第二章 煤的低温干馏

压力/MPa
产品
常压
0.5
2.5
4.9
9.8
半焦/%
67.3
68.8
71.0
72.0
71.5
焦油/%
13.0
7.9
5.1
3.8
2.2
焦油下水/% 12.0
11.7
12.4
12.1
11.3
煤气/%
7.7
11.1
11.5
12.1
15.0
2.4 低温干馏的主要炉型
z 干馏炉的供热方式：外热式、内热式。
煤
热量
烟煤 1~6 1~7 3~5 55~70 10~20 3~10 3~5 27.24~33.52
加热终温
z 随着温度的升高，使得具有较高活化能的热解反应有可能 进行。自由基的产生和稳定，转化为小分子化合物的过 程。
z 不同煤类开始热解的温度不同，煤化程度低的煤开始热 解温度也低，东北泥煤为100~160oC；褐煤为200~ 290 oC，长焰煤约为320oC；气煤约为320oC；肥煤约为350 oC；焦煤约为360oC。由于煤开始热解温度难以准确测 定，同类煤的分子结构和生成条件也有较大的差异，因此 只能大致确定煤的开始热解温度。
4.0
13.0
5~8
12~15
9.7
6.4
2.8
7.0
2.5
3.8
1.0
7.8
热解温度：600oC
不同煤热解油的族组成：
组成/% 高级醇、酯 烷烃（C10+） 酚类 羧酸 中性油（180~ 280oC馏分） 沥青烯
低位泥炭 3~6 3~6 15~22 1.5~2.0 13~20
高位泥炭 5~9 5~8 15~20 1.5~2.0 18~22
产煤焦油，进而得到汽油和柴油。二战后，大量廉价石油的开产，低温
干馏又陷入停滞状态。
低温干馏过程仅是一个加热过程，常压生产，不用加氢，不用氧
气，即可制得煤气和焦油，实现煤的部分气化和液化，得到的半焦性能
好。过程简单、加工条件温和、投资少、生产成本低。目前还有市场。
2.2 低温干馏的产品
z 产物：焦油6%-25%；半焦产率50%-70%；煤气 产率80-200m3/t（原料干煤）
气煤一次热解焦油组成和产率与热解温度关系
项目 加热温度段/oC 焦油产率/%(d) 组成/%：
酚类 烃类(溶于石油醚) 中性含氧化合物 沥青烯 羧酸 有机碱 其他重质物
指标 ~400 3.62
20.20 37.2 5.80 4.16 0.21 2.13 30.25
400~500 9.68
14.90 26.4 6.63 5.92 0.18 2.08 43.89
立式炉生产城市煤气流程 1-轻油洗涤塔；2-煤气冷却器；3-鼓风机；4-热焦油分离器；5集气管；6-立式炉（干馏室）；7-发生炉煤气洗涤塔；8-发生炉
固体热载体干馏工艺
瓷球作为热 载体 1-煤槽；2-预热提升管；3-旋风器；4-干馏转炉；5-回转筛；6-气固分离 器；7-分离器；8-瓷球提升器；9-瓷球加热器；10-半焦冷却器；11-洗尘器
z 低温干馏煤焦油是黑色液体，密度通常0.95 ~ 1.1 g/cm3
z 组成： 9 酚类，35%； 9 有机碱，1%~2%； 9 烷烃2%~10%； 9 烯烃3%~5%； 9 环烷烃10%； 9 芳烃15%~25%；
发动机燃料： 酚类 烷烃 芳烃（苯、萘，及其同系 物）
9 中性含氧化合物(酮、酯、和杂环化合
分类：按照加热终温的不同，可以分为三种：
500-600 oC：低温干馏
700-900 oC：中温干馏
气体
900-1100 oC：高温干馏
液体
特征？ 影响因素？
发展：
加热
固体残渣
煤低温干馏始于19世纪，当时主要用于制取灯油和蜡。19世纪末因
电灯的发明，煤低温干馏趋于衰落。但二战又刺激了低温干馏，用于生
22.0 --
7.5 7.0 58.0 5.5
19 2.7 16.4 3.3 11.0 60.0 6.0
20.5
4.3 1.2 3.7 25.9 64.9 --
21.0
4.4 --
1.2 59.2 35.2 --
25.0
2.2 0.5 10.4 66.2 18.2 2.5
14.5
0.9 0.0 7.1 74.7 7.7 9.8
半焦：低温干馏的固体产物。孔隙率：30%~50%；反应性和比电阻都比 高温焦炭高得多；但强度稍低。
某原料煤、半焦、冶金焦的性质比较
指标 工业分析/% 水分
