煤化工复习题及答案

煤化工复习题及答案煤化工复习题及答案煤化工复习题及答案资料仅供参考文件编号：2022年4月煤化工复习题及答案版本号：A修改号：1页次：1.0审核：批准:发布日期：煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业。煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏（含炼焦和低温干馏）、气化、液化和合成化学品。炼焦是应用最糟的工艺。煤在隔绝空气条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（或称炼焦、焦化）。按加热终温的不同可分为三种：500—600为低温干馏，900—1100为高温干馏，700—900为中温干馏。立式炉干馏介于高温、低温干馏之间，目前在中国多用于生产城市煤气。煤低温干馏过程仅是一个热加工过程，常压生产，不用加氢，不用氧气，即可制的煤气和焦油，实现煤的部分气化和液化。低温干馏产品：的产率和组成取决于原料煤性质、干馏炉结构和加热条件。一般焦油产率为6%—25%，半焦产率为50%—70%，煤气产率为80—200m3低温干馏半焦的孔隙率为30%—50%，反应性和比电阻都比高温焦炭高得多。原料煤的煤化度越低，半焦的反应能力和比电阻越高。低温干馏煤气密度为—m3，含有较多甲烷及其他烷烃。干馏产品的影响因素：低温干馏产品的产率和性质与原料煤性质、加热条件、加热速度、加热终温以及压力有关。干馏炉的形式、加热方法和挥发物在高温区的停留时间对产品的产率和性质也有重要影响。煤加热温度场的均匀性以及气态产物二次热解深度对其也有影响。低温干馏温度为，所得焦油是煤的一次热解产物，称一次焦油。煤热解到以前主要是黄铁矿分解生成硫化氢，在较高温度时由于煤中有机硫的热解作用形成硫化氢。腐泥煤一次热解焦油中酚类和沥青少，组分中主要为直链烷烃和环烷烃。煤干馏终温是产品产率和组成的重要影响因素，也是区别干馏类型的标志。焦油形成于约，故510—为低温干馏的适宜温度。提高煤的加热速度能降低半焦产率，增加焦油产率，煤气产率稍有减少。加热速度快时，焦油产率高。一般，压力增大焦油产率较少，半焦和气态产物产率增大。低温干馏炉主要炉型：沸腾床干馏炉、气流内热式炉、鲁奇三段炉、立式炉。干馏炉是低温干馏生产工艺中的主要设备，它应保证过程效率高，操作方便可靠。其中主要要求干馏物料加热均匀，干馏过程易控制，可用的原料煤类别宽，原料煤粒尺寸范围大，导出的挥发物二次热解作用小。干馏炉的供热方式可分为外热式和内热式。外热式炉供给的热量是由炉墙外部传入的；内热式炉借助热载体把热量传给煤料，气体热载体直接进入干馏室，穿过块粒状干馏料层，把热量传给料层。内热式低温干馏与外热相比，有下述优点：eq\o\ac(○,)热载体向煤料直接传热，热效率高，低温干馏耗热量低。eq\o\ac(○,)所有装入料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象。eq\o\ac(○,)内热式炉没有加热的燃室或火道，简化了干馏炉结构，没有复杂的加热调节设备。缺点如下：eq\o\ac(○,)装入煤料必须是块状的，并且希望粒度范围窄eq\o\ac(○,)气体热载体稀释了干馏气态产物，容积增大，增大了处理设备的容积和输送动力。eq\o\ac(○,)不适合处理黏结性较高的煤。沸腾床干馏炉：粉煤沸腾床干馏法气流内热式炉：褐煤块或型煤低温干馏的主要方法是气流内热式干馏。托斯考工艺：非黏结性煤和弱黏结性煤可用托斯考法进行低温干馏。黏结性煤需要先氧化破黏。常用的干馏温度为430—.当温度高.于时烟.煤半焦挥发分小于16%，可满足燃烧要求。干馏温度增高时，干馏能力降低，操作费用增加。焦油产率随干馏温度升高而增加，但温度超过时，由于焦油二次热解而降低。当温度低于时，焦油和煤气产率显著降低。ETCH粉煤快速热解工艺：利用气体热载体流化床加热粉煤，可以达到快速热解的目的。此技术有严重缺失，在一般情况下气体热载体为烟气，煤热解析出的挥发产物被烟气稀释，降低了煤气质量，增大了粗煤气分离净化设备和动力消耗。快速热解工艺也可以采用气体和固体联合热载体方法，煤干燥阶段110—和煤预热阶段300—之前采用气体热载体，由热解开始温度到600—阶段，采用固体热载体，固体热载体温度为左右。