(完整word版)煤化工工艺学.docx
煤化工工艺学教案
《煤化工工艺学》教案中文名称：煤化工工艺学英文名称：Chemical Technology of coal授课专业：化学工艺学时：32一、课程的性质和目的：煤化工工艺学是煤化工专业学生的专业课，是为了适应现代化工行业的发展需要，培养具有化工设计基本思想和产品开发能力的专门人才，为毕业生尽快适应就业后工作要求、今后进一步的学习而设立的。
可供从事煤化工利用专业设计、生产、科研的技术人员及有关专业师生参考。
通过对煤低温干馏、炼焦、炼焦化学产品回收和精制、煤的气化、煤的间接液化、煤的直接液化、煤的碳素制品和煤化工生产的污染和防治等的生产原理、生产方法、工艺计算、操作条件及主要设备等的介绍，使学生具备煤化工工艺学的坚实基础，对煤化学工业的原料选择、工艺路线的选择、典型单元操作及化工工艺的实现等有深刻的理解，具备对工艺过程进行分析、改进、开发新产品等能力，以掌握煤化工工艺的开发思想和思路为重点，增强其独立思考的能力、分析问题、解决问题的能力，为学生就业和进一步的发展奠定良好基础。
二、课程的教学内容、各章内容及相应学时数本课程由下列7章组成：1章绪论1学时2章煤的低温干馏5学时3章炼焦8学时4章炼焦化学产品的回收与精制6学时5章煤的气化6学时6章煤间接液化4学时7章煤直接液化2学时根据本课程的特点，组成为下列内容：1绪论§1．1 煤炭资源§1．2 煤化工发展简史§1．3 煤化工的范畴§1．4 本书简介了解煤化工工业发展历史、煤化工工业在国民经济中的地位，煤化工发展趋势。
掌握化学加工工业的基本概况、特点，掌握石油、煤、天然气等能源概况。
重点：煤化工的范畴。
引言：煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。
煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。
、煤化工行业发展现状：1.煤炭逐步由燃料为主向燃料和原料并举过渡;2.近些年来，基于煤炭气化的新型煤化工得到了快速发展;3."十一五"期间，在煤炭液化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气等方面的示范工程取得了阶段性成果。
煤化工工艺学-9-煤化工生产的污染和防治
9.1.2 中国的环保政策
1、环境保护的基本方针
（1）中国环境保护工作方针：全面规划、合理布 局、综合利用、化害为利、依靠群众、大家 动手、保护环境、造福人类 （2）基本原则：经济、城乡、环境建设同步，经 济、社会、环境效益统一；兼顾国家、集体、 个人利益；预防为主、防治结合，全面规划、 合理布局，综合利用，奖惩结合。
9.2.3 燃烧的主要污染物
1、烟尘
伦敦烟雾事件 2003年我国烟尘排放总量1049万吨，70%来自煤
2、二氧化硫和氮氧化物
二氧化硫是造成酸雨(pH低于5.6的降水)的主要原 因。氮氧化物则是形成光化学烟雾(洛杉矶烟雾)的主 要大气污染物。
3、二氧化碳
温室效应
4、灰渣
占用农田，污染水源和大气环境
煤化工工艺学
2、蒸氨塔底污水中的固定铵
（1）固定铵及其危害 如(NH4)2SO4、NH4Cl （2）降低固定铵浓度的方法 加碱使氨析出
3、生化脱酚前污水的预处理方法
（1）隔油 通过隔油池除去浮油以减轻生化处理负荷 （2）混凝 除去固体悬浮物、多种有机无机杂质 （3）预曝气和加压浮选 吹脱水中易挥发物
9.4.3 焦化含酚污水的生化处理
（3）除尘装置的阻力 阻力Δ p用下式表示
Δ p=ε(ρυ 2 /2)
式中ε—阻力系数，有实验和经验公式确定； ρ—烟气的密度，kg/m3； υ—烟气进口速度，m/s； Δp—阻力，Pa。
2、主要除尘装置及其比较
①重力除尘装置：适用于烟气流量大，烟尘浓度高和颗
粒大的场合多作为一级除尘装置 ②离心力除尘装置：效率高于重力除尘装置，但阻力大 ③洗涤除尘装置：可以把除尘、降温结合在一起，除尘 效率高。但阻力较大和需要处理污水 ④过滤除尘装置：可除去小颗粒烟尘，效率高，但阻力 大，适用于对除尘要求很高的场合或 回收有用的固体粉末 ⑤电除尘装置：除尘效率高，可除去小颗粒，阻力小，适 用于大流量延期的深度除尘，应用较广
第5章_煤的气化 北京化工大学煤化工工艺学2012
z C、H2O、O2之间，进行下列反应：
C+
1 2
O2
CO
ΔH = −110.4 kJ/mol
C + O2
CO2
ΔH = −394.1 kJ/mol
C + H2O
H2 + CO
ΔH = 135.0 kJ/mol
一次反应
C + CO2
C + 2H2
H2 +
1 2
O2
CO +
1 2
O2
CO + Hห้องสมุดไป่ตู้O
CO + 3H2
气流床气化炉示意图及炉内温度分布图
熔池气化炉
z 是一种气、液、固三相反应的气化炉。燃料和气化剂并流地导入炉 中，熔池中是液态的熔灰、熔盐或熔融金属。这些熔化物具有不同的 作用。如：作为原料煤和气化剂之间的分散剂；作为热库以高的传热 速率吸收和分配汽化热；作为热源供煤中挥发物质的热解和干馏；与 煤中的硫起化学反应而起到吸收硫的作用；提供了一个进行煤的气化 的催化剂环境；煤中的灰分熔于其中。
3S + 2H2O
C + 2S CO + S
CS2 COS
N2 + 3H2
2NH3
N2 + H2O + 2CO
N2 + xO2
2NOx
2HCN
+
1 2
O2
气化反应的化学平衡
z 气化过程中的化学反应在进行正反应的同时，反应产物也相互作用
形成逆反应。当正反应与逆反应的速率相等时，化学反应就达到动
态平衡。
定床需要高的热稳定性
7. 机械强度：高，固定床；低，流化床或者气流床 8. 粒度：
煤化工工艺学第6章煤的直接液化.
