煤化工工艺课件

煤化工工艺煤化工工艺1内容提要一、概述二、煤的热分解三、煤的干馏四、煤的气化五、煤的液化六、煤化工发展趋势10课时内容提要一、概述10课时2一、概述1、煤炭资源与煤的性质3、煤化工发展历史2、煤化工分类及其主要产品一、概述1、煤炭资源与煤的性质3、煤化工发展历史2、煤化工分3一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤是植物遗体在覆盖地层下，经复杂的生物化学和物理化学作用，转化而成的固体有机可燃沉积岩，也叫煤炭（coal）（GB/T3715-2007）

。2012年，全球煤炭探明储量为8009亿吨。中国位居全球第三，煤炭探明储量为1145亿吨占总量的13.3%。前两位：美国2372亿吨，27.6%；俄罗斯1570亿吨，18.2%。澳大利亚、印度、乌克兰和哈萨克斯坦、南非

。煤是地球上能得到的最丰富的化石燃料。煤的使用年限估计在109年，它将是替代不断下降的石油资源（

53年）的可靠资源。因此煤化学工业的发展将替代石油化学工业。中国31年、12年一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤是植物遗体在覆盖地层下，经复4一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的形成物质条件（成煤的原始植物）沉积条件（植物死亡后的沉积环境）温度和压力条件（埋藏深度）时间条件（漫长，2.9-3.6亿年前）地质条件（地壳运动）植物遗体与氧气呈半隔绝状态，经生物化学作用形成泥炭。泥炭在地热和地质压力作用下逐渐硬化成煤炭，这一变化过程称为“煤化过程”一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的形成物质条件（成煤的原始植5一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的组成煤主要由有机质、矿物质和水组成。有机质主要包括碳、氢、氧、氮和硫等元素，其中碳、氢和氧元素的总和占煤中有机质的95%以上有机质中最主要组成元素，大芳环和稠环的骨架主要是由碳元素构成的，含量随煤化度的升高而增大含量少，但对环境污染严重，是评价煤质的重要指标之一氮和硫碳组成煤大芳环和稠环骨架以及侧链的重要元素，具有更强的反应活性，含量随煤化度的升高而减小氢主要以含氧官能团存在，含量随煤化度的加深而减小，反应活性很高，在煤的加工利用过程中起较大的作用氧一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的组成煤主要由有机质、矿物质6一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的性质主要包括物理性质、化学性质和工艺性质。物理性质是对煤质进行初步评价的基础，化学性质则为煤炭转化和直接化学加工技术的发展提供指导，工艺性质决定煤的工业转化技术的重要参数物理性质具体为颜色、光泽、密度、导电性、硬度、脆度等，颜色和光泽可以通过肉眼观察，其他物理性质则需要通过科学实验测定根据研究和应用需要，密度分为真密度、视密度（或假密度）和堆密度。真密度和视密度主要受煤岩组成、煤化度、煤中矿物质的组成和含量等因素影响，堆密度还受煤的堆积方式影响学术上一般使用绝对密度，而工业上习惯使用相对密度一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的性质主要包括物理性质、化学7一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的性质主要包括物理性质、化学性质和工艺性质。物理性质是对煤质进行初步评价的基础，化学性质则为煤炭转化和直接化学加工技术的发展提供指导，工艺性质决定煤的工业转化技术的重要参数化学性质煤在一定条件下与其他化学物质发生反应的性能。煤发生的化学反应主要包括氧化、加氢、卤化、磺化和水解等反应煤的燃烧、煤与硝酸、双氧水等氧化剂的反应是典型的氧化反应。煤的加氢液化则是重要的加氢反应煤的化学性质研究为煤的结构分析提供了依据，也为煤的加工利用提供了实验基础一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的性质主要包括物理性质、化学8一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的性质主要包括物理性质、化学性质和工艺性质。物理性质是对煤质进行初步评价的基础，化学性质则为煤炭转化和直接化学加工技术的发展提供指导，工艺性质决定煤的工业转化技术的重要参数工艺性质包括煤的黏结性和结焦性、发热量、反应性和煤灰熔融性等黏结性是指煤粒（d<0.2mm）在隔绝空气受热后能否黏结其本身或惰性物质（即无黏结力的物质）成焦块的性质。结焦性是煤粒隔绝空气受热后能否生成优质焦炭的性质煤灰是由煤中矿物质燃烧生成的各种金属和非金属氧化物以及硫酸盐等组成的复杂混合物，没有固定的熔点，只有一个相当宽的融化温度，采用角锥法测定一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的性质主要包括物理性质、化学9一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的分类按煤化程度将煤炭划分为无烟煤、烟煤和褐煤；再根据干燥无灰基挥发分及黏结指数等指标，将烟煤划分为贫煤、贫瘦煤、瘦煤、焦煤、肥煤、1/3焦煤、气肥煤、气煤、1/2中黏煤、弱黏煤、不黏煤及长焰煤12种。名称以汉语拼音字母为代号。按照成煤的原始物料和堆积环境分类按照煤的元素组成等基本性质分类按照煤的工艺性质和用途分类，煤的工业分类科学分类实用分类成因分类一、概述1、煤炭资源与煤的性质煤的分类按煤化程度将煤炭划分为10一、概述2、煤化工煤化工是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，又称煤化学工业。从煤加工过程区分一、概述2、煤化工煤化工是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利11一、概述3、煤化工发展历史18世纪中叶，工业革命炼铁使用焦炭，焦炭化工应运而生。18世纪末，开始由煤生产民用煤气。街道照明、炼铁、城市煤气。1920-1930期间，低温干馏，半焦作无烟燃料，焦油加氢为液体燃料。二战前夕和战期，煤化工全面发展。间接液化（1932年发明费托合成法，1933年实现工业化，

