煤化工工艺学第二章煤的低温干馏

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C+H2O(高温) CO+H2 这就是湿煤比干煤燃烧更旺的原因 甲烷和水也可制造水煤气,其化学方程式为:CH4+H2O 热值约为10500千焦/标准立方米。 CO+3H2。
焦炉煤气
焦炉煤气是指用几种烟煤配成炼焦用煤,在炼焦炉中经高温干馏后, 在产出焦炭和焦油产品的同时所得到的可燃气体,是炼焦产品的副 产品。主要作燃料和化工原料。焦炉煤气主要由氢气和甲烷构成, 分别占56%和27%,并有少量一氧化碳、二氧化碳、氮气、氧气和其 他烃类;其低发热值为18250kJ/Nm3,密度为0.4~0.5kg/Nm3
3. 煤气:煤气是以煤为原料加工制得的含有可燃组分的气体。
水煤气 煤气化 半水煤气 空气煤气 焦炉煤气 煤干馏 高炉煤气 中热值煤气 低热值煤气
水煤气
水蒸气通过炽热的焦炭而生成的气体,主要成份是一氧化碳、氢气,燃烧后 排放水和二氧化碳,有微量NOX。燃烧速度是汽油的7.5倍,抗爆性好。
将水蒸气通过炽热的煤层可制得较洁净的水煤气(主要成分是CO和H2),现 象为火焰腾起更高,而且变为淡蓝色(氢气和CO燃烧的颜色)。
高炉煤气
高炉煤气为炼铁过程中产生的副产品,主要成分为:CO、CO2、N2、H2、 CH4等,其中可燃成分CO含量约占25%左右,H2、CH4的含量很少,CO2、 N2的含量分别占15%、55%,热值仅为3500KJ/m3左右。
人们生活中的燃烧气源
液化石油气:石油在提炼汽油、煤油、柴油、重油等油品过程中剩下的一种石 油尾气,通过一定程序,对石油尾气加以回收利用,采取加压的措施,使其变 成液体,装在受压容器内。主要成分有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷和丁烷等,一 旦流出会汽化成比原体积大约二百五十倍的可燃气体,并极易扩散,遇到明火 就会燃烧或爆炸。 煤气:用煤或焦炭等固体原料,经干馏或汽化制得的,其主要成分有一氧化碳、 甲烷和氢等。
低温煤焦油的性质
⑴物理性质: 黑褐色液体,密度小于1g/cm3,比高温焦油轻 ⑵成分: 酚类:35%、 中性含氧化合物:20%~25% 芳烃:15%~25% 环烷烃:10% 沥青:10% 烷烃:2%~10% 烯烃:3%~5% 中性含氮化合物:2%~3% 有机碱:1%~2%
煤焦油脱色
⑶用途: ①发动机燃料,生产酚类和烃类; ②提取的酚可用于生产塑料、合成纤维、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。
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。
与高温干馏(即焦化)相比,低温干馏的焦油产率较高而煤气产率较低。 一般半焦为50%~70%,低温煤焦油8%~25%,煤气80~100 m3/t(原 料煤)。 历史上曾出现过很多低温干馏方法,但工业上成功的只有几种。这些方 法按炉的加热方式可分为外热式、内热式及内热外热混合式。外热式炉 的加热介质与原料不直接接触,热量由炉壁传入;内热式炉的加热介质 与原料直接接触,因加热介质的不同而有固体热载体法和气体热载体法 两种。
低温煤焦油 按干馏温度分类 中温煤焦油
高温煤焦油
煤焦油一般作为加工精制的原料以制取各种化工产品,也可直接利用,如作为工 业型煤、型焦和煤质活性炭用的粘结剂的配料组分,还可用作燃料油、高炉喷吹 燃料以及木材防腐油和烧炭黑的原料。
煤焦油是一种高芳香度的碳氢化合物的复杂混合物,绝大部分为带侧 链或不带侧链的多环、稠环化合物和含氧、硫、氮的杂环化合物, 并 含有少量脂肪烃、环烷烃和不饱和烃,还夹带有煤尘、焦尘和热解炭。
2. 煤干馏分类(按加热终温):
低温干馏:500~600 oC 中温干馏:700~900 oC 高温干馏:900~1100 oC
低阶煤 立式炉生产城市煤气 炼焦
不同最终温度下干馏产品的分布与性状
