煤化工工藝教案

1、化工專(zhuān)業(yè)備課教案授課班級(jí)化工專(zhuān)業(yè)15年級(jí)1班授課時(shí)間課題煉焦的基本知識(shí)授課安排4課時(shí)課型理論教具多媒體授課教師張君教育教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)1、煉焦的基本知識(shí)2、焦炭的生成。能力目標(biāo)能夠熟知焦炭的基本性質(zhì)情感目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生敢于探索知識(shí)的能力教材分析重點(diǎn)焦炭的用途、焦炭的基本性質(zhì)等內(nèi)容難點(diǎn)焦炭的生成過(guò)程等內(nèi)容關(guān)鍵熟知焦炭的化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)生教法學(xué)法教師講授為主，適量的練習(xí)。 教學(xué)環(huán)節(jié)及內(nèi)容安排教法與學(xué)法第一、二課時(shí)第一、組織教學(xué)1、清點(diǎn)學(xué)生人數(shù)，安定課堂秩序。2、嚴(yán)禁學(xué)生接打電話(huà)、玩手機(jī)；第二、講授新課新課程教學(xué)要求 一、教學(xué)內(nèi)容1、 焦炭及用途 2、焦炭的基本性質(zhì)3、焦炭的生成過(guò)程 4、化學(xué)產(chǎn)品的產(chǎn)生 二

2、、上課要求1、不能遲到、曠到2、不能睡覺(jué)3、動(dòng)手做圖三、考核方式 考勤+作業(yè)+期中+期末四、講授新課焦炭的產(chǎn)生任務(wù)引入 煙煤在隔絕空氣的條件下，加熱到950-1050，經(jīng)過(guò)干燥、熱解、熔融、粘結(jié)、固化、收縮等階段最終制成焦炭，這一過(guò)程叫高溫?zé)捊梗ǜ邷馗绅s）。由高溫?zé)捊沟玫降慕固坑糜诟郀t冶煉、鑄造和氣化。煉焦過(guò)程中產(chǎn)生的經(jīng)回收、凈化后的焦?fàn)t煤氣既是高熱值的燃料，又是重要的有機(jī)合成工業(yè)原料。 班長(zhǎng)匯報(bào)出勤情況學(xué)生配合見(jiàn)PPT 教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程教法與學(xué)法1、 什么是焦炭？ 由煙煤、石油、瀝青或者其他液體碳?xì)浠衔餅樵?，在隔絕空氣的條件下干餾得到的固體產(chǎn)物都可稱(chēng)之為廣義的焦炭。二、焦炭及用途焦炭主要用

3、于高爐煉鐵和用于銅、鉛、鋅、鈦、銻、汞等有色金屬的鼓風(fēng)爐冶煉，在高爐冶煉過(guò)程中有供熱、還原、料柱骨架和供碳四種作用。 （1）供熱。高爐冶煉所需要的熱量是由焦炭和噴吹燃料的燃燒及熱風(fēng)提供的，其中焦炭燃燒提供的熱量占7580。焦炭灰分低，并在下降至風(fēng)口前仍然保持一定的塊度，是保證燃燒狀態(tài)良好的重要條件。 （2）還原劑。高爐中礦石的還原是通過(guò)間接還原和直接還原完成的。間接還原反應(yīng)約從400開(kāi)始。間接還原是上升的爐氣中的CO還原礦石，使氧化鐵逐步從高價(jià)鐵還原成低價(jià)鐵一直到金屬鐵，同時(shí)產(chǎn)生CO2:3Fe2O3+CO2Fe3O4+CO2Fe3O4+CO3FeO+CO2FeO+COFe+CO2直接還原是在高

4、爐中約850以上的區(qū)域開(kāi)始。由于高溫時(shí)生成的CO2立即與焦炭中的碳反應(yīng)生成CO，從全過(guò)程看可以認(rèn)為是焦炭中的碳直接參與還原過(guò)程：FeO+COFe+CO2CO2+C2COFeO+COFe+CO2不論間接還原或直接還原，都是以CO為還原劑。為了不斷補(bǔ)充CO，要求焦炭有一定的反應(yīng)性。（3）料柱骨架。高爐爐料中以焦炭堆積密度為最小，焦炭體積占爐料總體積的3550。焦炭比較堅(jiān)固，且在風(fēng)口區(qū)以上始終保持塊狀，因此它是高爐料柱中的骨架，起疏松料柱、保證料柱有良好透氣性的作用，是爐況順行的重要因素。 （4）供碳。生鐵中的碳全部來(lái)源于高爐焦，進(jìn)入生鐵的碳約占焦炭含碳量的79。焦炭中的碳從高爐軟融帶開(kāi)始滲入生鐵；

