第二章 煤化工

第二章煤化工参考资料李玉林等编，煤化工基础，化学工业出版社，2006郭树才主编，煤化工工艺学，化学工业出版社，1991肖瑞华等主编，煤化学产品工艺学，冶金工业出版社，2003内容煤的简介煤化工高温干馏低温干馏气化液化煤制化学品及其他煤的简介一、煤的形成古代植物演变而来埋入地下高温、高压下植物中的纤维素、木质素脱水腐蚀含氧量减少，含碳量增大有机生物岩煤的形成转变过程二、煤的开采与运输中国是最早认识、开采和利用煤炭的国家6800~7200年前的新石器时代就有了天工开物？《天工开物》初刊于1637年（明崇祯十年）。是中国古代一部综合性的科学技术著作，有人也称它是一部百科全书式的著作，作者是明朝科学家宋应星。外国学者称它为“中国17世纪的工艺百科全书”。作者在书中强调人类要和自然相协调、人力要与自然力相配合。

煤的开采平硐:直接与地面相通的水平巷道

三、煤的结构煤是复杂的高分子有机化合物的混合物基本单元结构聚合的芳核周边是侧链煤的结构煤化工一、定义什么是煤化工？以煤为原料经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程煤化工发展18世纪，工业革命，炼铁用焦炭需求大增18世纪末，民用煤气19世纪，出现焦化厂，生产有机化学品石油出现，煤化工发展缓慢1973年，中东战争，煤化工重新发展今后？煤化工的范围低温干馏焦炉煤气低温煤焦油半焦高温干馏焦炉煤气煤焦油焦炭煤化工范围气化煤气——合成气氨甲醇液体燃料醋酐其他化学品等煤化工范围液化高压加氢液化人造石油其他化学产品一、煤的低温干馏概述煤干馏：或称炼焦，焦化煤在隔绝空气条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗笨和焦炭的过程低温干馏500~600度高温干馏900~1100度中温干馏700~900度概述煤低温干馏始于19世纪，用于生产灯油和蜡电灯的发明，趋于衰落二次世界大战，德国生产汽油和柴油低温干馏煤焦油→高压加氢制取汽油和柴油石油开采，趋于停滞低温干馏过程当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时,粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400～500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦！！！）低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；

低温干馏产品焦油6-25%半焦50-70%焦炉煤气焦油CoalTar焦油又称煤膏，是煤干馏过程中得到的一种黑色或黑褐色粘稠状液体，具有特殊的臭味，可燃并有腐蚀性。是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合物含有较多脂肪烃和环烷烃煤焦油含有上万种成分，发动机燃料酚类烷烃芳烃半焦semi-coke

由煤低温干馏所得的可燃固体产物。色黑多孔，主要成分是碳、灰分和挥发分。其灰分含量取决于原料煤质，挥发分含量约5％～20％（质量）。与焦炭相比，挥发分含量高，孔隙率大而机械强度低。与一氧化碳、蒸汽或氧具有较强的反应活性。很好的高热值无烟燃料，主要用作工业或民用燃料，用于合成气、电石生产等，用作铜矿或磷矿等冶炼时的还原剂，此外也用作炼焦配煤。用作优质的民用和动力用燃料铁合金生产的优良碳料焦炉煤气CrudeGas含有较多甲烷及其他烃类用于工业和民用煤气化学合成原料气课堂作业简述低温干馏的化学过程低温干馏主要设备干馏炉的供热方式外热式内热式热效率高加热均匀结构简单沸腾床干馏炉气流内热法气流内热炉干馏流程干燥段（~150度）干馏段（500~850度）焦炭冷却段（100~150度）Koppers

立式炉焦炭发生炉固体热载体干馏工艺采用固体热载法外热式传热慢，生产能力小气流内热式炉只能处理块状煤料托斯考工艺，Toscoal美国的TOSCOAL工艺瓷球加热前苏联的ETCH工艺半焦为热载体南斯拉夫鲁奇鲁夫工艺（Lurgi-Ruhrgas，简称LR工艺）热半焦为热载体大连理工大学开发半焦为热载体二、炼焦定义也称高温炼焦、高温干馏煤在隔绝空气的条件下加热到950-1050˚C经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等阶段最终得到焦炭的过程煤的干馏过程煤的加热过程侧链不断脱落分解芳核缩合并环化煤气，化学产品，焦炭成焦过程煤的干燥预热阶段（小于350℃

）当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出胶质体形成阶段（350~480℃

）高达350℃以上时,粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；半焦形成阶段（480-650℃