1938年年产达59万吨）直接液化（1913年Bergius发明褐煤加氢专利，1919年实现

工业化，1931年因高压化学反应研究与Bosch分享诺贝尔化

学奖。1939年110万吨）一、概述3、煤化工发展历史18世纪中叶，工业革命炼铁使用焦炭12一、概述3、煤化工发展历史二战后，大量廉价石油、天然气的开产，除了炼焦化学工业随钢铁工业不断发展外，工业上大规模由煤制取液体燃料的生产暂时中断。1973年，中东战争带来石油危机，使得由煤生产液体燃料和化学品的方法受到重视。合成气制甲醇、甲醇制汽油工业化。南非煤间接液化：1955年SASOL-I，1982年SASOL-II，SASOL-III，年产160万吨20世纪80年代，煤化工有了新的突破，实现煤制乙酐（合成气合成乙酸甲酯，再羰基化制乙酐）重要的乙酰化试剂，用于制造纤维素乙酸酯、乙酸塑料、不燃性电影胶片、咖啡因和阿丝匹林等一、概述3、煤化工发展历史二战后，大量廉价石油、天然气的开产13一、概述3、煤化工发展历史我国煤化工发展历史1925年，石家庄建立了第一座炼焦化学厂21世纪，以煤代油为主的煤化工业开始兴起，煤化工热潮1934年，上海建成立式炉和增热水煤气炉的煤气厂，城市煤气1940s，南京、大连建成了以煤为原料的化工基地，生产合成氨、化肥、焦炭、苯、萘、沥青、炸药等产品1950s，吉林、兰州、太原建成了煤化工基地，生产合成氨、甲醇、化肥、电石、染料、酒精、合成橡胶等产品1960-1970s，在全国各地建成了一批以煤为原料的中型氮肥厂，生产化肥和其它化工产品，初步形成我国煤化工生产基础1980-1990s，化学工业形成了以石油化工为主，煤化工萧条一、概述3、煤化工发展历史我国煤化工发展历史1925年，石家14二、煤的热分解1、煤的热解过程3、影响煤热解的因素2、煤在热解过程中的化学反应4、热解过程中煤表面结构的变化二、煤的热分解1、煤的热解过程3、影响煤热解的因素2、煤在热15二、煤的热分解1、煤的热解过程将煤在隔绝空气条件下加热至较高温度时发生的一系列物理化学反应的过程称为煤的热分解，简称煤的热解。煤在工业规模条件下发生的热分解通常称为炭化或干馏。典型烟煤热解过程二、煤的热分解1、煤的热解过程将煤在隔绝空气条件下加热至较高16二、煤的热分解2、煤在热解过程中的化学反应基于煤的热解进程中不同分解阶段的元素组成、化学特征和物理性质的变化，煤热解中的化学反应总体上可分为裂解和缩聚两大类。按照反应特点和在热解过程中所处的阶段，一般将煤的热解过程划分为煤的裂解反应、二次反应和缩聚反应。在受热温度升高到一定程度时煤结构中化学键会发生断裂，直接发生的煤中有机物分子的分解反应一次热解产物的挥发性成分在析出过程中受到更高温度的作用而发生的裂解、芳构化、加氢和缩合等反应煤热解的前期以裂解反应为主，后期则以缩聚反应为主。包括胶质体固化为半焦及半焦转化为焦炭二次反应缩聚反应裂解反应二、煤的热分解2、煤在热解过程中的化学反应基于煤的热解进程中17二、煤的热分解3、影响煤热解的因素煤化程度最终温度裂解反应开始温度随煤化程度的增加而升高区别炭化或干馏类型的标志升高温度，生成具有较高热稳定性的多环芳烃化合物压力和粒度传质传热影响失重速率和最终失重加热速率温度-时间历程失重速率，即挥发物脱除的速率二、煤的热分解3、影响煤热解的因素煤化程度最终温度裂解反应开18二、煤的热分解4、热解过程中煤表面结构的变化煤的热解在煤着火之前发生，热解过程中煤表面结构的变化直接影响煤的燃烧状况N2吸附主要探测中孔和大孔结构，CO2吸附则还可探测到微孔结构开始升温时形成了大量的微孔，温度进一步升高后，不但开辟了新的微孔，同时将原来的微孔扩展为中孔及大孔二、煤的热分解4、热解过程中煤表面结构的变化煤的热解在煤着火19三、煤的干馏1、煤的低温干馏2、煤的高温干馏三、煤的干馏1、煤的低温干馏2、煤的高温干馏20三、煤的干馏1、煤的低温干馏概述煤低温干馏始于19世纪，当时主要用于制取灯油和蜡。19世纪末因电灯的发明，煤低温干馏趋于衰落。二战前夕及战期德国基于战争需要，建立大型低温干馏厂，用褐煤为原料生产低温煤焦油，再高压加氢获取汽油和柴油。战后，廉价石油的开产，低温干馏再次陷入停滞状态。低温干馏过程仅是一个加热过程，常压生产，不用加氢，不用氧气，即可制得煤气和焦油，实现了煤的部分气化和液化。相对于煤的气化和液化工艺，过程简单、操作条件温和、投资少、生产成本低。将煤在隔绝空气条件下加热到500-600ºC，煤经过热分解生成煤气、焦油和半焦的过程称为煤的低温干馏三、煤的干馏1、煤的低温干馏概述煤低温干馏始于19世纪，当时21三、煤的干馏1、煤的低温干馏产品取决于原料煤性质、干馏炉结构和加热条件，一般而言，半焦产率50-70%；煤焦油产率6-25%；煤气产率80-200m3/t（原料干煤）半焦固体，孔隙率30%-50%，反应性和比电阻比焦炭高，强度稍低用作优质民用和动力燃料；是铁合金生产的优良炭料煤焦油黑褐色液体，密度一般小于1g/cm3，酚类可达35%适于深度加工，经催化加氢可获得发动机燃料和其他产品煤气密度为0.9-1.2kg/m3，含较多甲烷及其它烃类（原料煤性质）用作本企业的加热燃料、民用煤气及化学合成原料气三、煤的干馏1、煤的低温干馏产品取决于原料煤性质、干馏炉结构22三、煤的干馏1、煤的低温干馏主要炉型按供热方式不同，可分为外热式和内热式

