《煤化工工艺学》__煤的低温干馏
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5. 煤低温干馏产品：半焦、煤气、焦油
5
§2-2 低温干馏产品
6
一、半 焦
1. 半焦的性质
① 孔隙率/%：30~50； ② 反应性(于1050 oC, CO2)/[mL/（g·s）]：比高温焦炭高； ③ 比电阻/Ω·m：比高温焦炭高；
<注：煤的变质程度越低，其反应性和比电阻越高>
2. 半焦的应用
气体冷却系统
煤气
粉尘
焦油、中油
20
三、气流内热式炉
2. 鲁奇三段炉（固定床）
① 原料：褐煤块、型煤，20~80 mm，非黏结性煤； ② 流程：（三段：干燥段、干馏段和冷却段）
气流内热式炉干馏流程（另见框图）
三段炉结构图
21
§2-5 立式炉生产城市煤气
22
一、原料煤
弱黏结流内热式炉干馏流程框图
返回
37
Toscoal法干馏非黏结性煤的工艺框图
返回
38
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8
二、煤焦油
3. 用途
① 发动机燃料，生产酚类和烃类 。 ② 提取的酚可以用于生产塑料、合成纤维和医药等产品。 ③ 褐煤焦油中含有大量蜡类，是生产表面活性剂和洗涤剂的原
料。
三、煤 气
1. 性质
密度/kg/m3：0.9~1.2
2. 组成
含有较多甲烷及其他烃类，因原料煤性质的不同有较大差异。
9
§2-3 干馏产品的影响因素
③ 半焦：一般煤阶升高，半焦产率增加 例如：9页表2-3，随煤阶升高，含碳量增加，半焦产率增加。
11
一、原料煤
2. 产品成分
① 焦油成分 a) 酚类：煤阶升高，含O量下降，酚类含量降低； b) 热解水：煤阶升高，含O量下降，热解水含量降低。
② 煤气成分 氨和硫化氢含量与煤中氨和硫含量及形态有关；
12
4. 战后，大量石油的开采，低温干馏工业再次 陷入停滞状态。
4
三、煤低温干馏实质及其特点
1. 煤低温干馏仅是常压热加工过程，受热后煤的有机质随温 度升高发生一系列变化，形成气态（煤气）、液态（焦油、 粗苯）和固态（半焦或焦炭）。
2. 煤低温干馏实现了煤的部分气化和液化。 3. 与煤的气化和液化相比，其优点：工艺过程简单，加工条
① 做优质的民用和动力燃料； 无烟、不生成焦油、反应性好、热效率高、有一定块度
② 铁合金的优良炭料； 要求比电阻尽可能高
③ 其他： 冶金型焦中间产品、粉矿烧结、高炉炼铁的喷吹料
7
二、煤焦油
1. 物理性质
黑褐色液体，密度<1 g·cm-3，比高温焦油轻
2. 成分
① 酚类：35% ② 中性含氧化合物：20%~25% ③ 芳烃：15%~25% ④ 环烷烃：10% ⑤ 沥青：10% ⑥ 烷烃：2%~10% ⑦ 烯烃：3%~5% ⑧ 中性含氮化合物：2%~3% ⑨ 有机碱：1%~2%
件温和，投资少，生产成本低，充分利用了煤分子中含氢 的潜在优势。 4. 适于低温干馏加工的煤种：低阶煤（如褐煤、长焰煤和高 挥发分的不黏煤等），这是因为：
① 低阶煤无黏结性，有利于在固定床或流化床干馏炉中处理。 ② 最佳热解温度是随煤阶降低而降低的，低阶煤开始热解温
度低。 ③ 低阶煤中挥发分含量较多，可得到较多的焦油和煤气。
二、加热终温
1. 100~120 oC
水分脱出
2. >300 oC
析出挥发分、热解
3. 510~600 oC
低温干馏终温
4. >600 oC
半焦开始向焦炭转化（H2 ↑，CH4 ↓， 半焦↓，焦油↓，煤气↑）
13
三、加热速度
1. 快速
低分子产物应当多，焦油产率高
2. 慢速
固体残渣产率高
3. 提高煤的加热速度，可使产品产率发生如下变化：
10
一、原料煤
1. 产品产率
① 焦油：一般煤阶降低，焦油产率减少 a) 褐煤焦油产率介于：4.5%~23%； b) 烟煤焦油产率介于：0.5%~20%； （从气煤到瘦煤随变质程度增加，焦油产率减少） c) 腐泥煤焦油产率一般较高：可达40%。
