化产工艺学绪论

化产工艺学

绪论第一节回收炼焦化学产品的目的和意义炼焦化学工业是煤炭的综合利用工业。煤在炼焦时:焦炭:75%化学产品:10%煤气：15%回收这些产品对综合利用煤炭资源和发展国民经济具有重要意义。

在煤气净化中可得到:焦油：氨：硫酸铵、无水氨、浓氨水等吡啶：粗轻吡啶硫：硫磺、硫酸氰：黄血盐粗笨：轻苯、重苯净煤气粗苯进一步精制加工可得到：苯加氢工艺：纯苯酸洗工艺：二硫化碳、苯、甲苯、二甲苯三甲苯、古马隆、溶剂油等焦油加工：蒸馏和馏分的进一步精制焦油蒸馏可得到：轻油馏分：酚油馏分：酚、甲酚萘油馏分：萘洗油馏分：一蒽油馏分：蒽二蒽油馏分：沥青

这些产品具有极为广泛的用途，是塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、医药、农药、耐辐射材料、耐高温材料以及国防工业的重要原料。一些重要化工原料，主要来自炼焦化学工业在全世界范围内：萘90%来自煤焦油；精蒽几乎100%来自煤焦油；生产碳素电极的电极沥青几乎100%来自煤焦油沥青。苯50%以上来源于焦化苯。有的国家生产的炼焦化学产品品种已达500种以上。我国也从焦炉煤气、粗苯和煤焦油中提取出百余种产品。第二节炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成和组成

1、化学产品的生成＜200℃:蒸出表面水分，同时析出吸附在煤中的二氧化碳、甲烷等气体;250～300℃，煤的大分子端部含氧化合物开始分解，生成二氧化碳、水、和酚类(主要是高级酚);约500℃时，煤的大分子芳香族稠环化合物侧链断裂和分解，生成脂肪烃，同时释放出氢。

在600℃前从胶质层析出的和部分从半焦汇总析出的蒸汽和气体成为初次分解产物，主要含有甲烷、二氧化碳、一氧化碳、化合水及初焦油，而氢含量很低。

初焦油主要具有大致如下的族组，%链烷烃8.0稀烃2.8芳烃53.9酸性物质12.1盐基类1.8树脂状物质14.4初焦油中芳烃主要有:甲苯、二甲苯、甲基萘、甲基联苯、菲、蒽及其甲基同系物；酸性化合物多为:甲酚和二甲酚，还有是少量的三甲酚和甲基吲哚；链烷烃和稀烃皆为:C5至C32的化合物；盐基类主要是:二甲基吡啶、甲苯胺、甲基喹啉等。＞600℃主要是半焦收缩、缩聚，脱氢，生成氢气。初次分解产物在逸出过程中，如图所示，会发生二次热解，生成更多的芳烃。

在工业生产条件下，煤料高温干馏时各种产物的产率（对干煤的重量%）为：

焦炭70~78%；净焦炉煤气15~19%；焦油3~4.5%；化合水2~4%；苯族烃0.8~1.4%；氨0.25~0.35%；其他0.9~1.1%。其中化合水是精煤中有机质分解生成的水分。荒煤气中除净焦炉煤气外的主要组成为（g/m3）

水蒸气250~450焦油气80~120苯族烃30~45氨8~16硫化氢6~30其他硫化物2~2.5氰化物1.0~2.5萘8~12吡啶盐基0.4~0表1净焦炉煤气组成（体积%）净焦炉煤气的低热值为17580~18420kJ/m3，密度0.45~0.48kg/nm3。二、影响化学产品产率和组成的因素

炼焦化学产品的产率取决于炼焦配煤的性质和炼焦过程的技术操作条件。1、

煤性质和组成的影响焦油产率取决于配煤的挥发分和煤的变质程度。在配煤的可燃基挥发分V=20~30%的范围内，可依下式求得焦油产率X（%）；

X=－18.36＋1.53Vdaf－0.026Vdaf2(1)

苯族烃的产率Y在上述的配煤干燥无灰基挥发分范围内，可由下式求得：

Y=－1.6＋0.144Vdaf－0.0016Vdaf2(2)

