煤化工工艺学课件

緒論§1.1煤炭資源1.煤是：地球上能得到的最豐富的化石燃料2.中國：

(中國:富煤少油缺氣)

能源比例：煤炭：66.1%；石油：24.6%；天然氣：2.5%；水電：6.8%。3.煤的利用（如下圖）：§1.2煤化工發展史1.世界:①18世紀中期:煉焦工藝

②18世紀後期:氣化工藝

③第二次世界大戰期間:F-T合成法(間接液化工藝)④1973年:合成氣制甲醇

⑤20世紀80年代:煤制乙酐2.我國:①1925年:石家莊煉焦

②1934年:上海氣化

③2004年:兗礦集團煤間接液化

④當今:神華集團煤直接液化做嘗試§1.3煤化工的範疇1.煤化工:

以煤為原料經過化學加工使煤轉化為氣體、液體、固體燃料和化學品的過程。2.煤化工範疇：包括：幹餾、汽化、液化、合成化學品等。3.煤化工分類及產品示意圖：§1.4本書簡介1、緒論：介紹煤炭資源、煤化工發展簡史和煤化工範疇。2、煤的低溫幹餾：低溫幹餾主要原理、主要爐型、立式爐生產城市煤氣以及固體熱載體幹餾新工藝。3、煉焦：煤的成焦過程、配煤和焦炭、現代焦爐、煉焦新技術、燃燒和傳熱以及流體力學。4、煉焦化學產品的回收與精製：粗煤氣的分離、氨和粗苯的回收、粗苯精製、焦油蒸餾和瀝青加工、粗苯精製生產生產苯類產品、焦油分離精製生產酚類、萘、蒽等。5、煤的氣化：氣化原理、生產原料氣的氣化方法、固定床、流化床以及氣流床氣化爐型、聯合迴圈發電、地下氣化、煤氣脫硫和甲烷化等。6、煤間接液化：費托合成、合成甲醇、甲醇轉化汽油和煤制乙酐等。7、煤的直接液化：直接液化原理、直接液化技術發展和直接液化方法。8、煤的碳素製品：電極炭、活性炭、碳分子篩和碳素纖維的生產。

9、煤化工生產的污染和防治：環境保護、煤化工生產的主要污染物、減少污染的對策、污水處理以及煙塵治理。英國布倫特原油價格走勢:

煤的低温干馏§2．1概述1.煤幹餾定義：

煤在隔絕空氣的條件下,受熱分解生成煤氣、焦油、粗苯和焦炭的過程。2.煤幹餾分類（按加熱終溫）：低溫幹餾：５００～６００℃

中溫幹餾：７００～９００℃

高溫幹餾：９００～１１００℃3.低溫幹餾過程特點：

4.適用煤：

褐煤、長焰煤和高揮發分的不黏煤等低階煤。

中國煤炭分類：褐煤（HM）煙煤無煙煤(WY)

{長焰煤（CY)不黏煤（BN）弱黏煤（RN）氣煤（QM）肥煤（FM）焦煤（JM）瘦煤（SM）貧煤（PM）}

熱加工過程、常壓生產、不用加氫和氧、實現煤部分氣化（煤氣）和液化（焦油）。低階煤含較多揮發分，可回收相當數量的焦油和煤氣立式爐生產城市煤氣低階煤煉焦5.低溫幹餾產品：半焦、煤氣、焦油§2．2低溫幹餾產品1.半焦：⑴半焦的性質:

孔隙率∕%：30~50

反應性（於1050℃，co2）∕[ml∕(g·s)]:比高溫焦炭高比電阻／Ω·m：比高溫焦炭高

（煤的變質程度越低其反應性和比電阻越高）機械強度／%：低於高溫焦炭⑵半焦的應用：①做優質的民用和動力燃料

無煙、不生成焦油、反應性好、熱效率高、有一定塊度②鐵合金的優良炭料要求比電阻盡可能高③其他

冶金型焦中間產品，粉礦燒結，高爐煉鐵的噴吹料2.煤焦油：⑴物理性質：

黑褐色液體，密度小於１ｇ/ｃm3，比高溫焦油輕⑵成分：

⑶用途：①發動機燃料，生產酚類和烴類；②提取的酚可用於生產塑膠、合成纖維、醫藥等產品；③褐煤焦油中含有大量蠟類是生產表面活性劑和洗滌劑的原料。

酚類：３５％、中性含氧化合物：２０％～２５％、芳烴：１５％～２５％、環烷烴：１０％、瀝青：１０％、烷烴：２％～１０％、烯烴：３％～５％、中性含氮化合物：２％～３％、有機堿：１％～２％。3.煤氣⑴性質及成分:

密度：０.９～１.２Ｋｇ/m3

；成分：甲烷、氫氣、一氧化碳等。⑵用途：本企業加熱燃料，民用，也可做化學合成原料氣。§2．3幹餾產品的影響因素1.原料煤：⑴產品產率：①焦油﹤一般煤階↘，焦油↗﹥褐煤焦油產率變動於：4.5%~23%

煙煤焦油產率介於：0.5%~20%（從氣煤到瘦煤隨變質程度↗而焦油產率↘，肥煤例外）腐泥煤低溫焦油產率一般較高：可高達40%②煤氣﹤一般煤階↘，煤氣↗﹥幹泥炭煤氣產率：16%~32%餾褐煤煤氣產率：6%~22%600煙煤煤氣產率：6%~17%℃③半焦﹤一般煤階↗，煤氣↗﹥例表2—3，煤階↗，含C量↗，半焦↗。⑵產品成分：①焦油成分酚類：煤階↗，含O量↘

，酚↘

。熱解水：煤階↗，含O量↘

，熱解水↘

。②煤氣成分：氨和硫化氫含量與煤中氨和硫的含量和形態有關。2.加熱終溫：

100~120℃水分脫出

﹥300℃析出揮發分、熱解

510~600℃低溫幹餾終溫，適宜

﹥600℃半焦開始向焦炭轉化（H2↗

，CH4↘

，半焦↘，焦油↘，煤氣↗

，）3.加熱速度：

快速：低分子產物應當多，焦油產率高。慢速：固體殘渣產率高。提高煤的加熱速度能（產率）：半焦↘，焦油↗，煤氣產率稍有↘。4.壓力：

一般P↗,焦油↘

，半焦和氣態產率↗，半焦強度↗。§2．4低溫幹餾主要爐型1.幹餾設備的要求：2.幹餾供熱方式：

⑴外熱式(由爐牆外部傳入熱量)效率高、加熱均勻、操作方便可靠、過程易控、原料煤類別寬、粒度尺寸範圍大、二次熱解作用小、缺點：熱導率小，加熱不均勻，半焦品質不均、二次熱解加深、焦油產率降低⑵內熱式(借助熱載體傳熱,載體和煤料直接接觸)優點：熱效率高、耗能低、加熱均勻、簡化幹爐結構、缺點：煤料要求高（須是塊狀、粒度範圍窄、）、氣體載體稀釋氣態產物、固體熱載體（熱半焦、熱瓷球）；氣體熱載體（熱煙氣）3.氣流內熱式爐：

⑴沸騰床幹餾爐(氣流床∕沸騰床)①原料：﹤6mm粉煤加料：

不黏結性煤螺旋給料器黏結性煤氣流吹入法②供熱：

燃料氣和空氣燃燒

熱煙氣③產品：

⑵魯奇三段爐（固定床）：①原料：褐煤塊、型煤，20~80mm，非粘結性煤焦粉氣體冷卻系統旋風分離器粉塵焦油、中油煤氣滿流管焦粉氣體②流程（圖2—3）：三段：乾燥段、幹餾段和冷卻段§2.5立式爐生產城市煤氣1.原料煤：弱黏結性、一定塊度﹤75mm2.外熱式立式爐（圖2-5）3.立式爐生產城市煤氣流程（圖2-6）§2.6固體熱載體幹餾工藝1.外熱式及氣流內熱式的缺點⑴外熱式