② 煤气：一般煤阶降低，煤气产率减少（低温干馏温度为600 oC时） a) 泥炭煤气产率介于：16%~32%； b) 褐煤煤气产率介于：6%~22%； c) 烟煤煤气产率介于： 6%~17%。
第二章 煤的低温干馏
1
§2-1 概述
2
一、定义及其分类
1. 煤干馏（炼焦、焦化，Carbonization）：煤在隔绝 空气或者惰性气氛条件下受热分解生成煤气、焦 油、粗苯、半焦或焦炭的过程，又称煤热解 （Pyrolysis）或热分解（Thermal decomposition）。
2. 分类：
低温干馏：500~600 oC
I. 缺点：煤料要求高（必须是 块状，粒度范围窄）、 气体载体稀释干馏气 态产物。
内热式供热示意图
19
三、气流内热式炉
1. 沸腾床干馏炉（气流床/沸腾床）
① 原料：<6 mm粉煤； 黏结性煤：气流吹入法
加料 不黏结性煤：螺旋给料器 燃料气和空气燃烧
② 供热 热烟气
③ 产品
煤粉
满流管
焦粉
气体
旋风分离器
1. 外热式（由炉墙外部传入热量）
缺点：热导率小、加热不均匀、半焦质量不均、二次热 解加深、焦油产率降低
外热式供热示意图
18
二、干馏供热方式
2. 内热式（借助热载体传热，载体和煤料直接接 触）
I. 热载体包括：固体热载体（热半焦、热瓷球）和 气体热载体（热烟气）
II. 优点：热效率高、耗能低、 加热均匀、简化干 馏炉结构
煤干馏 （根据加热终温的不同）
中温干馏：700~900 oC 高温干馏：900~1100 oC
3
二、煤低温干馏的发展历程
1. 煤低温干馏始于19世纪初，当时主要用于制 取灯油和蜡；
2. 19世纪末因电灯的发明，煤低温干馏趋于衰 落；
3. 二战期间，德国用褐煤为原料利用低温干馏 制备煤焦油，再高压加氢制取汽油和柴油；
炉型：外热式立式炉
1 — 干馏室； 2 — 上部蓄热室； 3 — 下部蓄热室； 4 — 煤槽； 5 — 焦炭槽； 6 — 加热煤气管
23
二、立式炉生产城市煤气流程
24
§2-6 固体热载体干馏工艺
25
一、外热式及气流内热式的缺点
1. 外热式
干馏传热慢，生产能力小
2. 气流内热式
只能处理块状煤料，干馏气态产物混入惰性气体，降低了煤气的 质量
半焦↓，焦油↑ ，煤气略微↓
14
四、压力
1. 提高压力，可使产品产率发生如下变化：
半焦和气态产物↑，焦油↓ ，半焦强度↑
15
§2-4 低温干馏主要炉型
16
一、干馏设备的要求
效率高 加热均匀 操作方便、可靠 过程易控 原料煤类宽 粒度尺寸范围大 二次热解作用小
17
二、干馏供热方式
② 由热解开始到600~650 oC采用固体热载体 ③ 固体热载体温度为800 oC左右 ④ 原料：褐煤 ⑤ 产品：焦油中含有较多含氧化合物，其性质不稳定
31
四、鲁奇鲁尔煤气工艺（LR工艺）
1. 原料：褐煤 2. LR褐煤干馏流程
32
五、中国褐煤干馏试验
1. 工艺特点及要求
① 原料：褐煤，粒度0~5 mm ② 热载体：焦粉，温度700~750 oC ③ 热载体提升气：燃烧炉的热烟气 ④ 干馏温度范围：450~670 oC ⑤ 产品：
26
二、托斯考（Toscoal）工艺
1. 由美国油页岩公司（The Oil Shale Corporation）开发， 基于Tosco-II油页岩干馏工艺发展而来。
2. 原料：
非黏结性煤和弱黏结性煤（预先破黏）
3. 产品：
煤气：热值高，符合中热值城市煤气需求 焦油：加氢可转化为合成原油 半焦：有一定挥发分，可作为发电厂原料或制成无烟燃料
<430 oC：焦油和煤气产率显著↓ 430~540 oC：T↑，则焦油差率↑
>540 oC：焦油产率↓（二次热解↑），半焦 挥发分<16%
29
三、ETCH粉煤快速热解工艺
1. ETCH-175工艺流程
30
三、ETCH粉煤快速热解工艺
2. 工艺特点及要求
① 煤干燥阶段（110~150 oC）和煤预热阶段（300~400 oC）之前采用气体热载体
27
二、托斯考（Toscoal）工艺
4. Toscoal法干馏非黏结性煤的工艺
① 流程（另见框图）
28
