煤化工基础.

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1、煤化工基础 主要内容： 第1章 绪 论 第2章 炼 焦 第1章 绪论 1.1 煤炭资源 我国煤炭资源主要分布在华北、西北， 其次是西南、华东。其中炼焦用煤占 42%；长焰煤、不粘煤和弱粘煤约占22% ；褐煤约占14%；其他用煤约占22%。 20世纪末我国能源构成比例： 煤炭76.2%；石油16.8%；天然气2.5%； 水电4.5%。 1.2 煤化工的定义 煤化工主要是指以煤为原料经过化学 加工，使煤转化为气体、液体和固体 燃料及化学品的过程。 1.3 煤化工的范围 包括煤的高温干馏、煤的低温干馏、 煤的气化、煤的液化、煤制化学产品 及其他煤加工产品。 表1-1 煤加工行业的类型及其产品 气化炼

2、焦直接 液化 低温 干馏 其他 加工 煤气 合成气 氨、 甲醇、 液体燃 料、化 学品、 醋酐等 焦炉 煤气 煤焦油焦炭液化 油 液体 燃料 、化 学品 煤气、 低温煤 焦油、 半焦 褐煤蜡 、 活性炭 等 煤气 、粗 苯 萘、蒽 、吡啶 、沥青 、碳素 品 冶金焦 、电石 乙炔 炼焦是应用最早的工艺，至今仍然是煤 化工的重要组成部分。炼铁用的焦炭是 其主要产品，同时利用焦炭通过电石生 产乙炔化学品以及聚氯乙烯，得到焦炉 煤气可生产城市煤气、苯、甲苯、萘、 蒽和沥青等。 煤的气化在煤化工中占有重要的地位， 用于生产各种燃料气，属于洁净能源。 煤气化生产的合成气，可合成液体燃料 及煤间接液化，也

3、可用于合成氨、甲醇 、醋酐、醋酸甲酯等。 煤的直接液化，即煤高压加氢液化，可 以生产人造石油和化学产品。 煤的低温干馏生产的低温焦油，经过加 氢生产液体燃料，低温焦油分离后可得 有用的化学产品。低温干馏所得的半焦 可做无烟燃料，或用作气化原料、发电 燃料及碳质还原剂等。低温干馏煤气也 可做燃料气。 第2章 炼焦 2.1 概述 煤在隔绝空气的条件下，加热到950 1050，经过干燥、热解、熔融、黏 结、固化、收缩等阶段，最终制得焦 炭，这一过程称高温炼焦或高温干馏 ，简称炼焦。 2.1.1 炼焦炉的发展 从炼焦方法的进展看，炼焦炉经历了 煤成堆、窑式、倒焰式、废热式和蓄 热式等几个阶段。 从炉体

4、的构造看，为了炼出强度高、 块度均匀的焦炭和提高化学产品的产 率，炉体设计必须有利于均匀传热， 同时，适当降低炉顶空间温度，以减 轻二次裂解，此外，为使焦炉和高炉 配套，以提高劳动生产率，焦炉正向 大型化发展。 为了实现均匀加热，需要发展和完善 加热设备，即尽可能降低燃烧系统的 阻力和异向气体之间的窜漏。近年来 ，在加热煤气设备方面，逐步向自动 调节和程序加热方向进行。 总之，为了实现焦炉高效低耗、提高 生产率，焦炉正朝着大型化、全机械 化和自动化方向发展。 2.1.2 炼焦化学工业产品 2.1.2.1 焦炭 焦炭的90%以上用于冶金工业的高炉炼 铁，其余的用于机械工业、铸造、电 石生产原料、

5、气化及有色金属冶炼等 。 2.1.2.2 焦炉煤气 煤在焦炉中加热，由于煤分子的热解 ，析出大量的气态物质，即为焦炉煤 气。焦炉煤气的热值高，是冶金工业 重要的燃料。经过净化后，可作为 工业燃料和民用煤气。从焦炉煤气中 提取的物质主要有：氨，产率为0.25% 0.4%，可生产硫铵和无水氨等；粗 苯（产率为0.8% 1.1%）和酚类产品 ，粗苯经过精制可得苯、甲苯、二甲 苯，还有古马隆-茚树脂等；硫化物（ 产率为0.2% 1.5%），可生产硫磺； 吡啶等。 2.1.2.3 煤焦油 荒煤气经过冷却析出的煤焦油，分两 步进行处理。首先用蒸馏的方法，将 沸点相近的组分集中在各种混合馏分 中，然后再对混