鲁齐鲁尔煤气工艺：是用热半焦作为热载体的煤干馏方法。中国褐煤干馏实验：实验装置主要包括原料煤处理、干馏、硫化半焦提升以及焦油和煤气回收系统。流程：干褐煤与热载体半焦在混合器相混合，由于物料粒子小，混合快而均匀，煤与半焦之间传热迅速，加热速率很快，从而发生快速热解。煤焦混合物由混合器去干馏槽，在此完成干馏反应并析出挥发产物。半焦自干馏槽去提升管下部，由空气部分燃烧或由热烟气加热并流化提升，热焦回到集合槽再去混合器，如此循环利用。干馏挥发产物自干馏槽导出后，经滤尘和冷却冷凝分出焦油和冷凝液。煤气经过干燥脱去水分，在-30oc冷冻回收煤气中的轻质油。煤在焦炉内隔绝空气加热到1000oc左右，通过热分解和结焦，可获得焦炭78%、化学产品（煤焦油—%）和煤气15—18%。此过程称为高温干馏或高温炼焦，一般简称炼焦。焦炭主要用于高温炼铁。中国自己开办的第一座焦化厂是1914年开始修建的石家庄焦化厂。成焦过程：可分为煤的干燥预热阶段（<350oc）、胶质体形成阶段（350—480oc）、半焦形成阶段（480—650oc）、和焦炭形成阶段（650—950oc）配煤的目的：克服eq\o\ac(○,)焦煤的储量不足eq\o\ac(○,)焦煤炼得的焦饼收缩小，推焦困难eq\o\ac(○,)焦煤膨胀压力很大，容易胀坏炉体eq\o\ac(○,)焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小。等缺点配煤的物理意义：配煤炼焦扩大了炼焦煤资源，不不能单独炼成合格冶金焦的煤，经过几种煤配合可炼出优质焦炭，还可以降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，并可提高化学产品产率。配煤炼焦可以少用好焦煤，多用结焦性差的煤，使国家资源不但利用合理，而且还能获得优质产品。中国生产配煤的煤种数，一般是4—6种。炼焦用煤主要是由焦煤JM，肥煤FM，气煤QM和瘦煤SM以及中间过渡性牌号煤类构成。肥煤的黏结性很高，在配煤中它可以起到黏结性的作用，肥煤挥发分高，在配煤中配入后可以提高化学产品产率和煤气产率。气煤挥发分含量高，黏结性低，收缩大，配入气煤可是推焦容易，降低膨胀压力，提高煤气和化学产品产率。焦煤受热能形成热稳定性较好的胶质体，焦煤配入配煤中可以提高焦炭强度。瘦煤黏结性不高，降低半焦收缩，使裂纹减少，提高配煤的焦炭强度。配煤工艺指标：eq\o\ac(○,)配煤工业分析：水分能影响装炉煤的密度；配煤堆密度的大小对焦炉生产有密切关系。配煤水分高，消耗炼焦热量多，延长结焦时间；配煤水分大，对炉体有很大影响。配煤中的挥发分决定炼焦化学品和煤气产率的大小。焦炭主要用于炼焦，其质量的好坏对高炉生产有重要作用。为强化高炉生产，要求焦炭可燃性好，发热值高，化学成分稳定，灰分低，硫磷少，粒度均匀，机械强度高，耐磨性好，有足够的气孔率。焦炭的灰分越低越好；焦炭中的硫可使生铁呈热脆性，加速铁的腐蚀；焦炭挥发分是鉴别焦炭成熟度的一个指标。机械强度：焦炭强度包括耐磨强度和抗碎强度，用转鼓测定。焦炭反应性：高炉炼铁中焦炭反应性要小，反应后强度要高。影响焦炭反应性的因素有3类：一是原料煤性质，二是炼焦工艺因素，三是高炉冶炼条件。焦炭反应性测定方法：国内测定冶金焦反应性方法为co2反应性。现代焦炉：焦炉主要由炭化室，蓄热室和燃烧室组成。外加有煤车，推焦车，导焦车，熄焦车。炼焦新技术：为了合理利用资源，提高生产经济效益，扩大炼焦资源，利用弱粘煤和不黏煤是一条发展途径。现行的焦炉生产，缺点在于炭化室炼焦，煤料加热不匀，煤料堆密度在炭化室上下方向有差别，故所得焦炭的块度，强度，气孔率，反应性不均匀。为了生产高强度的焦炭，要在配煤中加入大量的炼焦煤。炭化室间歇生产时一大缺点，使得生产难以自动化。增大焦炉容积是炼焦的新技术。完善现有的和开发新的炼焦备煤工艺，有如下几方面：合理配煤，煤破碎优化，增加装炉煤堆密度，煤的干燥和预热。煤的气化：煤的气化是个热过程，它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气，富氧，纯氧），水蒸气或氢气做气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的过程。