煤化工工艺学绪论

煤化工工艺学绪论第1页/共52页§1.1煤炭资源1.煤是：地球上能得到的最丰富的化石燃料。（另外两种化石燃料是什么？）2.中国：

(中国:富煤少油缺气)

能源比例：煤炭：66.1%；石油：24.6%；天然气：2.5%；水电：6.8%。天然气的成分是？水电工作原理？3.煤的利用：第2页/共52页什么是煤？古代的植物压埋在地底下，在不透空气或空气不足的条件下，受到地下的高温和高压年久变质而形成的黑色或黑褐色矿物：煤矿、煤田、煤层、煤气、煤焦油、煤精。2.烟气凝结的黑灰，为制墨的主要原料：煤炱、松煤（松烟）。煤炭被人们誉为黑色的金子，工业的食粮。煤的元素组成：C、H、O、N、S、P第3页/共52页煤的结构模型第4页/共52页通常指煤的物理性质、化学性质和工艺性质。这些性质都与成煤的原始物质、聚积环境、地质条件和煤化程度有关。煤的物理性质主要包括煤的密度、表面性质（湿润性、表面积、孔隙度）、光学性质(折射率、反射率)、电性质（电导率、介电常数）、磁性质、热性质（比热容、热导率、热稳定性）和机械性质（硬质、脆度、可磨性）。煤的化学性质是指煤与各种化学试剂在一定条件下发生化学反应的性质，以及煤用不同溶剂萃取的性质。煤的性质第5页/共52页煤的形成煤是植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变成的沉积有机矿产，是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。煤是亿万年前大量植物埋在地下慢慢形成的。第6页/共52页煤是地壳运动的产物。远在3亿多年前的古生代和1亿多年前的中生代以及几千万年前的新生代时期，大量植物残骸经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用后转变成煤，从植物死亡、堆积、埋藏到转变成煤经过了一系列的演变过程，这个过程称为成煤作用。一般认为，成煤过程分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。泥炭化阶段第一阶段泥炭化阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗骸在微生物参加下不断分解、化合和聚积，在这个阶段中起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。第7页/共52页煤化阶段煤化阶段包含两个连续的过程：

第一个过程，在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。

第二个过程，是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用。由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰煤、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。第8页/共52页形成煤的影响因素

温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。

压力也是煤形成过程中的一个重要因素。随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。第9页/共52页第10页/共52页泥煤第11页/共52页褐煤煤化程度最低的矿产煤。一种介于泥炭与沥青煤之间的棕黑色、无光泽的低级煤。化学反应性强，在空气中容易风化，不易储存和远运。第12页/共52页烟煤燃烧时火焰较长而有烟的煤，煤化程度较大的煤。外观呈灰黑色至黑色,含碳量为75％～90％,用作炼焦、炼油、气化、低温干馏及化学工业等的原料，也可直接用作燃料。第13页/共52页无烟煤煤化程度最深的煤，含碳量最多，灰分不多，水分较少，发热量很高，其焦炭没有黏着性，着火和燃尽均比较困难，燃烧时无烟，火焰呈青蓝色。无烟煤块煤主要应用是化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹。第14页/共52页煤炭开采艰辛，危险！第15页/共52页第16页/共52页第17页/共52页第18页/共52页第19页/共52页2014年中国十大煤化工公司排名

中国中煤能源股份有限公司兖州煤业股份有限公司神华宁夏煤业集团有限责任公司中国旭阳煤化工集团有限公司山东铁雄能源煤化有限公司河南首山焦化有限公司山西兰花科技创业股份有限公司云南云维股份有限公司山东华鲁恒升化工股份有限公司豫港（济源）焦化集团有限公司你听说过哪些？第20页/共52页第21页/共52页煤的利用第22页/共52页第23页/共52页焦炭在高炉炼铁中的地位和作用焦炭在高炉炼铁中是不可缺少的炉料，对高炉炼铁技术进步的影响率在30%以上，在高炉炼铁精料技术中占有重要的地位。焦炭对高炉炼铁的作用是：(1)主要的热量来源。高炉炼铁炭素(包括焦炭和煤粉)燃烧所提供的热量，占高炉炼铁总热量来源的71%。(2)还原剂。焦炭还原作用是以C和CO形式来对铁矿石起还原作用。(3)生铁的溶碳。在高炉炼铁过程中焦炭中的碳是逐步渗透到生铁中。一般铸造生铁含碳3.9%左右，炼钢生铁在4.3%左右。生铁渗碳消耗焦炭7%～10%。(4)炉料的骨架作用。焦炭在高炉内是起骨架作用，支撑着炼铁原料(烧结矿，球团矿，天然块矿)，又起到煤气的透气窗作用。第24页/共52页第25页/共52页煤焦化厂煤焦化又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。焦化生产有害物排放源多、排放物种类多、毒性大，对环境污染相当严重。

