《煤化工工藝學(xué)》煤的低溫干餾

1、第二章 煤的低溫干餾2-1 概述一、定義及其分類煤干餾（煉焦、焦化，Carbonization）：煤在隔絕空氣或者惰性氣氛條件下受熱分解生成煤氣、焦油、粗苯、半焦或焦炭的過程，又稱煤熱解（Pyrolysis）或熱分解（Thermal decomposition）。分類：煤干餾（根據(jù)加熱終溫的不同）低溫干餾：500600 oC中溫干餾：700900 oC高溫干餾：9001100 oC二、煤低溫干餾的發(fā)展歷程煤低溫干餾始于19世紀(jì)初，當(dāng)時(shí)主要用于制取燈油和蠟；19世紀(jì)末因電燈的發(fā)明，煤低溫干餾趨于衰落；二戰(zhàn)期間，德國用褐煤為原料利用低溫干餾制備煤焦油，再高壓加氫制取汽油和柴油；戰(zhàn)后，大量石油的開采

2、，低溫干餾工業(yè)再次陷入停滯狀態(tài)。三、煤低溫干餾實(shí)質(zhì)及其特點(diǎn)煤低溫干餾僅是常壓熱加工過程，受熱后煤的有機(jī)質(zhì)隨溫度升高發(fā)生一系列變化，形成氣態(tài)（煤氣）、液態(tài)（焦油、粗苯）和固態(tài)（半焦或焦炭）。煤低溫干餾實(shí)現(xiàn)了煤的部分氣化和液化。與煤的氣化和液化相比，其優(yōu)點(diǎn)：工藝過程簡單，加工條件溫和，投資少，生產(chǎn)成本低，充分利用了煤分子中含氫的潛在優(yōu)勢。適于低溫干餾加工的煤種：低階煤（如褐煤、長焰煤和高揮發(fā)分的不黏煤等），這是因?yàn)椋旱碗A煤無黏結(jié)性，有利于在固定床或流化床干餾爐中處理。最佳熱解溫度是隨煤階降低而降低的，低階煤開始熱解溫度低。低階煤中揮發(fā)分含量較多，可得到較多的焦油和煤氣。煤低溫干餾產(chǎn)品：半焦、煤氣、

3、焦油2-2 低溫干餾產(chǎn)品一、半 焦半焦的性質(zhì)孔隙率/%：3050；反應(yīng)性(于1050 oC, CO2)/mL/（gs）：比高溫焦炭高；比電阻/m：比高溫焦炭高； 半焦的應(yīng)用做優(yōu)質(zhì)的民用和動(dòng)力燃料； 無煙、不生成焦油、反應(yīng)性好、熱效率高、有一定塊度鐵合金的優(yōu)良炭料； 要求比電阻盡可能高其他： 冶金型焦中間產(chǎn)品、粉礦燒結(jié)、高爐煉鐵的噴吹料二、煤焦油物理性質(zhì) 黑褐色液體，密度300 oC 析出揮發(fā)分、熱解510600 oC 低溫干餾終溫600 oC 半焦開始向焦炭轉(zhuǎn)化（H2 ，CH4 ， 半焦，焦油，煤氣）三、加熱速度快速 低分子產(chǎn)物應(yīng)當(dāng)多，焦油產(chǎn)率高慢速 固體殘?jiān)a(chǎn)率高提高煤的加熱速度，可使產(chǎn)品產(chǎn)

4、率發(fā)生如下變化： 半焦，焦油 ，煤氣略微四、壓力提高壓力，可使產(chǎn)品產(chǎn)率發(fā)生如下變化： 半焦和氣態(tài)產(chǎn)物，焦油 ，半焦強(qiáng)度2-4 低溫干餾主要爐型一、干餾設(shè)備的要求效率高加熱均勻操作方便、可靠過程易控原料煤類寬粒度尺寸范圍大二次熱解作用小二、干餾供熱方式外熱式（由爐墻外部傳入熱量） 缺點(diǎn)：熱導(dǎo)率小、加熱不均勻、半焦質(zhì)量不均、二次熱解加深、焦油產(chǎn)率降低外熱式供熱示意圖 二、干餾供熱方式內(nèi)熱式（借助熱載體傳熱，載體和煤料直接接觸）熱載體包括：固體熱載體（熱半焦、熱瓷球）和氣體熱載體（熱煙氣）優(yōu)點(diǎn)：熱效率高、耗能低、 加熱均勻、簡化干 餾爐結(jié)構(gòu)缺點(diǎn)：煤料要求高（必須是 塊狀，粒度范圍窄）、 氣體載體稀釋

