煤化工反應(yīng)單元

1、6 煤化工反應(yīng)單元工藝煤化工反應(yīng)單元工藝p6-1 煤的干餾煤的干餾p6-2 煤的氣化煤的氣化p6-3 煤的液化煤的液化p6-4 煤化產(chǎn)品的深度加工煤化產(chǎn)品的深度加工6-1 煤的干餾煤的干餾 一、煤的熱分解一、煤的熱分解 煤在隔絕空氣條件下加熱至較高溫度而發(fā)生煤在隔絕空氣條件下加熱至較高溫度而發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程，稱為的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過程，稱為煤的熱解，或稱熱分解和干餾。煤的熱解，或稱熱分解和干餾。 1煤受熱發(fā)生的變化煤受熱發(fā)生的變化 煤在隔絕空氣下加熱時(shí)，煤中有機(jī)質(zhì)隨溫度煤在隔絕空氣下加熱時(shí)，煤中有機(jī)質(zhì)隨溫度的提高而發(fā)生一系列變化，形成氣態(tài)（煤氣），的提高而

2、發(fā)生一系列變化，形成氣態(tài)（煤氣），液態(tài)（焦油）和固態(tài)（半焦或焦炭）產(chǎn)物。液態(tài)（焦油）和固態(tài)（半焦或焦炭）產(chǎn)物。 煤熱解過程大致可分為三個(gè)階段：煤熱解過程大致可分為三個(gè)階段： 第一階段（室溫第一階段（室溫300）煤的外形無變化。脫水、脫氣。煤的外形無變化。脫水、脫氣。 第二階段（第二階段（300600）以解聚和分解反應(yīng)為主，煤粘結(jié)成半焦，并以解聚和分解反應(yīng)為主，煤粘結(jié)成半焦，并發(fā)生一系列變化。煤氣成分主要是氣態(tài)烴，熱值發(fā)生一系列變化。煤氣成分主要是氣態(tài)烴，熱值較高。較高。 第三階段（第三階段（6001000）半焦變成焦炭，以縮聚反應(yīng)為主。一方面析半焦變成焦炭，以縮聚反應(yīng)為主。一方面析出大量煤氣，

3、半焦揮發(fā)分降低，另一方面焦炭的出大量煤氣，半焦揮發(fā)分降低，另一方面焦炭的密度增加，體積收縮，導(dǎo)致產(chǎn)生許多裂紋，形成密度增加，體積收縮，導(dǎo)致產(chǎn)生許多裂紋，形成碎塊。碎塊。 若最終加熱溫度提高到若最終加熱溫度提高到1500以上，則為石墨以上，則為石墨化階段，用于生產(chǎn)石墨炭素材料?；A段，用于生產(chǎn)石墨炭素材料。 2煤熱解的影響因素煤熱解的影響因素 l煤化程度煤化程度 影響煤的熱解開始溫度、熱解產(chǎn)物、熱解反應(yīng)活性和影響煤的熱解開始溫度、熱解產(chǎn)物、熱解反應(yīng)活性和粘結(jié)性、結(jié)焦性等。煤化程度粘結(jié)性、結(jié)焦性等。煤化程度，熱解開始溫度，熱解開始溫度。 年青煤熱解時(shí)，煤氣、焦油和熱解水產(chǎn)率高；中等變年青煤熱解時(shí)，

4、煤氣、焦油和熱解水產(chǎn)率高；中等變質(zhì)程度煙煤熱解時(shí)，煤氣與焦油產(chǎn)率較高，熱解水少；年質(zhì)程度煙煤熱解時(shí)，煤氣與焦油產(chǎn)率較高，熱解水少；年老煤（貧煤以上）熱解時(shí)煤氣和焦油產(chǎn)率很低，焦粉產(chǎn)率老煤（貧煤以上）熱解時(shí)煤氣和焦油產(chǎn)率很低，焦粉產(chǎn)率很高。很高。中等變質(zhì)程度的煙煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性最好，煤越年中等變質(zhì)程度的煙煤的粘結(jié)性和結(jié)焦性最好，煤越年青或越年老，粘結(jié)性和結(jié)焦性越差。青或越年老，粘結(jié)性和結(jié)焦性越差。l加熱終溫加熱終溫 最終溫度最終溫度，焦炭和焦油產(chǎn)率，焦炭和焦油產(chǎn)率，煤氣產(chǎn)率，煤氣產(chǎn)率但發(fā)熱但發(fā)熱量量，焦油中芳烴與瀝青，焦油中芳烴與瀝青，酚類和脂肪烴含量，酚類和脂肪烴含量，煤氣，煤氣中氫氣成分中