幹餾傳熱慢，生產能力小⑵氣流內熱式

只能處理塊狀煤料，幹餾氣態產物混入氣態惰性氣體熱值低2.托斯考（Toscoal）工藝⑴原料：

非黏結性煤和弱黏結性煤（預先破黏）⑵產品：

煤氣：熱值高（符合中熱值城市煤氣需求）焦油：（加氫可轉化為合成原油）半焦：有一定揮發分（可作發電廠燃料或製成無煙燃料）⑶托斯考幹餾非黏潔性煤的流程（圖2-7）①流程②工藝特點及要求a.原料粒度﹤12.7mm，瓷球粒度略大於此，半焦﹤6.3mmb.乾燥預熱預熱溫度﹤解熱溫度c.幹餾溫度430～540℃

﹤430℃焦油與煤氣產率↓

﹥540℃二次解熱↑焦油產率↓半焦揮發分﹤16%，可滿足要求

430～540℃T↑焦油產率↑3.ETCH粉煤快速熱解工藝⑴裝置流程⑵工藝特點及要求

①煤乾燥階段（110~150℃）和煤預熱階段（300~400℃）之前採用氣體熱載體

②由熱解開始到600~650℃階段採用固體熱載體

③固體熱載體溫度為800℃左右

④原料：褐煤

⑤產品：焦油中含有較多含氧化合物，其性質不穩定。4.魯奇魯爾煤氣工藝（LR工藝）原料：褐煤或煙煤

LR褐煤幹餾流程（圖2-9）5.中國褐煤幹餾試驗⑴工藝特點及要求①原料

褐煤、粒度0~5mm；②熱載體焦粉、溫度700~750℃；③熱載體提升氣

燃燒爐的熱煙氣④幹餾溫度範圍

450~670℃；⑤產品半焦：灰分不高，熱值高，反應性好，比電阻大⑵實驗裝置

原料煤處理、幹餾、流化半焦提升、焦油煤氣回收系統⑶實驗流程（圖2-10）

煤的直接液化§7．1煤直接液化的意義和發展概況1.煤直接液化的意義直接液化：將煤在較高溫度（400℃以上）、和壓力（10MPa以上），下與氫反應使其降解和加氫，從而轉化為液體油類的工藝，故又稱加氫液化。

2.煤直接液化的發展狀況⑴發展狀況

1913年，德國柏吉斯（Bergins）首先研究了煤的高壓加氫，從而為煤加氫液化技術奠定了基礎。

1927年在德國建立了世界第一個煤直接液化工廠，以後又建11套裝置，在1944年總生產能力達到400萬噸/年，為德國提供了發動戰爭用油。

50年代中東廉價石油的大量開發，使煤液化失去競爭力。

1973年石油價格暴漲之後，煤直接液化技術的開發又活躍起來。⑵開發的工藝美國開發了溶劑精製煤法（SRC），供氫溶劑法（EDS）、氫煤法（H-Coal）和催化兩段液化工藝（CTSL）。日本NEDOL工藝，超臨界溶劑抽提法（SCE）煤和石油渣油聯合加工工藝（簡稱COP工藝）。德國開發了新IG（NewIG）工藝和IGOR工藝。⑶工藝分類§7．2煤加氫液化原理1.煤與石油的比較⑴燃料H/C比值⑵燃料主體⑶煤中礦物質1、煤加氫液化原理

煤和石油在結構、組成和性質上有很大差異：①石油的H/C比高於煤，原油為1.76而煤只有0.3～0.7，而煤氧含量顯著高於石油，煤含氧2％～21％，而石油含氧極少；②石油的主體是低分子化合物，而煤的主體是高分子聚合物；③煤中有較多的礦物質。因此要把煤轉化為油，需加氫，裂解和脫灰2.煤加氫液化中的主反應⑴煤的熱解當溫度升至300℃以上時，煤受熱分解，即煤的大分子結構中較弱的橋鍵開始斷裂，打碎了煤的分子結構，從而產生大量的以結構單元為基體的自由基碎片，自由基的相對分子品質在數百範圍。

R-CH2-CH2-R'→RCH2·+R'CH2·

⑵對自由基“碎片”的供氫煤熱解自由基“碎片”的加氫：RCH2·+R'CH2·+2H→RCH3+R'CH3以及再縮聚反應：

RCH2·+R'CH2·→RCH2-CH2R'

2RCH2·→RCH2-CH2R

2R'CH2·→R'CH2-CH2R'

★反應中氫的來源有幾個方面：

①溶解於溶劑中的氫在催化劑作用下變為活性氫（氫氣中的氫分子被催化劑活化）；

②溶劑油提供的或傳遞的氫（供氫溶劑碳氫鍵斷裂產生的氫自由基）；；

③煤本身可供應的氫（煤分子中碳氫鍵斷裂產生的氫自由基）；

④化學反應生成的氫（如CO+H2O→CO2+H2）。★採取以下措施對供氫有利：

①使用有供氫性能的溶劑；

②提高系統氫氣壓力；

③提高催化劑的活性；

④保持一定的H2S濃度等。⑶脫雜原子的反應①去氧反應②脫硫反應③脫氮反應⑷結焦反應防止結焦的措施：①提高系統的氫的分壓②提高供氫溶劑的濃度③反應溫度不要太高④降低迴圈油中瀝青烯含量⑤縮短反應時間3.加氫液化的產物固體殘渣：是不溶於吡啶或四氫呋喃部分，它是由未轉化的煤、礦物質和外加催化劑組成。氣體（包括兩部分）：

①雜原子的H2O，H2S，NH3，CO2和CO等；

②氣態C1-C4。其產率與煤種和工藝條件有關。

液體：①前瀝青烯：是指不溶於苯但可溶於吡啶和四氫呋喃的重質煤液化產物，其平均分子量約1000，雜原子含量較高。②瀝青烯：是指可溶於苯，但不溶於正己烷或環己烷的部分，類似石油瀝青質的重質煤液化產物，其平均分子量約為500。③油：是輕質的可溶於正己烷或環己烷的產物，其分子量大約在300以下。

轻油或石脑油：沸点<200℃部分；中油：沸點200～325℃部分。

4.煤加氫液化的反應歷程①煤不是組成均一的反應物煤中有易液化的成分，也有難液化的成分；②反應以順序進行為主即反應產物的分子量由高到低，結構從複雜到簡單，出現的時間先後大致有一次序；③前瀝青烯和瀝青烯是中間產物，它們的組成是不確定的，在不同反應階段，生成的瀝青烯和前瀝青烯肯定不同，由它們轉化成油的速率較慢，需活性較高的催化劑；④也有可能發生結焦的逆反應。C1是煤有機質主體；C2是煤中低分子化合物；C3是惰性成分；5、工藝特點（1）液化油收率高例如採用HTI工藝，神華煤的油收率可高達63％－68％；

（2）煤消耗量小一般情況下，1噸無水無灰煤能轉化成半噸以上的液化油，加上制氫用煤，約3－4噸原料產1噸液化油。

（3）目標產品的選擇性相對較高餾份油以汽、柴油為主，目標產品的選擇性相對較高；（4）投資低

油煤漿進料，設備體積小（5）反應條件相對較苛刻如德國老工藝液化壓力甚至高達70MPa，現代工藝如IGOR、HTI、NEDOL等液化壓力也達到17－30MPa，液化溫度430－470℃；

（6）產物分離相對困難產物組成較複雜，液、固兩相混合物由於粘度較高，分離相對困難；

（7）氫耗量大一般在6％－10％，工藝過程中不僅要補充大量新氫，還需要迴圈油作供氫溶劑，使裝置的生產能力降低。

§7．3德國煤直接液化工藝的發展1.德國煤直接液化老工藝⑴第二次世界大戰戰前的煤直接液化工廠⑵工藝流程過程分兩段：第一段為糊相加氫：將煤轉化為粗汽油和中油；第二段為氣相加氫：將上述產物加工成商品油。第一段為糊相加氫：第二段為氣相加氫：⑶主要工藝條件和產品收率①催化劑糊相加氫：拜爾赤泥（煉鋁工業的廢棄物含Fe2O3）、硫酸亞鐵和硫化鈉。氣相加氫：白土為載體的硫化鎢。②溫度和壓力熱交換器：煤糊預熱至300~350℃；預熱器：比預定反應溫度低20~60℃；反應器：

