化工工艺学-第五章-煤低温干馏

1、聊城大学2013级讲义煤干馏的定义：煤干馏的定义：煤在隔绝空气条件下，受热分解生成气体产物（煤在隔绝空气条件下，受热分解生成气体产物（煤气）煤气）、液体产物、液体产物（焦油、水）焦油、水）和固体产物（和固体产物（半焦或焦炭）半焦或焦炭）的过程，称为的过程，称为煤干馏煤干馏( (或称炼或称炼焦、焦化焦、焦化) )。煤干馏的分类：煤干馏的分类：按加热终温按加热终温低温干馏：低温干馏：500700中温干馏：中温干馏：700900高温干馏：高温干馏：9001100 概念：概念：在较低终温在较低终温(500700)下进行的干馏过程，利用煤分子结构下进行的干馏过程，利用煤分子结构 中潜在的优势，使富氢部分

2、产物以优质液态或气态能源或化中潜在的优势，使富氢部分产物以优质液态或气态能源或化 工原料产出，同时产生贫氢的半焦。工原料产出，同时产生贫氢的半焦。 原料：原料：褐煤和高挥发分的烟煤等低阶煤褐煤和高挥发分的烟煤等低阶煤(可生成较多焦油和煤气可生成较多焦油和煤气) 产物：产物：煤气煤气(气体产物气体产物) 、焦油、焦油(液体产物液体产物)、无烟燃料、无烟燃料半焦半焦(固体产物固体产物) 特点：特点：热加工过程热加工过程 常压生产常压生产 不用加氢和氧不用加氢和氧 实现煤部分气化（煤气）和液化（焦油）实现煤部分气化（煤气）和液化（焦油） 有效地利用资源有效地利用资源低温干馏低温干馏煤气产率为煤气产率

3、为80-200m3/t(原料原料干煤干煤)；焦油产率为；焦油产率为6-25%；半焦产率为半焦产率为50-70%。 密度密度：0.91.2g/cm3 组成组成：甲烷及其他烃类：甲烷及其他烃类（褐煤烃类含量低，烟煤的含量可高达（褐煤烃类含量低，烟煤的含量可高达65%） 用途用途：u 燃气气轮机发电燃气气轮机发电u 民用煤气民用煤气u 调制转化后，作为还原剂用于冶金工业；作为合成气用于化学工业调制转化后，作为还原剂用于冶金工业；作为合成气用于化学工业1）煤气）煤气u 性质：性质：黑褐色液体黑褐色液体密度密度0.95-1.1g/cm3u 组成：组成：酚类酚类35%有机碱有机碱1-2%烷烃烷烃2-10%

4、烯烃烯烃3-5%环烷烃环烷烃10%芳烃芳烃15-25%中性含氧化合物中性含氧化合物20-25%中性含氮化合物中性含氮化合物2-3%沥青沥青10%2）煤焦油）煤焦油u 用途：用途： 酚酚用于生产塑料、合成纤维、医用于生产塑料、合成纤维、医药等产品；药等产品；泥炭和褐煤焦油含有大量泥炭和褐煤焦油含有大量蜡类蜡类，生产表面活性剂和洗涤剂；生产表面活性剂和洗涤剂；经经催化加氢催化加氢后获得发动机燃料和后获得发动机燃料和其他产品。其他产品。u 焦油下水焦油下水排入下水前需处理排入下水前需处理原因：含有低级醇类、甲酸和其原因：含有低级醇类、甲酸和其他可溶酸、酚、硫、含氮化他可溶酸、酚、硫、含氮化合物，呈现

5、酸性或中性合物，呈现酸性或中性3）半焦）半焦气孔率：气孔率：在成焦过程中，在成焦过程中，液相胶质固化时在中间留液相胶质固化时在中间留下许多气孔。气孔体积占下许多气孔。气孔体积占总体积的百分比称为气孔总体积的百分比称为气孔率。气孔太多、气孔壁太率。气孔太多、气孔壁太薄，其强度越差。薄，其强度越差。半焦的孔隙率为半焦的孔隙率为3050%，反应性和比电阻率比高温焦炭高；，反应性和比电阻率比高温焦炭高；原料煤的煤化度越低，半焦的反应能力和电阻越高；原料煤的煤化度越低，半焦的反应能力和电阻越高；半焦强度低于焦炭。半焦强度低于焦炭。u 用途：用途：民用或动力用燃料民用或动力用燃料。半焦是半焦是铁合金生产铁