5、氫氣成分而烴類而烴類。l升溫速度的影響升溫速度的影響 升溫速度，熱解初次產(chǎn)物發(fā)生二次熱解少，縮聚反升溫速度，熱解初次產(chǎn)物發(fā)生二次熱解少，縮聚反應(yīng)深度不大，可應(yīng)深度不大，可煤氣與焦油的產(chǎn)率，煤氣與焦油的產(chǎn)率，產(chǎn)物中烯烴、苯產(chǎn)物中烯烴、苯和乙炔的含量。和乙炔的含量。 l壓力的影響壓力的影響 高于大氣壓熱解時(shí)，煤的粘結(jié)性得到改善。高于大氣壓熱解時(shí)，煤的粘結(jié)性得到改善。 l裂解氣氛的影響裂解氣氛的影響 加氫熱解后甲烷產(chǎn)率加氫熱解后甲烷產(chǎn)率，輕質(zhì)油產(chǎn)率，輕質(zhì)油產(chǎn)率，干餾殘?zhí)?，干餾殘?zhí)慨a(chǎn)率產(chǎn)率。加氫熱解已成為國內(nèi)外研究從煤制取代用天然。加氫熱解已成為國內(nèi)外研究從煤制取代用天然氣或輕質(zhì)油類（氣或輕質(zhì)油類（B

6、TX）的一個(gè)重要方向。）的一個(gè)重要方向。 二、煤的低溫干餾二、煤的低溫干餾 煤在干餾終溫為煤在干餾終溫為500700的過程；的過程； 煤低溫干餾可得到煤氣、焦油和殘?jiān)虢?；煤低溫干餾可得到煤氣、焦油和殘?jiān)虢?；適于低溫干餾的煤是無粘結(jié)性的非煉焦用煤、褐煤適于低溫干餾的煤是無粘結(jié)性的非煉焦用煤、褐煤或高揮發(fā)分煙煤?；蚋邠]發(fā)分煙煤。 1低溫干餾的產(chǎn)品性質(zhì)低溫干餾的產(chǎn)品性質(zhì) 半焦的反應(yīng)性與比電阻比高溫焦高得多。半半焦的反應(yīng)性與比電阻比高溫焦高得多。半焦的高比電阻特性，使它成為鐵合金生產(chǎn)的優(yōu)良焦的高比電阻特性，使它成為鐵合金生產(chǎn)的優(yōu)良原料。半焦硫含量比原煤低，反應(yīng)性高，燃點(diǎn)低原料。半焦硫含量比原煤低，

7、反應(yīng)性高，燃點(diǎn)低（250左右），是優(yōu)質(zhì)的燃料，也適于制造活左右），是優(yōu)質(zhì)的燃料，也適于制造活性炭、炭分子篩和還原劑等。性炭、炭分子篩和還原劑等。 2煤低溫干餾工藝煤低溫干餾工藝 l連續(xù)式外熱立式爐連續(xù)式外熱立式爐 煙煤連續(xù)地由炭化室頂部的輔助煙煤連續(xù)地由炭化室頂部的輔助煤箱加入炭化室，生成的熱半焦煤箱加入炭化室，生成的熱半焦排入底部的排料箱，炭化過程中排入底部的排料箱，炭化過程中底部通入水蒸氣冷卻半焦，并生底部通入水蒸氣冷卻半焦，并生成部分水煤氣，水煤氣與干餾氣成部分水煤氣，水煤氣與干餾氣由上升管引出。由上升管引出。 l連續(xù)式內(nèi)熱立式爐（三段爐）連續(xù)式內(nèi)熱立式爐（三段爐） 煤在爐中不斷下行，熱

8、煤在爐中不斷下行，熱氣流逆向通入進(jìn)行加熱。用氣流逆向通入進(jìn)行加熱。用于加熱的熱廢氣分別由上、于加熱的熱廢氣分別由上、下二個(gè)獨(dú)立燃燒室燃燒凈煤下二個(gè)獨(dú)立燃燒室燃燒凈煤氣供給，煤在干餾爐內(nèi)被加氣供給，煤在干餾爐內(nèi)被加熱到熱到500850。 l連續(xù)式內(nèi)外熱立式爐連續(xù)式內(nèi)外熱立式爐 由炭化室、燃燒室及上下蓄熱室組成。煤料由上部由炭化室、燃燒室及上下蓄熱室組成。煤料由上部加入干餾室，干餾所需的熱量主要由爐墻傳入。加熱用燃加入干餾室，干餾所需的熱量主要由爐墻傳入。加熱用燃料為發(fā)生爐煤氣或回爐干餾氣，煤氣在立火道燃燒后的廢料為發(fā)生爐煤氣或回爐干餾氣，煤氣在立火道燃燒后的廢氣交替進(jìn)入上下蓄熱室。在干餾室下部吹

