1緒論001
1.1熱解與煉焦煤資源002
1.1.1煤炭分類002
1.1.2低階煤儲量及分布004
1.1.3煉焦煤儲量及分布006
1.2熱解與焦化過程特征008
1.2.1產物及析出規律008
1.2.1.1氣體產物析出規律008
1.2.1.2液體產物析出規律009
1.2.1.3固體產物生成規律010
1.2.2定向分質轉化012
1.2.2.1以中低溫熱解為龍頭的定向分質轉化技術013
1.2.2.2以高溫熱解為龍頭的定向分質轉化技術015
1.3熱解與焦化技術產業發展016
1.3.1產業發展現狀016
1.3.2技術發展方向017
1.3.2.1中低溫熱解技術發展方向017
1.3.2.2焦化技術發展方向018
參考文獻020

2熱解與焦化原理022
2.1煤的組成與結構022
2.1.1煤的組成022
2.1.1.1有機組成022
2.1.1.2無機組成023
2.1.1.3煤的岩相組成024
2.1.2煤的基本結構026
2.1.2.1物理結構026
2.1.2.2化學結構026
2.1.2.3結構模型027
2.1.2.4化學鍵和解離能030
2.1.2.5煤分子結構的近代概念031
2.2煤熱解與焦化規律及影響因素031
2.2.1煤熱解與焦化規律031
2.2.2裂解反應032
2.2.3主要影響因素034
2.3煤熱解與焦化反應動力學039
2.3.1反應動力學039
2.3.2動力學模型042
2.3.3最概然機理函數045
2.4煤熱解與焦化機理及模型048
2.4.1熱解機理及模型048
2.4.1.1煤的熱解機理048
2.4.1.2煤熱解模型050
2.4.2成焦機理及模型057
參考文獻060

3煤炭中低溫熱解064
3.1原料煤的特點與評價064
3.1.1性質與特點064
3.1.2評價方法065
3.2過程傳質傳熱067
3.2.1高效傳質067
3.2.1.1煤顆粒內的傳質067
3.2.1.2熱載體與固體顆粒間的傳質068
3.2.2高效傳熱068
3.2.2.1氣體熱載體傳熱068
3.2.2.2固體熱載體傳熱069
3.2.3煤顆粒熱解分析071
3.2.3.1煤顆粒內部溫度梯度071
3.2.3.2煤顆粒直徑對熱解失重的影響073
3.2.3.3煤塊直徑對煤熱解產率的影響074
3.2.3.4煤塊直徑對熱解氣成分的影響075
3.2.3.5熱解半焦分析075
3.2.3.6小結076
3.2.4煤熱解過程中傳熱模型的建立077
3.2.4.1基本假設077
3.2.4.2模型建立077
3.2.4.3初始條件與邊界條件079
3.2.4.數值模擬與結果分析079
3.2.4.5熱解過程傳熱計算及分析081
3.3熱解工藝裝備083
3.3.1基本工藝流程083
3.3.2工藝類型及分類084
3.3.3典型爐型及裝備086
3.3.3.1德國Lurgi-Ruhrgas爐086
3.3.3.2美國COED法092
3.3.3.3三江（SJ）爐095
3.3.3.4陝煤-國富（SM-GF）爐096
3.3.3.5回轉窯098
3.3.3.6浙大循環流化床熱電多聯產100
3.3.3.7旋轉床101
3.3.3.8氣流床102
3.3.3.9帶式爐熱解工藝104
3.3.4油氣除塵105
3.3.4.1除塵機理105
3.3.4.2除塵技術106
3.4焦油回收與熱解氣利用108
3.4.1焦油回收技術108
3.4.1.1焦油水洗技術108
3.4.1.2焦油油洗技術109
3.4.2熱解氣淨化與分質利用112
3.4.2.1熱解氣的脫硫技術112
3.4.2.2熱解氣的分質利用112
3.5半焦利用121
3.5.1半焦特性121
3.5.1.1半焦性質121
3.5.1.2半焦規格和質量127
3.5.2半焦利用途徑129