5、在滴落帶，滴落的液態(tài)鐵與焦炭接觸時(shí)，碳進(jìn)一步滲入生鐵，最后可使生鐵的碳含量達(dá)到4左右。見(jiàn)PPT板書(shū)教師講解見(jiàn)PPT板書(shū)教師講解 教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程教法與學(xué)法高爐焦:高爐焦是專(zhuān)門(mén)用于高爐煉鐵的焦炭。高爐焦在高爐中的作用主要有以下幾個(gè)方面：(1)作為燃料，提供礦石還原、熔化所需的熱量。對(duì)于一般情況下的高爐，每煉lt生鐵需焦炭500Kg左右，焦炭幾乎供給高爐所需的全部熱能。當(dāng)風(fēng)口噴吹燃料并鼓入氧氣的情況下，焦炭供給的熱能也約占全部熱能的700%80%。焦炭燃燒所提供的熱量是在風(fēng)口區(qū)產(chǎn)生的，焦炭灰分低、進(jìn)入風(fēng)口區(qū)仍保持一定塊度是保證燃燒情況良好所必需的條件。(2)作為還原劑，提供礦石還原所需的還原氣體CO

6、。高爐中礦石還原是通過(guò)間接和直接還原完成的。間接還原是上升的爐氣中的CO還原礦石，使氧化鐵逐步從高價(jià)鐵還原成低價(jià)鐵，一直到金屬鐵，同時(shí)產(chǎn)生CO2：間接還原反應(yīng)約從400開(kāi)始，直接還原在高爐中約850以上的區(qū)域開(kāi)始。由于高溫時(shí)生成的CO2又立即與焦炭中的碳反應(yīng)生成CO，所以從全過(guò)程看，可以認(rèn)為是焦炭中的碳直接參與還原過(guò)程：不論間接或直接還原，都是以CO為還原劑，為了不斷補(bǔ)充CO，需要焦炭有一定的反應(yīng)性。(3)對(duì)高爐爐料起支撐作用并提供一個(gè)爐氣通過(guò)的透氣層。焦炭比較堅(jiān)固，且在風(fēng)口區(qū)以上始終保持塊狀，因此它是高爐爐料的骨架。焦炭在高爐中比其他爐料的堆密度小，具有很大空隙度，因?yàn)榻固矿w積占爐料總體積的

7、。35%50%左右，所以起到疏松作用，使高爐中氣體流動(dòng)阻力小，氣流均勻，成為高爐順行的必要條件，高爐焦要求一定塊度組成和強(qiáng)度指數(shù)，就是為了在高爐中有良好的透氣性。(4)供碳作用，生鐵中的碳全部來(lái)源于高爐焦炭，進(jìn)入生鐵中的碳約占焦炭中含碳量的7%10%。焦炭中的碳從高爐軟融帶開(kāi)始滲入生鐵；在滴落帶，滴落的液態(tài)鐵與焦炭接觸時(shí)，碳進(jìn)一步滲入鐵內(nèi)，最后可使生鐵的碳含量達(dá)到4%左右。見(jiàn)PPT板書(shū)教師講解 教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程教法與學(xué)法鑄造焦 :鑄造焦是化鐵爐熔鐵的主要燃料。其作用是熔化爐料并使鐵水過(guò)熱，支撐料柱保持其良好的透氣性。因此，鑄造焦應(yīng)具備塊度大、反應(yīng)性低、氣孔率小、具有足夠的抗沖擊破碎強(qiáng)度

