煤炭干馏技术的现状及发展趋势

煤炭干馏技术的现状及发展趋势

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[摘要]：煤的干馏就是将煤置于隔绝空气的密闭炼焦炉内加热，随着温度的升高，煤中有机物逐渐分解，得到气态的焦炉气、液态的煤焦油和固态的焦炭，挥发性的产物中有许多重要化学品并获得重要应用。本文在介绍了煤干馏技术相关工艺时，着重提到了低温干馏技术的现状及主要工艺，并对煤干馏技术的现状进行了总结，在回顾过去的基础上，提出对今后煤干馏技术发展的建议。

[关键词]：煤炭干馏技术高温干馏低温干馏现状趋势建议

1、前言

煤炭是地球上蕴藏量最丰富，分布地域最广的化石燃料。据世界能源委员会的评估，世界煤炭可采资源量达4.84×104亿t标准煤，占世界化石燃料可采资源量的66．8％。进入21世纪，世界煤化工发展的主流方向是发展煤炭洁净利用技术，而煤高温干馏的煤气净化、煤气化和煤液化技术已成为目前发展煤炭洁净利用技术的关键，高温干馏主要用于生产冶金焦炭，所得的焦油为芳香烃、杂环化合物的混合物，是工业上获得芳香烃的重要来源；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。中国非炼焦用煤、褐煤或高挥发分烟煤储量丰富，若能通过低温干馏回收煤气与油，可使煤得到有效的综合利用。

2、煤干馏技术

煤干馏技术是指煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。此过程按加热最终温度的不同,可分为三种干馏方式：温度为900～1100℃称为高温干馏，即焦化；温度为700～900℃称为中温干馏；温度为500～600℃称为低温干馏，干馏技术是煤化工的重要过程之一。

煤干馏主要过程如下：当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分开始蒸发；温度升高至200℃以上时，煤中结合水释放出来；温度在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；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。

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；中温干馏的主要产品是城市煤气；高温干馏产物一般为焦炭，焦油、粗苯和煤气等。

2.2、煤炭结焦机理

煤的主要组分是有机质，而煤的有机质是具有不规则构造的空间聚合体，它的基本机构单元是以缩合芳环为主体的带有侧链上的官能团和烷基组成的大分子。煤的结焦过程是以煤有机质大分子的热分解为基础，整个成焦过程可分为粘结和收缩两个阶段。

2.2.1、粘接机理

煤被加热到350～500℃，烟煤有机质大分子裂解，侧链从缩合芳烃中断裂，侧链本身也进一步裂解或与其它组分作用，此时热解产物中分子量小的呈气态、分子量适中（300～600℃）的呈液态，而分子量很大的那些断掉侧链的缩合芳环则是固态。当温度在450～550℃范围时，胶质体中液态产物参与裂解反应，一部分热解产物呈气态析出，另一部分则与固态颗粒融为一体、热缩聚合而固话生成半焦。煤的粘接性主要取决于生成胶质体的数量和性质，而后者又取决于煤的有机质大分子结构。因此在实际生产过程中，可通过配煤来调节配合煤料的胶质体数量和性质，使之具有一定的粘接性。总之，煤的粘结是煤的干馏过程中发生物理、化学和物理化学（特别是胶体化学）作用的综合结果。

2.2.2、收缩机理

煤在干馏过程中，当温度超过550℃并继续升到时，半焦内的有机质进一步热分解和热缩聚。此时主要是缩合芳环上那些热稳定性较高的侧链和联结在缩合芳环间的碳链桥的热分解，因此分解产物中已无液态产物，主要是甲烷和氢。由热缩聚引起的炭网增大并由此产生的裂纹是半焦收缩阶段的主要特征。随着碳网增大和排列趋向整齐，焦炭的结构致密，体积小，焦炭的多空体进一步变紧变硬，真密度增大。由于焦炭和半焦内各点的温度和升温速度不同，所以各点收缩也会不同，因此便产生了内应力。当此内应力超过半焦和焦炭壁的强度时，就产生了裂纹。合理的配煤在调节半焦收缩量的同时，还可以调节最大收缩速度及其所在的温度，由此可以控制焦炭的抗碎强度及块度。

2.3、煤的高温干馏技术

在1000℃以上将煤于馏得到焦炭、焦油和煤气即高温千馏或炼焦。工业上应用最广、产品最多的是高温干馏。近2O年来炼焦技术有了较快发展，如焦炉炭化室尺寸突破了4.0m的限值。出现了高达6～8m的大容积焦炉，还将进一步向宽度方向发展。它带来的好处是劳动生产率提高。减轻了环境污染。为了改善焦炉生产条件，消除污染，操作机械化和自动化已有长足进展，还将进一步朝有效的节能方向发展。为了回收能源、消除熄焦污染并提高焦炭质量，采用了干法熄焦技术。目前干法熄焦投资大，电耗高，但它的优越性已为实践所证明，最终会取代熄焦。为了满足焦炭质量和产量的要求，发展了炼焦煤预处理技术，如选择破碎、型煤配煤、捣固炼焦、煤干燥和预热等。炼焦化学产品回收和煤气净化技术实现了新工艺和新技术，如全负压回收工艺、新的脱硫和回收氨方法以及高效节能设备等。粗苯精制采用催化加氢方法，提高了产品质量，又消除了污染环境的酸洗过程。焦油加工集中处理，增加了有用化学品的提取种类和数量，减轻了污染程度，又增大了经济效益。炼焦生产不仅提供了洁净的能源和化学品，而且又提供了炭素材料。倒如，由焦油沥青生产耐高温、质轻和高强度的炭纤维、高功率电极用的针状焦以及炭黑等，炭素材料的发展，将促进材料工业的变革。

高温干馏产生焦炭、焦炉气、粗苯和煤焦油。其中焦炭可用于冶金工业炼铁或用来生产电石；而焦炉气则是热值很高的气体燃料，同时也是宝贵的化工原料，它的主要成分（体积分数）是氢（54%～63%）和甲烷（20%～32%）；粗苯主要由苯、甲苯、二甲苯和三甲苯所组成，也含有少量不饱和化合物、硫化物、酚类和吡啶；将粗苯进行分离精制，可以得到多种重要的芳香烃原料；煤焦油是黑褐色的油状粘稠液体，组成十分复杂，目前已验证出煤焦油中约有400～500种有机物，含有多种重芳烃、酚类、烷基苯、吡啶、萘、蒽、菲及杂环化合物等。煤焦油是生产有机原料较有价值的高温干馏产品之一，可用它来制取塑料、染料、香料、农药、医药、溶剂等产品。