3.5.2.1半焦氣化130
3.5.2.2半焦燃燒131
3.5.2.3半焦在冶金領域的應用132
3.5.2.4半焦制電石135
3.5.2.5半焦成型135
3.5.2.6其他利用139
3.6環境保護與清潔生產143
3.6.1干燥及熱解廢水的處理及利用143
3.6.1.1煤中低溫熱解廢水來源及水質特點分析143
3.6.1.2熱解廢水處理技術144
3.6.2大氣污染防治措施149
3.6.2.1粉塵污染防治措施149
3.6.2.2廢氣污染防治措施151
3.6.3熱半焦清潔熄焦152
3.7熱解前沿技術155
3.7.1快速熱解155
3.7.2加氫熱解157
3.7.3加壓熱解158
3.7.4甲烷活化熱解160
3.7.5煤與非煤共熱解162
參考文獻167

4中低溫煤焦油加工173
4.1原料特征173
4.1.1原料基本性質173
4.1.1.1一般性質173
4.1.1.2密度、黏度、熱重分析174
4.1.1.3蒸餾特征176
4.1.1.4光譜學特征177
4.1.2化學組成180
4.1.2.1中低溫煤焦油常壓餾分組成180
4.1.2.2中低溫煤焦油減壓餾分組成183
4.1.3雜原子形態分析185
4.1.3.1含氧化合物185
4.1.3.2含氮化合物187
4.1.3.3含硫化合物189
4.1.4重組分表征分析190
4.1.4.1瀝青質組成分析190
4.1.4.2FT-ICR MS191
4.1.4.3XPS196
4.1.4.4FTIR198
4.1.4.5NMR198
4.1.4.6XRD199
4.2中低溫煤焦油深加工關鍵技術原理200
4.2.1煤焦油預處理200
4.2.1.1雜質分布形態及危害200
4.2.1.2煤焦油預處理工藝技術202
4.2.2精餾分離204
4.2.2.1煤焦油三塔式精餾204
4.2.2.2煤焦油粗酚的連續精餾分離206
4.2.3催化加氫208
4.2.3.1加氫精制208
4.2.3.2加氫裂化211
4.2.3.3催化裂化212
4.2.4煤焦油生產加工污染物及處理214
4.2.4.1煤焦油生產加工廢水214
4.2.4.2煤焦油加工廢渣處理方法218
4.3中低溫煤焦油加氫典型工藝221
4.3.1固定床加氫技術221
4.3.1.1餾分油固定床加氫技術221
4.3.1.2全餾分固定床加氫225
4.3.2懸浮床加氫技術227
4.3.2.1均相懸浮床加氫技術227
4.3.2.2非均相懸浮床加氫228
4.3.3沸騰床加氫技術230
4.3.3.1撫研院煤焦油沸騰床加氫技術231
4.3.3.2上海新佑劣質油全返混沸騰床加氫工業化技術232
4.3.4典型工藝技術特點及發展前景233
4.3.4.1典型工藝技術特點233
4.3.4.2發展前景233
4.4中低溫煤焦油分質利用234
4.4.1酚類分離與利用234
4.4.1.1酚類組成及特點234
4.4.1.2酚類提取與精制237
4.4.1.3下遊精細化學品240
4.4.2中低溫煤焦油輕質餾分利用242
4.4.2.1煤基石腦油催化重整制備芳烴242
4.4.2.2煤基石腦油芳烴抽提制備溶劑油244
4.4.2.3煤基石腦油制備化學品246
4.4.3中間餾分的加工利用248
4.4.3.1航空煤油248
4.4.3.2火箭煤油251
4.4.3.3變壓器油251
4.4.3.4冷凍機油254
4.4.3.5橡膠油256
4.4.4重質組分的加工利用258
4.4.4.1中間相炭微球258
4.4.4.2中間相瀝青258
4.4.4.3改質瀝青259
4.4.4.4煤繫針狀焦260
4.4.4.5其他新型炭材料262
4.5中低溫煤焦油加工前沿技術262
4.5.1臨氫熱裂化262
4.5.2超臨界流體改質265