其有效成分为一氧化碳，氢气，甲烷等。发生炉是由炉体，加料装置，排灰装置组成。发生炉中的原料层可分为灰渣层，氧化层，还原层，干馏层，干燥层。灰渣层可预热气化剂和保护炉栅不受高温。氧化层主要进行C的氧化反应，碳的氧化反应很快，故氧化层高度很小。氧化层温度最高。还原层中主要是二氧化碳和水的还原反应，反应为吸热，所需热量由氧化层提供。制造煤气的反应主要是在氧化层和还原层进行的，故称氧化层和还原层为气化区，上部的干燥和干馏层进行原料的预热和干燥，干馏。气固反应器的主要类型：固定床（移动床），流化床（沸腾床），气流床。碳和水蒸气和二氧化碳反应以及加热固体燃料和气化剂所需的热量，可由气化炉内部或外部提供。在气化炉内部产生热量为自热式，自外部提供热量为外热式。成熟的工艺都为自热式。自热式气化炉不同产热方式的比较：空气：耗费少，但N2稀释了煤气，适用于低热值煤气；H2：高CH4含量，但H2的分离制造作为合成气时，CH4需进一步转化，适用于加热气；O2：可获纯度高的煤气，但需制氧设备，适用于中热值煤气及合成气；CAO：不需制氧，但再生未解决，适用于合成气和加热气。装料和排灰：煤气发生炉的工作情况，煤气的组成及煤气的热值在一定程度上决定于燃料的加入方式。对固定床气化炉，加料有间歇和连续的区别。间歇加料后煤气温度下降，挥发分，水汽，二氧化碳的含量都增加。当应用连续作用的自动加料时，可使气化过程稳定。加入炉内的燃料分布均匀性也是影响气化炉正常操作的因素。对于加压运行的气化炉，成熟的加料方式有料槽阀门和泥浆泵。排灰：灰由回转式炉栅或炉箅排出。注意;炉栅上保持一定的厚度的灰层，以保护炉栅。在流化床和气流床气化时，为了使煤在破碎、输送和加料时能保持自由流动状态而规定原料煤的水分应该小于5%，特别是使用烟煤的气流床气化法，采用干法加料时，原料煤的水分小于2%。煤的反应活性的影响：eq\o\ac(○,)当制造合成天然气时，是否有利于甲烷的生成eq\o\ac(○,)反应活性好的原料借助于水蒸气在更低的温度下尚进行反应，同时还进行甲烷生成的放热反应，可减少氧的消耗eq\o\ac(○,)当使用具有相同的灰熔点而反应活性较高的原料时，由于气化反应可在较低的温度下进行，可较易避免结渣现象。煤气发生炉：为了使气化过程在炉内正常进行，保持各项气化指标的稳定，发生炉必须有合理的结构和正常的操作制度。凸型炉箅的煤气发生炉类型：3M-13,3M-21，W-G型，型，两段式气化炉。都是湿法排灰。间歇法制造水煤气：主要是由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两阶段组成。现代水煤气发生炉六阶段工作循环：eq\o\ac(○,)吹风（鼓风）阶段作用为加热燃料层eq\o\ac(○,)水蒸气吹净阶段eq\o\ac(○,)一次上吹阶段eq\o\ac(○,)下吹制气阶段eq\o\ac(○,)二次上吹阶段eq\o\ac(○,)空气吹净阶段49富氧连续气化工艺的特点：取消了六阶段循环，采用富氧或纯氧和蒸汽连续气化，取消了阀门的频繁切换，大大延长了有效地制气时间，是生产能力提高；气化强度，气化效率如：煤气的有效成分，随气化剂中氧浓度的增加而增加，中小规模生产采用富氧，大规模生产用纯氧。流化床气化法：采用的原料煤颗粒较细（0—10mm），气化剂流速高，炉内煤料处于剧烈的搅动和不断返混的流化状态，炉床内温度均匀，气固相接触良好，有利于气固反应速率的提高。气化剂作为流化介质，通过气化炉内的气体分布板（炉箅）自下而上经过床层。主要进行的反应有碳的燃烧，二氧化碳的还原，水蒸气分解，水煤气变换反应温克勒炉（常压流化床）：是最早的以褐煤为原料的常压流化床气化工艺。其结构和功能分为两部分，下部的圆锥部为流化床，上部的圆筒部为悬浮床，其高度是流化床的6到10倍。工作原理为：氧气（空气）和水蒸气作为气化剂从炉箅下部供入，或由不同高度的喷嘴环输入炉内。温克勒炉工艺流程：（1）原料的预处理eq\o\ac(○,)原料经破碎和筛分制成0—10mm的入炉料eq\o\ac(○,)烟道气预热干燥，控制入炉原料水分在8%—12%，干燥的原料可提高气化效率，降低氧气消耗eq\o\ac(○,)对有黏结性的煤料，需经破黏处理（2）气化：经预处理后的原料加入充以加氮或二氧化碳的煤斗中，用螺旋加料器将原料送入炉内，一般蒸汽—空气（氧气）气化剂的60%—