文档煤化工工艺

4-一、名词解释1、粗煤气：炼焦过程中析出的挥发性产物，组成和产率主要影响因素为炼焦温度和二次热解作用。净煤气：按一定顺序进行粗煤气处理，以便回收和精制焦油、粗笨、氨等化学产品之后最终得到的气体。2、低温干馏：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。加热终温为500至600℃为低温干馏。仅是一个热加工过程，不用加氢，不用氧气，即可制的煤气和焦油，实现了煤的部分气化和液化。3、合成天然气：即煤气的甲烷化，将煤气化产生气化煤气，脱除二氧化硫和硫化氢，然后将一氧化碳和氢合成甲烷。4、间接液化：煤气化生成合成气（CO和H2），再以合成气为主要原料合成液体燃料或化学产品的过程。5、空速：气体与催化剂接触时间的长短，即单位时间内，每单位体积催化剂所通过的气体量。其单位是m3(标)/(m3催化剂•h)，简写为h-1。空速是调节甲醇合成塔温度及产醇量的重要手段。6、沥青烯：只可溶于苯但不溶于正己烷或环己烷的，类似于石油沥青质的重质煤液化产物。7、煤气产率:单位质量的煤经气化后转变成煤气的体积数。8、煤气化：是一个热化学过程。以煤或煤焦为原料，以氧气（空气，富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂，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。9、配煤炼焦：把几种牌号不同的单种煤按照一定的比例配合起来炼焦。10、气化效率：单位质量气化原料的化学热转化为所产生的煤气化学热的比例。11、气/氧比：即气化剂中水蒸气与氧气之比。12、前沥青烯：是指不溶于苯但可溶于吡啶或四氢呋喃的重质煤液化产物。容积气化强度：qm/VR，单位气化反应器的生产能力，kg/（m3·h）。qm：固体的质量流量，kg/h。V：反应器体积，m3。13、水煤气：炽热的碳与水蒸气反应所生成的煤气，燃烧时火焰呈蓝色，又称蓝水煤气。14、液压排渣：仅向气化炉内通入适量的水蒸气，控制炉温在灰熔点以上，使灰渣呈熔融状态自炉内排出。15、直接液化：将煤在较高温度与压力下与氢气反应，使其降解和加氢，从而转化为液体油类的工艺，又称为加氢液化。16、煤液化：把固体状态的煤炭，经过一系列化学加工过程使其转化成液体产品的洁净煤技术。17、型煤技术：是指用一种和数种煤与一定比例的粘合剂、固硫剂、助燃剂经加工成一定形状和有一定的理化性能（冷强度、热强度、热稳定性、防水性等）的块状燃料或原料的技术。二、简答或论述1、F-T合成产物复杂，但对其产物分布的研究，将有助于高选择性催化剂的开发，就F-T产物分布的ASF模型进行讨论：F-T合成反应可看作一种简单的聚合反应，式An+1/An=可用于判断合成产物的分布情况：lim=0，即kp《kt，产物以低分子烃类为主，甲烷或C2-C4轻烃，lim=0.5，即kp≈kt，产物分布宽，C1-C20,lim=1.0，即kp>>kt，产物以高分子量烃类为主，石蜡或其他高聚物。值取决于催化剂的粒度、组成及反应条件。不同值对应不同的催化剂及反应条件，从而可以满足不同的产品要求，即根据不同的要求，只要设定不同的前提条件就能生产不同的产品。值低可以生产轻组分油品，如石脑油、汽油、柴油等：值高，可生产重组分产品。2、F-T合成的炭烯/烯醇的反应机理F—T合成的第一步是CO和H2在催化剂上同时进行化学吸附，CO的C原子与催化剂金属结合，形成活化的C-O-键，与活化的氢反应，构成一次复合物，进—步形成链状烃。链状烃由于表面化合物的加碳作用，使碳链增长。此增长碳链因脱吸附、加氢或因与合成产物反应而终止。此反应的主要产物是烷烃和烯烃，副产物是醇、醛和酮。副产物是由于增长链发生顺序反应生成的，或由表面复合物形成。