干燥基灰分
筛分组成/%
干燥无灰基挥 发分
>40mm
20~40mm
ห้องสมุดไป่ตู้
10-20mm
5-10mm
0-5mm
强度/%
孔隙率/%
反应能力（CO2）/[mL/(g.s)] 比电阻（3~6mm，荷重 19.6kPa/(Ω.cm)
Toscoal 法工艺流程
固体热载体干馏工艺
1-煤干燥管；2-干煤旋风器；3热粉焦旋风器；4-加热器；5-干 流槽；6-粉焦加热提升管；7-粉 焦冷却器；8-混合器；9-煤槽； 10-给料器；11-粉煤机；12-燃 烧炉 焦炭作为热载体
图2-8 ETCH-175 工艺流程
瓷球作为热 载体
1-煤干燥提升管；2-干煤槽；3-给煤机；4-煤输送管；5-干馏槽；6-半焦 加热提升管；7-热半焦集合器；8-空气预热器；9，10-旋风器；11-初冷 器；12-喷洒冷却器；13-电除尘器；14-冷却器
原料：气煤；加热速度：3oC/min；
>500 1.20
16.40 13.8 8.65 7.60 0.51 2.42 40.62
气煤热解煤气组成与热解温度关系
温度区间
300~400 400~500 500~600 600~700 700~800 800~900 合计
占煤气总量
体积组成/%
的产率/% CO2 CmHn CO H2 CH4 N2
CO2 CmHn CO
H2 CnH2n+2
1 0.90 31.92
10.3 3.8 8.7 22.6 54.6
指标
20 1.11 39.73
12.0 10.5 12.1 14.7 50.7
3
热解气氛压力
z 压力增大，焦油产率减少，半焦和气态产物产率增加； 半焦的强度提高（原因是挥发物析出困难使液相产物之 间作用加强，发展了缩聚反应）。
2
典型烟煤的热解过程
脱气 脱水
析出焦油
析出煤气
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000/oC
物相变化：
开始 熔融、流 固化 收缩 形成裂纹 软化 动、膨胀
主要产物： 干煤
胶质体
半焦
焦炭
过程本质： 缩合为主
解聚、分解为主
缩聚为主
阶段：
干燥脱气
活泼分解
二次脱气
z 在快速加热时，相应的结构分解多；快速加热供给煤大分 子热解过程高强度能量，热解形成较多的小分子碎块。低 分子产物多。（拔头）
气煤在不同加热速度下干馏的液体产物
项目
加热速度/(oC/min)
1
产品产率(占煤有机质)/%
半焦
70.7
焦油
11.2
其中：轻油
4.1
重油
5.4
沥青
1.7
热解水
8.1
煤气
10.0
150oC
500-850oC 100-150oC
鲁奇三段炉：褐煤型煤300~500t/d；可得型焦 150~250t/d；焦油10~60t/d；煤气180~220m3/t。
外热式
z 外加热式立式炉
煤气
1-干馏室；2-上部蓄热室；3-下部蓄热 室；4-煤槽；5-焦炭槽；6-煤气管
4
外热式
z 外加热式立式炉
煤化工工艺学
Coal Chemical Technology
吴卫泽 教授
北京化工大学
化学工程学院
第2章 煤的低温干馏
1-2 h
z 概述 z 低温干馏产品 z 影响因素 z 低温干馏的主要炉型 z 立式炉生产城市煤气 z 固体热载体干馏工艺
2.1 概述
定义：煤在隔绝空气的条件下，受热分解生成煤气、焦油、 粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（或称炼焦、焦化）
14.8(占干煤)
加热速度
z 煤低温干馏的加热速度和供热条件对产品产率和组成有影 响。提高煤的加热速度能降低半焦的产率，增加焦油产 率，煤气产率稍有减少。
z 加热速度慢时，煤质在低温区间受热时间长，热解反应的 选择性较强，初期热解使煤分子中较弱的键断开，发生了 平行的顺序的热缩聚反应，形成了热稳定性好的结构，在 高温阶段分解少；
气态干馏产物 热量
煤
气态干馏产物 及热载体
半焦
外热式 煤气热值高，但煤导热差，传热不均 匀，降低了焦油产率
气体热载体 半焦
内热式 传热均匀，效率高，但需要块煤、不 黏煤，气体热载体降低煤气热值。
气流内热式