9、入回爐煤氣，既氣交替進(jìn)入上下蓄熱室。在干餾室下部吹入回爐煤氣，既回收熱半焦的熱量又促使煤料受熱均勻。回收熱半焦的熱量又促使煤料受熱均勻。l固體熱載體干餾法固體熱載體干餾法 外熱式干餾裝置傳熱慢，生產(chǎn)能力小。氣流內(nèi)熱式外熱式干餾裝置傳熱慢，生產(chǎn)能力小。氣流內(nèi)熱式的燃燒廢氣稀釋了干餾的氣態(tài)產(chǎn)物。采用固體熱載體進(jìn)行的燃燒廢氣稀釋了干餾的氣態(tài)產(chǎn)物。采用固體熱載體進(jìn)行煤干餾，加熱速度快，單元設(shè)備生產(chǎn)能力大。煤干餾，加熱速度快，單元設(shè)備生產(chǎn)能力大。 l加氫干餾工藝加氫干餾工藝 加氫熱解可明顯增加烴類氣體和輕油的產(chǎn)率，為此已加氫熱解可明顯增加烴類氣體和輕油的產(chǎn)率，為此已開發(fā)的工藝有開發(fā)的工藝有Coalcon

10、加氫干餾工藝與加氫干餾工藝與CS-SRT加氫干餾工加氫干餾工藝。后一工藝是以生產(chǎn)高熱值合成天然氣為目的，同時(shí)可藝。后一工藝是以生產(chǎn)高熱值合成天然氣為目的，同時(shí)可制取輕質(zhì)芳烴（制取輕質(zhì)芳烴（BTX），干餾殘?zhí)坑糜谥茪?。該工藝的煤），干餾殘?zhí)坑糜谥茪?。該工藝的煤轉(zhuǎn)化率可達(dá)轉(zhuǎn)化率可達(dá)6065，其中甲烷和乙烷約，其中甲烷和乙烷約30，BTX 810，輕油，輕油13。 三、煤的高溫干餾三、煤的高溫干餾 煤在煉焦?fàn)t中隔絕空氣加熱到煤在煉焦?fàn)t中隔絕空氣加熱到1000左右，經(jīng)過干左右，經(jīng)過干餾的一系列階段，最終得到焦炭，稱為高溫干餾，或高餾的一系列階段，最終得到焦炭，稱為高溫干餾，或高溫?zé)捊够蚝喎Q煉焦。煉焦的

11、主要目的是制取焦炭。煉焦溫?zé)捊够蚝喎Q煉焦。煉焦的主要目的是制取焦炭。煉焦時(shí)副產(chǎn)的煤氣和化學(xué)產(chǎn)品，特別是芳香族化合物在化學(xué)時(shí)副產(chǎn)的煤氣和化學(xué)產(chǎn)品，特別是芳香族化合物在化學(xué)工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。工業(yè)中有廣泛的應(yīng)用。 1焦炭的質(zhì)量要求焦炭的質(zhì)量要求 焦炭在高爐中起三個(gè)作用：焦炭在高爐中起三個(gè)作用： 作為骨架，保持高爐的透氣性；作為骨架，保持高爐的透氣性； 提供熱源；提供熱源； 作鐵礦石的還原劑。作鐵礦石的還原劑。 高爐用焦的要求：高爐用焦的要求： 灰分低，硫和磷低，強(qiáng)度高，塊度均勻，致密，低反應(yīng)性?；曳值停蚝土椎?，強(qiáng)度高，塊度均勻，致密，低反應(yīng)性。 2煉焦配煤的質(zhì)量要求煉焦配煤的質(zhì)量要求 入爐配煤的