6.1.1.3煤和石油的差异
（1）煤是由缩合芳香环为结构单元通过桥键联在一起的大分子固体物，
而石油是不同大小分子组成的液体混合物；煤以缩合芳香环为主，石油以 饱和烃为主。煤的主体是高分子聚合物，而石油的主体是低分子化合物。 （2）石油的H/C比高于煤，原油为1.76而煤只有0.3～0.8，而煤氧含量显著 高于石油，煤含氧2％～21％，而石油含氧极少； （3）煤中有较多的矿物质，而石油很少。 因此，要把煤转化为油，需加氢，裂解同时必须脱灰。
掺混 掺混 酯交换工艺
煤炭直接液化是在高温高压下，借助于供氢、溶剂和催化剂，使 煤与氢反应，从而将煤中复杂的有机高分子结构直接转化为较低分子的 液体油。通过煤直接液化，不仅可以生产汽油、柴油、煤油、液化石油 气，还可以提取苯、甲苯、二甲苯混合物及生产乙烯、丙烯等重要烯烃 的原料。直接液化的优点是热效率较高、液体产品收率高；主要缺点是 煤浆加氢工艺条件相对苛刻，反应设备需能够承受高温、高压和氢的腐 蚀。图6-1是神华直接液化项目流程图。
6.1.1.2 石油
石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。主要是各种
烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫 长的演化形成的混合物，与煤一样属于化石燃料。赋存于地下岩石孔隙 中的一种液态可燃有机矿产。一般认为是有机物死亡后经分解、运移、 聚集而形成。也有认为是无机碳和氢经化学作用而形成，常呈黑褐。 石油的性质因产地而异，密度为0.8～1.0 克/厘米3，粘度范围很宽，凝 固点差别很大（30～60°C），沸点范围为常温到500°C以上，可溶于 多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。它由不同的碳氢化合 物混合组成，组成石油的化学元素主要是碳 （83% ~ 87%）、氢（11% ~ 14%），其余为硫（0.06% ~ 0.8%）、氮（0.02% ~ 1.7%）、氧 （0.08% ~ 1.82%）及微量金属元素（镍、钒、铁等）。由碳和氢化合形 成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95% ~ 99%，含硫、 氧、氮的 化合物对石油产品有害，在石油加工中应尽量除去。 不过不同的油田的石油的成分和外貌区分很大。石油主要被用来作为燃 油和汽油，是目前世界上最重要的一次能源之一。石油也是许多化学工 业产品如溶液、化肥、杀虫剂和塑料等的原料。今天88%开采的石油被 用作燃料，其它的12%作为化工业的原料。
煤化工工艺学
煤化工工艺学煤化工工艺学第一章绪论1.化学工业；（1）石油化工（2）氯碱化工（3）煤化工（4）天然气化工（5）精细化工2.煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工；煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体和固体燃料以及化学品的过程3.煤化工包括；（1）炼焦化学工业{煤的中高低温干馏}（2）煤气工业（3）煤制人造石油工业（4）煤制化学品工业（5）煤加工制品工业4.中国能源现状，多煤，贫油，少气5.煤的种类，根据煤化作用可以分为，泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤6.从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏，气化，液化和合成化学品等7.煤化工分类及产品示意图第二章煤的低温干馏1.煤在隔绝空气的条件下，受热分解成煤气，焦油，粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（炼焦，焦化）2.按加热温度的不同分类（1）低温干馏{500℃-600℃}（2）高温干馏{900℃-1100℃}（3）中温干馏{700-900℃}3.低温干馏的特点（1）仅是加热过程（2）常压操作（3）不用加氢，不用氧气4.煤的性质，物理性质；孔隙率，粒度，机械强度。
化学性质；水分；灰分{完全燃烧后的余物}；挥发分{煤在隔绝空气加热后溢出的物质，（煤气，煤焦油）}固定碳（FC）灰熔点（1000-1700℃），反应性5.煤低温干馏产物的产率和组成取决于原料煤性质，干馏炉结构和加热条件6.焦油产率（6％-25％）半焦产率（50％-70％）煤气产率（80-200）7.半焦的用途（1）民用和动力用煤（2）炼铁（3）生产冶金型焦8.低温干馏煤焦油是黑褐色液体，主要成分；轻酚萘洗蒽沥9.低温煤焦油用途（1）制取液体燃料（2）提取酚{制药，塑料，合成纤维}（3）生产表面活性剂和洗涤剂10.煤气密度0.9-1.2㎏/，用途（1）民用煤气（2）化工原料气（3）发电11.干馏产品的影响因素（1）原料煤性质；煤化作提高，焦油量下降，煤气减少，半焦产率提高（2）加热条件，低温时焦油多，煤气少，甲烷多，高温时相反（3）加热速度；加热速度提高，半焦减少，焦油增加，煤气减少（4）压力压力提高，半焦增多，焦油减少，煤气提高12.干馏炉的供热方式（1）外热式（2）内热式13.内热式低温干馏与外热式相比，优点（1）热载体向煤料直接传热，热效率高，低温干馏耗热量低（2）所有装入料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象（3）内热式炉没有加热的燃室或火道，简化了干馏炉结构，没有复杂的加热调节设备。