）至400～500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦，到650℃左右，半焦阶段结束焦炭形成阶段高于550℃，半焦继续分解,析出余下的挥发物（主要成分是氢气），半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭炼焦化学产品焦炭，coke煤在高温干馏后得到的固体产品约78%，wt%90%以上用于高炉炼铁用于高炉炼铁供热燃料和还原剂铸造用焦炭燃烧熔化铁气化用焦炭反应能力强，使生成大量CO和H2炼焦化学产品焦炉煤气（15-18%）也称荒煤气，煤气；crudegas焦炉中煤分子热解析出的大量气态物质氢气（55-60%）和甲烷（23-27%）少量的CO（5-8%）很少量的CO2、C2H4、N2和其它气体提取物：NH3,三苯，硫化物，吡啶等

炼焦化学产品煤焦油，coaltar焦炉煤气冷却后的析出物蒸馏得到产品轻油馏分：苯，甲苯，二甲苯等酚油馏分：酚，甲酚，二甲酚等萘油馏分：萘，精萘，工业喹啉等洗油馏分：苯类吸收剂蒽油馏分：提取蒽、菲、咔唑等沥青炼焦炉我国自行设计的大容积焦炉我国自行设计的大容积焦炉炼焦新工艺捣固煤烧焦工艺将煤由煤塔装入推焦机的捣煤槽内，再用捣煤锤将煤捣实成饼，然后推入碳化室炼焦新工艺配煤掺油油包煤，减少颗粒附着，流动性好，堆积密度大烧焦新工艺成型煤烧焦工艺通常配合煤料中，30%的煤料配以粘结剂压块成型，然后在装炉前与剩余的70%未成型粉煤配合装炉利用廉价的弱粘性煤烧焦新工艺选择破碎现代焦炉都用数种煤配合炼焦怎么配合达到最好的结焦性？粘结性好的，往往颗粒小不细碎，直接使用粘结性差的，往往颗粒大再次细碎炼焦新技术煤干燥预热提高到150~200度炼焦新工艺干法熄焦利用惰性气体冷却灼热的焦炭热惰性气体产生水蒸汽，废热回收与湿法比优点回收焦炭热量，环保提高焦炭质量提高焦炉能力烧焦新工艺（干熄焦气预热）其他炼焦化工基础传质传热动量传递反应工程课堂作业简述成焦过程。干法熄焦比湿法熄焦有哪些优点炼焦化学产品的回收与精制组成与产率碳与杂原子之间的键强顺序C-O<C-S<C-N粗煤气组成煤气焦油粗苯——苯占70%水组成与产率萘、蒽生产塑料、燃料和表面活性剂甲酚、二甲酚生产合成树脂、农药、稳定剂和香料吡啶、喹啉生物活性物质沥青沥青焦、电极碳低温干馏与高温干馏产品比较炼焦化学产品的组成炼焦化学产品粗煤气炼焦过程析出的挥发性产物炼焦化学产品净煤气回收化学产品和净化后的煤气也称回炉煤气重烃—乙烯炼焦化学产品回收的方法冷却冷凝法自焦炉出来的煤气温度约700度30度低温下吸收有利含有大量水蒸气，吸收后，降低输送成本腐蚀性介质被冷凝H2S,HCN等有害物质也被冷凝萘容易堵塞氨燃烧生成氧化氮不饱和烃形成聚合物回收处理前后煤气组成70~75度循环氨水80-85度焦油和氨混合物93%的水冷凝25-35绝热压缩升温10-15，分离焦油和水储槽的作用？650-800度粗煤气粗煤气的分离焦油与氨水分离澄清槽内完成煤气脱焦油雾容易析出污染溶液和设备电捕焦油器粗煤气的分离煤气除萘容易堵塞管道冷却法或油吸收法采用吸收塔，逆流操作焦油或者轻柴油作为吸收剂煤气脱硫煤气中的硫化物无机硫化物，H2S有机硫化物，CS2,COS,C2H5SH,噻吩（C4H4S）在高温下，几乎全部转化为H2SH2S影响腐蚀设备降低煤气品质燃烧污染环境煤气脱硫干法脱硫彻底，设备简单，操作方便干法脱硫剂再生困难作为二级脱硫装置脱硫工艺干法消石灰（氢氧化钙）、氢氧化铁作为碱性脱硫剂脱硫工艺干法脱硫剂再生空气接触，产生再生脱硫工艺湿法脱硫改良的蒽醌二磺酸钠（A.D.A）为脱硫剂偏钒酸钠，析硫酒石酸钾，防止钒沉淀碳酸钠：保持碱性脱硫工艺脱硫剂再生脱硫工艺副反应消耗纯碱A.D.A脱硫工艺氨和吡啶的回收氨和吡啶溶于水，可以用水回收硫酸吸收氨，生产硫铵化学肥料饱和法生产硫铵无饱和器生产硫铵无水氨生产，磷酸铵吸收弗萨姆（Phosam）法

NaOH的作用？吡啶回收工艺NH3+C5H5N