5、干餾氣 態(tài)產(chǎn)物。內(nèi)熱式供熱示意圖 三、氣流內(nèi)熱式爐沸騰床干餾爐（氣流床/沸騰床）原料：6 mm粉煤； 黏結(jié)性煤：氣流吹入法 加料 不黏結(jié)性煤：螺旋給料器 燃料氣和空氣燃燒供熱 熱煙氣 產(chǎn)品 煤粉滿流管焦粉氣體旋風(fēng)分離器煤氣氣體冷卻系統(tǒng)粉塵焦油、中油三、氣流內(nèi)熱式爐魯奇三段爐（固定床）原料：褐煤塊、型煤，2080 mm，非黏結(jié)性煤；流程：（三段：干燥段、干餾段和冷卻段） 氣流內(nèi)熱式爐干餾流程（另見框圖） 三段爐結(jié)構(gòu)圖 2-5 立式爐生產(chǎn)城市煤氣一、原料煤 弱黏結(jié)性、一定塊度75 mm 爐型：外熱式立式爐 1 干餾室； 2 上部蓄熱室； 3 下部蓄熱室； 4 煤槽； 5 焦炭槽； 6 加熱煤氣管二

6、、立式爐生產(chǎn)城市煤氣流程2-6 固體熱載體干餾工藝一、外熱式及氣流內(nèi)熱式的缺點(diǎn)外熱式 干餾傳熱慢，生產(chǎn)能力小氣流內(nèi)熱式 只能處理塊狀煤料，干餾氣態(tài)產(chǎn)物混入惰性氣體，降低了煤氣的質(zhì)量二、托斯考（Toscoal）工藝由美國油頁巖公司（The Oil Shale Corporation）開發(fā)，基于Tosco-II油頁巖干餾工藝發(fā)展而來。原料： 非黏結(jié)性煤和弱黏結(jié)性煤（預(yù)先破黏）產(chǎn)品： 煤氣：熱值高，符合中熱值城市煤氣需求 焦油：加氫可轉(zhuǎn)化為合成原油 半焦：有一定揮發(fā)分，可作為發(fā)電廠原料或制成無煙燃料二、托斯考（Toscoal）工藝Toscoal法干餾非黏結(jié)性煤的工藝流程（另見框圖）工藝特點(diǎn)及要求原料

7、及產(chǎn)品： 粒度12.7 mm，瓷球粒度略大于此值，半焦6.3 mm干燥預(yù)熱： 預(yù)熱溫度熱解溫度干餾溫度：430540 oC 540 oC：焦油產(chǎn)率（二次熱解），半焦 揮發(fā)分16% 二、托斯考（Toscoal）工藝三、ETCH粉煤快速熱解工藝ETCH-175工藝流程三、ETCH粉煤快速熱解工藝工藝特點(diǎn)及要求煤干燥階段（110150 oC）和煤預(yù)熱階段（300400 oC）之前采用氣體熱載體由熱解開始到600650 oC采用固體熱載體固體熱載體溫度為800 oC左右原料：褐煤產(chǎn)品：焦油中含有較多含氧化合物，其性質(zhì)不穩(wěn)定四、魯奇魯爾煤氣工藝（LR工藝）原料：褐煤LR褐煤干餾流程五、中國褐煤干餾試驗(yàn)工藝特點(diǎn)及要求原料：褐煤，粒度05 mm熱載體：焦粉，溫度700750 oC熱載體提升氣：燃燒爐的熱煙氣干餾溫度范圍：450670 oC產(chǎn)品： 半焦：灰分不高，熱值高，反應(yīng)性好，比電阻大五、中國褐煤干餾試驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置：包括原料煤處理、干餾、流化半焦提升、焦油煤氣回 收系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)流程半焦煤氣焦油本章結(jié)束中國煤炭分類褐煤