第二章 煤的低温干馏

第一节、概述
概念：煤干馏—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。

（或炼焦、焦化）
分类（按加热终温）：低温干馏：500～600℃；中温干馏：700～900℃；高温干馏：900～1100℃
低温干馏特点：煤的低温干馏过程仅是一个热加工过程，常压生产，不用加氢，不用氧气，即可制得煤气和焦油，实现了煤的部分气化和液化。

低温干馏与煤的气化和液化相比，过程简单、加工条件温和、投资少、生产成本低，经济竞争能力强。

适用煤：褐煤、长焰煤和高挥发分的不黏煤等低阶煤。

低温干馏产品：半焦、煤气、焦油
第二节、低温干馏产品
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。

一般焦油产率为6～25%，半焦产率50～70%，煤气产率80～200m3/t（原料干煤）。

1、半焦
性质：①孔隙率为30～50%；②反应性和比电阻都比高温焦炭高，原料的煤化程度越低，半焦的反应能力和比电阻越高；③强度较低，低于高温焦炭；④在电炉冶炼和化学反应等过程中使用。

应用：应用范围较广，优质的民用和动力燃料。

原因：无烟，不形成焦油，含硫比原煤低，有利于环境保护，反应性好，热效率比煤高，块度均匀；铁合金生产的优良碳料，褐煤半焦可用作高炉炼铁喷吹料，粉矿烧结。

影响因素：半焦的块度和原料煤的块度、强度和热稳定性、低温干馏炉的结构、加热速度及温度梯度有关。

2、煤焦油
性质：低温干馏煤焦油是黑褐色液体，密度一般小于1g/cm3 。

成分特征：①酚类含量高：35%，②有机碱含量比较低1～2%，烷基2～10%，烯烃3～5%，环烷烃10%，芳烃15～25%，中性含氧化合物（酮、酯和杂环化合物）20～25%，沥青10%。

用途：可生产发动机燃料、酚类、烷烃和芳烃，（包括苯、萘的同系物）；生产的酚类可以用于生产塑料、合成纤维、医药等；泥炭和褐煤焦油中含有大量蜡类，可生产表面活性剂和洗涤剂；低温焦油经催化加氢可生产发动机燃料和其他产品。

3、煤气
性质：低温干馏煤气密度为0.9～1.21g/cm3,含有较多的甲烷和其他烃类。

一氧化碳含量较高，热值低，氢气、甲烷含量不高（天然气中热值较高的甲烷含量很高）。

用途：本企业的加热燃料和其他，多余的用作民用煤气，用作化学合成原料气。

第三节、干馏产品的影响因素
1、原料煤
焦油产率（一般煤阶↘，焦油↗）褐煤焦油产率变动于：4.5%~23%烟煤焦油产率介于：0.5%~20%（从气煤到瘦煤随变质程度↗产率↘，肥煤例外）
焦油成分：酚类：煤阶↗，含O量↘，酚↘。

热解水：煤阶↗，含O量↘，热解水↘。

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。

2、加热终温
3、加热速度
快速：低分子产物应当多，焦油产率高。

慢速：固体残渣产率高。

提高煤的加热速度
能（产率）：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↗。

第四节、低温干馏主要炉型
1、设备特点及分类
低温干馏生产中主要设备为干馏炉。

设计要求：过程效率高；操作方便可靠；物料加热均匀；干馏过程易于控制。

特点：原料类别范围宽；原料尺寸范围大；挥发分的二次热解作用小。

加煤和煤料移动方向：立式炉、水平炉、斜炉和转炉等。

供热方式：外热式和内热式。

外热式：外热式的热量由炉墙传入，煤料装在干馏室内，进行外部加热。

优点：干馏室和燃烧室不连通，干馏挥发物和燃烧烟气不混合，保证挥发产物不被稀释。

缺点：由炉墙加热，煤料的受热不均匀，导致半焦质量不均匀；过高的温度区导致了挥发产物的二次热解反应，降低了焦油产率。

内热式：内热式借助热载体把热量传给煤料，气体热载体直接进入干馏室。

气体热载体一般是燃料煤气燃烧的烟气或热的半焦等其他固体物质。

优点：热载体直接给煤料传热，热效率高，低温干馏耗热量低；所有装入物料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象；没有加热的燃烧室或火道，炉子结构比较简单；
缺点：煤料必须有一定的块度，保证料层通气性好；物料粒度范围窄；气体热载体稀释了干馏气态产物，增加了处理设备的容积和输送动力。