传热均匀，热效率高，但需要块煤，不黏煤，气体热载体稀释了干馏气态产物

干馏气态产物不被稀释，但是煤热导率小，加热不均匀，导致半焦质量不均匀三、煤的干馏1、煤的低温干馏主要炉型按供热方式不同，可分为外23三、煤的干馏1、煤的低温干馏典型工艺外热立式炉工艺外热式干馏炉产生煤气热值高，供城市煤气之用三、煤的干馏1、煤的低温干馏典型工艺外热立式炉工艺外热式干馏24三、煤的干馏1、煤的低温干馏典型工艺气流内热立式炉工艺内热式干馏炉褐煤块或型煤低温干馏的主要方法三、煤的干馏1、煤的低温干馏典型工艺气流内热立式炉工艺内热式25三、煤的干馏2、煤的高温干馏概述将煤在隔绝空气条件下加热到900-1100ºC，煤经过热分解生成煤气、焦油和焦炭的过程称为煤的高温干馏或高温炼焦，简称炼焦。1735年，英国第一次采用焦炭还原铁矿石获得成功，因而通常把1735年作为炼焦工业的起点，近300年来，炼焦工业随冶金工业的发展不断改进，成为煤化工最为成熟的工艺。我国于1914年在石家庄开办第一座炼焦厂，至今我国焦化工业已伴随钢铁工业发展为煤化工领域中较大的部门，达到了较高水平。现在中国是世界第一大焦炭生产国、消费国和出口国，2014年焦炭产量达4.77亿吨，约占世界焦炭产量的60%，出口占全球贸易量的一半左右。三、煤的干馏2、煤的高温干馏概述将煤在隔绝空气条件下加热到926三、煤的干馏2、煤的高温干馏产品主要产品是焦炭，副产品为焦炉煤气和煤焦油。副产品中化工原料的回收不仅能实现煤的综合利用，而且可减轻环境污染焦炭约占78%，质量分数90%以上用于冶金工业的高炉炼铁焦炉煤气占15%-18%热值高，是冶金工业重要的燃料煤焦油占2.5%-4.5%粗煤气经回收与精制，获得化学产品三、煤的干馏2、煤的高温干馏产品主要产品是焦炭，副产品为焦炉27三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包括物理性质、机械强度、化学组成和反应性物理性质用肉眼观察焦炭可看到纵横裂纹，沿纵横裂纹分开即为焦块；焦块含有微裂纹，沿微裂纹分开即为焦体；焦体由气孔和气孔壁组成，气孔壁即为焦质密度及气孔率真密度：单位体积焦质的质量（1.87-1.95g/cm3）视密度（假密度）：单位体积焦块的质量（0.88-1.08g/cm3）堆密度：单位堆积体积焦炭的质量气孔率：（1-假密度/真密度）×100%（20%-60%）质地坚硬、含有裂纹和缺陷的不规则多孔体，呈银灰色三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包28三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包括物理性质、机械强度、化学组成和反应性机械强度耐磨强度：当焦炭外表面承受的摩擦力超过气孔壁强度时，会产生表面薄层分离的现象，形成碎末，焦炭抵抗磨损的能力。指标M10（6%-9%），M10↓、耐磨性↑抗碎强度：当焦炭承受冲击力时，沿裂纹或缺陷处碎成小块，焦炭抵抗破碎的能力。指标M40（75%-85%），M40↑、抗碎性↑转鼓试验：模仿焦炭在高炉冶炼过程中的撞击、挤压、研磨，将一个十分复杂的受力情况加以简化的试验方法。在转鼓中装入>60