氨来源于煤中的氮。

一般配煤约含氮2%左右，其他约60%存在于焦炭中，15~20%的氮与氢的化合生成氨，其余生成氰化氢、吡啶盐基或其他含氮化合物，这些产物分别存在于煤气和焦油中。

氨产率:

KA=14bNd/17式中：b—煤中总氮量转入氨中的转化系数，可取0.12～0.16；

Nd—入炉煤干燥基氮含量；17—氨的分子量

14—氮的分子量氨产率一般为干煤的0.25~0.3%（重量）。化合水的产率同配煤的含氧量有关。配煤中的氧有55~60%在干馏时转变为水，且此随配煤挥发分的减少而增加。经过氧化的煤料能生成较大量的化合水。由于配煤中的氢与氧化合生成水，将使化学产品产率减少。化合水产率：

Ksx,d=18aOd/16式中：

a—煤中总氧量转化成化合水的转化系数，一般可取0.3～0.5，本设计取0.4

Od

—入炉煤干基含氧量；18—水分子量；16—氧原子量

煤气的产率Q（%）同配煤挥发分有关，可依下式求得：

Q=aVdaf1/2式中：a——系数（气煤a=3，焦煤a=3.3）

Vdaf

——入炉煤干燥无灰基挥发分，%。煤气中的成分同干馏煤的变质程度有关。变质年代轻的煤干馏时产生的煤气中，CO、CnHm及CH4的含量高，H2的含量低。随着变质年代的增加，前三者的含量越来越少，而氢的含量越来越多。因此，配煤成分对煤气的组成有很大的影响。2、焦炉操作条件的影响

炼焦化学产品的产率及组成还受炼焦温度、操作压力和挥发物在炉顶空间停留时间的影响，也受到焦炉内生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分催化作用的影响，最主要的影响因素是炉墙温度（与结焦时间相关）和炭化室顶部空间温度。炉温、结焦时间对炼焦化学产品产率及组成的影响，可由图2及图3所示。第三节回收与加工化学产品的方法及典型流程

从焦炉产生的荒煤气需在化产回收车间进行冷却、输送、回收焦油、氨、硫、苯族烃等化学产品，同时也净化了煤气。目前，典型的工艺流程有两种：在正压下操作的焦炉煤气处理系统在负压下操作的焦炉煤气处理系统

一、在正压下操作的焦炉煤气处理系统在钢铁联合企业中，如焦炉煤气只有作本企业冶金燃料时，除回收焦油、氨、苯族烃和硫等外，其余杂质只需要清除到煤气在输送和使用中都不发生困难的程度即可。比较典型的处理方法和工艺系统如图4所示。对民用焦炉煤气，其中的杂质必须清除到较彻底的程度，处理系统与上述基本相同，另加干法脱硫达到深度脱除硫化氢和氰化氢。如需远距离输送，在煤气贮柜后需加压缩机和深冷脱湿。经处理后的煤气净制程度可达到表2所示标准。

在图4所示处理系统中，鼓风机位于初冷器后，自风机以后的全系统均处于正压下操作。

工艺特点:此工艺应用广泛，由于鼓风机后煤气温升达到50℃左右，对选用半直接饱和器法（需55℃左右）或冷弗萨母法（需55℃）回收氨的系统特别适用。又因在正压操作，煤气体积小，有关设备及煤气管道尺寸相应较小；吸收氨、苯族烃等的吸收推动力较大，有利于提高吸收速率和回收率。

焦炉煤气净化的程度二、在负压下操作的焦炉煤气处理系统

在采用水洗氨的系统中，因洗氨塔操作温度以25-28℃为宜，故鼓风机可设在煤气净化系统的最后面，这就是全负压工艺流程。如图5所示。全负压流程中设备均处于负压下操作，鼓风机入口压力为－7~－10kPa，机后压力为15~17kPa。此种系统发展于德、法等国，我国进几年来也有采用。全负压处理系统具有如下优点：（a）不必设置煤气终冷系统和黄血盐系统；（b）可减少低温水用量，总能耗亦有所降低；