470℃左右；熱分離器：將沸點325℃以下的油和氣體與沸點325℃以上的油和不揮發的殘渣分開，反應系統壓力大多為70MP；③固液分離離心過濾機分離：從熱分離器底部流出的淤漿在140~160℃溫度下直接進入離心過濾機分離。淤漿太稠加油稀釋；回收濾餅中的油採用幹餾：兩種幹餾爐：（褐煤殘渣採用螺旋式爐；煙煤殘渣採用裝有鋼球或瓷球的回轉爐。）

④產品收率2.德國直接液化新工藝（NewIG）

德国鲁尔煤矿公司和威巴石油公司合作，把战前的IG老工藝發展為IG新工藝，在1981年在德國Bottrop建立了200噸/日工業試驗裝置，試驗於1987年結束，共用煤16萬噸。

IG新工藝簡化流程圖:

磨細的煤（<0.2mm）和鐵催化劑（2％）與過程自產油按1：1.2比例混合，加入氫氣後，在預熱器中加熱，在一臺大容積的加氫反應器，於壓力30MPa和溫度485℃下進行加氫裂化。反應產物在熱分離器中分離為塔頂產物和塔底產物。塔底產物（包括所有固體物－即未轉化煤、灰和催化劑以及高沸點組分）進入真空蒸餾塔。塔頂產物用作過程迴圈油，塔底殘渣油送德士古氣化爐氣化生產氫氣。

熱分離器的頂部產物進一步在冷分離器分成氣體和液體，氣體經氣體油洗滌塔油洗淨化後返回液相加氫，而液體烴通過常壓蒸餾塔分為輕油（≤185℃）、中餾分油（185～325℃）和高沸點塔底產物。常壓塔的塔底產物作為混合油也在過程中迴圈。輕油與中餾分油可以進一步精製為汽油、柴油和家庭用油。⑴新老工藝比較與老工藝比的改進是：①液固分離用閃蒸塔不用離心過濾，採用閃蒸塔，生產能力大，效率高；②迴圈油不含固體，不含固體，還基本上排除了瀝青烯；③煤糊相加氫和油的加氫精製一體化使油收率增加，品質提高；④淤漿泵送閃蒸塔底流出的淤漿有流動性，可泵送送至德士古氣化爐，氣化制氫或供鍋爐燃燒。⑵原料煤和主要工藝條件高揮發分煙煤；主要工藝條件：原料煤：<0.2mm,水分<0.1，煤糊中煤∕迴圈油=1：1.2；反應溫度：糊相475℃，氣相390~420℃；反應壓力：30MP;比空速0.5~0.6t煤∕（m3*h）；氫氣∕煤或油：糊相4500m3∕t，氣相1000m3∕t;氣相加氫催化劑負荷：2.5t油∕(t催化劑*h)。§7．4美國煤加氫液化的中間試驗溶劑精煉煤法（SRC）;氫煤法（H-Coal）；供氫溶劑法（EDS）；兩段液化法（ITSL）；1.溶劑精煉煤法（SRC）

本法属加氢抽提液化工艺。⑴按加氫深度不同，它又分成SRC-Ⅰ和SRC-Ⅱ。SRC-Ⅰ以生產超低灰（0.16％）低硫（0.76％）固體精煉煤（發熱量38.7MJ/kg）為主，用作鍋爐燃料，也可作為煉焦配煤的粘合劑、生產碳素材料的原料或進一步加氫裂化生產液體燃料。反應器中的操作條件是：停留時間40min；出口溫度450℃；壓力10～13MPa。

SRC-Ⅰ法將濾液進行真空閃蒸分出重質油，殘留物即為產品──溶劑精煉煤(SRC);SRC-Ⅰ工藝流程：⑵SRC-Ⅱ以生產液體燃料為主，煤漿停留時間1小時。

SRC-Ⅱ的不同點

SRC-Ⅱ法則將濾液直接作為迴圈溶劑。固液分離採用過濾,設備龐大,速度慢。近年試驗採用超臨界流體萃取脫灰法，操作條件：壓力10～14MPa、溫度450～480℃。以煙煤為原料,SRC-Ⅰ法可得約60％溶劑精煉煤，尚有少量餾分油。SRC-Ⅱ法可得10.4％氣態烴、2.7％石腦油及24.1%中質餾分油和重質油。

2.氫-煤（H-Coal）法

此法是美國碳氫化合物研究公司（HRI）開發的，它是由石油重油催化加氫的H-oil法演變而來，已完成煤處理量200～600t/d的中間試驗。幹煤粉碎到40目以下與自產油（按油煤比1.5～2）混合製成煤漿，煤漿與氫氣混合後經預熱進入流化床反應器。床內裝有顆粒狀Co-Mo/Al2O3催化劑，反應溫度450℃，壓力16～19MPa。反應器底部設有高溫油迴圈泵，使迴圈油向上流動以保證催化劑處於流化狀態。由於催化劑的密度比煤高，催化劑可保留在反應器內，而未反應的煤粉隨液體從反應器排出。反應產物的分離與IGNew相近。用此法合成原油時，煤轉化率94.8％，氫耗4.9％，制燃料油時分別為93.2％和3.2％。

氫-煤（H-Coal）法工藝流程：3.供氫溶劑法（ExxonDonorSolvent，EDS）

本法借助于供氢溶剂的作用，在一定的温度和压力下使煤加氢液化。其特点是把一部分循环溶剂，在一个独立的固定床反应器中，用高活性催化剂预先加氢为供氢溶剂。本技术由埃克森公司开发，并于1985年完成250t/d的大型中試。煙煤、次煙煤和褐煤的液化油產率分別為55～60％，44～50％和47％。

供氫溶劑法（EDS）工藝流程：§7．5煤直接液化技術開發中的若干重要問題1．煤加氫液化的影響因素

⑴氫耗量氫耗量的大小與煤的轉化率和產品分佈密切相關。氫耗量低時，煤的轉化率低，產品主要是瀝青，各種油的產率隨氫耗量增加而增加，同時氣體的產率也有所增加。

因工藝、原料煤和產品的不同，氫耗也不同。一般產品重時氫耗低。氫耗大多在5％左右。可以注意到，直接液化消耗的氫有40％～70％轉入C1～C3氣體烴，另外25％～40％用於脫雜原子，而轉入產品油中的氫是不多的。脫雜原子和轉入產品油中的氫是過程必須的，對提高產品品質有利，故降低氫耗的潛力要放在氣態烴上。要降低氣態烴的產率，措施有：①縮短糊相加氫的反應時間，例如SRC-I工藝中，若停留時間從40min縮短到4min，氣體產率由8.2％降為1.3％，氫耗量從2.9％降為1.6％；②適當降低煤的轉化率，例如轉化率達80％後，再提高不僅費時而且耗氫多；③選用高活性催化劑；④採用後文介紹的分段加氫法。

⑵液固分離

液化反應後總有固體殘渣（包括原煤灰分，未轉化的煤和外加催化劑），因此需要液固分離，早期的工藝採用過濾法，現在廣泛採用真空閃蒸方法，前述四種液化工藝都採用此法，其優點是操作簡化，處理量劇增，蒸餾油用作迴圈油，煤漿粘度降低。缺點是收率有所降低。

另外还有二种液固分离方法。一是反溶剂法（anti-solvent），它是指採用對前瀝青烯和瀝青烯等重質組分溶解度很小的有機溶劑，把它們加到待分離的料漿中時，能促使固體粒子析出和凝聚，顆粒變大，利於分離。常用含苯類的溶劑油，它和料漿的混合比為0.3～0.4：1，固體沉降速度提高十倍以上，用此法可使SRC的灰分降到0.1％左右。另一種是臨界溶劑脫灰，它利用超臨界抽提原理，使料漿中可溶物溶於溶劑而留下不溶的殘煤和礦物質，常採用的溶劑是含苯、甲苯和二甲苯的溶劑油。