1-煤槽；2-气流内热干馏炉；3-干燥段；4-低温干馏段；5-冷却段；6-燃 烧室；7-初冷器；8-电捕焦油器；9冷却器；10-分离器
物)20%~25%；
9 中性含氮化合物(主要为五元杂环化合
物)2%~3%；
9 沥青10%
1
2.2 低温干馏的产品
煤气： z 低温干馏煤气密度：0.9 ~ 1.2 kg/m3 z 组成：甲烷和其他烃类（烟煤烃类可达 65 %） z 热值：33.5 ~ 37.7 MJ/m3（烟煤）
2.3 干馏产品的影响因素
鲁奇-鲁尔（LR）褐煤干馏工艺
烟气
焦炭作为热 载体 干馏褐煤 1-混合器；2-干馏槽；3-滤尘器；4-燃烧炉；5-提升管；6-集合槽；7-冷 却器；8-干燥器；9-冷冻器；10-抽气机；11-半焦槽；12-旋风器 大连理工大学新法干馏工艺
煤的低温干馏
总结： z 煤在500~600oC、隔绝空气的条件下，受热分解
z 低温干馏产品的产率和性质与原料煤种、加热条件、加热 速度、加热终温、压力等有影响；
z 干馏炉的形式、加热方法、挥发物在高温区的停留时间有 影响；
z 解热温度场的均匀性以及气态产物二次热解深度也有影响
不同煤低温干馏实验的产品产率
煤样名称 伊春泥炭 桦川泥炭 切矿腐泥煤 昌宁褐煤 大雁褐煤 坎阿褐煤 切矿长焰煤 神府长焰煤 铁法长焰煤 大同弱黏煤
原料煤 10.8 16.1 47.4
半焦 11.4 12.9 4.3
7.8 40.2 26.0 7.4 18.6 79.6 50.3 7.4 0.66
冶金焦 13.6 10.8 1.2
0.0 23.1 52.6 10.7 13.6 83.6 47.0 0.5 0.027
2.2 低温干馏的产品
煤焦油：
150oC
500-850oC 100-150oC
鲁奇三段炉：褐煤型煤300~500t/d；可得型焦 150~250t/d；焦油10~60t/d；煤气180~220m3/t。
z 鲁奇三段炉
气流内热式
废气
1-来煤；2-加煤车；3-煤槽；4-干 燥段；5-通道；6-低温干馏段；7冷却段；8-出焦机构；9-焦炭阀 门；10-胶带运输机；11-干燥段吹 风机；12-干燥段燃烧炉；13-干燥 段排气烟筒；14-干馏段燃烧炉； 15-干馏段出口煤气管；16-回炉煤 气管；17-冷却煤气吹风机
气流内热式炉干馏流程
z 鲁奇三段炉
气流内热式
1-来煤；2-加煤车；3-煤槽；4-干 燥段；5-通道；6-低温干馏段；7冷却段；8-出焦机构；9-焦炭阀 门；10-胶带运输机；11-干燥段吹 风机；12-干燥段燃烧炉；13-干燥 段排气烟筒；14-干馏段燃烧炉； 15-干馏段出口煤气管；16-回炉煤 气管；17-冷却煤气吹风机
生成煤气、焦油、焦炭的过程。 z 把煤炭转化为气、液、固态三种产物。在温和的
条件下，把煤分割为富氢和富碳组分。 z 提高了煤的利用价值和经济性。
5
作业
1. 什么是煤化工？从煤的加工过程来看，目前煤化 工主要包括那些分支？
2. 什么是煤的低温干馏？低温干馏的影响因素有那 些？
褐煤
5~25 10~37 2~3
17~40 8~16
不同煤的煤气组成：
组成/%
CO
CO2+H2S CmHn（不饱和 烃） C4及其同系物 H2 N2 NH3 低热值/(MJ/m3)
泥炭 15~18 50~55 2~5 10~12 3~5 6~7 3~4 9.64~10.06
褐煤 5~15 10~20 1~2 10~25 10~30 10~30 1~2 14.67~18.86
焦油密度(g/cm3)
1.007
焦油族组成/%
酚类
25.9
碱类
2.5
饱和烃
7.1
烯烃
3.4
指标
20
66.8 18.7 1.9 8.2 8.6 7.5 7.0 1.140
14.1 0.3 2.3 2.9
气煤在不同加热速度下干馏的煤气性质和组成
项目 加热速度/(oC/min) 煤气密度/(kg/cm3) 煤气热值/(MJ/m3) 煤气组成：
半焦/% 48.0 50.1 39.4 61.0 67.7 65~75 73.8 76.2 82.3 83.5
焦油/% 15.4 18.5 39.1 15.5 15.3 8~12 10.1 14.8 11.4 7.7
热解水/% 15.9 14.3
煤气/% 20.7 17.1
5.6
15.9
8.0
15.5