煤化工工艺学
煤化工工艺学煤化工工艺学是研究将煤及其副产品进行化学加工转换的一门学科。
煤是一种重要的能源资源，而煤化工工艺学则是利用化学方法对煤进行处理，分离出有用的化学物质，从而提高煤的综合利用价值。
煤化工工艺学的发展可以追溯到20世纪初。
在那个时候，煤在生活和工业生产中扮演着重要角色，但人们面临着煤资源的枯竭和环境污染等问题。
为了解决这些问题，煤化工工艺学崭露头角。
研究者通过在实验室中进行煤的热解、气化和液化等反应，成功地开发出了一系列煤化工工艺，并实现了工业化应用。
煤化工工艺主要包括煤气化技术、煤直接液化技术、煤间接液化技术和煤聚合物材料技术等。
其中，煤气化技术是将煤在高温和缺氧条件下进行气化反应，生成合成气体（CO和H2），然后制取液体燃料或化学原料。
煤直接液化技术是通过直接在高温和高压条件下将煤转化为液体燃料，如柴油和重质油。
煤间接液化技术是指先将煤进行气化反应，然后将合成气体转化为液体燃料。
煤聚合物材料技术是将煤的分子结构进行改变，生成新型的聚合物材料，用于制备高性能的材料。
煤化工工艺学的研究内容非常广泛，涉及到的知识领域包括煤的地质学、热学、动力学、催化学、工程学等。
研究者需要掌握煤的基本性质，如煤的组成、结构和性质，以及煤在不同条件下的热解、气化和液化反应规律。
此外，研究者还需要了解催化剂的性质和应用，以及各种反应器的设计和操作。
煤化工工艺学的研究意义重大。
一方面，煤化工工艺可以将煤转化为液体或气体燃料，解决能源供给问题。
另一方面，煤化工工艺可以从煤中提取出有机化学原料，制备化学产品，满足人们对化学品的需求。
此外，煤化工工艺还可以减少煤燃烧所产生的污染物排放，提高煤的利用效率，促进能源的可持续发展。
然而，煤化工工艺学也面临一些挑战和难题。
一方面，煤的性质复杂多样，不同种类的煤在热解、气化和液化过程中表现出不同的反应规律，因此需要深入研究煤的基本性质和反应机理。
另一方面，煤化工工艺需要大量的能源输入，而且涉及到高温、高压和有毒物质等工艺条件，对设备和催化剂的要求较高。
煤化工工艺学第4章第六节
图4-50 改良ADA法脱硫工艺流程 1—硫塔；2—液沫分离器；3—液封槽；4—循环槽；5—循环泵；6—加热 器；7—再生塔；8—液位调节器；9—硫泡沫槽；10—放液器；11—真空过滤 器；12—除沫器； 13—熔硫釜；14—分配器；15、16—皮带机；17—贮槽；18—碱液槽； 19—偏钒酸钠溶液槽；20—碱液泵；21—碱液高位槽；22—事故槽；23— 泡沫收集槽
H2O2可将V4+氧化成V5+： HV2O5- + H2O2 + OH- → 2HVO42- + 2H+ H2O2可与HS-反应析出元素硫： H2O2 + HS- → H2O + OH- + S↓ 在整个脱硫反应过程中，脱硫液中的碳酸氢钠和碳酸钠又有如 下反应： NaHCO3 + NaOH → Na2CO3 + H2O 从以上各种反应可见，A.D.A、偏钒酸钠、碳酸钠均可获得再 生，供脱硫过程循环使用，这是改良A.D.A法脱硫的突出优点 之一。 此外，脱硫过程中发生如下副反应： 因为焦炉煤气中含有2%～3%的CO2，故吸收液在吸收硫化氢 的同时还伴有吸收二氧化碳的反应： Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3
4.6.2 湿法脱硫
4.6.2.1改良A.D.A法脱硫
改良蒽醌二磺酸钠法简称改良A.D.A法，是湿法脱硫法中一种 较为成熟的方法，具有脱硫效率高（可达99.5%以上）、对硫 化氢含量不同的煤气适应性大、脱硫溶液无毒性、对操作温度 和压力的适应范围广、对设备腐蚀性小，所得副产品硫磺的质 量较好等优点。改良A.D.A法在我国焦化厂已得到较广泛的应 用。 （1） 生产过程原理 A.D.A法脱硫吸收液是在稀碳酸钠(Na2CO3)溶液中添加等比例 2，6-蒽醌二磺酸和2，7-蒽醌二磺酸（A.D.A）的钠溶液配制 而成的。为了改进效果，在上述溶液中加入了0.12%～0.28% 偏钒酸钠（NaVO3）和酒石酸钾钠（NaKC4H4O6），即为改 良ADA法所用的脱硫液。 改良A.D.A法脱硫液的碱度和组成为：总碱度0.36～0.5mol/L； Na2CO3 0.06~1.0 mol/L；NaHCO3 0.3~0.4mol /L；
煤化工工艺学
The Amount of Coal Production in the World
Poland 111，3.2% South Africa 223，6.5% Australia 225，6.5%
India 290，8.4%
Russia 300，8.7%
China 1029 29.7%
America 914
