文献综述
前言
煤炭是一种不可再生资源，从19世纪80年代至20世纪60年代，煤炭便超过木柴成为人类使用的主要能源。从世界范围看，石油已经取代煤炭并在世界能源消费中占据首要地位，但在我国，煤炭仍然是一次能源消费结构的主体。在地理分布上，我国的煤炭资源呈“西富东贫，北多南少”的状态[1]。虽然我国的煤炭资源丰富，煤种齐全，但是由于人口众多，煤炭的人均占有量少，因此煤炭资源不可浪费。
褐煤占据我国煤炭储量的17%，这是一种低阶煤[2]，不但水含量高，而且还具有易自燃、难运输的缺点。低阶煤的热值较低，而且直接燃烧会生成大量硫氧化物、氮氧化物、一氧化碳等污染气体，所以除了对低阶煤直接燃烧利用外，工业上还开发了将低阶煤通过热解或液化转化为优质燃料再利用的技术。其中，煤热解是指在隔绝空气的条件下将煤加热，发生一系列复杂的物理、化学反应，得到焦油、煤气、焦炭的过程，是实现对低阶煤高效利用的有效途径[3]。煤热解不仅能实现对煤炭的高效利用，也能避免低阶煤直接燃烧所造成的环境污染[4]，这项技术具有保护环境、节约煤炭资源的重要意义。
正文
煤热解过程主要由一次反应和二次反应组成[5]：首先，煤中的大分子受热分解，产生初始热解产物，这是一次反应；而初始热解产物发生裂解、脱氢、缩聚等反应，这些反应是二次反应。一次反应和二次反应共同影响着煤热解的产物。
因为不同煤种在不同反应条件下的热解情况都不尽相同，且难以逐一做实验来研究不同条件下煤热解的过程，所以研究者们开发出了适用于各种煤种的煤热解模型。使用者只需对煤种进行元素分析和工业分析，并设置温度等条件，就可用计算机来模拟煤热解过程并计算出热解产物。
最近几十年来，许多研究者对煤热解模型的发展作出了贡献。早期的煤热解模型是单一阶模型，可用于计算整体重量损失和个别成分的含量。但这种模型只适用于有限的反应条件，而且计算结果的误差较大。Howard等人[6]于1976年提出了采用平均活化能而不是单一活化能的分布式活化能模型，能模拟更广泛反应条件下的煤热解过程。Pitt[7]认为煤是由几个独立演化的化学成分构成，并且这些化学成分具有不同的动力学参数，因此他提出了多步动力学模型。多步动力学模型能更准确地模拟煤热解过程中发生的反应。Sommariva等人[8]于2010年提出了煤热解多步动力学模型，张睿老师[9]对这个多步动力学模型的机理进行了修改，使得此多步动力学模型可在Chemkin 4.0上运行。
图1 参考煤图[8]
Sommariva等人认为，如图1所示，大多数煤种都可以由几个参考煤来表示。参考煤位于三角形的顶点，其各元素的质量分数和化学式都在表1中。只要计算出煤种在干燥无灰基下的C、H、O元素的质量分数，那么此煤种就可作为最接近的三个参考煤的线性组合来模拟其热解过程。
表1 参考煤的元素组成与化学式[8]
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