4.5.2.1超臨界流體中煤焦油輕質化265
4.5.2.2超臨界流體中煤焦油催化加氫267
4.5.3精細分離利用268
4.5.3.1正構烷烴的分離270
4.5.3.2芳香族化合物（縮合芳香族化合物）的分離270
4.5.3.3含氮有機化合物的分離271
參考文獻271

5煤炭高溫煉焦280
5.1煉焦配煤及預處理技術280
5.1.1煉焦配煤質量280
5.1.1.1煉焦煤基本性質280
5.1.1.2煉焦煤工藝性質281
5.1.1.3煉焦配煤質量282
5.1.2配煤技術284
5.1.2.1配煤原理284
5.1.2.2配煤工藝285
5.1.2.3配煤專家繫統288
5.1.3煉焦煤預處理技術289
5.1.3.1煉焦煤預處理技術特征289
5.1.3.2裝爐煤搗固技術290
5.1.3.3裝爐煤干燥與調濕技術294
5.1.3.4干燥潔淨煤壓塊工藝298
5.1.3.5配型煤技術300
5.1.3.6煉焦煤與非煤的共炭化技術304
5.1.3.7添加惰性物煉焦307
5.2煉焦裝備及運行技術308
5.2.1煉焦裝備308
5.2.1.1煉焦爐的發展308
5.2.1.2焦爐結構與類型309
5.2.1.3焦爐大型化311
5.2.1.4焦爐輔助設備317
5.2.1.5其他煉焦反應器320
5.2.2焦爐運行與控制技術325
5.2.2.1室式煉焦過程325
5.2.2.2煤氣燃燒基礎329
5.2.2.3焦爐氣體力學原理332
5.2.2.4焦爐智能化技術336
5.2.3焦爐熱工與節能技術340
5.2.3.1煉焦熱與煉焦耗熱量340
5.2.3.2焦爐熱工評定341
5.2.3.3干熄焦與節能技術344
5.3焦炭產品及應用349
5.3.1焦炭種類與性質349
5.3.1.1焦炭種類349
5.3.1.2焦炭的組成與性質350
5.3.2高爐用焦炭354
5.3.2.1焦炭在高爐中的作用354
5.3.2.2大高爐用焦質量355
5.3.2.3焦炭質量預測與控制356
5.3.3鑄造用焦炭360
5.3.4鐵合金用焦炭362
5.3.5化工用焦炭362
5.4焦爐副產物的淨化與利用技術363
5.4.1焦爐氣淨化與利用技術363
5.4.1.1粗煤氣生成與導出363
5.4.1.2煤氣初冷364
5.4.1.3煤氣輸送365
5.4.1.4煤氣淨化366
5.4.2煤焦油的回收技術369
5.4.2.1煤焦油的生成369
5.4.2.2煤焦油回收工藝369
5.4.3粗苯的回收及精制371
5.4.3.1粗苯組成與性質371
5.4.3.2粗苯洗滌與回收372
5.4.4氨與輕吡啶的回收375
5.4.4.1氨的回收375
5.4.4.2粗輕吡啶的回收378
5.5煉焦污染物控制與清潔生產380
5.5.1焦化環保政策與要求380
5.5.2焦化煙塵控制與治理技術382
5.5.3焦化過程的VOCs治理383
5.5.3.1焦化VOCs的來源和組成383
5.5.3.2工業VOCs治理控制技術384
5.5.3.3焦化VOCs處理工藝385
5.5.4干熄焦放散氣淨化387
5.5.5焦化廢水與污染物控制388
5.5.5.1廢水來源與特征388
5.5.5.2常見焦化廢水處理工藝389
5.5.5.3焦化廢水預處理391
5.5.6焦化二次資源綜合利用393
5.6煉焦產業和技術發展趨勢394
5.6.1煉焦產業發展動向394
5.6.2煉焦技術展望396
5.6.2.1SCOPE 21煉焦新技術396
5.6.2.2連續煉焦新技術400
參考文獻405

6高溫煤焦油加工408
6.1高溫焦油化學組成與精餾409
6.1.1化學組成409
6.1.2預處理411
6.1.2.1焦油質量的均合411
6.1.2.2焦油脫水411
6.1.2.3焦油脫鹽412