§2.2 气化原料 Gasification Feedstock
2.2.1气化用煤的工艺性质 Technology Properties of Coal Gasification
（１）块度（粒度分布）Particle size Moving bed:25-100mm; Fluidized bed:0-8mm;
230
73
2. The found reservation of coal :7700* 108t
3. The base of Uranium :1996, others are 1998
Reservation of Fossil Energy in The World
Country
Coal R/108 t R/P
•18世纪末19世纪初煤气用于照明（德国科学家Robert Wilhelm Von Bunsun发 明煤气燃烧器—本生灯），由烟煤在水平炉内干馏制得。
•英国成立世界第一个工业规模的煤气公司，之后是美国、德国、加拿大、比 利时等国。至19世纪下叶，上海、香港、日本均有人工煤气----遍及世界各地。 •1930年研制直立式干馏炉---英国Wood公司。 •19世纪70年代，美国研制出水煤气（无烟煤或焦炭） •1826年英格兰人发明煤气灶。 •20世纪煤气化迅猛发展，流化床（20年代）、加压气化（30年代）、气流床 （50年代）U-gas和Texco（60-80年代） •我国气化工业历史与现状 1865年上海供应照明煤气（英国），1907年在大连建东北第一个煤气公司 （日本），从1865~1949，全国共9个煤气公司，最高年产气1.27亿m3，1957 年煤气销售2.02亿m3，至90年代超过300亿m3。但受天然气冲击，现困难叫大， 如何走出困境，关键是提高竞争力和利用自身的优势。
煤化工工艺学第三章 炼焦
3.2 焦炭及其性质
由烟煤、沥青或其他液体碳氢化合物为原料，在隔绝
空气条件下干馏得到的固体产物都可称为焦炭，且随 干馏温度的高低又有高温（950~1050℃)焦炭和低温 (500~700℃)焦炭之别，后者也称半焦。
根据原料煤的性质、干馏的条件等不同，可形成不同
规格和质量的高温焦炭，其中用于高炉炼铁的称高炉 焦，用于冲天炉熔铁的称铸造焦，用于铁合金生产的 称铁合金用焦，还有非铁金属冶炼用焦(以上统称冶金 焦)，以及气化用焦、电石用焦等。
3.1.1.3煤焦油 荒煤气经过冷却析出的煤焦油，分两步进行处理。首先用蒸
馏的方法，将沸点相近的组分集中在各种混合馏分中，然后再 对各混合馏分进一步精制得纯产品，焦油蒸馏所得的馏分如下。 （1）轻油馏分 可提取苯、甲苯、二甲苯、重苯等。 （2）酚油馏分 可提取酚、甲酚、二甲酚等。 （3）萘油馏分 生产萘、精萘、工业喹琳等。 （4）洗油馏分 主要用作苯类吸收剂。
当焦炭承受冲击力时，焦炭裂纹或缺陷处碎成小块，
焦炭抵抗这种破坏的能力称抗碎性或抗碎强度，用M40 （或M40）表示。
3.2.2、焦炭的化学组成 （1）水分 焦炭水分一般为2~6%。焦炭水分要稳定，否
则将引起高炉的炉温波动，并给焦炭转鼓指标带来误差。 （2）灰分 灰分是焦炭中的有害杂质，主要成分是高熔点 的SiO2和Al2O3。因此焦炭的灰分越低越好，焦炭灰分每增1 %，高炉焦比约提高2%，渣量约增加2.5%，高炉产量约下 降2.2%。 （3）挥发分 挥发分是焦炭成熟度的标志，它与原料煤的 煤化度和炼焦最终温度有关，一般成熟焦炭的挥发分为1% 左右；当挥发分>1.9%时，则为生焦。 （4）硫分 在冶炼过程中，焦炭中的硫转入生铁中，会大 大降低生铁的质量。一般硫分每增加0.1%，高炉熔剂和焦 炭的用量将分别增加2%，高炉的生产能力则降低2~2.5%。 （5）磷分 焦炭中的磷主要以无机盐形式存在，煤中所含 的磷几乎全部残留在焦炭中。高炉炉料中的磷全部转入生 铁中，因此焦炭的磷分一般<0.02%。
煤化工工艺学第4章 第一节
4.1.1.4 硫化氢
硫化氢，分子式为H2S，常温时是一种无色有臭鸡 蛋气味的剧毒气体。焦炉煤气中用作民用煤气时 必须脱除硫化氢，通常采用化学吸收法，生产硫 磺或硫酸。 硫是一种非常常见的无味的非金属，纯的硫是黄 色的晶体，又称做硫磺，有特殊臭味。分子量为 32.06，蒸汽压是0.13 kPa，闪点为207℃，熔点 为119℃，沸点为444.6℃，相对密度（水=1）为 2.0。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于 二硫化碳。作为易燃固体，硫磺主要用于制造染 料、农药、火柴、火药、橡胶、人造丝等。
炼焦生产的高温焦油密度较高，其值为 1.160～1.220 g/cm3，主要由多环芳香族化 合物所组成，烷基芳烃含量较少，高沸点 组分较多，热稳定性好。 各种焦油馏分组成见表4-3。沸点高于 360℃的馏分在高温焦油中含量高；沸点低 于170℃的馏分在低温焦油中含量高，而高 温焦油中含量甚低。低温焦油中酚含量高， 而高温焦油中酚含量低。
二硫化碳
噻吩
环戊二烯
苯乙烯
0.6～1.0
0.5～1.0
饱和化合物
0.6～1.5