6、合馏分进一步精制得 纯产品，焦油蒸馏所得馏分如下。 1. 轻油馏分 可提取苯、甲苯、二甲苯 、重苯等。 2. 酚油馏分 可提取酚、甲酚、二甲酚 等。 3.萘油馏分 生产萘、精萘、工业喹啉 等。 4.洗油馏分 主要用作苯类吸收剂。 5.蒽油馏分 提取蒽、菲、咔唑等。 6.沥青 铺路、生产沥青焦和电极沥青 等。 2.2 焦炭的性质及其用途 2.2.1 物理性质 焦炭是以炭为主要成分、银灰色的棱 块固体，内部有纵横裂纹，沿焦炭纵 横裂纹分开即为焦块，焦块含有微裂 纹，沿裂纹分开，即为焦体。焦体由 气孔和气孔壁组成，气孔壁即为焦质 。焦炭裂纹多少对其粒度和抗碎强度 具有直接的影响。焦炭微裂纹的多少 、

7、孔泡结构与焦炭的耐磨强度、高温 反应性能密切相关。 2.2.2 焦炭的反应性 焦炭的反应性是指焦炭与CO2的碳溶反 应性，这与原料煤的性质、组成、炼 焦工艺和高炉冶炼条件等都有关系。 2.2.3焦炭的用途 焦炭按用途可分为冶金焦、铸造焦和 电石焦。 冶金焦是高炉焦的统称。作用主要有 三种：供热燃料、还原剂和疏松骨架 。 铸造焦用于冲天炉中，以焦炭燃烧放出的热量 熔化铁。 电石焦是电石生产的碳素材料，每生产一吨电 石约需焦炭0.5吨。电石生产过程是在电炉内 将生石灰熔融，并在小于1200下，与电石焦 中C发生反应。 CaO+3CCaC2+CO 2.3 炼焦用煤及其成焦理论 2.3.1 煤的组成

8、构成煤的主要元素是碳。随着煤的煤化度的升 高，其含碳量增加，如泥炭的含碳量为50% 60%，褐煤为60% 77%，烟煤为74% 92%， 无烟煤为90% 98%。煤中第二重要元素是氢 ，其含量随煤化度的升高而减少。煤中的氮 主要由成煤植物中的蛋白质转化而来，以有 机氮形式存在，煤中含氮量约为0.8% 1.8% ，随煤化度的升高略有减少。煤中的氧随煤 化度的升高而迅速下降，从泥炭到无烟煤， 氧含量由30% 40%将为2% 5%。煤中硫和 磷含量很低，能达到炼焦用煤的工业要求。 煤中的水分有两种：内在和外在水分合 起来为总水分。内在水分取决于煤的岩 相类型和变质程度，变质程度高，则内 在水分少；外

9、在水分取决与开采、加工 、储运条件。煤的水分过高会影响焦炉 的操作稳定。 2.3.2 煤的黏结成焦 高温炼焦分为以下几个阶段： 1. 干燥预热阶段 煤由常温逐渐加热到 350，失去水分。 2. 胶质体形成阶段 当煤受热到350480时 ，一些侧链和交联键断裂，也发生缩聚和重 排等反应，但是次要的，形成分子量较小的 有机物。黏结性煤转化为胶质状态，分子量 较小的以气态形式析出或存在于胶质体中， 分子量最大的以固态形式存在于胶质体中， 形成了气、液、固三相共存的胶质体。由于 液相在煤粒表面形成，将许多粒子汇集 在一起，所以，胶质体的形成对煤的黏结 成焦十分重要，不能形成胶质体的煤，没 有黏结性，黏

10、结性好的煤，热解时形成的 胶质状的液相物质多，而且热稳定性好。 又因为胶质体透气性差，气体析出不易， 故产生一定的膨胀压力。 3.半焦形成阶段 当温度超过胶质体固化温度 480650 时，液相的热缩聚速度超过其 热解速度，增加了气相和固相的生成，煤 的胶质体逐渐固化，形成半焦。胶质体的 固化是液相缩聚的结果，这种缩聚产生于 液相之间或吸附了液相的固体颗粒表面。 4.焦炭形成阶段 当温度升高到650 1000 时，半焦内的不稳定有机物进 行热分解和热缩聚，此时热分解的产 物主要是气体，前期主要是甲烷和氢 ，随后，气体分子量越来越小，750 以后主要是氢。 2.3.3炼焦用煤及其结焦特性 炼焦用煤

11、主要有气煤、肥煤、焦煤、瘦 煤，它们的煤化度依次增大，挥发分 依次减小。 2.4 炼焦炉 焦炉的构造：焦炉主要有炭化室、燃 烧室、蓄热室和斜道区组成。 炭化室是煤隔绝空气干馏的地方；燃 烧室是煤气燃烧为炭化室供热的地方 ，与炭化室依次相间，一墙相隔，每 座焦炉的燃烧室都比炭化室多一个； 蓄热室位于焦炉炉体下部，其上部经 过斜道与燃烧室相连，其下部经过废 气盘分别与分烟道、贫煤气管和大气 相通；斜道区从位置看，既是蓄 热室的封顶，又是燃烧室、炭化室的底 部，从作用看，是燃烧室和蓄热式的连 通道。 2.5 焦炉加热理论 2.5.1 煤气的燃烧 1. 焦炉加热用煤气 焦炉加热用燃料的种类：焦炉煤气和

