含碳球团内部的反应涵盖多个方面:包括煤中挥发分的析出与挥发分里碳氢化合物的裂解,铁氧化物与接触的碳发生的固相直接还原,铁氧化物被挥发分中的CO、H₂及其裂解产生的H₂和碳还原,以及铁氧化物借助气体还原剂被煤中碳还原。

在含碳球团的还原进程中,存在几个关键温度节点:挥发分开始析出的温度、碳的还原作用启动温度、挥发分还原作用剧烈进行的起始温度,以及碳的还原作用剧烈进行的起始温度。
就挥发分的还原作用而言,当温度达到其还原作用开始温度时,主要是挥发分中的CO和H₂参与还原,但由于二者含量低,还原效果很微弱。而当温度升至挥发分还原作用剧烈进行的起始温度后,挥发分中碳氢化合物裂解产生的H₂才开始发挥还原作用;只有当温度进一步升高到裂解产生的碳发生气化反应的温度时,这些裂解碳才会参与还原。
再看碳的还原作用,当温度达到碳的还原作用启动温度时,发生的是固相直接还原,还原速度较慢;当温度超过碳的还原作用剧烈进行的起始温度后,碳的气化反应启动,借助气体的直接还原开始剧烈进行,且还原速度会随温度升高而快速加快。
因此,随着温度升高,含碳球团内的主要反应依次为挥发分的析出、挥发分中碳氢化合物裂解产生的H₂的还原作用,以及借助气体的直接还原作用。
快速加热条件下的含碳球团还原实验结果表明:无烟煤的挥发分含量较低,烟煤的挥发分析出温度则相对较低。当温度达到碳氢化合物裂解所需的700℃以上时,烟煤中残留的挥发分已很少,此时挥发分中碳氢化合物裂解产生的H₂的还原作用极弱,相比之下,碳的还原作用占据主导,前者可忽略不计。而挥发分中碳氢化合物裂解产生的碳,需达到碳的气化反应温度才会参与还原,其还原作用可归入煤中碳的还原作用范畴。