萘，分子式为C10H8，白色，易挥发并有特 殊气味的晶体。从炼焦的副产品煤焦油中 大量生产，用于合成染料、树脂等，通常 用萘制作卫生球。煤气中含萘1.0～1.5 g/m3，脱萘后煤气含萘要求小于0.5 g/m3。 在终冷时萘自煤气析出容易堵塞管道，故 不能用一般的管壳式冷却器进行终冷。一 般在初冷器中脱除萘会简化后处理设备中 残留物的清理。
表4-2 粗苯组分及含量
组 分 苯 甲苯 二甲苯（含 乙基苯） 三甲苯和乙 基甲苯 不饱和化合 物 其中：
含 量/% 55～75 11～22 2.5～6 1～ 2 7～12
煤化工工艺学第4章第三节
电捕焦油器的安装位置可在鼓风机前，也可
在鼓风机后。安装在鼓风机后的电捕焦油器 处于正压下操作，较为安全，且因焦油雾滴 在运动过程中聚集变大，有利于净化。但由 于电捕焦油器内煤气压力较大，绝缘子的维 护更要严格注意。 为了保证电捕焦油器的正常工作，除对设备 本身及其操作要求外；主要是要维护好绝缘 装置，控制好绝缘箱温度，保证氮气的压力 及通入量，定期擦拭清扫绝缘子。此外，还 要经常检查煤气含氧量，将煤气含氧控制在 1.5％以下。
机械化氨水澄清槽和离心分离相结合的方法应用较为广泛，
其工艺流程如图4-11由集气管来的液体混合物先进入机械化 氨水澄清槽，分离了氨水的焦油由此进入焦油脱水澄清槽， 然后泵送连续式离心沉降分离机除渣，分离出的焦油渣放入 收集槽，净化的焦油放入焦油中间槽，再送入贮槽。
图4-11 重力沉降和离心分离结合的焦油氨水分离工艺
4.3.1.2立式焦油氨水分离器
如图4-13所示，立式焦油氨水分离器上边为圆柱形，
下边为圆锥形，底由钢板制成(有的又称为锥形底氨水 澄清槽)。冷凝液和焦油氨水混合液由中间或上边进入， 经过一扩散管利用静置分离的办法，将分离的氨水通 过器边槽子接管流出。上边接一挡板，以便将轻焦油 由上边排出。焦油渣为混合物中最重部分，沉于器底。 立式焦油氨水分离器下部设有蒸汽夹套，器底设闸阀， 焦油渣间歇地放出至带蒸汽夹套的管段内，并设有直 接蒸汽进口管，通入适量蒸汽通过闸阀将焦油渣排出。 立式焦油氨水分离器一般有直径为3.8m和6m两种。其 中直径为3.8m的分离器的主要技术特性为：氨水在器 内停留时间39min；锥底焦油沉积高度1.2m；截面流速 0.0007m/s；工作温度80℃；夹套内蒸汽压力40kPa。
初冷器后煤气中焦油雾的含量一般为2~5g/m3（立管初冷
煤化工工艺学第8、9章
煤 化 工 工 艺 学
2、有关环保法规
《中华人民共和国环境保护法》 《建设项目环境保护管理办法》 《关于防治水污染技术政策的规定》 《环境空气质量标准》 《大气污染物综合排放标准》 《锅炉大气污染物排放标准》
9.2 煤化工生产中的主要污染物
9.2.1
煤 化 工 工 艺 学
焦化工业的主要污染物
1、大气污染物
煤 化 工 工 艺 学
2、石墨化的三个阶段 （1）第一阶段1000~1500℃ （2）第二阶段1500~2100℃ （3）第三阶段2100℃以上 3、石墨化过程的影响因素 （1）原始物料的结构
（2）温度 （3）压力 （4）催化剂
煤 化 工 工 艺 学
2200℃ 加压有利 熔解-再析出 Fe、Co、Ni 形成-分解 B、Ti、Cr、V 4、石墨化程度的测定 （1）测定碳质材料石墨化后的真比重 2.266 （2）测定材料的比电阻 （3）利用x射线测定晶恪参数
煤 化 工 工 艺 学
煤 化 工 工 艺 学
（2）分子大小和极性的不同
煤 化 工 工 艺 学
2、碳分子筛的特点 （1）与活性炭的区别
孔径分布和孔隙率 （2）与沸石分子筛 的区别
8.4.2
碳分子筛的制备
8.4.2.1 碳分子筛的主要制备工序 原料煤粉碎、加粘结剂捏合、成型和炭化等
煤 原料煤 化 工 工 艺 学
3、碳素产品的性能
煤 化 工 工 艺 学
8.5.3
碳素纤维的应用
1、碳素纤维增强复合材料的种类
煤 化 工 工 艺 学
煤 化 工 工 艺 学
2、影响因素 碳纤维含量 碳纤维本身力学性能 碳纤维排列 碳纤维与基体相容性 3、碳纤维增强复合材料的用途 （1）航空和宇航 （2）汽车 （3）其他
煤化工工艺学
煤化工工艺学
煤化工工艺学是研究煤作为原料进行化学转化过程的学科。
它主要关注煤的液化、气化、气体加工和煤的化学利用等方面的工艺过程。
煤液化是指将固态煤转化为液态燃料或化工产品的过程。
其中包括直接煤液化和间接煤液化两种方法。
直接煤液化是利用溶剂将煤直接转化为液体，间接煤液化是先将煤气化生成合成气，再通过催化反应将合成气转化为液体。
煤气化是指将煤转化为气体状燃料或化工产品的过程。
通过在高温、高压和缺氧（或亚氧）条件下对煤进行热解和气化反应，生成气体混合物，包括合成气、一氧化碳、氢气和其他可燃气体。
煤化工工艺学还包括煤气的净化、分离和精制等过程，以及对煤化工产品的加工和利用。
通过提纯、分离和精制等过程，可以得到高纯度的气体、液体或固体产品，如煤油、汽油、柴油、合成天然气等。
煤化工工艺学的研究旨在提高煤的综合利用率，开发煤作为资源的潜力，减少对传统石油和天然气资源的依赖，提高能源安全性和环境可持续发展能力。
煤化工工艺学11112
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第一章 绪论