二、托斯考（Toscoal）工艺
② 工艺特点及要求
I. 原料及产品： 粒度<12.7 mm，瓷球粒度略大于此值，半焦<6.3
mm II. 干燥预热：
预热温度<热解温度 III. 干馏温度：430~540 oC
半焦：灰分不高，热值高，反应性好，比电阻大
33
五、中国褐煤干馏试验
1. 实验装置：包括原料煤处理、干馏、流化半焦提升、焦油煤气回
收系统
2. 实验流程
半焦 煤气
焦油
34
本章结束
35
中国煤炭分类
褐煤（HM）、烟煤、无烟煤（WY） 其中烟煤又分为长焰煤（CY）、不黏煤
（BN）、弱黏煤（RN）、气煤（QM）、 肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤（SM）、 贫煤（PM）
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§2-2 低温干馏产品
6
一、半 焦
1. 半焦的性质
① 孔隙率/%：30~50； ② 反应性(于1050 oC, CO2)/[mL/（g·s）]：比高温焦炭高； ③ 比电阻/Ω·m：比高温焦炭高；
<注：煤的变质程度越低，其反应性和比电阻越高>
2. 半焦的应用
气体冷却系统
煤气
粉尘
焦油、中油
20
三、气流内热式炉
2. 鲁奇三段炉（固定床）
① 原料：褐煤块、型煤，20~80 mm，非黏结性煤； ② 流程：（三段：干燥段、干馏段和冷却段）
气流内热式炉干馏流程（另见框图）
三段炉结构图
21
§2-5 立式炉生产城市煤气
22
一、原料煤
弱黏结流内热式炉干馏流程框图
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Toscoal法干馏非黏结性煤的工艺框图
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二、煤焦油
3. 用途
① 发动机燃料，生产酚类和烃类 。 ② 提取的酚可以用于生产塑料、合成纤维和医药等产品。 ③ 褐煤焦油中含有大量蜡类，是生产表面活性剂和洗涤剂的原
料。
三、煤 气
1. 性质
密度/kg/m3：0.9~1.2
2. 组成
含有较多甲烷及其他烃类，因原料煤性质的不同有较大差异。
9
§2-3 干馏产品的影响因素
③ 半焦：一般煤阶升高，半焦产率增加 例如：9页表2-3，随煤阶升高，含碳量增加，半焦产率增加。
11
一、原料煤
2. 产品成分
① 焦油成分 a) 酚类：煤阶升高，含O量下降，酚类含量降低； b) 热解水：煤阶升高，含O量下降，热解水含量降低。
② 煤气成分 氨和硫化氢含量与煤中氨和硫含量及形态有关；
12
4. 战后，大量石油的开采，低温干馏工业再次 陷入停滞状态。
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三、煤低温干馏实质及其特点
1. 煤低温干馏仅是常压热加工过程，受热后煤的有机质随温 度升高发生一系列变化，形成气态（煤气）、液态（焦油、 粗苯）和固态（半焦或焦炭）。
2. 煤低温干馏实现了煤的部分气化和液化。 3. 与煤的气化和液化相比，其优点：工艺过程简单，加工条
① 做优质的民用和动力燃料； 无烟、不生成焦油、反应性好、热效率高、有一定块度
② 铁合金的优良炭料； 要求比电阻尽可能高
③ 其他： 冶金型焦中间产品、粉矿烧结、高炉炼铁的喷吹料
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二、煤焦油
1. 物理性质
黑褐色液体，密度<1 g·cm-3，比高温焦油轻
2. 成分
① 酚类：35% ② 中性含氧化合物：20%~25% ③ 芳烃：15%~25% ④ 环烷烃：10% ⑤ 沥青：10% ⑥ 烷烃：2%~10% ⑦ 烯烃：3%~5% ⑧ 中性含氮化合物：2%~3% ⑨ 有机碱：1%~2%
件温和，投资少，生产成本低，充分利用了煤分子中含氢 的潜在优势。 4. 适于低温干馏加工的煤种：低阶煤（如褐煤、长焰煤和高 挥发分的不黏煤等），这是因为：