8、、灰分和硫分低等特點(diǎn)。 氣化焦:是專(zhuān)用于生產(chǎn)煤氣的焦炭，也就是質(zhì)量要求沒(méi)有冶金焦高的焦碳。主要用于固態(tài)排渣的固體床煤氣發(fā)生爐內(nèi)，作為氣化原料，生產(chǎn)以CO和H2為可燃成分的煤氣。氣化焦要求灰份低、熔點(diǎn)高、塊度適當(dāng)和均勻。其一般要求如下：固定碳大于80%；灰份小于15%；灰熔點(diǎn)大于1250；揮發(fā)份小于3%；粒度15-35%和大于35mm兩級(jí)。氣化過(guò)程的主要反應(yīng)有： C+O2CO2+408177KJCO2+C2CO-162142KJC+H2OCO+H2-118628KJC+2H2OCO2+2H2-755115DJ  因?yàn)楫a(chǎn)生CO和H2的過(guò)程均是吸熱反應(yīng)，需要的

9、熱量由焦炭的氧化、燃燒提供，因此氣化焦也是氣化工程的熱源。電石焦:是在生產(chǎn)電石的電弧爐中作導(dǎo)電體和發(fā)熱用的焦炭。電石焦具有灰份低、反應(yīng)性高、電阻率大和粒度適中等特性，其化學(xué)成分和粒度一般應(yīng)符合如下要求:固定碳大于84%，灰份小于14%，揮發(fā)份小于2%，硫份小于1。5%，磷分小于0.04%，水分小于1.0%，粒度根據(jù)生產(chǎn)電石的電弧爐容量而定。電石焦是焦炭的一種， 焦炭是煉焦煤經(jīng)過(guò)高溫干餾，脫除了揮發(fā)份以后的可燃固體，是質(zhì)地堅(jiān)硬、多孔、有裂紋、呈銀灰色的塊狀碳質(zhì)材料。生產(chǎn)方法和用途不同，焦炭的品種和質(zhì)量也有所不同，按用途可分為冶金焦、鑄造焦、化工焦、鐵合金焦等。電石用焦加入電弧爐中，在電弧熱和電阻

10、熱的高溫(1800-2200)作用下，和石灰石發(fā)生復(fù)雜的發(fā)應(yīng)，生成熔融狀態(tài)的碳化鈣，也就是電石。電石焦在加工電石過(guò)程中，是需要脫水干燥，然后經(jīng)過(guò)粉碎加工，最后經(jīng)過(guò)特定條件和石灰石發(fā)生反應(yīng)生成碳化鈣，在這個(gè)工藝中，石灰石和電石焦都是必須經(jīng)過(guò)事先加工才能夠應(yīng)用，通過(guò)磨粉機(jī)等設(shè)備進(jìn)行粉磨，才能讓其充分接觸反應(yīng)。見(jiàn)PPT板書(shū)教師講解 教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程教法與學(xué)法 一、焦炭的基本概念  1、焦炭的定義  焦炭是一種質(zhì)地堅(jiān)硬、多孔、呈銀灰色，并有不同粗細(xì)裂紋的碳質(zhì)固體塊狀材料，其真密度約180195，堆積密度約400520kgm3，由C、H、0、N、S、P等元

11、素組成，在高爐煉鐵中起還原劑、發(fā)熱劑和料柱骨架的作用。 第二章 焦炭的基礎(chǔ)知識(shí)  2、焦炭的指標(biāo)  2.1 硫份（St，d）  硫是生鐵冶煉的有害雜質(zhì)之一，它使生鐵質(zhì)量降低。由高爐爐料帶入爐內(nèi)的硫有 11% 來(lái)自礦石，3.5% 來(lái)自石灰石，82.5% 來(lái)自焦炭，所以焦炭是爐料中硫的主要來(lái)源。焦炭硫份的高低直接影響到高爐煉鐵生產(chǎn)。當(dāng)焦炭硫份大于1.6% ，硫份每增加 0.1% ，焦炭使用量增加1.8%，石灰石加入量增加 3.7%

12、, 礦石加入量增加 0.3% 高爐產(chǎn)量降低 1.52.0%. 冶金焦的含硫量規(guī)定不大于 1% ，大中型高爐使用的冶金焦含硫量小于 0.40.7% ，我廠(chǎng)要求焦炭硫份控制在0.8%以?xún)?nèi)。  2.2 磷份（P）  焦炭中的磷份在煉鐵中大部分轉(zhuǎn)入鐵中，生鐵含磷使其冷脆性變大，用于轉(zhuǎn)爐煉鋼時(shí)，因采用酸性熔渣，磷難以除掉，生鐵含磷應(yīng)低于0.010.015%，用于平爐煉鋼時(shí)，因系堿性熔渣，磷可做燃料燒掉，煤煉焦時(shí)磷全部轉(zhuǎn)入焦炭，若要求低磷焦炭，必須控制焦炭含磷，我廠(chǎng)對(duì)