6.1.2.4焦油脫灰、脫渣412
6.1.3精餾工藝412
6.1.3.1間歇式焦油蒸餾412
6.1.3.2連續式焦油蒸餾413
6.1.4精餾組分419
6.2酚類化合物的提取與精制420
6.2.1焦油酚的性質及分布420
6.2.2酚類化合物的提取422
6.2.2.1脫酚工藝原理422
6.2.2.2工藝流程423
6.2.3粗酚的精制425
6.2.3.1減壓間歇精餾426
6.2.3.2減壓連續精餾427
6.2.3.3酚類產品的質量428
6.2.4酚類同繫物的分離428
6.2.4.1酚類同繫物的性質和用途428
6.2.4.2酚類同繫物窄餾分的制取429
6.2.4.3間甲酚和對甲酚的分離431
6.2.5二甲酚異構體的分離432
6.2.5.13,4-二甲酚和3,5-二甲酚的分離432
6.2.5.22,4-二甲酚和2,5-二甲酚的分離435
6.2.5.32,6-二甲酚和2,3-二甲酚的分離435
6.3工業萘和精萘的生產435
6.3.1萘的性質及分布436
6.3.2精餾法生產工業萘和精萘437
6.3.2.1雙爐雙塔連續精餾438
6.3.2.2單爐單塔連續精餾438
6.3.2.3單爐雙塔加壓連續精餾439
6.3.3熔融結晶法生產工業萘或精萘440
6.3.3.1間歇式分步結晶法440
6.3.3.2連續式多級分步結晶法441
6.3.3.3立管降膜結晶法443
6.3.3.4新日鐵連續結晶法444
6.3.4萘的催化加氫精制444
6.3.4.1加氫精制的基本原理445
6.3.4.2加氫精制的工藝流程445
6.4蒽、菲和咔唑的分離與深加工445
6.4.1蒽、咔唑和菲的物理化學性質與分離原理446
6.4.1.1蒽、咔唑和菲的物理化學性質446
6.4.1.2蒽、咔唑和菲的分離基本原理449
6.4.2粗蒽的生產452
6.4.3精蒽的生產455
6.4.3.1溶劑法生產精蒽455
6.4.3.2蒸餾-溶劑法生產精蒽456
6.4.4蒽醌制備及其應用461
6.4.4.1蒽氧化制蒽醌462
6.4.4.2蒽醌的重要衍生物制備467
6.4.5咔唑的生產469
6.4.5.1初餾-溶劑-精餾法生產精蒽和精咔唑工藝469
6.4.5.2結晶-蒸餾法制取精蒽和精咔唑的工藝471
6.4.5.3咔唑的深加工產品及應用472
6.4.6菲的生產475
6.4.6.1蒸餾-結晶法制取工業菲475
6.4.6.2從工業菲制取精菲475
6.5其他煤焦油產品的分離與精制476
6.5.1吲哚的分離與精制477
6.5.2苊的分離與精制481
6.5.2.1苊的分離方法481
6.5.2.2苊餾分的提取482
6.5.2.3苊的精制483
6.5.3氧芴的分離與精制484
6.5.3.1從洗油中提取氧芴485
6.5.3.2氧芴的溶劑法精制485
6.5.4芴的分離與精制486
6.5.4.1精餾法486
6.5.4.2鉀熔法487
6.5.5β-甲基萘的分離與精制487
6.5.5.1從洗油餾分加工分離甲基萘餾分487
6.5.5.2甲基萘餾分精制β-甲基萘489
6.5.6焦油鹽基化合物分離491
6.6瀝青的提質加工493
6.6.1改質瀝青495
6.6.1.1工藝參數對改質瀝青性能的影響495
6.6.1.2改質瀝青的生產工藝498
6.6.2乳化瀝青502
6.6.3針狀焦503
6.6.3.1針狀瀝青焦的特性和生成機理503
6.6.3.2工藝流程504
6.6.3.3影響針狀焦生產的因素505
6.6.3.4針狀焦質量指標506
參考文獻507