据不完全统计，中国每年焦炭生产要向大气排放的苯可溶物、苯并芘及烟尘等污染物达70万t，其中苯并芘1700

t。这些苯、酚类污染物，用常规处理方法很难达到理想效果，污染物的累积对生态环境造成不可挽回的影响，尤其是向大气排放的苯并芘是强致癌物，严重影响周围居民的身体健康。第26页/共52页燃煤造成的污染第27页/共52页火力发电第28页/共52页利用燃煤获得蒸汽动力第29页/共52页神华包头甲醇制烯烃项目(dmto)第30页/共52页§1.2煤化工发展史1.世界:①18世纪中期:炼焦工艺②18世纪后期:气化工艺③第二次世界大战期间:F-T合成法(间接液化工艺)④1973年:合成气制甲醇⑤20世纪80年代:煤制乙酐2.我国:①1925年:石家庄炼焦②1934年:上海气化③2004年:兖矿集团煤间接液化④当今:神华集团煤直接液化做尝试第31页/共52页我国煤化工发展现状化学工业和其它工业部门不一样，矿物燃料——天然气、石油、煤对化学工业具有两大功能:不仅可用作燃料，亦可用作化工原料，在化工原料和能源之间有着紧密的联系。化学工业是能源大户，仅次于钢铁工业居第二位。煤化工是高能耗行业。由于化学工业大量消耗能源，因此，每次能源结构调整或供需局面的变化(如石油危机)都对它产生了双重影响，不同程度地影响煤化工的发展进程。第32页/共52页国务院通过的《能源中长期发展规划纲要(2004～2020年)》确立了我国新时期的能源战略，要求抓好“一要做好把坚持节约能源放在首位，实行全面、严格的节约能源制度和措施，显著提高能源利用率;二要大力调整和优化能源结构，坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气和新能源全面发展的战略”。第33页/共52页优化能源结构非常重要。以煤炭为主体是现实，优化能源结构是方向。因为现实和发展方向是两回事。尽管目前煤炭在我国能源结构中占高达70%的比例，但这并不说明我国能源结构是优化的。对于煤炭我们是不得已而用之，而不是用的越多越好。我们的努力方向是调整结构。第34页/共52页目前，世界一次能源消费结构以石油、天然气、核电等优质能源为主，而中国能源以煤炭消费为主的比重为75%，石油约占17%，水电约占5%，天然气，核电约占0.4%。我国能源结构中低效、高污染能源(煤炭、焦炭、秸秆)占有相当的比重，电能，石油，天然气等高效清洁能源所占比例太小，这样的结构不仅造成大量的能源浪费，而且对环境也造成极大的污染。

第35页/共52页我国是当今世界上能源结构以煤炭为基础的少数国家之一，远远偏离了世界能源结构以油气为发展趋势的主流。今后我国将加速优化能源结构，增加清洁能源和新能源的比重，但以煤为基础的能源现状在长时期内难以改变。第36页/共52页我国受油汽资源短缺的影响，石油对外存依程度增大。2003年原油、成品油进口量已超过1亿t。2003年消费原油25232万t，生产原油16900万t，自给率67%;燃料油自给率46%;液化石油气自给率68%，我国已成为世界上第二石油消费大国和第七石油进口大国。2010年我国石油需求量将超过3亿t，2020年将达到4.2亿t。如以我国石油维持目前生产能力水平计，则到2010年国内资源保证程度不到60%，到2020年只有42%。第37页/共52页我国煤炭资源丰富，居能源主体地位。但总体说含硫量高，开发利用的环保要求高。2003年我国煤炭产量已达16.5亿t，同比增加15%。由于我国经济仍是以粗放式增长为主，煤炭的产量及运输也日益不堪重负，而且面临环境容量难以忍受的压力，目前，我国SO2排放量和CO2排放量分别居世界第一和第二，其中90%的SO2的排放来自煤的使用，是使我国在大气环境污染治理方面长期陷入困境的重要原因。第38页/共52页煤炭属低效、高污染能源。现代煤化工必需建立在洁净煤技术基础上，认真贯彻节能提效优先的方针，大力采用节能、高效、低污的煤转化新技术。我国能源利用效率低，单位GDP能耗是世界平均水平的3.4倍，是世界上能耗最高的国家之一，主要产品能耗比发达国家高40%。煤化工的发展不能以破坏甚至牺牲环境为代价，采取对环境友好的政策，在环境容量许可的条件下发展，是煤化工赖以生存，可持续发展的先决条件。第39页/共52页我国是在缺油、少气、富煤的资源条件下发展煤化工的。只要在使用洁净煤技术和节能提效优先的条件下，在生态环境允许和具有经济效的前提下，现代煤化工是可以而且应该积极发展的。这样的煤化工越发展，越能减轻对环境的污染和对石油资源的依赖。新建煤化工装置应做到起点高、技术新、规模大、污染轻、效益好、具备国际竞争力。第40页/共52页§1.3煤化工的范畴1.煤化工:

以煤为原料经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料和化学品的过程。2.煤化工范畴：

以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程。从煤的加工过程分，主要包括:干馏(含炼焦和低温干馏)，气化，液化和合成化学品等。除了炼焦外，煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种燃料气，是干净的能源；合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢液化，可以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油!3.煤化工分类及产品示意图：第41页/共52页第42页/共52页§1.4本书简介第43页/共52页1、绪论：介绍煤炭资源、煤化工发展简史和煤化工范