mm的焦炭50

kg，以25

r/min转动4

min，M10为粒度＜10mm的碎焦占试样的质量分数，M40为粒度＞40mm的焦块占试样的质量分数三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包29三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包括物理性质、机械强度、化学组成和反应性化学组成灰分：焦炭中的有害杂质，主要成分为高熔点的SiO2和Al2O3，灰分越低越好水分：一般为2%-6%，水分要稳定，否则引起高炉的炉温波动并给焦炭转鼓指标带来误差挥发分：焦炭成熟的标志，一般成熟焦炭的挥发分为1%左右，当挥发分>1.9%，则为生焦硫分：在冶炼过程中会转入生铁中，降低生铁的质量，因而越低越好三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包30三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包括物理性质、机械强度、化学组成和反应性反应性我国测定方法大多数国家都用焦炭与CO2的反应特性来评定焦炭的反应性称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在1100ºC时与CO2反应2h后，以焦炭质量损失的百分数表示三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途焦炭的性质主要包31三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途用于高炉炼铁的称为高炉焦，用于冲天炉炼铁的称为铸造焦，用于铁合金生产的称为铁合金用焦，还有非铁金属冶炼用焦，以上焦炭统称冶金焦。此外，还有用于气化原料的气化焦和电石生产的电石焦高炉焦供热燃料和还原剂。焦炭燃烧产生的热能是高炉炼铁过程中的主要供热热能，反应生成的CO作为高炉冶炼过程的主要还原剂一般要求高炉焦强度高，反应性小（与CO2的碳溶反应会使焦炭降解），灰分和硫分尽可能低铸造焦主要燃料，用于熔化炉料，同时起支撑作用以保证良好的透气性一般要求铸造焦粒度适宜（50-100mm），硫分较低（<0.1%），强度较高，灰分和挥发分尽可能低，气孔率小，反应性低三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途用于高炉炼铁的称32三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途用于高炉炼铁的称为高炉焦，用于冲天炉炼铁的称为铸造焦，用于铁合金生产的称为铁合金用焦，还有非铁金属冶炼用焦，以上焦炭统称冶金焦。此外，还有用于气化原料的气化焦和电石生产的电石焦气化焦用于发生炉煤气或水煤气生产的焦炭应尽量减少杂质以提高有效成分含量，因此灰分要低，且灰分应有较高的灰熔点，以免造成煤气发生炉内形成液态炉渣而使气流难以分布均匀电石焦生产电石（CaC2）的原料质量要求不太严格，含碳量要高（>80%），灰分要低（<9%）；水分应控制在6%以下以免生石灰消化；硫分<1.5%，磷分<0.04%三、煤的干馏2、煤的高温干馏焦炭的性质及用途用于高炉炼铁的称33三、煤的干馏2、煤的高温干馏室内成焦过程成焦过程基本概念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）煤胶质体半焦焦炭气态产物干燥预热软化、膨胀固化、收缩1003505506501000温度ºC脱水、脱气反应缩聚反应分解反应三、煤的干馏2、煤的高温干馏室内成焦过程成焦过程基本概念成焦34三、煤的干馏2、煤的高温干馏室内成焦过程炭化室内的成焦特征两侧炉墙供热（靠近炉墙煤料温度先升高，速度快；远离炉墙煤料温度后升高，速度慢）当装煤后加热约7h，水分蒸发结束，中心面温度上升当加热15

h，炭化室内部温度都接近1000ºC，焦炭成熟三、煤的干馏2、煤的高温干馏室内成焦过程炭化室内的成焦特征两35三、煤的干馏2、煤的高温干馏室内成焦过程气体析出途径里行气（10%左右）形成于两胶质体之间，不可能横穿过胶质体，只能上行进入炉顶空间没有经历二次热解作用；含大量水蒸气，含煤一次分解产物（主要CH4及其同系物）外行气（90%左右）产生胶质体外侧（由于胶质体固化和半焦热解产生大量气态产物）沿焦饼裂缝及炉墙与焦饼间隙进入炉顶空间经过高温区，二次热解产物（主要H2）三、煤的干馏2、煤的高温干馏室内成焦过程气体析出途径里行气（36三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤就是将两种以上的单种煤料，按适当比例均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量配煤的目的和意义单种焦煤炼焦的缺点焦煤储量不足推焦困难，容易损坏炉墙焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率低合理配煤的优势提高焦炭质量扩大炼焦煤源，合理利用煤炭资源增加炼焦化学产品产率三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤就是将两种以上的单种煤料37三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤的质量指标衡量配煤质量的指标大体分为两类，即化学成分，如水分、灰分、挥发分、硫分和矿物质组成等；工艺性质，如黏结性、膨胀压力和粒度等。（a）水分（一般<10%，通常8%~10%）水分影响装炉煤堆密度水分过低：破碎和装煤时煤尘飞扬恶化操作条件，使焦油中游离碳增加水分过高：焦炉升温慢，延长结焦时间，影响炉体寿命（b）灰分（焦炭＜15%，配煤＜12%，配煤的灰分全部转入焦炭）灰分是惰性物质，灰分高则黏结性降低灰分颗粒成为裂纹中心，配煤灰分高则焦炭强度降低三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤的质量指标衡量配煤质量的38三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤的质量指标（c）挥发分（中国生产配煤挥发分一般25%~32%）挥发分高，化学产品产率高，煤气产率高挥发分过高，焦炭平均粒度小，抗碎强度低；挥发分过低，煤的黏结性差，耐磨强度降低，可导致推焦困难（d）硫分（配煤＜1.0%）冶炼中焦炭中硫分转入生铁中，使生铁呈热脆性，加速铁腐蚀洗选除掉部分无机硫高低硫煤调配危害（配煤中有80%左右转入焦炭）降低配煤中硫含量的途径三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤的质量指标（c）挥发分（39三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤的质量指标（e）黏结性是煤在炼焦时形成熔融焦炭的性能，配煤的黏结性指标是影响焦炭强度的重要因素，因此黏结性是配煤炼焦中首要考虑的指标。我国常用的是胶质层最大厚度Y（16~18mm）和粘结指数G（58~72）（f）膨胀压力是黏结性煤的炼焦特征，不黏结的煤没有膨胀压力。膨胀压力可促进胶质体均匀化，有助于加强煤的黏结，但膨胀压力过大，会损坏炉墙。安全膨胀压力＜10~15kPa（g）粒度是指配煤中小于3mm粒级的煤占全部配煤的质量分数。由于配煤中各单种煤的性质不同，同一种煤的不同岩相组分的性质也不同，所以配煤炼焦应将煤粉碎均匀，才能炼出熔融性好、质量均一的焦炭。近年来我国多数焦化厂采用80%左右的粒度配煤三、煤的干馏2、煤的高温干馏配煤配煤的质量指标（e）黏结性是40三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉主要构成部分——“三室”燃烧室蓄热室炭化室焦炉其他附属机械装煤车、推焦车、拦焦车、熄焦车等。——“四车”焦炉的构成煤炭化室熄焦焦炭炉顶装煤车炼制水浇或干熄推焦焦炭产品焦炭的工艺生产流程三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉主要构成部分——“三室”41三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉焦炉的构成三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉焦炉的构成42三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉炭化室是接收煤料，并对其隔绝空气干馏，生产焦炭的炉室炭化室尺寸两端有炉门，炼好的焦炭用推焦车推出，沿拦焦车落入熄焦车中。整座焦炉靠推焦车的一侧称为机侧，另一侧称为焦侧位于两侧燃烧室之间，顶部有3~4个加煤孔，并有1~2个导出干馏煤气的上升管有效容积小于全室容积，需留有顶部空间，以便导出炼焦产生的粗煤气宽0.35-0.6m，高3-8m，长11-20m，有效容积14-93m3“三室”——炭化室炭化室的特征尺寸为平均宽度、高度、长度和有效容积三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉炭化室是接收煤料，并对其43三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉“三室”——燃烧室燃烧室是煤气燃烧为炭化室供热的炉室对与炭化室隔墙的要求与炭化室依次相间，一墙之隔。每座焦炉的燃烧室都比炭化室多一个防止干馏煤气泄漏，尽快传递干馏所需的热量，高温抗腐蚀性强，整体结构强度高。墙面温度约为1300ºC由燃烧火道构成，煤气和空气在其中混合燃烧，产生的热量传给炉墙，间接加热炭化室中煤料设置蓄热室，对火道废气热量进行回收立火道数目22