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煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气 体、液体和固体燃料以及化学品的过程。
从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏(含炼焦 和低温干馏)、气化、液化和合成化学品等。
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我们现在所说的发展现代煤化工，是指某产品 采用以煤为原料的工艺路线，其效益要比石油 化工或天然气化工的路线来的好，即我们需积 极发展的现代煤化工是指与石油化工或天然气 化工相比具有比较优势的产品领域。 现代煤化工的发展取决于我们有多少较石油化 工路线有比较优势的技术。
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和氯、溴等卤素可以起取代反应和加成反应； 在碱性介质中水解，可得酚类、碱性含氮化合物； 与浓硫酸作用可得磺化煤。 煤的转化如干馏、气化、液化，均包含有许多反应， 如解聚、缩合、氧化、氢化、氢解、氧解等反应。通 过这些过程，可以获得所需要的固态、液态和气态产 物或热能。
ห้องสมุดไป่ตู้
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煤的结构模型
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煤的性质
通常指煤的物理性质、化学性质和工艺性质。这些 性质都与成煤的原始物质、聚积环境、地质条件和煤 化程度有关。 煤的物理性质 主要包括煤的密度、表面性质（湿润 性、表面积、孔隙度）、光学性质(折射率、反射率)、 电性质（电导率、介电常数）、磁性质、热性质（比 热容、热导率、热稳定性）和机械性质（硬质、脆度、 可磨性）。 煤的化学性质 是指煤与各种化学试剂在一定条件下 发生化学反应的性质，以及煤用不同溶剂萃取的性质。
12化工工艺学第五章煤化工单元工艺2013
产液体燃料及化学品又受到重视，欧美等国家加
强开发并取得了进展；
• 20世纪80年代后期，煤化工有了新突破，成功地 由煤制成乙酐：煤气化制成合成气，再合成乙酸 甲酯，进一步进行羰化制乙酐； • 2005年，中国所产煤46%用于火力发电；17%用
于炼焦；13%建材工业；5%化学工业；余为供热
固化等一系列特殊现象，产生了气、液、固三相共存的胶
质体。
（3）第三阶段（600～1000℃）
析出的焦油极少
二次脱气
半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。
挥发分主要是煤气
700℃后煤气成分主要是氢气 芳香晶核增大，排列规则化 结构致密、有银灰色金属光泽 形成焦炭，但没有 石墨的层状结构 （4） 石墨化阶段 若将最终加热温度提高到1500℃以上，则为石墨化阶 段，用于生产石墨炭素材料。 芳香部分的简单缩聚
由表可见：
随最终温度的升 高，焦炭和焦油产率
下降，煤气产率增加
但发热量降低，焦油 中芳烃与沥青增加， 酚类和脂肪烃含量降 低，煤气中氢气成分 增加而烃类减少。
55 25 19 粗苯 1～ 1.5 芳烃 90％
3.升温速度的影响 升温速度对煤热解的温度-时间历程有明显影响。
脱挥发物速度呈现最大值时 的温度及脱挥发物的最大速
痕量
析出 H2O、CO、CO2、H2S、烷基苯、甲酸、草酸等
含氧物质为主
脱水发生在120℃前，而脱气（CH4，CO2和N2）大致在 200℃前后完成。 这一阶段，煤的外形无变化。
（2）第二阶段（300～600℃） 活泼分解
这一阶段以解聚和分解反应为主，煤粘结成半焦，并发 生一系列变化。 煤从300℃左右开始软化，并有煤气和焦油析出，在 450℃前后焦油量最大，在450～550℃气体析出量最多。 煤气成分除热解水、CO和CO2外，主要是气态烃，故热 值较高。 烟煤在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再
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煤化工工艺学第一章绪论1.化学工业；（ 1）石油化工（ 2）氯碱化工（ 3）煤化工（ 4）天然气化工（ 5）精细化工2. 煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工；煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体和固体燃料以及化学品的过程3. 煤化工包括；（1）炼焦化学工业{ 煤的中高低温干馏工业（ 4）煤制化学品工业（5）煤加工制品工业} （ 2）煤气工业（3）煤制人造石油4.中国能源现状，多煤，贫油，少气5.煤的种类，根据煤化作用可以分为，泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤6.