12、質(zhì)量指標(biāo)如下：入爐配煤的質(zhì)量指標(biāo)如下： 水分大致控制在水分大致控制在1011 細(xì)度指配煤中小于細(xì)度指配煤中小于3mm的顆粒占配煤的百分率，常規(guī)煉的顆粒占配煤的百分率，常規(guī)煉焦時(shí)為焦時(shí)為7280，配型煤煉焦時(shí)約，配型煤煉焦時(shí)約85，搗固煉焦時(shí)約，搗固煉焦時(shí)約90以上以上 灰分小于灰分小于10 硫分硫分1 配煤的煤化度配煤的煤化度 配煤的粘結(jié)性指標(biāo)配煤的粘結(jié)性指標(biāo) 配煤的膨脹壓力配煤的膨脹壓力 3煤在炭化室的成焦過程煤在炭化室的成焦過程 在在300600煤熱解產(chǎn)生氣、液、固三相共存的膠質(zhì)煤熱解產(chǎn)生氣、液、固三相共存的膠質(zhì)體。由于其透氣性差，發(fā)生膠質(zhì)體的膨脹；溫度超過膠質(zhì)體。由于其透氣性差，發(fā)生膠質(zhì)

13、體的膨脹；溫度超過膠質(zhì)體的固化溫度時(shí)，發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象形成半焦。要使煤在熱解體的固化溫度時(shí)，發(fā)生粘結(jié)現(xiàn)象形成半焦。要使煤在熱解時(shí)粘結(jié)得好，應(yīng)該有足夠的液體產(chǎn)物，液體應(yīng)有足夠的流時(shí)粘結(jié)得好，應(yīng)該有足夠的液體產(chǎn)物，液體應(yīng)有足夠的流動(dòng)性，能使固體顆粒潤濕，并填滿顆粒之間的空隙；而膠動(dòng)性，能使固體顆粒潤濕，并填滿顆粒之間的空隙；而膠質(zhì)體應(yīng)復(fù)蓋較大的溫度間隔，要有一定的粘度，有一定的質(zhì)體應(yīng)復(fù)蓋較大的溫度間隔，要有一定的粘度，有一定的氣體生成而發(fā)生膨脹，形成均一的膠質(zhì)體。焦煤與肥煤是氣體生成而發(fā)生膨脹，形成均一的膠質(zhì)體。焦煤與肥煤是具有這些特性的煤。而弱粘結(jié)性煤熱解形成液體少，液體具有這些特性的煤。而弱粘結(jié)性

14、煤熱解形成液體少，液體的熱穩(wěn)定性差，容易揮發(fā)掉。的熱穩(wěn)定性差，容易揮發(fā)掉。 膠質(zhì)體轉(zhuǎn)變成半焦時(shí)，有氣孔形成，氣孔的大小、氣膠質(zhì)體轉(zhuǎn)變成半焦時(shí)，有氣孔形成，氣孔的大小、氣孔的分布以及氣孔壁厚薄，對焦炭強(qiáng)度影響很大?？椎姆植家约皻饪妆诤癖?，對焦炭強(qiáng)度影響很大。 炭化室是由兩側(cè)爐墻供熱，所以結(jié)焦過程的特點(diǎn)是單炭化室是由兩側(cè)爐墻供熱，所以結(jié)焦過程的特點(diǎn)是單向供熱，成層結(jié)焦。同一時(shí)間，離炭化室墻面不同距離的向供熱，成層結(jié)焦。同一時(shí)間，離炭化室墻面不同距離的各層爐料因溫度不同而處于結(jié)焦過程的不同階段。炭化室各層爐料因溫度不同而處于結(jié)焦過程的不同階段。炭化室同時(shí)存在濕煤層，干煤層，膠質(zhì)體層，半焦層和焦炭層等

15、同時(shí)存在濕煤層，干煤層，膠質(zhì)體層，半焦層和焦炭層等五個(gè)層。五個(gè)層。 煉焦最終溫度指炭化室中心最終成焦并達(dá)到的溫度，煉焦最終溫度指炭化室中心最終成焦并達(dá)到的溫度，一般為一般為9501050。 炭化室同時(shí)進(jìn)行著成焦的各個(gè)階段，因此半焦收縮時(shí)炭化室同時(shí)進(jìn)行著成焦的各個(gè)階段，因此半焦收縮時(shí)相鄰兩層存在收縮梯度。相鄰層間溫度不同，收縮值不同，相鄰兩層存在收縮梯度。相鄰層間溫度不同，收縮值不同，存在收縮應(yīng)力，出現(xiàn)裂紋?？拷鼱t墻處，加熱速度快，收存在收縮應(yīng)力，出現(xiàn)裂紋。靠近爐墻處，加熱速度快，收縮應(yīng)力大，裂紋網(wǎng)多；成熟的焦餅中心有一條焦縫。縮應(yīng)力大，裂紋網(wǎng)多；成熟的焦餅中心有一條焦縫。 煤受熱時(shí)在兩側(cè)形成膠