3、F-T合成的主要化学反应F—T合成的基本化学反应是由—氧化碳加氢生成饱和烃和不饱和烃，反应式如下：nCO+2nH2→(-CHe-)n+nH2O当催化剂反应条件和气体组成不同时，还进行下述平行反应CO+2H2→-CH2-+H20CO+3H2→CH4+H202CO+H2→-CH2-+CO23CO+H2O→-CH2-+2CO22CO→C+CO2合成反应也能生成含氧化合物，如醇类、醛、酮、酸和酯等。其化学反应式如下：nCO+2H2→CnH2n+1OH+(n-1)H2O(n+1)CO+(2n+1)H2→CnH2n+1CHO+nH204、从原料产物和机理等角度，论述煤低温干馏和炼焦的异同产物：都有固、液、气三相物质生成机理：都在隔绝空气加热条件下进行低温干馏：原料：褐煤、长焰煤和高挥发分的不黏煤等低阶煤，产物：半焦、煤焦油、煤气机理：加热终温为500-6000C炼焦：原料：焦煤、肥煤、气煤和瘦煤以及中间过渡型牌号煤类产物：焦炭、化学产品（芳香族化合物）、煤气机理：加热终温为10000C5、捣固焦炉及其附属机械的构成及各个构件的作用=1\*GB2⑴焦炉主要由炭化室、燃烧室、斜道区、蓄热室及炉顶区、焦炉基础平台、烟道、烟囱等部分组成：=1\*GB3①炭化室：是装煤炼焦的地方，=2\*GB3②燃烧室：是煤气燃烧，给炭化室加热的地方，=3\*GB3③斜道区：是焦炉加热系统的一个重要部位，=4\*GB3④蓄热室：是废气与空气（或煤气）进行热交换的部位，=5\*GB3⑤炉顶：该区域有装煤孔、上升管孔、看火孔、烘炉孔及烘炉道、拉条沟，=6\*GB3⑥焦炉基础平台、烟道与烟囱：炉内燃烧产生的废气通过烟道由烟囱排出。=2\*GB2⑵焦炉附属机械包括：=1\*GB3①装煤车：装煤车的作用是完成由煤塔取煤往炭化室装煤的操作；=2\*GB3②推焦车：推焦车的作用是完成启闭机侧炉门、推焦、平煤的操作；=3\*GB3③拦焦车：拦焦车的作用是启闭焦侧炉门，将炭化室推出的焦饼通过导焦槽导入熄焦车中，以完成出焦操作；=4\*GB3④熄焦车：熄焦车的作用是接受由炭化室推出的红焦，送至熄焦塔下用水喷洒将其熄灭，然后把焦碳卸至焦台。6、根据教材32页表3-1和图3-6c，说明火道温度变化对煤化的影响规律（产物分布）图1、火道温度低时，粗苯产率高，粗苯中苯含量低而甲苯含量高，温度越高，焦油中奈含量越高。焦油和氨产率，在火道温度为12750C左右时最高。图2、形成芳烃的最适宜温度在700-8000C左右7、根据如下典型烟煤焦化示意图，阐述烟煤焦化过程，并给出合理的解释煤焦化过程：随温度升高，煤料首先经过干燥脱水脱气形成干煤，在300℃左右开始软化析出煤气及焦油（4500C时析出的焦油最多），随温度升高逐渐形成胶质体，然后固化形成半焦，最后形成焦炭。胶质体形成实质是煤分解为固体、液体、气体的混合物；温度超过胶质体固化上限时粘结形成半焦，最后半焦发生缩聚，熟化成焦。煤的热解反应：煤在隔绝空气的条件下加热到一定温度，就会发生一系列的复杂反应，析出煤气、热解水和焦油等产物，剩下煤油。当煤达到开始热解温度时，只有最弱的键裂解，随温度的升高，较稳定的的键相继断开，所以热解速度随温度升高而明显加快。对自由基碎片的供氢：自由基“碎片”是不稳定的。它如能与氢结合就能变得稳定，成为分子量比原来的煤要低得多的初级加氢产物。不能与氢结合时，自由基“碎片”则以彼此结合的方式实现稳定，分子量增加，变为煤焦或类似的重质产物。脱杂原子反应：脱氧反应：含氧官能团一COOH、-OH、_CO和醌基等。醚键和杂环脱硫反应、脱氮反应、结焦反应19、煤直接液化过程溶剂的作用1.与煤配成煤浆，便于煤的输送和加压。2.溶解煤，防止煤热解产生的自由基碎片缩聚。3.溶解气相氢，使氢分子向煤或催化剂表面扩散。4.向自由基碎片直接供氢或传递氢。20、煤直接液化的催化剂的种类和作用特点铁系催化剂：有含氧化铁的矿物、铁盐和煤中的硫铁矿等。一般要在有硫存在的条件下才有较高的活性。所以，煤中含有的硫铁矿是一种较理想的催化剂。铁系催化剂一般用于煤的糊相加氢，反应后不回收，故称一次性催化剂。