13、磷不做要求。灰份（Ad）  焦炭燃燒后的殘余物為灰份，主要成分是二氧化硅、三氧化二鋁等酸性氧化物，在煉焦過(guò)程中全部轉(zhuǎn)入焦炭。灰份含量增高，在高爐冶煉過(guò)程中，為造渣所消耗的石灰石和熱量將增加，高爐利用系數(shù)降低，焦比增加。焦炭灰份增加1%，焦炭用量增加22.5% 因此，焦炭灰份的降低是十分必要的。   2.4 揮發(fā)份（Vdaf）  將焦炭加熱到850以上，即從焦炭中析出揮發(fā)物，剩余部分為固定碳和灰份。根據(jù)焦炭的揮發(fā)份含量可判斷焦炭成熟度。如揮發(fā)份大于 1.9% ，則表示焦炭成熟不好，焦炭耐

14、磨性差，使高爐透氣性差，可能引起掛料，增加吹損，破壞高爐操作制度等惡果見(jiàn)PPT板書(shū)教師講解 教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程教法與學(xué)法揮發(fā)份小于 0.50.7%, 則表示過(guò)火，過(guò)火焦易碎，容易落入熔渣中，造成排渣困難、風(fēng)口燒壞等現(xiàn)象，一般成熟的冶金焦揮發(fā)份為 1% 左右。水份（Mt）  焦炭在102105烘箱中干燥到橫重后損失量即為水份。水份波動(dòng)會(huì)使焦炭計(jì)量不準(zhǔn)，從而引起爐況波動(dòng)。此外，焦炭水份提高會(huì)使 M偏低， M10 偏高，給轉(zhuǎn)鼓指標(biāo)帶來(lái)誤差。焦炭的物理機(jī)械性質(zhì)  3.1 篩分組成

15、0; 為使高爐透氣性好，焦炭塊度要求均勻。焦?fàn)t生產(chǎn)的焦炭通常分為40mm焦炭，2540mm的冶金焦，1025mm的小塊焦和10mm的粉焦四級(jí)，全焦中冶金然產(chǎn)率通常為93%左右，小塊焦為23%，粉焦為45%。為鑒定焦炭塊度的均勻性，可用篩孔為110×110、80×80、60×60、40×40、25×25和10×10mm的一套篩子進(jìn)行篩分試驗(yàn)，冶金焦塊度的均勻性可用下式表示：             

16、 (4080)  K=     (80)+(2540)  式中(4080)、(80)、(2540)為該等級(jí)焦炭占冶金焦的重量百分比，K值越大，焦炭塊度均勻性越好。高爐最適宜的焦炭粒級(jí)，應(yīng)視高爐溶劑、原料情況而定。我國(guó)過(guò)去對(duì)焦炭粒度要求為：對(duì)大型高爐（ 13002000 立方米）焦炭粒度大于 40mm；中、小高爐焦炭粒度大于 25mm。但目前一些 鋼 廠(chǎng)的試驗(yàn)表明，焦炭粒度在 4025mm為好。焦炭塊度均勻，空隙大，阻力小，高爐

17、爐況運(yùn)行良好。焦炭生產(chǎn)工藝流程：  在上一章我們已經(jīng)了解，原煤經(jīng)過(guò)洗選后即可以作為洗精煤煉焦，但仍需要做一定的工藝處理，才能達(dá)到煉焦要求，通常把原料煤在煉焦前進(jìn)行的工藝處理過(guò)程稱(chēng)為備煤工藝過(guò)程。這個(gè)過(guò)程是在備煤作業(yè)區(qū)（原稱(chēng)備煤車(chē)間）來(lái)進(jìn)行完成的。原料煤主要經(jīng)過(guò)配合、粉碎、調(diào)濕、除雜等一系列過(guò)程使之達(dá)到煉焦要求之后，通過(guò)皮帶被輸送到煤塔供煉焦作業(yè)區(qū)使用。煤的熱解過(guò)程：  配合好的洗精煤進(jìn)入焦?fàn)t，就開(kāi)始了所謂的煉焦過(guò)程。煉焦過(guò)程簡(jiǎn)單的說(shuō)：就是配合煤的高溫干餾。即把煉焦配煤在常溫下裝入炭化室后，煤在隔絕空氣的條件下受到來(lái)自爐墻和爐底(10001100 