煤炭作為能源和有機質的統一載體，其結構組成特征和加熱反應特性，決定了通過中低溫熱解或高溫焦化，先將其分質轉化為氣（熱解氣）、液（煤焦油）、固（半焦/焦炭）三種形態，再分別對熱解氣、煤焦油、半焦/焦炭進一步分質轉化為油、氣、電、熱和有機化學產品，既是一條低消耗、低排放、低成本同步獲取清潔能源和高附加值化學產品的煤炭清潔高效轉化利用途徑，又能起到緩解油氣對外依存度過高、維護國家能源安全的作用。2021年9月，主席在陝西榆林考察時強調，“要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能”“促進煤化工產業高端化、低碳化發展”“積極發展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等”。《國家“十三五”規劃綱要》《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》《中共中央 國務院關於新時代推進西部大開發形成新格局的指導意見》《“十四五”能源領域科技創新規劃》等多項文件，也明確提出積極推進煤炭分級分質梯級利用。
近年來，煤炭中低溫熱解及煤焦油加工技術研發和工業化試驗呈現出百家爭鳴、百花齊放之勢，工業化示範及其大型產業化項目布局也隨之加快；煤炭高溫煉焦及煤焦油加工技術已形成大規模產業，但隨著節能環保要求的提高和對提升綜合效益的追求，整體技術及其產業也在加快優化升級。因而，亟須一部能反映煤炭熱解與焦化領域最新基礎理論、科研成果及其工業化試驗示範案例的專著加以指導。
本書在謝克昌、高晉生、鄭文華、馬寶岐、賀永德五位煤化工權威專家指導下，由國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室、大連理工大學、華東理工大學、安徽理工大學、安徽工業大學、西北大學、山東省冶金設計院及陝西煤業化工集團所屬相關企業的多支研究團隊共同編著完成，以期能為煤炭熱解與焦化領域的科技研發和產業高質量發展提供些許輔助。
本書共分6章。第1章由尚建選、胡浩權、鄭明東、徐婕、張喻編寫，對熱解與焦化的煤炭資源分布、過程特征和技術產業發展進行了概述；第2章由胡浩權、尚建選、鄭明東、楊赫、王德超編寫，從煤的組成與基本結構出發，總結了煤炭熱解與焦化的規律、影響因素、反應動力學、焦化機理及模型，繫統論述了相關基礎理論的最新研究成果；第3章由尚建選、胡浩權、張喻、徐婕編寫，第4章由李鼕、尚建選、楊占彪、範曉勇編寫，這兩章首先對適合於中低溫熱解原料煤的性質特點、中低溫煤焦油的原料特征進行了闡述，對過程傳質傳熱、高溫油氣除塵、精餾分離、催化加氫等煤炭中低溫熱解及煤焦油加工關鍵技術研發成果進行了總結，在此基礎上列舉了典型先進工藝技術成果案例，提出了新一代技術研發及其產業發展方向；第5章由鄭明東、尚建選、張德祥、李慶生、張小勇、李光輝、楊永利、曹銀平編寫，第6章由張德祥、尚建選、鄭明東、劉鵬編寫，這兩章首先闡述了煉焦煤、高溫煤焦油的基本特征，論述了焦爐大型化、副產物高效回收、高附加值化產品提取精制等高溫煉焦及煤焦油加工先進關鍵技術，在此基礎上繫統總結了現代煉焦技術裝備和焦油各餾分加工技術，提出了現代高溫煉焦及焦油加工利用技術和產業發展方向。
全書由尚建選、鄭明東、胡浩權、張喻負責制定編寫提綱、統稿、定稿，馬寶岐、楊文彪、任相坤審訂。
本書在編寫過程中得到閔小建、張立崗、王會民、毛世強、瀋和平、姚繼峰、劉國強、宋如昌、田玉民、屈戰成、張增戰等的支持和幫助。陳淼、師德謙、任鵬、李學強、孫顯鋒、冉偉利、楊小彥、王奕晨、劉美芳、熊言坤、武雲飛、崔平、李扶虎、崔樓偉、朱永紅等為本書的部分內容編寫、文獻查閱、制圖、制表付出了辛勤勞動。在此，向上述同志致以衷心的感謝！
本書中引用了國內外許多學者的研究成果或觀點，采用了國內外相關企業及研究單位的典型案例，在此深表感謝！
由於本書內容涉及的最新技術大部分處於研發和試驗示範階段，列舉案例受限於詳盡資料獲取，特別是編著者經驗不足、水平有限，書中難免有不妥之處，敬請廣大讀者批評指正。

編著者
2023年7月