石油工业中常用的工业加氢催化剂：用于氢煤法、供氢溶剂法(循环油预加氢)和初级加氢产物的加氢裂解和提质。这类催化剂都是担载型的，载体大多用AL2O3，主要成分有NiO、MoO3,GoO和WO3等，这些催化剂在使用前要预硫化，将上述氧化物转化为对应的硫化物在反应中还要保证气相中有足够的H2S存在。它们的活性明显高于铁系催化剂，但价格较贵,要反复使用，故一般不适合于糊相加氢。在煤直接液化过程中，这类催化剂比较容易失活，如何延长使用寿命是一个十分重要的课题。失活的原因有:①沥青烯等在催化剂表面积炭;②煤中的灰分和油中的金属在表面沉积;③杂环化合物在表而被牢固吸附;④H2S不足，金属硫化物被还原。金属卤化物：试验中用得最多的是ZnCl2，其他还有SnCl,CoC12和FcC12等。它们都是低熔点化合物，可以不用溶剂油制煤浆，而以熔融的催化剂为介质。它们的活性很高，能明显降低加氢反应温度和缩短反应时间。其最大缺点是对不锈钢腐蚀严重，暂时还没有相应的合适材料21、分别说明固定式流化床和气流床的排渣方式1、固定床在固定床反应器中，所有的矿物质组分与煤一起自上而下运动，经燃烧层后基本燃尽成为灰渣。并且在合适的排灰装置上，例如回转式炉栅上排出。为了保证灰渣成为松碎的固体排出，必须选择合适的蒸气、氧比，使灰分不致熔化而结渣。2、在流化床气化炉中，存在着均匀分布并与煤的有机质聚生的灰，以及几乎与煤的有机质成为游离状态的具有较大矸石组分的灰。后者由于密度较大而聚集在流化床底部，能通过底部的开口排出。与有机质聚生的矿物质构成前一种灰的骨架，随着气化过程的进行骨架壁越来越薄，又由于机械应力的作用，造成崩溃，富灰部分成为灰飞，其中总带有未气化的碳。3、气流床要求停留时间短，因此采用很高的炉温，气化后剩余的灰分被熔化成液态，即成为液态排出，液渣一滴滴经过气化炉的开口淋下，在水浴中迅速冷却，然后成为粒状排出。这种排渣的前提是气化温度应高于灰渣的熔化温度。22、请说明气流床气化原理，并解释为什么煤的粘结性对气流床气化过程没有太大影响1、原理：将气化剂（氧气和水蒸气）夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送到炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。所有干馏产物迅速分解，煤焦同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣。2、在反应区内，由于煤粒悬浮在气流中，随着气流运动。煤粒在受热情况下进行快速干馏和热解，同时煤焦与气化剂进行燃烧和气化反应，反应物间同时存在着均相反应，煤粒之间被气流隔开。所以，基本上煤粒单独进行膨胀、软化、燃尽及形成熔渣等过程，而煤粒之间的影响较小。从而使煤的黏结性对气化过程基本上不起作用。23、什么是流化床气化？与固定床相比有何优缺点流化床气化又称为沸腾床气化，是由上向下移动的气流使煤料在空间内呈沸腾状态的气化过程。优点：1.单炉生产能力大2.汽化炉结构较简单3.可气化细颗粒煤4.出炉煤气基本不含焦油5运行可靠，开停车容易缺点：1气化温度低2.气化炉设备庞大3.热损失大4.带出物损失较大5.粗煤气质量较差。固化床气化优点：工艺简单，操作方便，投资少，建设快，热效率高，碳转化率高，耗氧量低。缺点：对煤种有一定要求，煤的粘结性不能太强，要求使用块煤，副产的焦油、酚水难以处理，造成污染，单煤产量低于其他炉型。24、移动床汽化炉中燃料煤的分层情况，并说明各层的作用在发生炉中原料层可以分为灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。灰渣层可预热气化剂和保护炉珊不受高温。氧化层主要进行碳的氧化反应。碳的氧化反应速率很快，故氧化层高度很小。由于氧化反应为放热反应，所以氧化层温度最高。在还原层中主要是二氧化碳和水蒸气的还原反应，该反应为吸热反应，所需热量由氧化层带入。由于还原层温度逐渐下降，