 煤 煤 样 ， 质 量 均 为 300g 左 右 ， 在 常 压 、