从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏，气化，液化和合成化学品等7.煤化工分类及产品示意图第二章煤的低温干馏1.煤在隔绝空气的条件下，受热分解成煤气，焦油，粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（炼焦，焦化）2.按加热温度的不同分类（ 1）低温干馏 {500 ℃ - 600℃} （ 2）高温干馏 {900 ℃ - 1100℃} （ 3）中温干馏 {700- 900℃}3.低温干馏的特点（ 1）仅是加热过程（ 2）常压操作（ 3）不用加氢，不用氧气4. 煤的性质，物理性质；孔隙率，粒度，机械强度。
化学性质；水分；灰分余物 } ；挥发分 { 煤在隔绝空气加热后溢出的物质，（煤气，煤焦油）（1000- 1700℃），反应性{ 完全燃烧后的 } 固定碳（ FC）灰熔点5.煤低温干馏产物的产率和组成取决于原料煤性质，干馏炉结构和加热条件6.焦油产率（ 6％ -25 ％）半焦产率（ 50％-70 ％）煤气产率（ 80-200 ）7.半焦的用途（ 1）民用和动力用煤（ 2）炼铁（ 3）生产冶金型焦8.低温干馏煤焦油是黑褐色液体，主要成分；轻酚萘洗蒽沥9.低温煤焦油用途（ 1）制取液体燃料（ 2）提取酚 { 制药，塑料，合成纤维 } （ 3）生产表面活性剂和洗涤剂10.煤气密度 0.9-1.2 ㎏ / ，用途（ 1）民用煤气（ 2）化工原料气（ 3）发电11.干馏产品的影响因素（ 1）原料煤性质；煤化作提高，焦油量下降，煤气减少，半焦产率提高（ 2）加热条件，低温时焦油多，煤气少，甲烷多，高温时相反（3）加热速度；加热速度提高，半焦减少，焦油增加，煤气减少（4）压力压力提高，半焦增多，焦油减少，煤气提高12.干馏炉的供热方式（ 1）外热式（ 2）内热式13.内热式低温干馏与外热式相比，优点（1）热载体向煤料直接传热，热效率高，低温干馏耗热量低（ 2）所有装入料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象（3）内热式炉没有加热的燃室或火道，简化了干馏炉结构，没有复杂的加热调节设备。
缺点（1）只能用块煤（ 2）降低了煤气质量（3）不适合处理黏结性较高的煤块14. 由于加煤和煤料移动方向不同，低温干馏炉分成（1）立式炉（ 2）水平炉（ 3）斜炉（ 4）转炉15.沸腾床干馏炉，煤料：粒度小于6 ㎜的粉煤，沸腾目的；加热均匀，强化传热16.气流内热式炉，煤料；块度为20-80 ㎜的不黏结性煤17.鲁奇三段炉；（ 1）干燥段（ 2）干馏段（ 3）焦炭冷却段18.立式炉；原料煤要求；有一定的黏结性，块度19.固体热载体干馏工艺，优点；外热式干馏炉传热慢，生产能力小。
气流内热式炉只能处理块状煤料，粉煤流化床干馏装置的干馏气态产物中混入惰性气体，降低了煤气质量。
采用固体热载体进行煤干馏，加热速度快，载体与干馏气态产物分离容易，单位设备生产能力大，焦油产率高，煤气热值高，适合粉煤干馏20.托考斯工艺，热载体 - 瓷球，适于非粘结性和弱黏结性煤的低温干馏，黏结性煤需要先氧化破黏21.ETCH 粉煤快速热解工艺，热载体- 粉焦，原料煤 - 褐煤22.鲁奇鲁尔煤气工艺。
热载体 - 热半焦23.中国褐煤干馏试验，热载体 - 半焦，煤种 - 褐煤，粒度 0-5 ㎜焦油产率有极值温度，低于极值温度时焦油产率随温度升高而增加，高于极值温度时，随温度升高而降低，干馏煤气产率均随干馏温度提高而增加24.适于低温干馏加工的煤，褐煤，长焰煤和高挥发分的不粘结煤等低阶煤第三章炼焦1. 煤在焦炉内隔绝空气加热到 1000℃左右，可获得焦炭，化学产品和煤气，此过程称为高温干馏，简称炼焦2.煤气用途，燃烧，发电，合成氨，尿素，肥料焦炭用途，高炉炼铁（供热燃料和还原剂）铸造，气化，电石和有色金属冶炼。
化学产品，硫酸铵，吡啶碱， BTX（粗苯）酚萘蒽沥3.焦炭分类（ 1）高炉焦（ 2）铸造焦（ 3）铁合金焦（ 4）有色金属冶炼用焦4.成焦过程；（ 1）干燥预热阶段（小于 350℃）（ 2）胶质体形成阶段（ 350- 480℃）软化，膨胀（ 3）半焦形成阶段（ 480- ℃）固化，收缩（ 4）焦炭形成阶段（ 650- 950℃）5.没有粘结性的煤不能形成胶质体，镜质组结焦性好，丝质组和惰性组不能形成胶质体6. 炉墙和焦饼温度是由火道温度决定的，芳烃最适宜温度为700- 800℃7.配煤的意义；降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，提高化学产品产率8.炼焦用煤；焦煤，肥煤，气煤，瘦煤以及中间过渡性牌号煤类构成的9.焦炭质量，可燃性好，发热值高，化学成分稳定，灰分低，硫和磷等杂质少，粒度均匀，机械强度高，耐磨性好及有足够气孔率10.化学成分（ 1）灰分 Ad, 灰分越低越好（ 2）馏分（ 3）挥发分 - 焦炭在一定温度下，隔绝，空气加热，溢出物质减去水分的质量（4）水分， 2-6 ％水分不稳定，引起高炉的炉温波动增加结焦时间按；消耗额外热量；影响粘结率（ 5）碱性成分11. 