为了实现褐煤资源清洁高效利用,褐煤热解分级炼制技术是关键技术之一。褐煤热解分级炼制技术中热解单元是首要的核心单元,热解产物的分布及其特性直接决定了分级炼制技术下游工艺的设计。热解模型可以低成本高效率的预测热解产物分布,为褐煤热解分级炼制技术提供热解单元的基础数据。本文将煤热解模型分为煤热解产物分布模型和煤焦油组分分析模型。首先利用煤的元素分析和13C-NMR数据构建了煤中有机质基本结构单元模型,以此结构模型为载体分析研究了热解过程中煤结构的变化和挥发分生成机理。研究中将煤视作不同种类官能团组成的二维结构,建立了煤热解产物分布模型。同时,基于热解单元质量/元素守恒和非线性规划理论建立了煤焦油组分分析模型。综合本文的研究工作,主要得到以下结论:1)煤中有机质结构模型构建。通过热重实验和红外光谱实验分析确定煤热解模型的主要研究对象:煤中有机质。从构建的三个不同尺寸有机质基本结构单元模型可知,结构模型中芳香簇以苯环为主、萘和蒽为辅,桥键主要包括脂肪键和醚键,烷基侧链主要包括甲基和乙基,含氧官能团主要包括羟基、羰基及羧基。分子量为1229g/mol、2028g/mol、2846g/mol的基本结构单元的热值分别为34829.93k J/kg、34607.12k J/kg、34716.55k J/kg,与干燥无灰基原煤34631.15k J/kg的热值相近。在能描述有机质结构特征及节约计算机资源的条件下,选取分子量为1229g/mol的基本结构单元模型为载体研究热解过程煤结构的变化。2)煤热解产物分布模型建立。分析热解过程煤中有机结构的变化和挥发分生成机理可知,随温度升高,煤中有机质发生了烷基侧链及含氧官能团分解生成轻质气体、桥键断裂形成的小分子芳香簇逸出形成焦油、半焦芳香核增大等变化,同时生成了含氧气体、碳氢气体、氢气及焦油,并将煤样看作化学键力不同的四种官能团组成的二维结构。煤热解产物分布模型利用动力学方程预测热解产物分布,其中官能团初始量和焦油最大理论产率这两个参数通过修正的Van Krevelen图和半经验关联式确定。结果表明,预测值和实验值的对比验证了该模型能较好地预测煤热解产物分布;除了氢气和焦油外,其余热解产物均有2~3个不同的生成途径;由于官能团初始量和速率常数的相互影响,部分产物分布曲线中不同生成途径的区分不明显。3)煤焦油组分分析模型建立。首先利用热解单元中质量守恒确定不同热解温度半焦的工业分析,结果表明,半焦挥发分含量随热解温度升高而减小,固定碳和灰分含量增大。以相关系数之平方(r2)为目标函数,利用曲线回归分析软件分别对褐煤、高挥发分烟煤、烟煤三种不同变质程度煤的工业分析和元素分析的函数关系进行了非线性回归拟合,利用分析得到的函数关系式计算半焦的元素组成。结果表明,这三个不同变质程度煤的碳元素与工业分析关系式的r2分别0.84、0.91、0.89;氢元素与工业分析关系式的r2分别为0.78、0.83、0.79;最后计算得到半焦的碳元素含量随热解温度升高而增大,氢、氧元素含量均减小。利用热解单元中元素守恒计算三个低变质程度煤焦油中碳、氢、氧含量,结果表明,三个煤样500°C热解焦油的碳、氢和氧含量分别在85%、9.8%和4.5%左右。选取的煤焦油模型化合物包括4个酚类化合物、13个烷烃化合物、5个芳香烃化合物、2个含氧化合物和3个沥青质,利用焦油组分分析模型对上述三个煤在500°C的煤焦油组成进行定量分析。结果表明,三个煤样的酚类化合物产率在24%左右,芳香化合物产率在20%左右,碳氢化合物产率在30%左右,含氧化合物产率在4.3%-4.7%之间,沥青质含量在20%左右。