16、質(zhì)層，膠質(zhì)層的透氣性差，這煤受熱時(shí)在兩側(cè)形成膠質(zhì)層，膠質(zhì)層的透氣性差，這時(shí)干煤層熱解生成的氣態(tài)產(chǎn)物和塑性層產(chǎn)生的一部分氣態(tài)時(shí)干煤層熱解生成的氣態(tài)產(chǎn)物和塑性層產(chǎn)生的一部分氣態(tài)產(chǎn)物從塑性層的內(nèi)側(cè)流經(jīng)炭化室頂部空間排出，這部分氣產(chǎn)物從塑性層的內(nèi)側(cè)流經(jīng)炭化室頂部空間排出，這部分氣體稱體稱“里行氣里行氣”，約占?xì)鈶B(tài)產(chǎn)物總量的，約占?xì)鈶B(tài)產(chǎn)物總量的1025；塑性層；塑性層內(nèi)產(chǎn)生的大部分氣態(tài)產(chǎn)物及半焦層內(nèi)產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物則穿內(nèi)產(chǎn)生的大部分氣態(tài)產(chǎn)物及半焦層內(nèi)產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物則穿過高溫焦炭層裂縫，沿焦餅與炭化室墻之間的縫隙向上流過高溫焦炭層裂縫，沿焦餅與炭化室墻之間的縫隙向上流經(jīng)炭化室頂部空間而排出，這部分氣體產(chǎn)物稱

17、經(jīng)炭化室頂部空間而排出，這部分氣體產(chǎn)物稱“外行氣外行氣”，約占?xì)鈶B(tài)產(chǎn)物的約占?xì)鈶B(tài)產(chǎn)物的7590。 煤層、塑性層和半焦層內(nèi)產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物稱為一次熱煤層、塑性層和半焦層內(nèi)產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)物稱為一次熱解產(chǎn)物。一次熱解產(chǎn)物在流經(jīng)焦炭層、焦餅與爐墻間隙及解產(chǎn)物。一次熱解產(chǎn)物在流經(jīng)焦炭層、焦餅與爐墻間隙及炭化室頂部空間時(shí)，受到高溫作用發(fā)生二次熱解反應(yīng)，尤炭化室頂部空間時(shí)，受到高溫作用發(fā)生二次熱解反應(yīng)，尤其是外行氣，經(jīng)受二次熱解反應(yīng)的溫度高時(shí)間長，因此外其是外行氣，經(jīng)受二次熱解反應(yīng)的溫度高時(shí)間長，因此外行氣的二次熱解深度對焦化產(chǎn)品的組成起主要的影響。行氣的二次熱解深度對焦化產(chǎn)品的組成起主要的影響。 4現(xiàn)代焦?fàn)t設(shè)

18、備現(xiàn)代焦?fàn)t設(shè)備 焦?fàn)t由炭化室、燃燒室、蓄熱室、斜道區(qū)和爐頂區(qū)所焦?fàn)t由炭化室、燃燒室、蓄熱室、斜道區(qū)和爐頂區(qū)所組成，蓄熱室以下為基礎(chǔ)與分煙道。煤在炭化室進(jìn)行干餾，組成，蓄熱室以下為基礎(chǔ)與分煙道。煤在炭化室進(jìn)行干餾，煤氣在燃燒室燃燒，炭化室和燃燒室依次相間。每座焦?fàn)t煤氣在燃燒室燃燒，炭化室和燃燒室依次相間。每座焦?fàn)t的燃燒室都比炭化室多一個(gè)。燃燒室用隔墻分成若干個(gè)立的燃燒室都比炭化室多一個(gè)。燃燒室用隔墻分成若干個(gè)立火道，以控制燃燒室溫度從機(jī)側(cè)到焦側(cè)逐漸升高。一般復(fù)火道，以控制燃燒室溫度從機(jī)側(cè)到焦側(cè)逐漸升高。一般復(fù)熱式焦?fàn)t，每個(gè)立火道底部有二個(gè)斜道出口和一個(gè)噴嘴。熱式焦?fàn)t，每個(gè)立火道底部有二個(gè)斜道出口