-36个煤气和空气在火道燃烧，产生的热量传给炉墙，间接加热炭化室中煤料三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉“三室”——燃烧室燃烧室44三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉“三室”——蓄热室蓄热室是回收燃烧室废气的热量来预热空气和贫煤气的炉室蓄热室通常位于炭化室正下方，其上经斜道同燃烧室相连，其下经废气盘分别与分烟道、贫煤气管道及大气相通当从燃烧室排出的下降废气通过蓄热室时，将热量传递给蓄热室中的格子砖，废气温度由1200~1300ºC降至300~400ºC，然后，经小烟道、分烟道、总烟道至烟囱排出换向后，冷空气或贫煤气进入蓄热室，吸收格子砖蓄积的热量，并被预热至1000~1100ºC后进入燃烧室燃烧。三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉“三室”——蓄热室蓄热室45三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉“四车”（顶装焦炉）装煤车：设在炉顶，其作用是从煤塔取出一定重量的煤料，通过炭化室顶部装煤孔卸入炭化室内推焦车：炭化室装煤完毕后，煤落在室内成锥形,由推焦车上的平煤杆将煤推平；启闭和清扫机侧炉门；将成熟的焦炭从炭化室的机侧推到焦侧的拦焦车上拦焦车：启闭和清扫焦侧炉门，将炭化室推出的焦饼通过导焦槽导入熄焦车中，以完成出焦操作熄焦车：接收由炭化室推出的赤热焦炭，并运到熄焦塔内通过水喷洒而将其熄灭，然后再把焦炭卸至凉焦台上冷却三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉“四车”（顶装焦炉）装煤46三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉焦炉的加热系统由燃烧火道所构成的燃烧室、分配气体区段斜道区以及蓄热室组成连接蓄热室和燃烧室的通道为斜道区，它位于蓄热室顶部和燃烧室底部之间，用于导入空气和煤气，并将其分配到每个火道中，同时排出废气加热系统的作用是由加热煤气与空气燃烧供热，煤气燃烧产生的热量经过炭化室墙传给炭化室内的炼焦煤料。烟气或称为废气经过蓄热室进入烟道去烟囱每个立火道底部有两条斜道，一条通空气蓄热室，另一条通贫煤气蓄热室。斜道内各走不同压力的气体，不许窜漏。斜道区倾斜角应该大于30º，以免积灰堵塞三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉焦炉的加热系统由燃烧火道47三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉焦炉结构类型按气流调节方式分类，有上部调节式和下部调节式焦炉按装煤方式分类，有顶装（散装）和侧装（捣固）焦炉按加热煤气和空气供入方式分类，有侧入式和下喷式焦炉按燃烧室火道形式分类，有水平火道和直立火道两大类。水平式火道已很少采用，直立式火道按上升气流和下降气流的组合方式可分为两分式、四分式、过顶式和双联式按高向加热均匀方式分类，主要有高低灯头、不同炉墙厚度、分段加热和废气循环四种方式三、煤的干馏2、煤的高温干馏现代焦炉焦炉结构类型按气流调节方48三、煤的干馏2、煤的高温干馏炼焦化学产品的回收与精制产生煤在焦炉炭化室内进行高温干馏时，发生一系列物理化学变化。75%转化为焦炭，其余析出的挥发性产物即为粗煤气，粗煤气经过冷却及用各种吸收剂处理，可从中提取各种有用的化学产品，并获得净煤气原理自焦炉导出的粗煤气温度为650-800ºC。按一定顺序进行处理，以便回收和精制焦油、粗苯、氨等化学产品，并得到净化的煤气，即焦炉煤气三、煤的干馏2、煤的高温干馏炼焦化学产品的回收与精制产生煤在49三、煤的干馏2、煤的高温干馏炼焦化学产品的回收与精制流程多数焦化厂以粗煤气回收化学品的方式对煤气进行净化。采用冷却冷凝的方式析出焦油和水。用鼓风机抽吸和加压以便输送煤气。回收氨和吡啶碱，既得到了有用产品，又防止了氨的危害。回收硫化氢和氰化氢变害为利。回收煤气中的粗苯，获得有用产品。三、煤的干馏2、煤的高温干馏炼焦化学产品的回收与精制流程多数50三、煤的干馏2、煤的高温干馏炼焦工艺流程及主要设备三、煤的干馏2、煤的高温干馏炼焦工艺流程及主要设备51一、概述2、煤化工煤化工是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，又称煤化学工业。从煤加工过程区分一、概述2、煤化工煤化工是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利52四、煤的气化1、概述2、煤气化原理4、煤气化工艺3、煤气化方法5、煤气化联合循环发电（IGCC）四、煤的气化1、概述2、煤气化原理4、煤气化工艺3、煤气化方53四、煤的气化1、概述煤气化的概念煤的气化是指在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有H2、CO、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程煤的气化必须具备三个条件：气化炉、气化剂和热量供给。气化剂通常为氧气（空气）、水蒸气或氢气煤的气化是热化学过程，主要包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤在热解过程中析出部分挥发物，在气化和燃烧过程中发生多相的气-固相反应和均相的气相反应，产生气化过程所需的热量并完成气化过程四、煤的气化1、概述煤气化的概念煤的气化是指在特定的设备内，54四、煤的气化1、概述煤气的种类所使用气化剂的不同，煤气的成分与发热量也各不相同，据此可分为空气煤气、混合煤气、水煤气和半水煤气等以空气为气化剂与煤进行反应的产物，生成的煤气中可燃组分（H2、CO）很少，煤气的发热量很低，用途不广水煤气与空气煤气的混合气，是合成氨的原料气半水煤气空气煤气采用空气和水蒸气的混合物作为气化剂，发生炉煤气通常为这种煤气。混合煤气适用于作燃料气使用混合煤气以水蒸气作为气化剂的煤气,含有大量的H2和CO，发热量较高，生产成本较高，很少用作燃料，主要用作化工原料水煤气四、煤的气化1、概述煤气的种类所使用气化剂的不同，煤气的成分55四、煤的气化1、概述发展煤气化的意义煤的气化是现代煤化工的核心，煤气是洁净的燃料且是化学合成工业的重要原料煤转化为煤气后成为理想的二次能源，可用于发电、工业锅炉和窑炉的燃料、城市民用燃料等通过气化，可以得到合成气（CO和H2），进一步生产各种基本有机化工产品和精细化学品煤的气化是最有应用前景的煤技术之一。不仅因为煤气化的技术相对较为成熟，而且煤转化为煤气之后，通过成熟的气体净化技术处理，对环境污染可减少到最低程度四、煤的气化1、概述发展煤气化的意义煤的气化是现代煤化工的核56四、煤的气化1、概述煤气化发展简史煤气的使用始于18世纪末，19世纪后期出现了直立干馏炉和水煤气生产技术，当时的煤气主要用作燃料气20世纪70年代石油危机出现后，西方工业国家大量投资开发煤气化新技术。至今，大型高效煤气化技术的研发一直是煤化工领域的热点中国于1885年在上海杨浦建成了第一座煤气厂用于供应城市煤气。