① 低阶煤无黏结性，有利于在固定床或流化床干馏炉中处理。 ② 最佳热解温度是随煤阶降低而降低的，低阶煤开始热解温
度低。 ③ 低阶煤中挥发分含量较多，可得到较多的焦油和煤气。
二、加热终温
1. 100~120 oC
水分脱出
2. >300 oC
析出挥发分、热解
3. 510~600 oC
低温干馏终温
4. >600 oC
半焦开始向焦炭转化（H2 ↑，CH4 ↓， 半焦↓，焦油↓，煤气↑）
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三、加热速度
1. 快速
低分子产物应当多，焦油产率高
2. 慢速
固体残渣产率高
3. 提高煤的加热速度，可使产品产率发生如下变化：
10
一、原料煤
1. 产品产率
① 焦油：一般煤阶降低，焦油产率减少 a) 褐煤焦油产率介于：4.5%~23%； b) 烟煤焦油产率介于：0.5%~20%； （从气煤到瘦煤随变质程度增加，焦油产率减少） c) 腐泥煤焦油产率一般较高：可达40%。
② 煤气：一般煤阶降低，煤气产率减少（低温干馏温度为600 oC时） a) 泥炭煤气产率介于：16%~32%； b) 褐煤煤气产率介于：6%~22%； c) 烟煤煤气产率介于： 6%~17%。
第二章 煤的低温干馏
1
§2-1 概述
2
一、定义及其分类
1. 煤干馏（炼焦、焦化，Carbonization）：煤在隔绝 空气或者惰性气氛条件下受热分解生成煤气、焦 油、粗苯、半焦或焦炭的过程，又称煤热解 （Pyrolysis）或热分解（Thermal decomposition）。
2. 分类：
低温干馏：500~600 oC
I. 缺点：煤料要求高（必须是 块状，粒度范围窄）、 气体载体稀释干馏气 态产物。
内热式供热示意图
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三、气流内热式炉
1. 沸腾床干馏炉（气流床/沸腾床）
① 原料：<6 mm粉煤； 黏结性煤：气流吹入法
加料 不黏结性煤：螺旋给料器 燃料气和空气燃烧
② 供热 热烟气
③ 产品
煤粉
满流管
焦粉
气体
旋风分离器
1. 外热式（由炉墙外部传入热量）
缺点：热导率小、加热不均匀、半焦质量不均、二次热 解加深、焦油产率降低
外热式供热示意图
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二、干馏供热方式
2. 内热式（借助热载体传热，载体和煤料直接接 触）
I. 热载体包括：固体热载体（热半焦、热瓷球）和 气体热载体（热烟气）
II. 优点：热效率高、耗能低、 加热均匀、简化干 馏炉结构
煤干馏 （根据加热终温的不同）
中温干馏：700~900 oC 高温干馏：900~1100 oC
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二、煤低温干馏的发展历程
1. 煤低温干馏始于19世纪初，当时主要用于制 取灯油和蜡；
2. 19世纪末因电灯的发明，煤低温干馏趋于衰 落；
3. 二战期间，德国用褐煤为原料利用低温干馏 制备煤焦油，再高压加氢制取汽油和柴油；
炉型：外热式立式炉
1 — 干馏室； 2 — 上部蓄热室； 3 — 下部蓄热室； 4 — 煤槽； 5 — 焦炭槽； 6 — 加热煤气管
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二、立式炉生产城市煤气流程
24
§2-6 固体热载体干馏工艺
25
一、外热式及气流内热式的缺点
1. 外热式
干馏传热慢，生产能力小
2. 气流内热式
只能处理块状煤料，干馏气态产物混入惰性气体，降低了煤气的 质量
半焦↓，焦油↑ ，煤气略微↓
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四、压力
1. 提高压力，可使产品产率发生如下变化：
半焦和气态产物↑，焦油↓ ，半焦强度↑