6、合金生产的优质炭料。的优质炭料。半焦可用作半焦可用作冶金型焦冶金型焦的中间产品。的中间产品。制造活性炭，炭分子筛和还原剂等。制造活性炭，炭分子筛和还原剂等。干馏设备的要求：干馏设备的要求：效率高、效率高、加热均匀、加热均匀、操作方便可靠、操作方便可靠、过程易控、过程易控、原料煤类别宽、原料煤类别宽、粒度尺寸范围大、粒度尺寸范围大、二次热解作用小二次热解作用小工艺需解决的问题：工艺需解决的问题：提供热量提供热量处理黏结倾向处理黏结倾向气液固产品分离气液固产品分离产品进一步加工产品进一步加工有毒及副产品处理有毒及副产品处理经济性经济性强化热加工过程强度，强化热加工过程强度，并使过程朝目标方向进行。

7、并使过程朝目标方向进行。低温干馏的方法和类型：低温干馏的方法和类型：加热方式：加热方式：外热式、内热式外热式、内热式煤料形态：煤料形态：块煤、型煤、粉煤块煤、型煤、粉煤供热介质：供热介质：气体热载体、固体热载体气体热载体、固体热载体煤的运动状态：煤的运动状态：固定床、移动床、流化床和气流床固定床、移动床、流化床和气流床 外热式外热式( (由炉墙外部传入热量由炉墙外部传入热量) )缺点：缺点：热导率小、加热不均匀、热导率小、加热不均匀、半焦质量不均、二次热解加深、半焦质量不均、二次热解加深、焦油产率降低。焦油产率降低。干馏供热方式干馏供热方式内热式内热式( (借助热载体传热，载体和煤料借助热载体

8、传热，载体和煤料直接接触直接接触) ) 固体热载体（热半焦、热瓷球）；固体热载体（热半焦、热瓷球）； 气体热载体（热烟气）气体热载体（热烟气）缺点：缺点：煤料要求高（须是块状、粒度范围窄）、煤料要求高（须是块状、粒度范围窄）、气体载体稀释气态产物气体载体稀释气态产物外热式外热式内热式内热式原料黏结性原料黏结性宽宽弱弱干馏气态产物干馏气态产物不被稀释不被稀释被稀释被稀释焦油产率焦油产率小小较大较大半焦品质半焦品质不均匀不均匀较均匀较均匀热效率热效率低低高高设备结构设备结构复杂复杂简单简单考伯斯炉考伯斯炉1-干馏室；干馏室；2-上部蓄热室；上部蓄热室；3-下部蓄热室；下部蓄热室；4-煤槽；煤槽；5

9、-焦槽；焦槽；6-加热煤气管加热煤气管典型炉：典型炉：伍德炉和考伯斯炉伍德炉和考伯斯炉原料煤：原料煤：弱黏结性、一定块度弱黏结性、一定块度75mm热源：热源：发生炉煤气，回炉煤气发生炉煤气，回炉煤气产物：产物：煤气，焦油，焦炭煤气，焦油，焦炭特点：特点：立式炉生产的煤气热值高立式炉生产的煤气热值高用途：用途：可生产城市煤气可生产城市煤气连续式外热立式炉连续式外热立式炉冷气流冷气流150-200连续式内热立式炉连续式内热立式炉又称又称气流内热式炉气流内热式炉原料：原料：块煤或型煤，块煤或型煤，2080mm，非黏结性煤非黏结性煤典型设备：典型设备：鲁奇鲁奇(Lurgi)低温干馏低温干馏炉（炉（干燥

10、段、干馏段、焦炭冷却干燥段、干馏段、焦炭冷却段段，因此又称三段炉），因此又称三段炉）传热方式：传热方式：内热式；内热式；热载体：热载体：煤气燃烧所得烟气煤气燃烧所得烟气流程：流程：气流内热式干馏流程气流内热式干馏流程产物：产物：煤气，焦油，焦炭煤气，焦油，焦炭150500-850100150n 固体热载体干馏工艺优点：固体热载体干馏工艺优点：J 加热速度快，单元设备生产能力大，干馏气体未被稀释，热值高，加热速度快，单元设备生产能力大，干馏气体未被稀释，热值高， 焦油产率高，煤气热值高，适合粉煤干馏。焦油产率高，煤气热值高，适合粉煤干馏。n 典型工艺：典型工艺： 托斯考（托斯考（Toscoal)

