炼焦化产回收教案

第一章绪论

第一节炼焦化学产品概述

一、炼焦化学

炼焦化学是研究以煤为原料，经高温干馏获得焦炭和荒煤气，并用经济合理的方法将荒煤气分离和精制成化学产品的技术和工艺原理的学科。以煤为原料，经过高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油、并回收其他化工产品的工业是炼焦化学工业。

二、炼焦化学产品

煤是一种结构复杂的由很多苯环缩合起来的多环结构物质，煤中的价键以碳原子结合为主，氢、氧、氮、硫等原子镶嵌在苯环之间。

在加热时能黏结成块的煤种，通常称之为炼焦煤。炼焦煤于炼焦炉内在隔绝空气高温加热条件下，煤质发生一系列的变化，除生成固态焦炭外，还裂解生成挥发性产物简称为荒煤气。荒煤气中含有许多各种化合物，包括常温下的气态物质如氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳等；C1～C 6直链烃类和氢等裂解成焦炉煤气的主要成分。

第二节炼焦化学产品的生成与组成和产率

一、炼焦化学产品的生成

煤料在焦炉炭化室内进行高温干馏时，煤质发生了一系列的物理化学变化。

装入煤在200℃以下蒸出表面水分，同时析出吸附在煤中的

二氧化碳、甲烷等气体；随温度升高至250~300℃，煤的大分子端部含氧化合物开始分解，生成二氧化碳、水和酚类，这些酚主要是高级酚；至约500℃时，煤的大分子芳香族稠环化合物侧链断裂和分解，产生气体和液体，煤质软化熔融，形成气、固、液三相共存黏稠状的胶质体、并生成脂肪烃，同时释放出氢。

在600℃前从胶质层析出的和部分从半焦中析出的蒸汽和气体称为初次分解产物主要含有甲烷，二氧化碳、—氧化碳、化合水及初焦油，氢含量很低。

通过赤热焦炭和沿炭化室炉墙向上流动的气体和蒸汽，因受高温而发生环烷烃和烷烃的芳构化过程(生成芳香烃)并析出氢气，从而生成二次热裂解产物。

当发生二次热裂解时，碳氢化合物分子结构会发生以下几种变化：

(a)C-C键断裂引起结构缩小反应。

(b)C-H键裂解引起脱氢反应。

(c)按异构化进行的重排反应。

(d) 聚合、歧化、缩合引起的结构增大反应。

通过上述许多复杂反应和其他反应，煤气中的甲烷和重烃(主要为乙烯)的含量降低，氢的含量增高，煤气的密度变小，并形成一定量的氨，苯族烃、萘和蒽等，在炭化室顶部空间最终形成一定组成的焦炉煤气。

二、炼焦化学产品的组成

炼焦配煤在炭化室内经过一系列的物理变化和化学变化最终形成焦炭，排放出一定组成的荒煤气。

荒煤气中除净焦炉煤气外的主要组成（g/m3）：

水蒸气250~450 硫化氢6~30

焦油气 80~120 其他硫化物2~2.5

苯族烃30~45 氰化氢等氰化物 1.0~2.5 氨 8~16 吡啶盐基0.4~0.6

萘 8~12

经回收化学产品和净化后的煤气，称为净焦炉煤气，也称回炉煤气。

三、炼焦化学产品的产率

炼焦化学产品的数量和组成随炼焦温度和原料煤质量的不同而波动。在工业生产条件下，煤料高温干馏时各种产物的产率，% (对干煤的质量)：

焦炭 70~78；

净焦炉煤气 15~19；

焦油 3~4.5；

化合水： 2~4；

苯族烃 0.8~1.4；

氨 0.25~0.35

其他 0.9~1.1

四、影响化学产品产率和组成的因素

炼焦化学产品的产率取决于炼焦配煤的性质和炼焦过程的技术操作条件。

1．配煤性质和组成的影响

2．焦炉操作条件的影响

炼焦温度、操作压力、挥发物在炉顶空间停留时间、焦炉内生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化作用都影响炼焦化学产品的产率及组成，最主要的影响因素是炉墙温度(与结焦时间相关)和炭化室顶部空间温度（也称炉顶空间温度）。

第三节回收与加工化学产品的方法及典型流程从焦炉炭化室生成的荒煤气需在化产回收车间进行冷却、输送，回收焦油、氨、硫、苯族烃等化学产品，同时净化煤气。这一方面是为得到有用的化学产品，另一方面是为了便于煤气顺利地输送、储存和用户的使用。

焦化厂一般采用冷却、冷凝的方法除去煤气中的焦油和水；利用鼓风机抽吸和加压输送煤气；用电捕方法除少量的焦油雾；煤气中其他成分的脱除大多采用吸收法；对于净化程度要求高的场合，可采用吸附法或冷冻法。

一、在正压下操作的焦炉煤气处理系统

1. 正压操作系统

焦炉煤气净化精制处理系统中鼓风机设在初冷器的后面。

2 . 半负压操作系统

焦炉煤气净化精制处理系统中鼓风机设在电捕焦油器的后面。

二、在负压下操作的焦炉煤气处理系统

在采用水洗氨的系统中，因洗氨塔操作温度尽可能低些（22～25℃）为宜，故鼓风机可设在煤气净化系统的最后面，这

就是全负压工艺流程。

三、粗苯加工生产流程系统

粗苯工段生产的粗苯，经两苯塔分馏为轻苯和重苯。苯、甲苯、二甲苯的绝大部分和硫化物的大部分及50%的不饱和化合物聚集与轻苯中，苯乙烯、古马隆和茚等高沸点不饱和化合物聚集

于重苯中。轻苯和重苯分别加工。

冷凝工段生产的煤焦油是具有刺激性臭味的黑色或黑褐色

的黏稠状液体，其中含有上万种的物质，须经过予处理蒸馏切取组分集中的各种馏分，再对各种馏分用酸碱洗涤、蒸馏、聚合、结晶等方法进行处理提取纯产品。

第二章煤气的初冷和焦油氨水的分离焦炉煤气从炭化室经上升管逸出时的温度为650－750℃此时煤气中含有焦油气，苯族烃、水汽，氨、硫化氢、氰化氢，萘及其他化合物，为回收和处理这些化合物，首先应将煤气冷却，这是因为:

1. 从煤气中回收化学产品和净化煤气时，多采用比较简单易行的冷凝，冷却法和吸收法，在较低的温度下(25~ 35℃)才能保证较高的回收率;

2. 含有大量水汽的高温煤气体积大(例如由附表2查得0℃时lm3干煤气，在80℃经水蒸汽饱和后的体积2.429m3，而在25℃经水汽饱和的体积为1.126m。，前者比后者大1.16倍)，显然所需输送煤气管道直径、鼓风机的输送能力和功率均增大，这是不经济的;

3. 在煤气冷却过程中，不但有水汽冷凝，且大部分焦油和萘也被分离出来，部分硫化物，氰化物等腐蚀性介质溶于冷凝液中，从而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀。

煤气的初步冷却分两步进行：

第一步是在集气管及桥管中用大量循环氨水喷洒，使煤气冷却到80~90℃；

第二步再在煤气初冷器中冷却。在初冷器将煤气冷却到何种程度，随化学产品回收与煤气净化选用的工艺方法而异，经技术经济比较确定，例如若以硫酸或磷酸作为吸收剂，用化学吸收法