第二章 煤化工

第二章煤化工參考資料李玉林等編，煤化工基礎(chǔ)，化學工業(yè)出版社，2006郭樹才主編，煤化工工藝學，化學工業(yè)出版社，1991肖瑞華等主編，煤化學產(chǎn)品工藝學，冶金工業(yè)出版社，2003內(nèi)容煤的簡介煤化工高溫干餾低溫干餾氣化液化煤制化學品及其他煤的簡介一、煤的形成古代植物演變而來埋入地下高溫、高壓下植物中的纖維素、木質(zhì)素脫水腐蝕含氧量減少，含碳量增大有機生物巖煤的形成轉(zhuǎn)變過程二、煤的開采與運輸中國是最早認識、開采和利用煤炭的國家6800~7200年前的新石器時代就有了天工開物？《天工開物》初刊于1637年（明崇禎十年）。是中國古代一部綜合性的科學技術(shù)著作，有人也稱它是一部百科全書式的著作，作者是明朝科學家宋應(yīng)星。外國學者稱它為“中國17世紀的工藝百科全書”。作者在書中強調(diào)人類要和自然相協(xié)調(diào)、人力要與自然力相配合。

煤的開采平硐:直接與地面相通的水平巷道

三、煤的結(jié)構(gòu)煤是復(fù)雜的高分子有機化合物的混合物基本單元結(jié)構(gòu)聚合的芳核周邊是側(cè)鏈煤的結(jié)構(gòu)煤化工一、定義什么是煤化工？以煤為原料經(jīng)過化學加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料及化學品的過程煤化工發(fā)展18世紀，工業(yè)革命，煉鐵用焦炭需求大增18世紀末，民用煤氣19世紀，出現(xiàn)焦化廠，生產(chǎn)有機化學品石油出現(xiàn)，煤化工發(fā)展緩慢1973年，中東戰(zhàn)爭，煤化工重新發(fā)展今后？煤化工的范圍低溫干餾焦爐煤氣低溫煤焦油半焦高溫干餾焦爐煤氣煤焦油焦炭煤化工范圍氣化煤氣——合成氣氨甲醇液體燃料醋酐其他化學品等煤化工范圍液化高壓加氫液化人造石油其他化學產(chǎn)品一、煤的低溫干餾概述煤干餾：或稱煉焦，焦化煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成煤氣、焦油、粗笨和焦炭的過程低溫干餾500~600度高溫干餾900~1100度中溫干餾700~900度概述煤低溫干餾始于19世紀，用于生產(chǎn)燈油和蠟電燈的發(fā)明，趨于衰落二次世界大戰(zhàn)，德國生產(chǎn)汽油和柴油低溫干餾煤焦油→高壓加氫制取汽油和柴油石油開采，趨于停滯低溫干餾過程當煤料的溫度高于100℃時，煤中的水分蒸發(fā)出；溫度升高到200℃以上時，煤中結(jié)合水釋出；高達350℃以上時,粘結(jié)性煤開始軟化，并進一步形成粘稠的膠質(zhì)體（泥煤、褐煤等不發(fā)生此現(xiàn)象）；至400～500℃大部分煤氣和焦油析出，稱一次熱分解產(chǎn)物；在450～550℃，熱分解繼續(xù)進行，殘留物逐漸變稠并固化形成半焦?。。。┑蜏馗绅s固體產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)疏松的黑色半焦，煤氣產(chǎn)率低，焦油產(chǎn)率高；

低溫干餾產(chǎn)品焦油6-25%半焦50-70%焦爐煤氣焦油CoalTar焦油又稱煤膏，是煤干餾過程中得到的一種黑色或黑褐色粘稠狀液體，具有特殊的臭味，可燃并有腐蝕性。是一種高芳香度的碳氫化合物的復(fù)雜混合物含有較多脂肪烴和環(huán)烷烴煤焦油含有上萬種成分，發(fā)動機燃料酚類烷烴芳烴半焦semi-coke