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§2-4 低温干馏主要炉型
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一、干馏设备的要求
效率高 加热均匀 操作方便、可靠 过程易控 原料煤类宽 粒度尺寸范围大 二次热解作用小
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二、干馏供热方式
② 由热解开始到600~650 oC采用固体热载体 ③ 固体热载体温度为800 oC左右 ④ 原料：褐煤 ⑤ 产品：焦油中含有较多含氧化合物，其性质不稳定
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四、鲁奇鲁尔煤气工艺（LR工艺）
1. 原料：褐煤 2. LR褐煤干馏流程
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五、中国褐煤干馏试验
1. 工艺特点及要求
① 原料：褐煤，粒度0~5 mm ② 热载体：焦粉，温度700~750 oC ③ 热载体提升气：燃烧炉的热烟气 ④ 干馏温度范围：450~670 oC ⑤ 产品：
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二、托斯考（Toscoal）工艺
1. 由美国油页岩公司（The Oil Shale Corporation）开发， 基于Tosco-II油页岩干馏工艺发展而来。
2. 原料：
非黏结性煤和弱黏结性煤（预先破黏）
3. 产品：
煤气：热值高，符合中热值城市煤气需求 焦油：加氢可转化为合成原油 半焦：有一定挥发分，可作为发电厂原料或制成无烟燃料
<430 oC：焦油和煤气产率显著↓ 430~540 oC：T↑，则焦油差率↑
>540 oC：焦油产率↓（二次热解↑），半焦 挥发分<16%
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三、ETCH粉煤快速热解工艺
1. ETCH-175工艺流程
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三、ETCH粉煤快速热解工艺
2. 工艺特点及要求
① 煤干燥阶段（110~150 oC）和煤预热阶段（300~400 oC）之前采用气体热载体
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二、托斯考（Toscoal）工艺
4. Toscoal法干馏非黏结性煤的工艺
① 流程（另见框图）
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二、托斯考（Toscoal）工艺
② 工艺特点及要求
I. 原料及产品： 粒度<12.7 mm，瓷球粒度略大于此值，半焦<6.3
mm II. 干燥预热：
预热温度<热解温度 III. 干馏温度：430~540 oC
半焦：灰分不高，热值高，反应性好，比电阻大
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五、中国褐煤干馏试验
1. 实验装置：包括原料煤处理、干馏、流化半焦提升、焦油煤气回
收系统
2. 实验流程
半焦 煤气
焦油
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本章结束
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中国煤炭分类
褐煤（HM）、烟煤、无烟煤（WY） 其中烟煤又分为长焰煤（CY）、不黏煤
（BN）、弱黏煤（RN）、气煤（QM）、 肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤（SM）、 贫煤（PM）