产品分布与性状 600低温干馏 固体产物 产品产率(%) 焦 焦油 煤气(米3/吨干煤) 产品性状 焦炭:着火点(℃) 机械强度 挥发分(%) 半焦 80~82 9~10 120 最终温度(℃) 800中温干馏 中温焦 75~77 6~7 200 1000高温干馏 高温焦 70~72 3.5 320
内热式

气态干馏产 物及热载体
气体热 半焦 载体
炉借助热载体把热量传给煤料,气体热载体直接进入干馏室,穿 过块粒状干馏料层,把热量传给料层。
优点: 热效率高、耗能低、 加热均匀、 简化干炉结构、
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。
②煤气:煤阶↘ ,煤气↗ 干馏600℃: 泥炭煤气产率:16%~32% 褐煤煤气产率:6%~22% 烟煤煤气产率:6%~17%
③半焦:煤阶↗,半焦↗ 煤阶↗,含C量↗,半焦↗。
⑵产品成分: ①焦油成分 酚类:煤阶↗,含O量↘ ,酚↘ 。 热解水:煤阶↗,含O量↘ ,热解水↘ 。 ②煤气成分: 氨和硫化氢含量与煤中氨和硫的含量和形态有关。
低温干馏产品
半焦、煤气、焦油
1.半焦:由煤低温干馏所得的可燃固体产物。
半焦又称兰炭。由煤低温干馏所得的可燃固体产物。产率约为原料煤 的50%~70%。色黑多孔,主要成分是碳、灰分和挥发分。其灰分含 量取决于原料煤质,挥发分含量约5%~20%(质量)。与焦炭相比, 挥发分含量高,孔隙率大而机械强度低。与一氧化碳、蒸汽或氧具有 较强的反应活性。是很好的高热值无烟燃料,主要用作工业或民用燃 料,也用于合成气、电石生产等,少量用作铜矿或磷矿等冶炼时的还 原剂,此外也用作炼焦配煤。
利用神府、榆林、东胜煤田盛产的优质侏罗精煤块烧制而成的兰炭
半焦的性质: 孔隙率: 30~50 % 反应性:比高温焦炭高 比电阻(电阻率):比高温焦炭高 (煤的变质程度越低其反应性和比电阻越高)
某种材料制成的长1米、横截面积是1平方毫米的在常温下(20℃ 时)导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。
§ 2.4 低温干馏主要炉型
1.干馏设备的要求: 效率高、 加热均匀、 操作方便可靠、 过程易控、 原料煤类别宽、 粒度尺寸范围大、 二次热解作用小、
外热式
2.干馏供热方式:
内热式
外热式

热量
热量
半焦 热量是由炉墙外部传入。煤料装在干馏室内,热量通过炉墙导入,炉墙外 部燃烧加热。
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
煤气主要成分(%) 氢 甲烷 发热量(MJ/米3) 煤气中回收的轻油 产率(%) 组成
31 55 31 气体汽油 1.0 脂肪烃为主
45 38 25 粗苯-汽油 1.0 芳烃50%
55 25 19 粗苯 1~1.5 芳烃90%
粉煤干馏产出的焦油
粉煤干馏的燃烧系统
§2.2 低温干馏
煤低温干馏,煤干馏方法之一,指采用较低的加热终温 (500~600℃), 使煤在隔绝空气条件下,受热分解生成半焦、低温煤焦油、煤气和热解 水过程。
450 低 10
490 中 约5
700 高 <2
焦油: 比重 中性油(%) 酚类(%) 焦油盐基(%) 沥青(%) 游离碳(%) 中性油成分
பைடு நூலகம்
<1 60 25 1~2 12 1~3 脂肪烃 芳烃
1 50.5 15~20 1~2 30 ~5 脂肪烃 芳烃
>1 35~40 1.5 ~2 57 4~10 芳烃
优点:
干馏室和燃烧室不相通,干馏挥发物与燃烧烟气不相混合,保证了挥发产 物不被稀释。
缺点:
煤料导热系数小,煤料加热不均匀。靠近加热炉墙的料层温度高,离炉墙 远的部位温度低。不均匀的煤料温度场,导致半焦质量不均匀。 过高的温度区加剧了挥发产物的二次热解反应,降低了焦油产率。 解决:混合煤料;减薄煤料层厚度或降低加热速度
2.加热终温: 100~120℃水分脱出 ﹥300℃析出挥发分、热解 510~600℃低温干馏终温,适宜 ﹥600℃半焦开始向焦炭转化(H2 ↗ ,CH4 ↘ ,半焦↘ , 焦油↘ ,煤气↗ ,) 煤的块度对热解产物有影响,块度越大,半焦↗,焦油↘
3.加热速度: 快速:低分子产物应当多,焦油产率高,半焦产率低。 慢速:固体残渣产率高。 提高煤的加热速度:半焦↘, 焦油↗ ,煤气产率稍有↘。 4.压力: 一般P↗,焦油↘,半焦和气态产率↗,半焦强度↗。