19、和一個(gè)噴嘴。用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，斜道口走空氣，噴嘴走焦?fàn)t煤氣。當(dāng)用焦?fàn)t煤氣加熱時(shí)，斜道口走空氣，噴嘴走焦?fàn)t煤氣。當(dāng)用發(fā)生爐煤氣（或高爐煤氣），二個(gè)斜道口一個(gè)走空氣，用發(fā)生爐煤氣（或高爐煤氣），二個(gè)斜道口一個(gè)走空氣，另一個(gè)走煤氣。另一個(gè)走煤氣。 斜道區(qū)是連接燃燒室和蓄熱室的通道。斜道區(qū)各通道斜道區(qū)是連接燃燒室和蓄熱室的通道。斜道區(qū)各通道中各走各的氣體。蓄熱室位于焦?fàn)t爐體下部，其上經(jīng)斜道中各走各的氣體。蓄熱室位于焦?fàn)t爐體下部，其上經(jīng)斜道與燃燒室相連，其下經(jīng)廢氣盤分別與分煙道、貧煤氣管道與燃燒室相連，其下經(jīng)廢氣盤分別與分煙道、貧煤氣管道及大氣相通。蓄熱室內(nèi)放格子磚，用以回收燃燒廢氣的熱及大氣相通。蓄熱

20、室內(nèi)放格子磚，用以回收燃燒廢氣的熱量，并預(yù)熱貧煤氣與空氣。爐頂區(qū)設(shè)有裝煤孔、看火孔等。量，并預(yù)熱貧煤氣與空氣。爐頂區(qū)設(shè)有裝煤孔、看火孔等。焦?fàn)t機(jī)械有加煤車、推焦機(jī)、攔焦車和熄焦車。焦?fàn)t機(jī)械有加煤車、推焦機(jī)、攔焦車和熄焦車。 5高溫?zé)捊沟陌l(fā)展高溫?zé)捊沟陌l(fā)展 焦?fàn)t的大型化與高效焦?fàn)t的大型化與高效 焦?fàn)t大型化具有基建投資省、勞動(dòng)生產(chǎn)率高，占地面焦?fàn)t大型化具有基建投資省、勞動(dòng)生產(chǎn)率高，占地面積小，維修費(fèi)用低，熱工效率高和焦炭質(zhì)量改善等優(yōu)點(diǎn)。積小，維修費(fèi)用低，熱工效率高和焦炭質(zhì)量改善等優(yōu)點(diǎn)。 煉焦新技術(shù)煉焦新技術(shù) 搗固煉焦、煤的爐外預(yù)熱或干燥、配型煤、添加粘結(jié)劑搗固煉焦、煤的爐外預(yù)熱或干燥、配型煤、添加

21、粘結(jié)劑 擴(kuò)大煉焦用煤來源，在配煤中增加弱粘結(jié)和不粘結(jié)煤的擴(kuò)大煉焦用煤來源，在配煤中增加弱粘結(jié)和不粘結(jié)煤的比例。比例。 四、焦化產(chǎn)品的回收和加工四、焦化產(chǎn)品的回收和加工 l1.煤焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率煤焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率 l2.典型的回收與加工化學(xué)產(chǎn)品的流程典型的回收與加工化學(xué)產(chǎn)品的流程 l3.荒煤氣的初步凈化荒煤氣的初步凈化 l4.氨與吡啶的回收氨與吡啶的回收 l5.粗苯回收粗苯回收 l6.粗苯精制粗苯精制 l7.煤氣中硫化氫與氰化氫的脫除煤氣中硫化氫與氰化氫的脫除 1、煤焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率、煤焦化學(xué)產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率 在一般的煉焦工業(yè)生產(chǎn)條件下，各種產(chǎn)物的產(chǎn)率為：焦在一般的煉焦工業(yè)生產(chǎn)

22、條件下，各種產(chǎn)物的產(chǎn)率為：焦炭炭70% 78%；凈焦?fàn)t煤氣；凈焦?fàn)t煤氣15% 19%；焦油；焦油3% 4.5%；化合水化合水2% 4%；苯族烴；苯族烴0.8% 1.4%；氨；氨0.25% 0.35%；其他其他0.9% 1.1%。 未經(jīng)凈化的焦?fàn)t煤氣稱為未經(jīng)凈化的焦?fàn)t煤氣稱為荒煤氣荒煤氣。 2、典型的回收與加工化學(xué)產(chǎn)品的流程、典型的回收與加工化學(xué)產(chǎn)品的流程 正壓操作正壓操作 負(fù)壓操作的系統(tǒng)負(fù)壓操作的系統(tǒng) 將鼓風(fēng)機(jī)放在系統(tǒng)的最后，將焦?fàn)t煤氣從將鼓風(fēng)機(jī)放在系統(tǒng)的最后，將焦?fàn)t煤氣從-7 -10 kPa升壓到升壓到15 17 kPa后送到用戶。適合于水洗氨工藝。后送到用戶。適合于水洗氨工藝。3、荒煤氣的

