干馏热解气化

煤的干馏热解气化

1.干馏

以往都是人们利用煤炭资源时都是采用的直接燃烧方式来获取所需的热能量，这种方式获取的可利用能量少，而且还污染环境，因此再次基础上人们对煤进行干馏获取它的产物再利用，不仅可以充分利用其中的热能量，更加比之前环保。

1.1煤干馏的定义

煤干馏是指煤是指煤在隔绝空气条件下加热，使煤中的有机物受热逐渐分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。按加热终温的不同,可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏（见煤低温干馏）。

1.2煤干馏的过程[1]

煤干馏过程主要经历如下变化；当煤料的温度高于100度时，煤中水分蒸发出来；温度升高到200度以上时，煤中结合水释放出来；高达350度以上时，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度大部分煤气和焦油都析出，称一次分解产物，在450~550度，热分解继续进行，残留物之间变稠并固化形成半焦；高于550度，半焦继续分解，析出体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接

触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）。

1.3煤干馏的产物、产率及分类[1]

煤干馏的产物是煤炭、煤焦油和煤气。煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件（主要是温度和时间）。随着干馏终温的不同，煤干馏产品也不同。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；高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，煤气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率，则介于低温干馏和高温干馏之间。按加热终温的不同,可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏。

1.4煤干馏的应用[1]

低温干馏主要用褐煤和部分年轻烟煤，也可用泥炭。低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃，是人造石油重要来源之一。高温干馏主要用烟煤，因此干馏使煤粉和劣质煤得到了合理利用，创造了可贵的经济效益。高温干馏主要用于生产冶金焦炭，所得的焦油为芳烃、杂环化合物的混合物，是工业上获得芳烃的重要来源。工业上应用最广、产品最多的是高温干馏。工业上炼焦的原理是将煤粉放在隔绝空气的炼焦炉中加热，煤粉分解得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、和粗苯等。这些产物可用于生产化肥、塑料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。焦炭主要用于冶金工业，其中又以炼铁为主，它在生铁成本中约占

1／3－1／2，焦炭还可应用于化工生产，例如，以焦炭与水蒸汽和空气作用制成半水煤气，制造合成氨，还可与石灰石高温反应制取电石，少量焦炭以沥青配合制造碳精电极等。焦油约占焦化产品的4％左右（低温干馏得6－12％）是黑色粘稠的油状流体，成分十分复杂，目前已验明的约500多种，其中有苯、酚、萘、蒽、菲等含芳香环的化合物和吡啶、喹啉、噻吩等含杂环的化合物，它们是医药、农药、染料、炸药、助剂、合成材料等工业的重要料。焦炉气约占焦化产品的20％，其中的H2、CH4、CO等可燃气体热值高，燃烧方便，多用作冶金工业燃料或城市煤气，与直接燃煤相比，环境效益极高。H2、CH4、C2H4 等还可用于合成氨、甲醇、塑料合成纤维等。

1.5煤干馏技术及发展趋势

1.5.1低温干馏技术现状[2]

煤的干馏技术除了按干馏温度分类以外，还有其他多种分类方法：按照气氛可分为惰性气氛热解(不加催化剂) ，加氢热解和催化加氢热解；按加热速度可分为慢速热解。中速热解。快速热解和闪裂解；按加热方式可分为外热式。内热式和内外并热式热解; 按热载体的类型可分为固体热载体。气体热载体和气一固热载体热解；按固体物料的运行状态可分为固定床。流化床和气流床;按反应器操作压力可分为常压和加压等煤热解工艺的选择取决于对产品的要求,并综合考虑煤质特点。工艺控制水平及最终的经济效益等。到目前为止，国内外研究开发出多种各具特

色的煤干馏技术，有的处于试验室研究阶段，有的进入中试阶段，也有的达到了工业化阶段。

1.5.2国内外主要煤低温干馏技术

（1）外热式炉

（2）内热式炉

（3）固体热载体低温干馏技术

Toscoal工艺，前苏联粉煤快速热解工艺，鲁奇鲁尔煤气工艺。

1.5.3新型干馏技术发展

煤炭的微波干馏技术

其具有加热速度快，热能量利用率高，以及更加环保安全。2.煤的热解

煤的热解是指煤从固相变成气、固、液三相产物的过程。通过加热催化剂与煤进行热反应，使煤热解生成我们所需的产物，更好的加强了煤的利用已经清洁能源的生成。

2.1热解的定义

气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料外，还可以采用天然气、重质石油组分等为原料），进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。

煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干燥、燃烧、热解和气化四个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的一部分。煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解水等），同时煤粘结成半焦。煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。

主要反应有：

1、水蒸气转化反应

C+H2O=CO+H2-131KJ/mol

2、水煤气变换反应

CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol

3、部分氧化反应

C+0.5 O2=CO+111KJ/mol

4、完全氧化（燃烧）反应

C+O2=CO2+394KJ/mol

5、甲烷化反应

CO+2H2=CH4+74KJ/mol