液固分離出來的殘渣占原料煤的30％左右，處理方法有幹餾、鍋爐燃燒以及氣化等，其中氣化制氫是最方便的利用方法。

⑶迴圈油

煤直接液化中溶劑的作用有：①供氫與傳遞氫；②溶劑提抽作用，例如煤焦油餾分和煤液化油對煤有較好的溶解能力；③對氫的溶解作用，一般氫的溶解度隨溶劑氫含量增加而提高，且隨溫度升高而增加。至今所採用的液化工藝，都採用蒸餾油為迴圈油。

⑷催化劑

有兩類，一類是鐵系統催化劑，如含氧化鐵的礦物，鐵鹽及煤中硫鐵礦等，使用時要求系統中有硫，否則活性不高，鐵系催化劑用於煤的糊相加氫，反應後不回收。另一類是石油工業中常用的工業加氫催化劑，其活性成分是NiO、MoO3、CoO、WO3等，以Al2O3為載體。使用前要預硫化，也要求氣相中有足夠的H2S存在。這類催化劑活性明顯高於鐵催化劑，但價格較貴，需反復使用，不適合用於糊相加氫。

⑸原料煤

用於液化的煤應符合以下條件：①高揮發分年青煙煤和硬質褐煤，碳含量約在77～82％之間；②煤中惰性組分<15％；③灰分<10％；④硫含量要高，即需用高硫煤。

⑹反應溫度與壓力

各工藝採用的溫度大致相同，大多為450℃，也有485℃。反應溫度高有利於瀝青烯向油的轉化，但溫度高會引起結焦和產生更多的氣體。

氫在煤漿中的溶解度隨壓力增加而增加，由於煤液化溫度較高，採用較高的壓力才有足夠的氫分壓，一般壓力控制在20MPa以下是完全可行的。

§7．6煤直接液化新技術的開發1．煤直接液化新技術的開發

為了進一步提高煤液化工藝的技術水準和經濟的競爭能力，國內外進行了新技術開發，並取得了相當的進展。

⑴超臨界溶劑抽提（SupercriticalSolventExtractionProcess，SCE）

对煤进行溶剂抽提时，溶剂密度越高对煤的溶解度越大，但因粘度高，液固分离困难，当溶剂处于气态时，粘度小密度也小，对溶解不利，当处于超临界状态下，溶剂兼有液体的高密度和气体的低粘度的特点。抽提温度一般在410℃左右，不超過440℃，壓力一般10MPa，不超過20MPa。

用于超临界抽提的溶剂应对煤有较好的溶解能力，故可从苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等溶剂中选取，其中三甲苯的临界温度（364℃）與使用溫度差最小，密度最高，但考慮到廉價易得，一般還是用甲苯。

抽提過程是在一個萃取塔內逆流萃取的，煤的停留時間不少於30min，而氣體停留時間盡可能短，應小於2min，使萃取物迅速離開高溫區。超臨界甲苯流體形成的溶液經閃蒸分離，塔底得到煤的萃取物（分子量約300左右）。回收甲苯迴圈使用。煤萃取殘渣為多孔炭，可用於氣化或燃燒。

腐泥煤與褐煤是比較合適的原料煤，油產率為30％～50％。⑵煤二段液化法（Integratedtwo-stageliquifactionprocess，ITSL）

在煤液化反应历程的讨论中已知，液化过程实质分成两个阶段

①熱解抽提，煤轉化為中間產物前瀝青烯和瀝青烯；

②中間產物轉化成可蒸餾的油。這兩個階段的反應性質明顯不同，前者速度快，耗氫少，催化劑的影響小，而後者則相反。在以前介紹的一段法工藝中都讓這二個階段放在同一反應器中進行，工藝雖簡單，但不能兼顧兩個階段的優化條件。於是提出了兩段液化的設想，即先進行熱解抽提，然後脫灰，再對初級液化產物加氫得到蒸餾油。兩段法的原則流程示於圖6-3-06。第一段熱解抽提條件與SRC-Ⅰ基本相同。脫灰可採用反溶劑法或臨界溶劑抽提法。第二段催化加氫可用H-Coal法中的流化床反應器或固定床反應器。

兩段法有好幾種類型，例如美國Lummus公司開發的Lu-ITSL過程，它由短接觸時間溶劑熱溶解，反溶劑脫灰和精煉三步組成。美國HRI公司開發了催化兩段液化工藝（CTSL），流程除了增加了一個反應器，還採用了臨界溶劑脫灰工藝，試驗表明，轉化率提高，液化油產率由H-Coal法的53％提高到63％。德國在IG工藝基礎上也進行了兩段液化的研究，提出了IGOR工藝，，在高溫分離器和低溫分離器之間，增加了一個固定床加氫反應器，把一段加氫液化和二段液化油加氫組合在一起，使液化油產率增加了10％左右。

⑶煤-渣油共煉法（Coprocessing）

所指的渣油是原油的常压渣油和减压渣油。煤和渣油共炼是以渣油作为煤加氢的制浆油，制成的煤浆在高温高压下裂解和加氢，使煤和渣油同时发生转化的工艺。原油加工时，减压渣油量占原油的30％～40％，數量相當大，也需尋求新的利用途徑。進行煤-渣油共煉的主要有美國烴類研究公司(HRI)的催化兩段法，加拿大的Canmet法以及德國的Pyrosol法。聯合加工的工藝流程與煤直接液化法基本相同，主要區別是沒有迴圈油。把粉煤和渣油製成煤漿（煤濃度30～40％）一次通過加氫反應器，反應溫度420～450℃，壓力15～20MPa。HRI法使用Ni-Mo及Co-Mo催化劑，Canmet和Pyrosol都使用鐵催化劑。表6-3-04列出了HRI的煤-油共煉的典型數據，可見煤和渣油都發生了變化。

HRI兩段煤-油共煉性能煤油共煉的特點是：①裝置處理能力提高。因為煤和渣油都是加工對象，總加工能力可提高一倍以上，油產量可增加2～3倍；②煤和渣油的協同效應、在反應過程中渣油起供氫溶劑作用，煤及煤中礦物質具有促進渣油的轉化、防止渣油結焦和吸附渣油中鎳釩重金屬等作用。由於這種協同作用，共煉比煤或渣油單獨加工時油收率高，可以處理劣質油，工藝過程比煤液化工藝簡單；③與液化油相比，共煉的餾分油比重較低，H/C比高，易於精煉提質；④氫的利用率高，因為煤液化工藝中，不少氫消耗於迴圈油加氫。而共煉時由於渣油本身的H/C比高（H/C=1.7），所以加工時以熱裂解反應為主，

消耗的氫少，甚至還有氫多餘，例如共煉時生成油與消耗氫的重量比約為15，而煤直接液化的這一比值只有7；⑤對煤性質要求放寬，因為煤在煤漿中只占30～40％；⑥成本大幅度下降，工廠總投資只是煤兩段催化液化的67.5％，氫-油工藝的1.4倍，共煉時產品油成本只有直接液化產品油成本的50％～70％，而煤油共煉由於用低價煤代替了一部分渣油，所以生產經營費只有H-Oil工廠的86.5％。

煤直接液化的發展前景涉及到眾多問題，如本身的工藝技術水準和經濟成本問題，在很大程度上取決於石油的供應形勢和價格。國外曾對日產十萬桶粗餾分油的兩段催化液化（CTSL），煤油共煉（HRI·Cop）和石油渣油深加工的H-Oil法三種工藝建廠進行評價，三種工藝的粗餾分油折算成原油價格，分別相當於32.9美元/桶，28.24美元/桶和26.27美元/桶。所以當油價上升到高於30美元/桶時，HRI煤油共煉工藝將有經濟上建廠條件。看來煤油共煉技術將是未來首選的煤直接液化技術。中國有豐富的煤炭資源，特別在某些地區，交通困難，而煤資源豐富，發展煤液化並非遙遠的事，我們必須從國情出發，為煤液化的工業化作好必要的準備。§7．7煤直接液化的發展前景煤直接液化技術開發現狀及前景