焦炭强度，耐磨强度M10（7-8 ％）粒度小于10 ㎜的焦粉所占总质量分数抗碎强度M40（70-80 ％）12.在高炉冶炼中希望焦炭反应性要小，反应强度要高13.影响焦炭反应性的因素，（ 1）原谅的性质（ 2）炼焦工艺的因素（ 3）高炉冶炼条件14.焦炉的组成及用途，三大室，四大车炭化室 - 煤干馏的场所；燃烧室 - 煤和空气燃烧为炭化室提供热量的地方；蓄热室 - 回收燃气室废气的热量来预热空气和贫煤气；加煤车 - 从煤塔取出一定的煤料，起送煤料的作用；导焦车 - 将焦炭转移到熄焦车；熄焦车 - 将冷却的焦炭卸至焦台；焦台 - 储焦，散热15.现代焦炉的生产目的；练的优良焦炭，获得多的煤气和焦油副产物16.常用焦炉（ 1）下喷式焦炉（ 2）中国 JN60-87J 焦炉（ 3）分段燃烧式焦炉（ 4）大容积焦炉17.现行焦炉生产的主要缺点；在于用炭化室炼焦，煤料加热速度不均匀，煤料堆密度在炭化室的上下方向有差异，故所得焦炭的块度，强度，气孔率和反应性都不均匀18.该进方法（ 1）在煤料中加入炼焦煤 { 合理配煤 } 目的；增加焦炭的强度（ 2）煤破碎优化目的；改善炼焦用煤的堆密度19 新工艺；（ 1）捣固煤炼焦（2）成型煤（日本）捣固煤优点，提高煤粉碎细度而不降低焦炉生产能力，捣固与预热联合炼焦与湿煤捣固相比优点，大大改善了焦炭质量，块焦率增加5％，原料煤便宜，生产成本低，焦炉生产能力大。
成型煤特点；（ 1）成本低（ 2）焦炭灰分少（ 3）焦炭质量高，增产铁和焦炭（4）增加设备，投资增加、20.煤料的预处理（ 1）煤的干燥，去除水分， 50- 70℃（ 2）煤的预热；提高装煤量，去除馏分150- 200℃21.干法熄焦；利用惰性气体将赤热焦炭冷却，得到的热惰性气体加热锅炉发生蒸汽，降了温的惰性气体，再循环使用22.干法熄焦的优缺点；优点（ 1）提高热效率（ 2）回收热能且焦炭质量高（ 3）无污水及有害气体缺点，装置复杂，技术要求高，基建投资大，操作耗电多23.湿法熄焦，优点，简便缺点（1）耗用大量熄焦用水，污染环境（2）损失能量24.焦炭处理25．干熄焦与煤预热联合的特点是能量综合利用。
26.煤干燥可用立管式流化加热法、沸腾床、转筒加热法。
27.焦炉加热用燃料：焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、脱氢焦炉煤气。
28．燃烧过程三阶段：煤气和空气混合；将混合物加热到着火温度；空气中的氧和煤气中的可燃成分起化学作用。
29.焦炉中传热的三种方式：传导、辐射、对流传热。
30.蓄热室传热：格子砖在加热期从废气吸收热量，在冷却期将热量传给冷气体。
格子砖是热量的传递者，实际进行换热的是废气和空气或贫煤气。
蓄热室的作用类似换热器。
31.耐火砖：硅砖导热性能好，但耐急冷急热性能差。
黏土砖抗急冷急热性能良好。
32.二氧化硅的三种结晶形态：石英、方石英、磷石英。
33. 焦炉烘炉的目的： 1. 去除水分。
2. 有利于晶形转变。
34.型焦工艺：非黏结性煤通过加压成型，制成具有一定形态、大小和强度的成型煤料，进一步制成型焦。
35.按煤料成型挤压条件为（ 1) 冷压成型 {1 ，无粘结成型 2. 加粘结剂成型 }（ 2）热压成型 {1. 气体热载体成型 2. 固体热载体成型} 热载体为 1. 热废气， 2. 高温无烟煤粉，焦粉或矿粉第四章炼焦化学产品的回收与精制1.炼焦过程析出的挥发性产物，简称为粗煤气。
2.粗煤气由煤气、焦油、粗苯和水构成。
3.影响粗煤气组成和产率的主要因素：炼焦温度、二次热解作用。
4.在低温干馏焦油中含有带长侧链的环烷烃和芳烃，高温炼焦的焦油则多为多环芳烃和杂环化合物的混合物。
低温焦油的酚馏分含有复杂的烷基酚混合物，而高温焦油的酚馏分中主要为酚、甲酚和二甲酚。
低温干馏煤气中几乎没有氨，而炼焦煤气中氨含量为8~12 克每立方米。
5. 炼焦化学产品回收的目的和意义： 1. 除去有害物质，便于输送煤气； 2. 经济效益，变废为宝； 3. 环境效益。
6.回收方法：焦油和水：冷凝和冷却；化学产品：吸收法。
7.粗煤气初步冷却的目的：将焦油和氨水进行分离。
方法：沉降。
8. 氯化铵难水解，加热时不分解，称固定铵。
易水解的碳酸氢铵以及氰化铵，加热时可分解，称挥发氨。
9.煤气冷却采用管壳式冷却器，有立管式和横管式。
10.煤气输送的目的：提高压头，减少阻力损失。
11.煤气输送设备：离心式鼓风机和罗茨鼓风机。
12.煤气脱焦油雾的目的：脱除焦油蒸汽。
设备：电补焦油器。
13.煤气除萘的目的：防止管道和设备堵塞。
方法：冷却冲洗法和油吸收法。
14. 氨和吡啶回收的目的和意义： 1. 氨水解吸，排入大气，形成污染； 2. 形成腐蚀性较高的物质；3. 氨燃烧生成 NO，污染环境；4. 影响粗苯的吸收，阻碍油水分离。
15. 氨和吡啶的回收原理： 1. 氨和吡啶易溶于水，用水吸收； 2. 氨和吡啶具有碱性，用酸吸收。
16.饱和器法：吸收剂是硫酸。
缺点是生产的硫酸铵颗粒小。
饱和器特点是一器兼有两个作用：一是吸收氨和吡啶；二是硫酸铵结晶。
17.饱和器法和无饱和器法的区别是硫酸铵结晶粒度不同。
18.无水氨生产：吸收剂是磷酸铵。