新中国成立后，煤气化及其应用逐渐普及并提高。20世纪80年代起，中国政府开始重视煤气化工业，国际交流合作也日益增多，中国的煤气化工业进入快速发展期，先后引进了一批先进的煤气化技术20世纪以来煤气化技术有了快速的发展，到50年代前后，已逐渐形成了移动床（固定床）、流化床和气流床三种主要技术方向四、煤的气化1、概述煤气化发展简史煤气的使用始于18世纪末，57四、煤的气化2、煤气化原理煤气化过程不同的气化方法中，原料煤与气化剂的相对运动及接触方式有所不同，但煤由受热至最终气化所发生反应的类型及经历的过程相似在发生炉中的原料层自下而上可分为灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。灰渣层预热气化剂。氧化层进行碳的氧化反应,生成CO2。还原层为CO2与水蒸气被还原为合成气。制造煤气的反应主要在氧化层和还原层中进行，所以称这两层为气化区实际操作中，发生炉内各区域并无明显的分界线，在原料层中进行着错综复杂的反应四、煤的气化2、煤气化原理煤气化过程不同的气化方法中，原料煤58四、煤的气化2、煤气化原理煤气化的基本化学反应煤的“分子”结构很复杂，但在讨论基本化学反应时，只考虑煤中的主要元素碳四、煤的气化2、煤气化原理煤气化的基本化学反应煤的“分子”结59四、煤的气化2、煤气化原理煤气化的基本化学反应煤中少量元素氮和硫在气化过程中生成含氮和含硫的产物反应对能量平衡不起重要作用，但反应产物对评价工艺过程中可能产生的腐蚀和污染，以及进一步对煤气精制都具有重要意义反应四、煤的气化2、煤气化原理煤气化的基本化学反应煤中少量元素氮60四、煤的气化2、煤气化原理气化反应热力学在煤的气化过程中，很多反应是可逆的，存在平衡常数，根据勒沙特列原理，可以对气化反应的热力学进行分析温度的影响：从煤气化的基本化学反应（表5-5）可知，R3和R4这两个重要的气化反应都是强吸热过程。升高温度，平衡将向吸热反应方向移动，即升高温度对制气的主反应是有利的压力的影响：从煤气化的基本化学反应（表5-5）可知，R1~R4这四个制气主反应均为体积不变或者增大的反应。因而，降低压力，有利于平衡向制气方向移动四、煤的气化2、煤气化原理气化反应热力学在煤的气化过程中，很61四、煤的气化2、煤气化原理气化反应动力学气化反应总速率取决于历程中最慢阶段的速率。总速率受化学反应速率控制，称为化学动力学控制；受物理过程速率控制，称为扩散控制温度是判断是否处于动力学控制区域的最为重要的因素，一般温度高于1100ºC时，扩散影响变得突出四、煤的气化2、煤气化原理气化反应动力学气化反应总速率取决于62四、煤的气化3、煤气化方法（1）固定床（移动床）按反应器类型分为固定床（移动床）、流化床、气流床和熔融床气化方法。区别在于原料煤与气化剂的相对运动及床内反应温度的分布不同相对气体上升速率，煤料下降速率很慢，视为固定不动，称为固定床。实际上煤料在气化过程中以很慢速度向下移动，准确的名称为移动床原料为块煤或煤焦，对细料或黏结性燃煤需处理。优点为低温煤气易于净化，缺点为不适合结焦性强煤四、煤的气化3、煤气化方法（1）固定床（移动床）按反应器类型63四、煤的气化3、煤气化方法（2）流化床气化炉按反应器类型分为固定床（移动床）、流化床、气流床和熔融床气化方法。区别在于原料煤与气化剂的相对运动及床内反应温度的分布不同用流态化技术来生产煤气的一种气化装置，也称沸腾床气化炉优点为具有流体那样的流动性，向气化炉加料或从气化炉出灰都方便。缺点为床内的反应温度不能太高原料为反应性高的煤（如褐煤），对黏结性煤需预氧化等处理四、煤的气化3、煤气化方法（2）流化床气化炉按反应器类型分为64四、煤的气化3、煤气化方法（3）气流床气化炉按反应器类型分为固定床（移动床）、流化床、气流床和熔融床气化方法。区别在于原料煤与气化剂的相对运动及床内反应温度的分布不同将粒度为100μm以下的粉煤用气化剂输送到气化炉中，以并流方式在高温火焰中反应，部分灰分以熔渣方式分离出来，反应可连续进行，炉内温度很高加压下操作，其突出的优点是生产能力大。缺点是对设备要求高，尤其对耐火炉衬要求高四、煤的气化3、煤气化方法（3）气流床气化炉按反应器类型分为65第三代鲁奇加压气化炉1—加煤箱；2—钟罩阀；3—煤分布器；4—搅拌器；5—夹套锅炉；6—塔节型炉箅；7—灰箱；8—洗涤冷却器；9—气化剂入口；10—煤气出口；11—布煤器传动装置；12—炉箅传动装置四、煤的气化4、煤气化工艺（1）固定床气化工艺由加煤箱、炉体和灰箱三部分组成为防止灰分熔融，炉内最高温度应控制在灰熔点以下，一般为1200ºC，由H2O/O2比来调控，压力3MPa，出口煤气温度500ºC，单台气化炉的煤气生产能力为75000-100000m3/h炉篦炉灰第三代鲁奇加压气化炉1—加煤箱；四、煤的气化4、煤气化工艺（66四、煤的气化4、煤气化工艺（1）固定床气化工艺有废热回收的制气工艺流程优点为原料适应范围广，单炉生产能力大；缺点为蒸汽分解率低，蒸汽消耗大，废水处理工序长；投资高；需配套制氧装置煤气中CH4和CO2含量较高，CO含量较低，适用于工业燃气和城市煤气，在碳一化工应用中受限制四、煤的气化4、煤气化工艺（1）固定床气化工艺有废热回收的制67四、煤的气化4、煤气化工艺（2）流化床气化工艺温克勒粉煤气化是流化床的首次工业化应用（1925年）。由于各种原因，先后停产。从现代技术的观点看，流化床气化工艺已被淘汰温克勒气化炉1—煤气出口；2—二次气化剂入口；3—灰刮板；4—除灰螺旋；5—灰斗；6—空气入口；7—蒸汽入口；8—供料螺旋；9—煤仓；10—加煤口；11—气化层；12—散热锅炉在结构和功能上可分为两大部分：下部圆锥部分为流化床，上部圆筒部分为悬浮床，上部高度约为下部的6-10倍四、煤的气化4、煤气化工艺（2）流化床气化工艺温克勒粉煤气化68四、煤的气化4、煤气化工艺温克勒气化工艺流程优点为单炉生产能力大，最高可达100000m3/h；气化炉结构较简单；出炉煤气基本不含焦油。缺点为气化温度低；气化设备庞大；热损失大；带出物损失较多制得的煤气中CO2含量偏高，可燃组分含量偏低，因此为净化压缩煤气耗能较大（2）流化床气化工艺四、煤的气化4、煤气化工艺温克勒气化工艺流程优点为单炉生产能69四、煤的气化4、煤气化工艺（3）气流床气化工艺现代气流床通常在加压（3.0-6.5MPa）下进行，最具代表性的技术有美国德士古（Texaco）水煤浆气化法和荷兰的壳牌（Shell）干煤粉气化技术德士古气化炉1—气化炉；2—喷嘴；3—氧气入口；4—冷却水入口；5—冷却水出口；6—耐火砖衬；7—水入口；8—渣出口；9—水煤浆槽水煤浆通过喷嘴在高速氧气气流作用下破碎、雾化喷入气化炉，气化得到的湿煤气和熔渣并流而下离开反应区，进入炉底冷却四、煤的气化4、煤气化工艺（3）气流床气化工艺现代气流床通常70四、煤的气化4、煤气化工艺德士古激冷法气化生产工艺流程优点为单炉生产能力大；气化用煤范围广；工艺流程简单；过程产生的“三废”少且易处理；缺点为炉内耐火砖寿命短，更换费用大；喷嘴需要频繁更换，影响连续运行；氧耗量相对干法加料气化法更高制得的煤气甲烷和烃类含量极低，宜用作合成气（3）气流床气化工艺四、煤的气化4、煤气化工艺德士古激冷法气化生产工艺流程优点为71四、煤的气化5、煤的气化联合循环发电

