热解、气化和液化等煤炭的转化利用工艺被认为是提高煤炭利用率，控制和减轻燃煤所带来的环境污染的有效方法。煤热解工艺，尤其是快速热解工艺可以在较温和的条件下得到优质焦油，并富产洁净的半焦和煤气，被誉为介于气化和液化之间的第三条高效、洁净煤转化途径。为此，中科院过程所郭慕孙院士提出了基于循环流化床技术基础上的“煤拔头”工艺。此外，煤的热解还是煤气化、液化等转化过程的重要步骤。在这类转化过程中，除了关心煤热解的挥发份析出量和析出速率外，还需要弄清楚产物的组成、含量及其影响因素。这些都要求了解热解反应的真实过程以及中间产物和最终产物的形成机理。 本文以霍林河、义马、平朔、神华四种煤为研究对象，研究了快速热解过程中温度、颗粒尺寸以及停留时间等因素对煤热解产物的影响。主要目的在于得到能够获得最多轻质油品的热解条件，并深入了解在不同加热速率下煤的热解特性和包括二次反应在内的反应机理，为煤拔头工艺的设计及工艺目标的实现提供实验和理论依据。 通过煤的快、慢速热解实验和产物组成分析以及原煤和热解产物红外光谱的分析对比，获得了以下有价值的结果。 1).建立了浓相段和稀相段可分别控温的喷动载流床反应装置，在其上进行了煤的快速热解实验，研究表明： ●煤种是影响热解挥发物产率和热解产物组成的决定性因素之一。煤种不同，官能团的数量和分布不同，决定了不同热解产物的产率和分布不同。煤化程度较低的褐煤因其中亚甲基、羟基以及含氧官能团含量较高，得到了较高的液体产率，但其中来源于羟基官能团的热解水含量较高。而煤化程度较高的神华煤虽然液体产率不是最高，但其含亚甲基键和亚甲基醚键较高，所以其焦油和正己烷可溶物产出量较多，可分别达到15％和10％，这表明煤中的亚甲基键和亚甲基醚键是焦油的主要来源。 ●浓相段温度是影响挥发分产率和产物组成的另一个主要因素。提高浓相段温度可以提高气相产物的产率，液体产品的产率在650℃左右时达到最大，而焦油和正己烷可溶物的产率也在650℃出现最大值，正己烷可溶物产率达6.7％。此时半焦中甲基与亚甲基的比值也出现极大值，说明此时煤中的亚甲基脱除的最为彻底，含量最低。同时还可观察到此温度热解所得半焦的脂肪波峰与原煤相比不仅强度发生了变化，还发现了新的波峰，这都与液体产物的生成有关。而源于煤中羟基官能团和高键能含氧官能团的不断分解，霍林河褐煤液体产品中热解水的产率随热解温度的升高而增大。 ●热解的二次反应主要包括挥发性物质在颗粒内部的反应以及在颗粒外部发生的裂解和缩聚的反应。颗粒粒径、停留时间和稀相段温度是影响二次反应的主要因素。二次反应明显影响热解最终产品的组成，可以通过改变颗粒粒径、停留时间和稀相段温度等因素来控制二次反应进行的程度，从而得到理想的热解产品。 2).不同煤种的TG-FTIR实验研究表明，对于不同的煤种，尽管析出产物的产率不同，但产品的红外吸收峰的变迁规律基本相同。即对于某一特定产品，它的初始析出温度，丰度极值温度和消失温度都基本相同，差别仅仅在于吸收峰的强度不同而已。研究证明了煤热解的某一特定产物都是来源于煤结构中相同的官能团。 3).利用热重一付立叶红外联用以及管式炉—付立叶红外联用来研究煤的热解过程，实现了热解析出产物和官能团变化的实时红外光谱跟踪检测。可以经济、快速地确定煤粉热解的初始温度，了解煤热解的不同阶段释放物质的种类和数量。研究证明，焦油在400℃以下基本没有二次反应发生，当温度600℃后才发生较明显的裂解和缩聚反应。 4).基于红外分析和元素分析结果，以及利用CPD模型计算得到的煤结构信息，分析了组成煤结构的官能团及其在热解过程中发牛的化学反应，建立了煤热解化学反应的机理模型，模型计算值与实验值符合较好。