23、初步凈化荒煤氣的初步凈化 荒煤氣的初冷荒煤氣的初冷煤氣輸送煤氣輸送 一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)。一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)。焦油霧的脫除焦油霧的脫除 目前廣泛采用電捕焦油器。脫除后焦油含目前廣泛采用電捕焦油器。脫除后焦油含50 mg /m3。為安全起見，電捕焦油器設(shè)置在鼓風(fēng)機(jī)的后方。為安全起見，電捕焦油器設(shè)置在鼓風(fēng)機(jī)的后方。萘的脫除萘的脫除 焦化廠多采用填料塔焦油洗萘的方法，洗萘后煤氣焦化廠多采用填料塔焦油洗萘的方法，洗萘后煤氣含萘量含萘量0.5g / m3。 4、氨與吡啶的回收、氨與吡啶的回收 初冷器后煤氣中含氨量為初冷器后煤氣中含氨量為4 8 g（氨）（氨）/ m3，沸點(diǎn)較，沸點(diǎn)較低的輕吡啶鹽基（包括

24、吡啶、甲基吡啶等）幾乎全部留在低的輕吡啶鹽基（包括吡啶、甲基吡啶等）幾乎全部留在煤氣中。氨與吡啶都是堿性的，能溶于酸中。煤氣中。氨與吡啶都是堿性的，能溶于酸中。 NH3 + H2SO4 = NH4HSO4 NH4HSO4 + NH3 =(NH4)2SO4 CnH2 n-5 + H2SO4 = CnH2n-5 NH2SO4 中國焦化廠主要通過生產(chǎn)硫酸銨回收煤氣中氨，多數(shù)中國焦化廠主要通過生產(chǎn)硫酸銨回收煤氣中氨，多數(shù)采用飽和器法，少數(shù)用無飽和器法。美國開發(fā)了無水氨的采用飽和器法，少數(shù)用無飽和器法。美國開發(fā)了無水氨的弗薩姆（弗薩姆（Phosam）法，中國已引進(jìn)此技術(shù)。）法，中國已引進(jìn)此技術(shù)。飽和器法

25、飽和器法 由于飽和器的操作條件不利于晶粒長大，硫銨晶粒很小，為了生由于飽和器的操作條件不利于晶粒長大，硫銨晶粒很小，為了生產(chǎn)大顆粒的硫銨，發(fā)展了無飽和器法。產(chǎn)大顆粒的硫銨，發(fā)展了無飽和器法。 無飽和器法無飽和器法 采用噴灑酸洗法制取硫銨。酸洗塔分成上下二段，煤氣由塔下段采用噴灑酸洗法制取硫銨。酸洗塔分成上下二段，煤氣由塔下段進(jìn)入塔，再進(jìn)入上段，在上下二段的不同高度分別用進(jìn)入塔，再進(jìn)入上段，在上下二段的不同高度分別用5個(gè)和個(gè)和4個(gè)單噴頭個(gè)單噴頭噴灑母液，上下段噴灑母液酸度分別為噴灑母液，上下段噴灑母液酸度分別為34和和2.53。此法。此法優(yōu)點(diǎn)是煤氣阻力小，結(jié)晶顆粒大。優(yōu)點(diǎn)是煤氣阻力小，結(jié)晶顆粒大

26、。 弗薩姆（弗薩姆（phosam）法）法 弗薩姆法磷銨溶液主要由磷酸一銨和磷酸二銨組成。弗薩姆法磷銨溶液主要由磷酸一銨和磷酸二銨組成。在在4060時(shí)，磷銨溶液中磷酸一銨能很好吸收煤氣中的時(shí)，磷銨溶液中磷酸一銨能很好吸收煤氣中的氨生成磷酸二銨，得到富銨溶液，吸收與解析過程如下：氨生成磷酸二銨，得到富銨溶液，吸收與解析過程如下： NH3NH4H2PO4 = (NH4)2HPO4磷酸吸收具有選擇性，只吸收氨而不吸收煤氣中酸性磷酸吸收具有選擇性，只吸收氨而不吸收煤氣中酸性組分，因此就可很簡單地得到極純的產(chǎn)品。組分，因此就可很簡單地得到極純的產(chǎn)品。 (4) 粗吡啶的回收粗吡啶的回收 硫酸銨飽和器中吡啶堿