（IGCC,IntegratedGasificationCombinedCycle）工艺流程（1）煤的气化与净化将煤加入气化炉内与蒸汽和氧气反应，产生热粗燃气，经冷却和洗涤脱除尘粒和酸性气体，并回收得到元素硫（2）燃气-蒸汽联合循环发电洁净燃料气在燃气轮机中燃烧，温度1090ºC左右，离开燃气轮机的热烟气482-538ºC经废热锅炉回收热量产生过热蒸汽，并经蒸汽轮机发电。燃气轮机和蒸汽轮机皆可发电四、煤的气化5、煤的气化联合循环发电工艺流程（1）煤的气化与72四、煤的气化4、煤的气化联合循环发电

（IGCC,IntegratedGasificationCombinedCycle）工艺评价IGCC工艺把高效的燃气-蒸汽发电系统与洁净的煤气化技术结合起来，既有高于传统燃煤蒸汽轮机的发电效率，又有良好的环保性能，是一种极具发展前景的洁净煤发电技术IGCC工艺中煤气化和脱硫都在高压（2~4MPa）下进行，装置占地比常规燃煤电站要少。IGCC工艺中设置了硫回收工序，脱硫效率可达99%。60%的电量由燃气轮机产生，这部分发电不需要冷却水，IGCC装置的耗水量只有常规燃煤蒸汽发电装置的1/2~1/3四、煤的气化4、煤的气化联合循环发电工艺评价IGCC工艺把高73四、煤的气化4、煤的气化联合循环发电