刚回收的煤焦油还含有5%左右的溶有多种无机盐和其他杂质的水分。
煤焦油的绝大多数组分熔点较高, 但由于大量单体化合物互相溶解 而形成低共溶混合物, 使煤焦油在常温下仍呈液体状态。煤焦油的 许多组分还组成大量多元共沸体系, 给蒸馏分离造成很大困难。
高温煤焦油含有1万多种化合物, 按化学性质可分为中性的烃类、酸性的酚类 和碱性的吡啶、喹啉类化合物。到1972年已鉴定出480种化合物,其含量共占 煤焦油质量的55%,其中中性化合物174种,酸性化合物63种,碱性化合物113 种,其余为稠环和含氧、硫的杂环化合物。 高温煤焦油相对密度大于 1.0 ,含大量沥青,几乎完全是由芳香族化合物组成 的一种复杂混合物。 高温焦油中质量分数≥1. 0%的化合物只有10余种,分别是萘 (10. 0%)、菲 (5. 0%)、荧蒽(3. 3%)、芘(2. 1%)、苊烯(2. 0%)、芴(2. 0%)、蒽(1. 5%)、2 -甲 基 萘 (1. 5%)、咔 唑 (1. 5%)、茚(1. 0%) 和氧芴(1. 0%) 等。 中低温煤焦油的组成和性质与高温煤焦油有较大差别,中低温煤焦油中含有较 多的含氧化合物及链状烃,其中酚及其衍生物含量达10%~30% ,烷状烃约为 20%,同时重油( 焦油沥青) 的含量相对较少,比较适合采用加氢技术生产车用 发动机燃料油和化学品。
天然气:由亿万年前的有机物质转化而来,主要成分是甲烷,此外根据不同的地 质形成条件,尚含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及 二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质;有的气田中还含有氦气。
煤气中毒
CO浓度及其症状 CO浓度0.02%:2-3小时有轻度头疼。 CO 浓度 0.04% : 1-2 小时有头疼恶心、 2.5 小时至 3 小时头后 部出现疼痛。 CO浓度0.08%:45分钟出现头疼、恶心、呕吐、2小时失去 知觉。 CO浓度0.16%:20分钟出现头痛、恶心、呕吐、2小时既能 死亡。 CO浓度0.32%:5-10分钟出现头痛、30分钟既能死亡。 CO浓度0.60%:1-2分钟既能出现头痛、10-15分钟死亡。 CO浓度1.28%:1-3分钟间死亡。
§ 2、煤的低温干馏
§ 2.1 概述 § 2.2 低温干馏 § 2.3 干馏产品的影响因素 § 2.4 低温干馏主要炉型 § 2.5 立式炉生产城市煤气 § 2.6 固体热载体干馏工艺
§2.1 概述
1. 煤干馏的定义: 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。(炼焦、焦化)
低温干馏过程特点: 热加工过程、 常压生产、 不用加氢和氧、 实现煤部分气化(煤气)和液化(焦油)。
低 阶 煤 含较 多挥 发 分,可 回 收 相当 数 量 的焦 油 和 煤 气
适用煤: 褐煤、长焰煤和高挥发分的不黏煤等低阶煤。 中国煤炭分类:褐煤(HM) 烟煤
无烟煤(WY)
{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)}

机械强度: 低于高温焦炭
半焦的应用:
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、质量小、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
2. 煤焦油:煤炭干馏时生成的具有刺激性臭味的黑色或黑 褐色粘稠状液体。简称焦油。
§2.3 干馏产品的影响因素
1.原料煤: ⑴产品产率:
不同煤低温干馏试验的产品产率
①焦油:煤阶↘ ,焦油↗ 褐煤焦油产率:4.5%~23% 烟煤焦油产率:0.5%~20% 从气煤到瘦煤随变质程度↗而焦油产率↘ 腐泥煤低温焦油产率一般较高:可高达40%
煤阶代表了煤化作用中 能达到的成熟度的级别
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