18、;)的熱流加熱。煤料即從炭化室墻到炭化室中心方向，一層一層地經(jīng)過(guò)于燥、預(yù)熱、分解、產(chǎn)生膠質(zhì)體、膠質(zhì)體固化、半焦收縮和半焦轉(zhuǎn)變?yōu)榻固康倪^(guò)程。見(jiàn)PPT板書(shū)教師講解 教學(xué)內(nèi)容和過(guò)程教法與學(xué)法煤的熱解過(guò)程大體可分力以下幾個(gè)階段：1、干燥和預(yù)熱：200以前是煤的干操和預(yù)熱階段，同時(shí)析出吸附在煤上的二氧化碳、甲烷等氣體。  2、開(kāi)始分解：200350煤開(kāi)始分解。由于側(cè)鏈的斷裂和分解，產(chǎn)生氣體和液體，350前主要分解出化合水、二氧化碳、一氧化碳、甲烷等氣體，焦油蒸出量很少。  3、生成膠質(zhì)體：350450時(shí)由于側(cè)鏈的斷裂生成大且的液體、高沸點(diǎn)焦油蒸汽和固體微粒，并形成

19、一個(gè)多分散相的膠體系統(tǒng)：即膠質(zhì)體，凡是能生成膠質(zhì)體的煤都有粘結(jié)性。  4、膠質(zhì)體固化：450550膠質(zhì)體中的液體進(jìn)一步分解，一部分以氣態(tài)析出，一部分固化并與碳原子平面網(wǎng)格結(jié)合在一起，生成半焦。  5、半焦收縮：550650，半焦進(jìn)一步析出氣體而收縮，同時(shí)產(chǎn)生裂紋。  6、生成焦炭；650950，半焦繼續(xù)析出氣體，主要是碳原子平面網(wǎng)格周?chē)臍湮龀?，因而半焦繼續(xù)收縮，平面網(wǎng)格間縮合、變緊，最后生成焦炭。在此階段析出的焦油蒸汽與熾熱的焦炭相遇，部分進(jìn)一步熱分解，析出的游離碳沉積在焦炭上，逸出的蒸汽成分與低溫狀態(tài)下的不同，這個(gè)再分解過(guò)程叫做二

20、次熱分解。      煤的開(kāi)始分解、膠質(zhì)體生成及固化溫度，隨煤種不同而異，一般來(lái)說(shuō)，隨變質(zhì)程度加深，開(kāi)始分解溫度、膠質(zhì)體固化溫度變高。四、煤的結(jié)焦機(jī)理  上面對(duì)煤的熱解過(guò)程的概述只能說(shuō)明煤煤熱解的基本情況，并不反應(yīng)真正的熱解狀態(tài)，事實(shí)上熱解過(guò)程中既存在側(cè)鏈的斷裂，同時(shí)也發(fā)生還原性的聚合、縮合作用，既存在鍵的斷裂、聚合等化學(xué)反應(yīng)，同時(shí)也發(fā)生熱解產(chǎn)物（固體、液體、氣體）所組成的分散體系中，不溶解顆粒的再分散及吸附分散介質(zhì)的表面作用；既有化學(xué)鍵間的作用又由于被分解出氣體不易透過(guò)膠質(zhì)體而產(chǎn)生的壓力作用等。因此熱解過(guò)程是由許多同時(shí)進(jìn)行的過(guò)程所進(jìn)行，熱解過(guò)成的每一階段也并非絕然分開(kāi)，而是相互交叉的。再加上配合煤是由各種牌號(hào)的煤按照不同的比例組成的，因此加熱時(shí)配合煤相互間更發(fā)生根復(fù)雜的交叉的物理化學(xué)作用。對(duì)于這樣一個(gè)復(fù)雜的矛盾過(guò)程，我們必需抓住主