（IGCC,IntegratedGasificationCombinedCycle）发展简史1973年德国建成第一套IGCC示范装置（170MW，鲁奇法），1984年美国建成世界上第一个商业规模的IGCC装置（120MW，德士古法），此后美国、西班牙、荷兰等国相继建成了一批300MW级IGCC工程。至今世界已建成IGCC电站20余座我国IGCC技术从20世纪70年代末立项至今，历经坎坷。2012年12月，由华能联合国内多家大型国有企业和美国博地能源公司共同建设的华能天津IGCC电站示范工程（250MW）正式投产，标志着我国的“绿色煤电”技术取得重大突破。该电站采用具有华能自主知识产权的世界首台两段式干煤粉加压纯氧燃烧气化炉四、煤的气化4、煤的气化联合循环发电发展简史1973年德国建741、煤的直接液化五、煤的液化2、煤的间接液化1、煤的直接液化五、煤的液化2、煤的间接液化75五、煤的液化1、煤的直接液化概述煤的直接液化是指在较高温度、压力下，煤和溶剂与氢气反应使其降解、加氢，从而转化为液体油类的过程，又称为加氢液化煤直接液化早在1927年就已工业化，70年代后，德国、美国和日本等发达国家相继开发了新工艺，这些工艺均已完成大型中试，技术上具备建厂条件，但由于在经济上不具备竞争力，目前尚未工业化煤直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率高，缺点为煤浆加氢工艺条件相对苛刻，反应设备需要承受高温、高压和氢腐蚀2008年12月，神华煤直接液化百万吨级示范工程试车成功，该工程采用具有自主知识产权的工艺技术和催化剂，我国成为世界上唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家五、煤的液化1、煤的直接液化概述煤的直接液化是指在较高温度、76五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物，要将煤的大分子裂解为较小的分子，提高H/C原子比，降低O/C原子比，并脱除矿物煤直接液化过程中的反应煤结构中键能最弱的部位开始断裂为自由基碎片由于温度过高或供氢不足，煤热解的自由基碎片彼此会发生缩合反应，生成半焦和焦炭缩合反应煤的热解热解自由基碎片只有与氢结合后才能稳定对自由基碎片的供氢煤结构中的氧、硫、氮相连的化学键断裂，分别生成H2O（或CO2，CO），H2S和NH3等气体而被脱除脱氧、硫、氮杂原子五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物77五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物，要将煤的大分子裂解为较小的分子，提高H/C原子比，降低O/C原子比，并脱除矿物煤直接液化的产物煤直接液化的产物包括气、液、固三相的混合物，组成十分复杂液固相产物采用溶剂分离：可溶于正己烷的物质称为油；不溶于正己烷而溶于甲苯的物质称为沥青烯；不溶于甲苯而溶于四氢呋喃的物质称为前沥青烯；不溶于四氢呋喃的物质称为残渣五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物78五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物，要将煤的大分子裂解为较小的分子，提高H/C原子比，降低O/C原子比，并脱除矿物煤直接液化的反应历程C1：是煤有机质的主体；C2：为存在于煤中的低

分子化合物；C3：为惰性成分。煤不是组成均一的反应物；反应以顺序进行为主；前沥青烯和沥青烯是液化反应的中间产物，在不同反应阶段其结构与组成不同；逆反应（即结焦反应）也可能发生。总体上，煤直接液化的主要反应历程可描述如下：五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物79五、煤的液化1、煤的直接液化煤直接液化原理将煤转化为液体产物，要将煤的大分子裂解为较小的分子，提高H/C原子比，