煤直接液化是潔淨煤技術之一，作為生產石油替代品的有效技術，對解決我國石油資源短缺、平衡能源結構、保障能源安全及國民經濟持續穩定發展具有重大戰略和現實意義。

煤直接液化是在高溫高壓下，借助於供氫溶劑和催化劑，使氫元素進入煤及其衍生物的分子結構，從而將煤轉化為液體運輸燃料或化工原料。通過煤直接液化，不僅可以生產汽油、柴油、液化石油氣、噴氣燃料油，還可以提取BTX（苯、甲苯、二甲苯混合物）及生產乙烯、丙烯等重要烯烴的原料。在煤直接液化過程，煤中99％的硫以硫磺的形式得以回收，因此是1種先進的潔淨煤利用技術。

一、開發現狀及進展

1.與間接液化技術比較

煤的間接液化同直接液化是兩條完全不同的技術路線。間接液化是先將煤氣化生成合成氣（CO＋H2），再由合成氣直接或通過甲醇合成液體燃料烴的技術。間接液化對原料煤要求不高，可利用高灰分劣質煤；工藝成熟性和技術可靠性相對較高，南非已有近50年的長期生產經驗；產品後加工比較簡單，但熱效率低於直接液化；原來的費－托合成反應選擇性較差，其後開發的Mobi1甲醇轉化法和改良費─托合成等技術基本解決了該問題；所得汽油辛烷值低，而柴油十六烷值高，直接液化法正好相反。

我國巳完成煤直接液化技術基礎性研究，為進一步工藝放大和工業化生產打下了堅實的基礎。

2.研究開發進展

20世紀30年代第一代煤炭直接液化技術——直接加氫煤液化工藝已在德國實現工業化。但當時的煤液化反應條件較為苛刻，反應溫度470℃，反應壓力70MPa。

1973年的世界石油危機，使煤直接液化新工藝的研究開發重新得到重視。大部分的研究工作重點放在緩和反應條件，即降低反應壓力，從而達到降低煤液化油的生產成本的目的。隨著催化劑、供氫溶劑及其重質化和固液分離技術的發展，相繼開發了多種第二代煤直接液化工藝，如美國的氫-煤法（H－Coa1）、溶劑精煉煤法（SRC—I、SRC－Ⅱ）、供氫溶劑法（EDS）及西德開發的德國新工藝。這些工藝均已完成大型中試，技術上具備建廠條件，但由於在經濟上建設投資大，煤液化油生產成本高，目前尚未工業化。

第二代煤直接液化工藝普遍缺點是：因反應選擇性欠佳，氣態烴多，耗氫高，故成本高；固液分離技術雖有所改進，但尚未根本解決；催化劑不理想，鐵催化劑活性不夠好，鑽─鉬催化劑成本高等。

為進一步改進和完善煤直接液化技術，降低液化油成本，改善工藝經濟性，世界幾大工業國正在繼續研究開發第三代煤直接液化新工藝。這些新液化工藝具有反應條件緩和、油收率高和油價相對低廉的特點。目前沒有建煤直接液化工廠的主要原因被認為是經濟因素，而不是技術因素。

二、幾種先進工藝

目前世界上具有代表性的最先進的幾種煤直接液化工藝是：德國IGOR（IntegratedGross0i1Refine）和美國碳氫化合物研究公司（HTI）的兩段催化液化工藝等。

1.德國IGOR工藝

20世紀90年代初德國礦冶科研和測試技術有限公司（DMT）改進了原德國新工藝，形成了更先進的IGOR工藝。IGOR工藝技術的研究和開發試驗是在0.2t／dPDU和200t/d中試裝置上進行的，反應壓力30MPa，原料煤為魯爾地區高揮發分煙煤。煤轉化過程用赤泥作催化劑，固定床加氫精製反應器中使用商業催化劑Ni─MO－A12o3。

IGOR工藝是把迴圈溶劑加氫和液化油提質加工與煤的直接液化串聯在1套高壓系統中，經過這樣的改進，總的液化廠投資可節約20％左右；IGOR工藝具有最大的煤處理能力（其他煤直接液化反應器的空速為0.24－0.36tm3·h，而IGOR工藝的煤液化反應器的空速為5t／m3·h；IGOR煤液化工藝產出的煤液化油中的N和S含量已降到10-5數量級，煤液化油不僅收率高，而且品質好；減少了工藝過程和裝置、迴圈油量、氣體烴的生成和廢水處理量。

2.催化兩段工藝

美國HTI公司早在20世紀60年代初就在石油渣油加氫裂解工藝（氫─油法）基礎上，開發了一段沸騰床催化加氫液化煤的氫─煤法工藝，並設計出5000t/d煤液化工廠。1980年以來，HTI公司集中力量研究改善煤直接液化工藝的經濟性，1983年開發出一段煤熱熔解，二段催化加氫的二段液化工藝技術；使反應性質不同的熱熔解和催化加氫裂化反應，在不同反應器和工藝條件下進行；後來的進一步研究又發現，煤熱熔解過程同時進行適度加氫，優於熱熔解和加氫的順序過程，在1985年又開發出先進的催化兩段液化工藝。其後，在美國能源部資助下，HTI公司又對催化兩段液化工藝進行了廣泛研究和改進，從輕質油迴圈改成重質油迴圈，煤直接液化的技術和經濟性取得明顯進步和改善。1988年，HTI公司根據該工藝在2t/dPDU裝置上液化試驗結果及氫─煤中試裝置和商業性工廠設計經驗，作出催化兩段液化工藝技術，建設煤液化工廠的初步設計。

HTI的催化兩段液化工藝主要技術特點：煤液化的第一段和第二段都是裝有高活性加氫和加氫裂解催化劑（Ni、MO或CO、MO）的沸騰床反應器，兩個反應器既分開又緊密相連，可以使加氫裂解和催化加氫反應在各自的最佳條件下進行。液化產物先用氫淬冷，重質油回收作溶劑，排出的固體物主要組成是未反應煤和灰渣。同氫─煤工藝相比較，C4402℃餾分油增加53％，液化It無水無灰煤（daf）生成餾分油從3.3桶提高到5.0桶；C1－C3氣體烴產率從11.3％降到8.6％，氫利用率從8.4％提高到10.7％；油品品質提高，氮、硫雜原子減少50％，從而使煤液化經濟性明顯改善，液化油成本降低了17％。

另外，還有日本NFDOL工藝，美國煤油共煉工藝COP（Coa10i1CoProcessing）等。

3、國內研究狀況

我國自1980年重新開展煤直接液化技術研究，其目的是由煤生產汽油、柴油等運輸燃料及芳烴等化工原料，主要由煤炭科學研究總院北京煤化所承擔。經過近20年的努力，已建成具有先進水準的煤直接液化、油品提質加工和分析檢驗實驗室；通過對我國上百個煤種進行的煤直接液化試驗，選出了15種適合於液化的煤，液化油收率可達50％以上，並對4個煤種進行了煤直接液化的工藝條件研究；開發了高活性的煤直接液化催化劑；利用國產加氫催化劑，進行了煤液化油的提質加工研究，經加氫精製、加氫裂化和重整等工藝的組合，成功地將煤液化油加工成合格的汽油、柴油和航空油。

雲南先鋒褐煤1997年6月在德國DMI公司的IGOR工藝200kg／dPDU裝置上進行了煤直接液化試驗，結果表明，先鋒褐煤是適宜IGOR煤液化工藝的煤種，得到的油收率為53％，油品中氮和硫的含量分別為2mg／kg和17mg／kg。煤液化油經過簡單蒸餾可得合格的0#柴油，經過重整可得到合格的90#無鉛汽油。