11、工艺工艺 ETCH煤粉快速热解工艺煤粉快速热解工艺 鲁奇鲁尔煤气化工艺鲁奇鲁尔煤气化工艺 中国褐煤干馏中国褐煤干馏DG工艺工艺固体热载体干馏工艺固体热载体干馏工艺外热式干馏炉传热慢，生产能力小；外热式干馏炉传热慢，生产能力小；气流内热式炉只能处理块状煤料。气流内热式炉只能处理块状煤料。以瓷球作为热载体的美国以瓷球作为热载体的美国Toscoal法法p 原料原料非黏结性煤和弱黏结非黏结性煤和弱黏结性煤（预先破黏）性煤（预先破黏）粒度粒度12.7mm，瓷，瓷球粒度略大于此球粒度略大于此p 产品产品 煤气：热值高（符煤气：热值高（符合中热值城市煤气合中热值城市煤气需求）需求） 焦油：加氢可转化焦油：加

12、氢可转化为合成原油为合成原油 半焦：半焦：6.3mm，有一定挥发分（可有一定挥发分（可作发电厂燃料或制作发电厂燃料或制成无烟燃料）成无烟燃料）干馏温度干馏温度 430540p 原料原料：粉煤：粉煤p 产品产品：半焦，焦油，煤气：半焦，焦油，煤气ETCH 粉煤快速热解工艺粉煤快速热解工艺阶段阶段温度温度载体载体干燥干燥110150气体气体预热预热300400热解开始热解开始400固体固体800热解热解600650原料原料：褐煤或烟煤，内在水：褐煤或烟煤，内在水 811%p 设备设备：内热式干馏槽；：内热式干馏槽；热载体：热半焦热载体：热半焦(配入少配入少量空气、煤气或油量空气、煤气或油)p 流程

13、流程： LR褐煤干馏流程褐煤干馏流程p 产物产物： 半焦，挥发分半焦，挥发分1521%； 焦油焦油 煤气煤气鲁奇鲁奇- -鲁尔煤气工艺流程图鲁尔煤气工艺流程图1干燥管；干燥管；2锤式粉碎机；锤式粉碎机；3，旋风分离器；，旋风分离器；4干燥管风干燥管风机；机；5.电除尘器；电除尘器；6沉降分离室；沉降分离室；7混合器；混合器；8炭化室；炭化室；9气流加热管；气流加热管；10空气预热器；空气预热器；11鼓风机；鼓风机；12炭化炭化室旋风分离器；室旋风分离器；13三级气体净化冷却器；三级气体净化冷却器；14旋风分离器；旋风分离器；15煤气风机；煤气风机；16分离器分离器p 原料：褐煤、粒度原料：褐煤

14、、粒度05mm；p 热载体：焦粉、温度热载体：焦粉、温度700750；p 热载体提升气：燃烧炉的热烟气热载体提升气：燃烧炉的热烟气p 干馏温度范围：干馏温度范围：450670；p 产品产品 半焦：灰分不高，热值高，反应性好半焦：灰分不高，热值高，反应性好，比电阻大，比电阻大 焦油焦油 煤气煤气实验方法和条件：实验方法和条件： 原料褐煤从煤槽到混合器与热载体半焦相混合，由于混合强化和煤粒子较细均匀分散，因此煤与半焦之间换热迅速，加热速率很快，从而发生快速热解。煤焦混合物由混合器去反应槽，在此完成干馏反应并析出挥发产物。半焦从反应槽去提升管下部，与空气部分燃烧或由热的烟气加热并流化提升，热半焦回到

15、集合槽再去混合器，完成循环利用。 干馏挥发产物从反应槽导出后，经过滤除尘器，冷却冷凝出焦油和冷凝液。煤气经过干燥脱去水分，在-30左右条件下冷冻，回收煤气中轻质油。煤气由抽气机输送。 煤样粒度为05mm，经过干燥，含水小于10%。实验加料量约5kg/h，焦焦/煤比为煤比为35，热载体焦粉温度为700750，提升气体是来自燃烧器的热烟气，实验干馏温度范围为450670 。 煤低温干馏工艺的基本发展趋势是快速干馏和加氢快速干馏以及在此基础上的联合工艺。技术的发展不仅要满足能够利用由于采煤机械化结果使数量增加的粉煤，其中包括硫分和灰分含量高的低值粉煤；对煤干馏的基本产品的需求；原料转化成二次含能体的能量效率高，决定性地高于其它过程，如气化；减少硫和氮的有毒化合物向环境中放散；以及通过对过程的适当控制，能够影响热解产品的种类和数量比例。而且要求建造具有巨大生产能力的装置，而这样的生产能力是使从煤制造合成燃料成为可行所必需达到的经济规模。煤低温干馏工艺的发展趋势煤低温干馏工艺的发展趋势Coalcon加氢热解工艺流程加