由煤低溫干餾所得的可燃固體產(chǎn)物。色黑多孔，主要成分是碳、灰分和揮發(fā)分。其灰分含量取決于原料煤質(zhì)，揮發(fā)分含量約5％～20％（質(zhì)量）。與焦炭相比，揮發(fā)分含量高，孔隙率大而機械強度低。與一氧化碳、蒸汽或氧具有較強的反應(yīng)活性。很好的高熱值無煙燃料，主要用作工業(yè)或民用燃料，用于合成氣、電石生產(chǎn)等，用作銅礦或磷礦等冶煉時的還原劑，此外也用作煉焦配煤。用作優(yōu)質(zhì)的民用和動力用燃料鐵合金生產(chǎn)的優(yōu)良碳料焦爐煤氣CrudeGas含有較多甲烷及其他烴類用于工業(yè)和民用煤氣化學合成原料氣課堂作業(yè)簡述低溫干餾的化學過程低溫干餾主要設(shè)備干餾爐的供熱方式外熱式內(nèi)熱式熱效率高加熱均勻結(jié)構(gòu)簡單沸騰床干餾爐氣流內(nèi)熱法氣流內(nèi)熱爐干餾流程干燥段（~150度）干餾段（500~850度）焦炭冷卻段（100~150度）Koppers

立式爐焦炭發(fā)生爐固體熱載體干餾工藝采用固體熱載法外熱式傳熱慢，生產(chǎn)能力小氣流內(nèi)熱式爐只能處理塊狀煤料托斯考工藝，Toscoal美國的TOSCOAL工藝瓷球加熱前蘇聯(lián)的ETCH工藝半焦為熱載體南斯拉夫魯奇魯夫工藝（Lurgi-Ruhrgas，簡稱LR工藝）熱半焦為熱載體大連理工大學開發(fā)半焦為熱載體二、煉焦定義也稱高溫煉焦、高溫干餾煤在隔絕空氣的條件下加熱到950-1050?C經(jīng)過干燥、熱解、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等階段最終得到焦炭的過程煤的干餾過程煤的加熱過程側(cè)鏈不斷脫落分解芳核縮合并環(huán)化煤氣，化學產(chǎn)品，焦炭成焦過程煤的干燥預(yù)熱階段（小于350℃

）當煤料的溫度高于100℃時，煤中的水分蒸發(fā)出；溫度升高到200℃以上時，煤中結(jié)合水釋出膠質(zhì)體形成階段（350~480℃

）高達350℃以上時,粘結(jié)性煤開始軟化，并進一步形成粘稠的膠質(zhì)體（泥煤、褐煤等不發(fā)生此現(xiàn)象）；半焦形成階段（480-650℃

）至400～500℃大部分煤氣和焦油析出，稱一次熱分解產(chǎn)物；在450～550℃，熱分解繼續(xù)進行，殘留物逐漸變稠并固化形成半焦，到650℃左右，半焦階段結(jié)束焦炭形成階段高于550℃，半焦繼續(xù)分解,析出余下的揮發(fā)物（主要成分是氫氣），半焦失重同時進行收縮，形成裂紋；溫度高于800℃,半焦體積縮小變硬形成多孔焦炭煉焦化學產(chǎn)品焦炭，coke煤在高溫干餾后得到的固體產(chǎn)品約78%，wt%90%以上用于高爐煉鐵用于高爐煉鐵供熱燃料和還原劑鑄造用焦炭燃燒熔化鐵氣化用焦炭反應(yīng)能力強，使生成大量CO和H2煉焦化學產(chǎn)品焦爐煤氣（15-18%）也稱荒煤氣，煤氣；crudegas焦爐中煤分子熱解析出的大量氣態(tài)物質(zhì)氫氣（55-60%）和甲烷（23-27%）少量的CO（5-8%）很少量的CO2、C2H4、N2和其它氣體提取物：NH3,三苯，硫化物，吡啶等