12、高 炉煤气。 焦炉焦炉煤气的主要成分是H2和CH4。 它可用于焦炉本身加热，但由于其热 值较高，为贵重的气体燃料，所以， 多用作必须使用高热值燃料的其他工 业炉加热和家用燃料。 高炉煤气的主要成分是CO，主要用于 焦炉、热风炉和冶金炉等加热。 2.煤气燃烧的机理 （1）煤气和空气混合 此为物理过程， 需要一定的时间完成。 （2）将混合物加热至着火温度 为使空 气中的氧和煤气中的可燃成分发生化学 反应，必须将混合物加热至一定温度， 即着火温度，才能燃烧，出现火焰。 （3）空气中的氧和煤气中可燃成分起化 学反应 燃烧反应很快，瞬间即完成 。当一部分煤气燃烧后，产生的热量加 热 邻近的气层，使燃烧在

13、整个炉内传播开来。 2.5.2 焦炉传热 焦炉传热的三种方式：传导传热、对流传热 和辐射传热。 2.6 炼焦工艺与操作 2.6.1焦炉装煤及其烟尘控制 焦炉装煤，包括从煤塔取煤和由装煤车往炉 内装煤，其要求如下： 1. 迅速 煤要平好，使荒煤气畅流。 2. 均衡 保证焦炭产量和炉温稳定，每个 炭化室装煤要均衡。 装煤车是在焦炉炉顶上由煤塔取煤并往 炭化室装煤的焦炉机械。 2.6.2 焦炉出焦和熄焦 焦炉出焦由推焦车、拦焦车和熄焦车来 完成。 推焦车的作用是完成启闭机械炉门、 推焦、平煤等操作；拦焦车的作用是 启闭焦侧炉门将炭化室推出的炉饼通 过导焦槽导入熄焦车中以完成出焦操 作；熄焦车的作用是

14、用以接受炭化室 推出的红焦，并送往熄焦塔通过水喷 洒而将其熄灭，然后再把焦炭卸至焦 台上。 推焦串序的种类主要有：2-1串序、 5-2串序和9-2串序。一般采用5-2串 序和9-2串序。 熄焦分湿法熄焦和干法熄焦两种。 湿法熄焦的设施主要有熄焦塔、泵、粉 焦沉淀池及粉焦抓斗等。熄焦在熄焦塔 内进行，熄焦水有水泵直接送熄焦塔喷 洒管，熄焦后的水经过沉淀池降焦粉沉 淀下来，澄清后的水继续使用。 干法熄焦利用惰性气体冷却灼热的焦炭 。热惰性气体经过废热锅炉产生水蒸气 ，供焦化厂使用。惰性气体降温后循环 使 用。 干法熄焦与湿法熄焦相比的优点： （1）有效地利用焦炭的热量，而且避免 了环境污染 （2）

15、提高了焦炭质量 （3）提高了焦炉的生产能力 2.7 炼焦新工艺简介 将配煤在捣固机内捣实，使其略小于 炭化室的煤饼，推入炭化室内炼焦， 即捣固炼焦。 方法原理：煤料捣固后，一般堆密度 由散装煤的0.72t/m3提高到0.951.15 t/m3,这样使煤粒间接触紧密，结焦过 程中胶质体充满程度大，并减小气体 的析出速度，从而提高膨胀压力和黏 结性，结果焦炭结构致密。 干燥煤炼焦是将煤料加热至约60， 把水分降至4%5%，用干燥煤炼焦可以 达到如下效果。 1. 提高焦炭质量 2. 改善焦炭质量，并增加高挥发分弱黏煤 用量 3. 降低耗热量 预热煤炼焦的原理：热烟气和惰性气体 相混，以调节温度，并首先进入预热管 来预热煤。由预热管出来的热气体再去 干燥管。 预热煤炼焦的优点： 1. 改善焦炭质量并增加气煤用量 2. 显著提高焦炉的生产能力 3. 降低热耗 配型煤炼焦 方法原理：配型煤炼焦是将装炉煤的 30%40%，加湿到11%14%，加6% 7%的软沥青为黏结剂，然后用蒸汽 加热到100，混合均匀，在成型机中 压块成型，在与其余的粉煤混合装炉 炼焦。 配型煤炼焦可以获得如下效果： (1)降低原料成本 (2)提高焦炭质量 谢 谢！