1997年3月，煤炭科學研究總院與德國RUR和DMT公司正式鑒定了關於雲南先鋒煤液化廠可行件研究專案的協議，原化工部第二設計院參加了部分工作。在中德雙方共同努力下，1999年4月完成廠雲南煤液化廠可行性研究報告。

擬建的雲南先鋒煤液化廠規模為年處理（液化）褐煤257萬t，氣化制氫（合發電17萬kw）用原煤253萬t，合計用原煤510萬t；液化廠建成後，年產汽油35.34萬t，柴油53.04萬上，液化石油氣6.75萬t，氨3.90萬t，硫磺2.53萬t，苯0.88萬t。

此外，中美還進行了關於神華煤液化的可行性研究。神華集團有限責任公司就神華煤液化合作事宜也與日本新能源開發機構（NEDO）進行了磋商並達成協議。

綜上所述，德國IGOR工藝、美國兩段催化液化工藝、美國煤油共煉工藝、日本NEDOL等先進的煤直接液化工藝在技術經濟性方面取得了較大進展。煤炭直接液化技術發展方向是降低反應壓力，提高煤液化油產率和品質，減少氫效以進一步改善其技術經濟性，生產各種運輸燃料油。在我國作為能源安全的對應手段，用資源豐富的煤炭通過直接液化的方法生產液體燃料，不但技術上可行，而且也有較好的經濟效益。

煤的成焦過程1.成焦過程

<350℃:煤乾燥預熱階段350～480℃:膠質體形成階段480～650℃:半焦形成階段650～950℃:焦炭形成階段煤乾燥預熱膠質體半焦焦炭氣態產物～120℃煤的水分脫出200℃釋放空隙中的氣體（CH4、CO2、CO、N2）350℃煤熱解、軟化膨脹形成膠質體、480℃膠質體分解、收縮、固化形成半焦650℃半焦分解、開始向焦炭轉化950℃焦炭成熟半焦成品焦碳焦油2．煤的黏結和半焦收縮⑴．粘結性：①粘結性：

幹餾時黏結本身與惰性物的能力，指煉焦時形成熔融焦炭的能力（經過膠質體生成塊狀半焦的能力）。

②黏結性與結焦性關係黏結性好是結焦性好的前提及必要條件。（結焦性好的煤其黏結性一定好）名詞：膠質體：煤幹餾在350～480℃時，煤粒表面上出現含有氣泡的液相膜，此時液相膜開始有些軟化，許多煤粒的液相膜匯合在一起，形成氣、液、固三相一體的粘稠混合物。③提高黏結性⑵半焦收縮①半焦收縮：

半焦不穩定部分受熱裂解，生成氣態產物；殘留部分不斷締合增炭，產生體積收縮②氣孔焦炭是孔狀體，氣孔率低，氣孔小，氣孔壁厚和氣孔壁強度高，則焦炭強度高。惰性成分細碎黏結形成分不宜過細控制粒度堆積密↑提高膨脹壓力增大加熱速度③裂紋收縮應力→裂紋（裂成焦塊，裂紋多則焦炭細）3.焦爐煤料中熱流動態⑴供熱兩側爐牆供熱（靠近爐牆煤料溫度先升高，溫度速度快；遠離爐牆的溫度後升高，升高速度慢）⑵不同部位煤料溫度隨加熱時間變化（圖3-2）.①爐牆溫度加入煤時，爐牆溫度迅速下降②靠近爐牆煤料溫度③炭化室中心溫度加煤後8小時方由100℃升高（才脫完水分）⑶不同部位煤料的升溫速度煤料升溫線（圖3-3）

①100～350℃爐牆附近8.0℃/min

中心部位1.5℃/min②升溫速度不同，溫度梯度不同因而收縮梯度不同，升溫速度大的裂紋多，焦塊小。⑷炭化室內不同部分煤料同一時間內的情況（圖3-4）.①當裝煤後加熱約8小時，水分蒸發完了時，中心面溫度上升。②當加熱14至15小時，炭化室內部溫度都接近1000℃，焦炭成熟。4.炭化室內成焦特徵⑴炭化室內同時進行著不同成焦階段①裝煤約8小時期間，炭化室同時存在著濕煤層、幹煤層、膠質體層、半焦層和焦炭層。②兩膠質體層在裝煤後11小時左右在中心匯合。③裝煤後15小時左右，焦炭成熟。⑵膨脹壓力過大時可危及爐牆（最大膨脹壓力出現在兩膠質體中心匯合時）。⑶裂紋靠近爐牆的焦炭裂紋多，有焦花之稱。⑷焦縫成熟焦餅中心面上有一條縫稱焦縫，上下直通。5.氣體析出途徑⑴裏行氣（10%左右）①形成與兩膠質體之間，不可能橫穿過膠質體，只能上行進入爐頂空間，這部分氣體稱為裏行氣。②沒有經歷二次解熱作用；含大量水蒸氣，含煤一次熱解產物（主要CH4及其同系物，還有H2、CO2、CO及不飽和烴等）⑵外行氣（90%左右）①產生膠質體外側（由於膠質體固化和半焦熱解產生大量氣態產物）沿焦餅裂縫及爐牆與焦餅間隙進入爐頂空間，此部分氣體稱外行氣。②經過高溫區，經二次熱解作用，二次熱解產物（主要H2，及少量CH4）。◆炭化室內成焦過程如圖所示。⑶氣體中的化學產品①原料煤性質對化學產品產率的影響較大。揮發分高，煤氣和粗苯產率都高。②溫度對化學產品產率影響較大（爐牆溫度、焦餅溫度）。

配煤和焦炭品質1.配煤的目的和意義⑴配煤：就是將兩種以上的單種煤料，按適當比例均勻配合，以求制得各種用途所要求的焦炭品質。⑵焦煤煉焦的缺點（單種煤煉焦）焦煤儲量不足推焦困難，容易損壞爐牆焦煤揮發分少，煉焦化學產品產率小⑶合理配煤的優勢提高焦炭品質擴大煉焦煤源，合理利用煤炭資源增加煉焦化學產品產率等2.煉焦用煤氣煤（QM）、肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤（SM）及中間過渡性牌號煤。⑴氣煤揮發性最大，黏結性差煉焦產品特點：焦炭碎、強度低、推焦易；可得較多化學產品⑵肥煤揮發份較高，灰分高，黏結性最好但結焦性差。煉焦產品特點：焦炭碎、強度低、推焦難；可提高化學產品產率和煤氣產率。⑶焦煤揮發分適中（＜肥煤），黏結性高，灰分高煉焦產品特點：焦炭塊大，強度高，推焦困難⑷瘦煤揮發分低，黏結性差煉焦產品特點：焦炭塊大，抗碎強度高，耐磨性差（易成焦粉）；化學產品產率和煤氣產率低。×⑸貧煤沒有黏結性，不結焦，不能單獨煉焦；配煤中可起瘦化劑的作用。3.配煤的工藝指標⑴配煤的工業分析①水分（一般＜10%，焦化廠8%~10%）水分高的不利影響：焦爐升溫慢，延長結焦時間，影響爐體壽命；影響裝爐煤堆密度ρ（圖3-7隨水分↑ρ↓）水分過低的不利影響：破碎和裝煤時造成煤塵飛揚惡化操作條件，使焦油中游離碳增加。②灰分（配煤灰分＜12%，焦炭灰分＜15%）灰分的害處(配煤的灰分全部轉入焦炭)a:灰分是惰性物質，灰分高則黏結性降低；灰分顆粒成為裂紋中心，配煤灰分高則焦炭強度降低。b:煉鐵用焦耗量高，高爐生產能力降低。③揮發分（中國生產配煤揮發分Vdaf一般25%~32%）a:揮發分高，化學產品產率高，煤氣產率高。b:揮發分過高焦炭平均粒度小，抗碎強度低。c:揮發分過低煤的黏結性差，耐磨強度降低，可導致推焦困難。4.焦炭的用途⑴高爐煉鐵（供熱燃料、還原劑、疏鬆骨架）要求：冶金焦反應率要小(C+CO2反應降低焦炭強度)、一定的塊度、強度⑵鑄造用焦（熔化爐料：其作用是熔化爐料並使鐵水過熱，支撐料柱保持其良好的透氣性。）要求：鑄造焦應具備塊度大、反應性低、氣孔率小、具有足夠的抗衝擊破碎強度、灰分和硫分低等特點。⑶氣化用焦要求：反應能力要高化工氣化用焦，對強度要求不嚴，但要求反應性好，灰熔點較高；⑷電石焦對焦炭的品質要求不高,要求儘量提高固定碳含量。④硫分（配煤＜1.0%，一般焦炭＜1.0%~1.2%）硫分害處（配煤中有80%左右轉入焦炭）冶煉中焦炭中硫分轉入生鐵中，使生鐵呈熱脆性，加速鐵腐蝕。⑵黏結性和膨脹壓力①黏結性黏結性是結焦性的前提和必要條件。（黏結性的指標：我國常用的是膠質層最大厚度Y和粘結指數G）②膨脹壓力（安全膨脹壓力＜10~15KPa）其是黏結性煤的煉焦特徵，提高堆ρ能增大膨脹壓力。⑶粉碎度（＜3mm的占90%）黏結性好的成分和易碎的不細碎，反之細碎。（弱黏結性的應細碎；強黏結性的應粗碎；肥煤、焦煤易碎應粗碎；氣煤硬度大難碎應細碎）5.焦炭的品質⑴物理性質主要成分為碳,是具有一定強度、塊度的銀灰色固體，內部有縱橫裂紋，沿焦炭縱橫裂紋分開即為焦塊，焦塊內含微裂紋，沿微裂紋分開即為焦體，焦體由氣孔和氣孔壁（焦質）。真密度：單位體積焦質的品質。視密度（假密度）：單位體積焦塊的品質。堆密度：焦炭單位堆積體積的品質。