沸腾床干燥炉：将预先干燥过的粉煤连续加入，燃料为气体与氧气混合物，炉内形成沸腾的焦粉床层，煤料在炉中干馏。

干馏产物由满流管从炉子中排出，干馏气在气体冷却系统中分出焦油、中油和干馏煤气。

气流内热式炉：原料为不粘结性煤（褐煤块或型煤），炉中干馏原料块度为20～80毫米。

对
于粘结性煤，此种炉型不适用。

典型炉型：鲁奇三段炉。

煤在炉中由上部向下移动过程分为三段：干燥段——干馏段——焦炭冷却段。

干燥段循环热气流将煤干燥到150℃；干馏段热气流将煤加热到500～850℃；冷却段焦炭被冷循环气流冷却到100～150℃，最后排出。

排焦机构控制炉子的生产能力。

上部循环气流温度保持280℃。

循环气和干馏煤气混合物从干馏段引出，液态产物在后续冷凝系统中分出。

冷却系统包括初冷器、焦油分离槽、终冷器和气体汽油吸收塔。

第五节、立式炉生产城市煤气
连续操作，原料有一定的粘结性，具有一定的粒度，热量由加热炉墙传入。

为了强化传热，由碳化室下部吹入回炉煤气，冷却炙热的焦炭，回收热量。

火道加热燃料为回炉煤气或发生炉煤气。

第六节、固体热载体干馏工艺
1、Toscoal工艺
Toscoal工艺是美国油页岩公司（Oil Shale corp）和Rocky Flats 研究中心开发的。

预先制备并预热的煤送入回转炉中，在此与赤热的瓷球热载体接触而发生热解，产品为半焦、油和热值为22MJ/m3的煤气。

陶瓷球做热载体，将煤粉快速加热干馏以得到焦油。

将粉碎的煤与加热煤气一起经上升管进行预加热，并进入热解鼓里，煤与被加热的瓷球接触后进行热解。

瓷球是靠工艺过程中生成的煤气加热。

煤在约480℃下热解后生成含半焦和焦油的挥发性气体。

半焦经过滚筒筛与瓷球分离并由斗子排出。

2、苏联粉煤快速热解工艺
煤干燥阶段（110~150℃）和煤预热阶段（300~400 ℃）之前采用气体热载体；由热解开始到600~650 ℃阶段采用固体热载体；固体热载体（半焦）温度为800 ℃左右；原料：褐煤；产品：焦油中含有较多含氧化合物，其性质不稳定。

3、鲁奇鲁尔煤气工艺
简称L-R工艺，是鲁奇公司和鲁尔公司共同开发的一种多用途的新工艺，主要以由高挥发分的低煤化度煤制取多量焦油为目的。

首先用于煤的低温干馏，把煤蒸脱挥发分生产高热值煤气，后来用于裂解液态烃生产烯烃。

①原料：褐煤、粒度0~5mm；
②热载体：焦粉、温度700~750 ℃；
③热载体提升气：燃烧炉的热烟气
④干馏温度范围：450~670 ℃；
⑤产品：半焦：灰分不高，热值高，反应性好，比电阻大。

4、中国煤干馏实验
固体热载体快速热解工艺是由大连理工大学研究开发的，主要实验装置有混合器、反应
槽、流化燃烧提升管、集合槽和焦油冷凝回收系统等。

基本流程是将预热过的煤(100℃～120℃)和800℃的热载体半焦进行混合，半焦是干燥煤量的2～6倍。

混合后加热至500℃～700℃送入反应器中进行热解，热解产物经除尘器去冷却回收系统得焦油、煤气、兰炭部分排出，部分去提升管内进行部分燃烧，继续作为热载体进行原料煤热解。

采用固体热载体快速热解工艺不仅可解决干馏时间长的问题，还可以解决干馏炉只能用块状原料的问题。