煉焦化學產(chǎn)品煤焦油，coaltar焦爐煤氣冷卻后的析出物蒸餾得到產(chǎn)品輕油餾分：苯，甲苯，二甲苯等酚油餾分：酚，甲酚，二甲酚等萘油餾分：萘，精萘，工業(yè)喹啉等洗油餾分：苯類吸收劑蒽油餾分：提取蒽、菲、咔唑等瀝青煉焦爐我國自行設(shè)計的大容積焦爐我國自行設(shè)計的大容積焦爐煉焦新工藝搗固煤燒焦工藝將煤由煤塔裝入推焦機的搗煤槽內(nèi)，再用搗煤錘將煤搗實成餅，然后推入碳化室煉焦新工藝配煤摻油油包煤，減少顆粒附著，流動性好，堆積密度大燒焦新工藝成型煤燒焦工藝通常配合煤料中，30%的煤料配以粘結(jié)劑壓塊成型，然后在裝爐前與剩余的70%未成型粉煤配合裝爐利用廉價的弱粘性煤燒焦新工藝選擇破碎現(xiàn)代焦爐都用數(shù)種煤配合煉焦怎么配合達到最好的結(jié)焦性？粘結(jié)性好的，往往顆粒小不細碎，直接使用粘結(jié)性差的，往往顆粒大再次細碎煉焦新技術(shù)煤干燥預(yù)熱提高到150~200度煉焦新工藝干法熄焦利用惰性氣體冷卻灼熱的焦炭熱惰性氣體產(chǎn)生水蒸汽，廢熱回收與濕法比優(yōu)點回收焦炭熱量，環(huán)保提高焦炭質(zhì)量提高焦爐能力燒焦新工藝（干熄焦氣預(yù)熱）其他煉焦化工基礎(chǔ)傳質(zhì)傳熱動量傳遞反應(yīng)工程課堂作業(yè)簡述成焦過程。干法熄焦比濕法熄焦有哪些優(yōu)點煉焦化學產(chǎn)品的回收與精制組成與產(chǎn)率碳與雜原子之間的鍵強順序C-O<C-S<C-N粗煤氣組成煤氣焦油粗苯——苯占70%水組成與產(chǎn)率萘、蒽生產(chǎn)塑料、燃料和表面活性劑甲酚、二甲酚生產(chǎn)合成樹脂、農(nóng)藥、穩(wěn)定劑和香料吡啶、喹啉生物活性物質(zhì)瀝青瀝青焦、電極碳低溫干餾與高溫干餾產(chǎn)品比較煉焦化學產(chǎn)品的組成煉焦化學產(chǎn)品粗煤氣煉焦過程析出的揮發(fā)性產(chǎn)物煉焦化學產(chǎn)品凈煤氣回收化學產(chǎn)品和凈化后的煤氣也稱回爐煤氣重烴—乙烯煉焦化學產(chǎn)品回收的方法冷卻冷凝法自焦爐出來的煤氣溫度約700度30度低溫下吸收有利含有大量水蒸氣，吸收后，降低輸送成本腐蝕性介質(zhì)被冷凝H2S,HCN等有害物質(zhì)也被冷凝萘容易堵塞氨燃燒生成氧化氮不飽和烴形成聚合物回收處理前后煤氣組成70~75度循環(huán)氨水80-85度焦油和氨混合物93%的水冷凝25-35絕熱壓縮升溫10-15，分離焦油和水儲槽的作用？650-800度粗煤氣粗煤氣的分離焦油與氨水分離澄清槽內(nèi)完成煤氣脫焦油霧容易析出污染溶液和設(shè)備電捕焦油器粗煤氣的分離煤氣除萘容易堵塞管道冷卻法或油吸收法采用吸收塔，逆流操作焦油或者輕柴油作為吸收劑煤氣脫硫煤氣中的硫化物無機硫化物，H2S有機硫化物，CS2,COS,C2H5SH,噻吩（C4H4S）在高溫下，幾乎全部轉(zhuǎn)化為H2SH2S影響腐蝕設(shè)備降低煤氣品質(zhì)燃燒污染環(huán)境煤氣脫硫干法脫硫徹底，設(shè)備簡單，操作方便干法脫硫劑再生困難作為二級脫硫裝置脫硫工藝干法消石灰（氫氧化鈣）、氫氧化鐵作為堿性脫硫劑脫硫工藝干法脫硫劑再生空氣接觸，產(chǎn)生再生脫硫工藝濕法脫硫改良的蒽醌二磺酸鈉（A.D.A）為脫硫劑偏釩酸鈉，析硫酒石酸鉀，防止釩沉淀碳酸鈉：保持堿性脫硫工藝脫硫劑再生脫硫工藝副反應(yīng)消耗純堿A.D.A脫硫工藝氨和吡啶的回收氨和吡啶溶于水，可以用水回收硫酸吸收氨，生產(chǎn)硫銨化學肥料飽和法生產(chǎn)硫銨無飽和器生產(chǎn)硫銨無水氨生產(chǎn)，磷酸銨吸收弗薩姆（Phosam）法

NaOH的作用？吡啶回收工藝NH3+C5H5N