氣孔率=（1-假密度/真密度）×100%＝＞P=（1-d0/d）×100%⑵化學成分①灰分(主要成分是SiO2和Al2O3)不利，灰分越低越好②硫分不利（硫易使生鐵鑄件脆裂）硫是生鐵冶煉的有害雜質之一，它使生鐵品質降低。在煉鋼生鐵中硫含量大於0.07%即為廢品。

③揮發分鑒別焦炭成熟度的重要指標。揮發分＞1.5%為生焦揮發分小於0.5—0.7%,則表示過火;一般成熟的冶金焦揮發分為1%左右。④水分（一般為2%～6%）水分要穩定，否則引起爐溫波動。⑤鹼性成分（K2O、Na2O）由於其催化和腐蝕作用，能嚴重降低焦炭強度。⑶機械強度①耐磨強度M10a:耐磨強度（M10↓、耐磨性↑）當焦炭外表面承受的摩擦力超過氣孔壁強度時，就會產生表面薄層分離的現象，形成碎末，焦炭抵抗這種破壞的能力稱為耐磨強度。b:轉鼓測定耐磨強度指標M10

轉鼓試驗：為了試驗焦炭的耐磨性和抗碎性，通常採用轉鼓試驗。轉鼓試驗就是模仿焦炭在高爐冶煉過程中的撞擊、擠壓、研磨，將一個十分複雜的受力情況加以簡化的試驗方法。在轉鼓中裝入大於60毫米的焦炭50千克，以每分鐘25轉速度轉動4分鐘

M10一般用焦炭在轉鼓內破壞到一定程度後，粒度＜10mm的碎焦品質m1占式樣品質m總的分數來表示耐磨強度。<一般7%～11%>M10=(m1/m總)×100%②抗碎強度M40（M40↑、抗碎性↑）a:抗碎強度當焦炭承受衝擊力時，焦炭沿裂紋或者缺陷處碎成小塊，焦炭抵抗這種破壞的能力稱為抗碎強度。b:轉鼓測定耐磨強度指標M40

粒度＞40mm的塊焦品質m2占式樣品質m總的分數來表示抗碎強度。<，一般70%～80%>M40=(m2/m總)×100%⑷焦碳的反應性①反應性大多數國家都用焦炭與二氧化碳間的反應特性評定焦炭反應性。

是指與CO2的碳溶反應性表6-1-11高爐用焦炭強度轉鼓強度指數（％）級別ⅠⅡⅢⅣM40≥80.0≥76.0≥72.0≥65.0M10<8.0<9.0<10.0<11.0②影響焦碳反應性的三大因素a：原料煤性質（煤種、煤岩相的組成、煤灰分等）b：煉焦工藝因素（焦餅中心溫度、結焦時間、煉焦方式等）c：高爐冶煉條件（溫度、時間等）③焦炭反應性（CRI

%）的測定：國內：CO2測定稱取一定品質的焦炭試樣，置於反應器中，在1100+5℃時與CO2反應2h後，以焦炭品質損失的百分數表示焦炭反應性（CRI）。

容積速率：

現代焦爐1.焦爐概述⑴焦爐主要部分構成（三大室）①炭化室煤隔絕空氣幹鎦的地方，焦炭形成的場所。②燃燒室是煤氣燃燒的地方，煤氣與空氣在其中混合燃燒，產生的熱量傳給爐牆，間接加熱炭化室中煤料，對其進行高溫幹餾。

③蓄熱室回收燃燒室廢氣的熱量來預熱空氣和貧煤氣的地方。⑵焦爐附加機械（四大車）①加煤車頂裝焦爐的裝煤車設在爐頂,其作用是從煤塔取出一定重量的煤料,通過炭化室頂部裝煤孔卸入炭化室內.②推焦車炭化室裝煤完畢後,煤落在室內成錐形,由推焦機上的平煤杆將煤推平;打開,清掃與關閉機側的爐門;將成熟的焦炭從炭化室的機側推到焦側的導焦車上.③導焦車（攔焦車）攔著從炭化室推出來的焦炭落到熄焦車上,並打開,清掃與關閉焦側的爐門.

④熄焦車接受推出的赤熱焦炭,運到熄焦塔內(或運到幹法熄焦裝置用惰性氣體將餘熱導走發電或補充管網的蒸汽),將赤熱焦炭熄滅,然後卸在涼焦臺上冷卻.

2.焦爐的結構與特點⑴炭化室和燃燒室

兩側是燃燒室，炭化室與燃燒室依次相間，一牆之隔。頂部由3-4個加煤孔，並有1-2個導出幹餾煤氣的上升管，它的兩端為內襯耐火材料的鑄鐵爐門。

★一般，炭化室寬0.4～0.5m、長10～17m、高4～7.5m,頂部設有加煤孔和煤氣上升管(在機側或焦側)，兩端用爐門封閉,炭化室機側窄焦側寬（有一定的錐度），炭化室頂部留有頂部空間以便導出粗煤氣。

★燃燒室由許多立火道構成,燃燒室比炭化室多一個。

★蓄熱室位於爐體下部，分空氣蓄熱室和貧煤氣蓄熱室。例：JN43-58-Ⅱ型焦爐炭化室尺寸分為兩種寬度，即平均寬為407mm和450mm兩種形式，炭化室全高為4300mm，全長為14080mm，有效長為13350mm，炭化室的有效面積為21.7m3,加熱水準高度800mm。

焦爐燃燒室寬度為736mm和693mm（包括爐牆）。⑵斜道區連接蓄熱室和燃燒室的通道為斜道區，它位於蓄熱室頂部和燃燒室底部之間，用於導入空氣和貧煤氣，並將其分配到每個立火道中，同時排除廢氣。⑶蓄熱室位於焦爐爐體的下部，上部經過斜道與燃燒室相連，下部經廢氣盤分別與分煙道、貧煤氣管和大氣相通。燃燒室正下方為主牆，主牆內有垂直磚煤氣道，焦爐煤氣（富氣）由地下室煤氣與主管經此道送入立火道底部與空氣混合燃燒。⑷焦爐加熱系：燃燒室、斜道區、蓄熱室。變換時間：20~30min（氣流換向）⑸爐頂區爐頂區砌有裝煤孔、上升管孔、看火孔、洪爐孔等。⑹基礎平臺基礎平臺位於爐體底部，它支撐整個爐體，爐體設施和機械的品質，並把它傳到地基上。

例：JN43-58-Ⅱ型焦爐基礎為底板、頂板和支柱組成，用鋼筋混凝土澆鑄而成。為了減輕溫度對基礎的影響，焦爐砌體的下部與基礎平臺之間有4-6層紅磚。3.焦爐爐型⑴焦爐爐型的分類①按火道結構形式的不同

a:雙聯火道:

燃燒室設計成偶數個立火道，每兩個分為一組，一個火道走上升氣流，另一個走下降廢氣，換向後氣流反向流動。

b:二分式：燃燒室火道分成兩半，彼此以水準集合煙道相連，一半走上升氣流，另一半走下降廢氣，換向後氣流反向流動。

c:過頂式:

兩個燃燒室為一組，彼此借助炭化室頂部且與水準集合煙道相連的過頂煙道相連，形成一個燃燒室全部火道走上升氣流，另一個全部走下降廢氣，換向後氣流呈反方向流動。②按加熱煤氣種類的不同

a:單熱式焦爐（用貧煤氣）

b:複熱式焦爐(能用焦爐煤氣或貧煤氣加熱)③按煤氣入爐的方式不同

a:下噴式焦爐加熱用的富煤氣由爐體下部通過下噴管垂直地進入爐內，空氣和貧煤氣則從交換開閉器和小煙道從焦爐側面進入爐內。

b:側入式焦爐加熱用的富煤氣由焦爐機焦兩側水準磚煤氣道引入爐內，空氣和貧煤氣則從交換開閉器和小煙道從焦爐側面進入爐內。（例如：58型焦爐的全稱應為：雙聯火道，廢氣迴圈，加熱煤氣下噴的複熱式焦爐。）4.解決焦爐高向加熱均勻的措施⑴高低燈頭火道中燈頭高低不等⑵廢氣迴圈活到中混入廢氣，拉長火焰⑶分段燃燒火道分段供入空氣，增長燃燒區×⑷按炭化室高度採用不同厚度的爐牆。（延長結焦時間，已不再採用）

煉焦新技術煉焦新技術的發展方向：優化資源利用，擴大弱粘煤的使用率。改善焦炭品質，以適應高爐大型化的要求。節約回收能源；改善環保條件，有利於建設環境友好型社會。提高自動化水準；提高產能，以提高勞動生產力。1.改進煉焦備煤⑴合理配煤、煤破碎優化擴大煉焦煤源，改善焦炭的物理和化學性質⑵提高裝爐煤堆密度改善焦炭品質，提高生產能力，增加弱黏結性的煤的用量等。方法：搗固裝煤部分配煤成型和團球配煤配有有機液煤乾燥預熱和調濕2.搗固煤煉焦⑴方法原理方法：利用高揮發份弱粘結性或中等粘結性煤為煉焦煤的主要配煤組分，將配合煤在入爐前在搗固機內搗實成略小於炭化室的煤餅後，從焦爐機側推入炭化室內的煉焦方法原理：因為通過對煤粉的搗固，使煉焦煤堆密度增加，有利於提高煤料的膨脹壓力和粘結性。⑵效果①優點：原料範圍寬：可配入高揮發分弱黏結性煤（主要增加氣煤用量）有效減少主焦煤配比，降低生產成本。提高焦炭強度：增大焦炭強度、提高焦炭產量和品質。

③缺點：搗固機龐大，操作複雜，投資高，炭化室有效利用率低，結焦時間長。

例如：搗固煉焦在保證焦炭品質相同的條件下，可增加約20％的氣煤用量或者在相同配煤的條件下，焦炭品質可以得到提高，M40在90以上。3.成型煤⑴原理和方法方法:

全部煤料用黏結劑或無黏結劑壓成型，或者部分配煤壓成型。（此配煤中配有弱黏結和不黏結性組分）原理：型煤密度比散裝煤密度大得多，有利於提高煤料的膨脹壓力和粘結性。型煤：是用一種和數種煤與一定比例的粘合劑、固硫劑、助燃劑經加工成一定形狀和有一定的理化性能（冷強度、熱強度、熱穩定性、防水性等）的塊狀燃料或原料。⑵效果

優點是：在相同焦炭品質的情況下，可多用弱粘煤，

以降低成本。在相同的配煤條件下可使焦炭的M40提高1～2%。

4.煤的選擇性破碎⑴原理：根據煤岩性質進行選擇破碎：黏結性差的暗煤和惰性礦物質進行細粉碎；黏結性的煤不細碎（不瘦化）。⑵流程5.煤乾燥預熱和調濕⑴煤預熱

利用熱廢氣將煤科進行乾燥並預熱到150～200℃再裝爐煉焦。①預熱煤煉焦有下述顯著效果：a:提高經濟效益。煤餅的相對密度增加,爐溫降低或縮短結焦，焦炭和化工產品增產。b:焦爐加熱用燃料減少。c:提高了焦炭品質。煤乾燥後,入爐時相對密度增加,焦炭強度可增加1%~2%。d:有利於環保煤料水分的降低大大減少了污水排放量,有利於環保。e:利於延長焦爐爐體使用壽命煤料水分穩定,可使焦爐操作保持穩定,有利於延長焦爐爐體使用壽命。②德國的普雷卡邦法⑵煤調濕

“煤調濕”是日本首先開發的，就是“裝爐煤水份控制工藝”的簡稱。它是將煤料在裝爐之前，通過“流化床式乾燥機”，利用焦爐煙道氣作熱源，將煤料的水份幹吸到6%左右。優點：1）降低煉焦耗熱量2）生產能力提高。由於水份低，煤堆密度提高，生產能力提高7～11%3）機械強度提高1~1.5個百分點4）在相同焦炭品質下，可增加弱粘煤用量8～10%。第一代煤調濕採用以導熱油為熱載體、多管回轉式乾燥機為乾燥設備煤調濕技術；第二代煤調濕採用蒸汽為熱載體、多管回轉式乾燥機為乾燥設備的煤調濕技術；第三代煤調濕採用以焦爐煙道廢氣為熱載體、以流化床為乾燥設備的煤水分調節和煤粒度分離合一的煤調濕技術。6.幹法熄焦⑴其基本原理:

利用冷的惰性氣體將赤熱焦炭冷卻，得到熱惰性氣體加熱鍋爐發生蒸汽，可通過汽輪機發電或滿足生產工藝要求，降了溫的惰性氣體再迴圈迴圈用以冷卻紅焦。⑵優點：回收熱量，改善焦炭品質，提高環保水準。⑶槽式法幹法熄焦流程主要設備有幹熄焦冷卻室、迴圈風機、廢熱鍋爐、焦罐車、裝料吊車等。7.幹法熄焦和煤預熱聯合利用幹法熄焦的熱量進行煤預熱，兼收煤預熱和幹法熄焦之利。

煉焦化學產品1.組成與產率粗煤氣：煉焦過程中析出的揮發性產物（由煤氣、焦油、粗苯和水構成）影響粗煤氣組成的因素主要：煉焦溫度和二次熱解作用

T↑氣態產物及氫含量↑；氨、吡啶、喹啉等在高於600℃始於粗煤氣中出現（原因：碳與雜原子之間的鍵強度順序：C-O<C-S<C-N）粗煤氣組成中主要為穩定化合物（故之中幾乎無酮類、醇類、羥酸類和二元酚類)參考下表：高低溫幹餾粗煤氣化學產品產率組成比較：（煙煤為例）產品產率低溫煉焦高溫煉焦產品產率低溫煉焦高溫煉焦煤氣（品質分數）∕%6~813~15焦油中含量（品質分數）∕%煤氣∕(m3∕t)80~120330~380酚類20~351~3焦油（品質分數）∕%7~103~5堿類1~23~4粗苯（或汽油）（品質