27、濃度小于硫酸銨飽和器中吡啶堿濃度小于20 g（吡啶堿）（吡啶堿）/L，從，從母液中提吡啶堿，是用氨氣中和母液中的游離酸，反應(yīng)式為：母液中提吡啶堿，是用氨氣中和母液中的游離酸，反應(yīng)式為： C5H5NHHSO4+2NH3 (NH4)2SO4+C5H5N 中和器的反應(yīng)溫度為中和器的反應(yīng)溫度為100105，經(jīng)冷凝得到粗吡啶餾分，其，經(jīng)冷凝得到粗吡啶餾分，其中中（吡啶堿）（吡啶堿）=7580%，送粗吡啶精制工段。，送粗吡啶精制工段。用洗油吸收煤氣中的苯族烴用洗油吸收煤氣中的苯族烴富油脫苯富油脫苯6、粗苯精制、粗苯精制目的目的為了得到苯、甲苯和二甲苯苯、甲苯和二甲苯等產(chǎn)品。精制方法精制方法 p酸洗精制在中

28、國焦化廠得到廣泛應(yīng)用p加氫精制在中國大型焦化廠已采用 粗苯精制需包括如下過程：初步精餾；初步精餾；化學(xué)精餾（硫化學(xué)精餾（硫酸精制法）；酸精制法）；最終精餾（已洗混合餾分的精餾）。最終精餾（已洗混合餾分的精餾）。7、煤、煤氣中硫化氫與氰化氫的脫除氣中硫化氫與氰化氫的脫除 焦?fàn)t煤氣中含硫量約焦?fàn)t煤氣中含硫量約6 g（硫）（硫）/m3，含氰化氫為，含氰化氫為0.15 1.5 g（氰化氫）（氰化氫）/ m3。脫硫方法分干法與濕法兩種。脫硫方法分干法與濕法兩種。 干法脫硫干法脫硫 氫氧化鐵干式脫硫可使焦?fàn)t煤氣達(dá)到較高凈氫氧化鐵干式脫硫可使焦?fàn)t煤氣達(dá)到較高凈化度化度0.1 0.2 g / 100 m3（煤

29、氣）（煤氣）。干式脫硫所用脫硫劑。干式脫硫所用脫硫劑中含中含（氧化鐵）（氧化鐵）50%的氧化鐵，其中活性氧化鐵占的氧化鐵，其中活性氧化鐵占70%以上，加入木屑作為疏松劑，再加入以上，加入木屑作為疏松劑，再加入（熟石灰）（熟石灰）= 0.5% 1.0%的熟石灰，使的熟石灰，使pH為為8 9。p脫硫反應(yīng)脫硫反應(yīng) 2Fe(OH)3 + 3H2S Fe2S3 + 6H2O Fe2S3 2FeS + S Fe(OH)2 + H2S FeS + 2H2Op再生反應(yīng)再生反應(yīng) 2Fe2S3+3O2+6H2O 4Fe(OH)3 +6S 4FeS+3O2+6H2O 4Fe(OH)3 + 4S 改良改良A.D.A法

30、法 又稱改良蒽醌二磺酸法，是成熟的又稱改良蒽醌二磺酸法，是成熟的氧化脫硫法，脫硫效率可達(dá)氧化脫硫法，脫硫效率可達(dá)99.5%以上。以上。萘醌法萘醌法 脫硫效率可達(dá)脫硫效率可達(dá)99以上。以上。p催化劑催化劑1，4-萘醌萘醌-2-磺酸銨（表示成磺酸銨（表示成NQ）p脫硫液脫硫液含有催化劑的堿性溶液，堿源為煤氣中氨，即含有催化劑的堿性溶液，堿源為煤氣中氨，即用氨水吸收硫化氫和氰化氫。在脫硫塔進(jìn)行的反應(yīng)為：用氨水吸收硫化氫和氰化氫。在脫硫塔進(jìn)行的反應(yīng)為： NH4OH + H2S NH4HS + H2O NH4OH + HCN NH4CN + H2O 氧化再生反應(yīng)為：氧化再生反應(yīng)為： NH4HS + 0.

31、5O2 NH4OH+S NH4CN + S NH4SCN NQ（還原態(tài)）（還原態(tài)）+0.5O2=NQ（氧化態(tài)）（氧化態(tài)）+ H2O 本法利用煤氣中的本法利用煤氣中的H2S、HCN和和NH3互為吸收劑而共互為吸收劑而共同除去。制取硫銨利用了煤氣中的硫，可使硫銨工段耗同除去。制取硫銨利用了煤氣中的硫，可使硫銨工段耗酸降低酸降低60左右。此法使煤氣中左右。此法使煤氣中HCN也變成氨。過程中也變成氨。過程中不用不用Na2CO3，也無二次污染。但此法脫硫循環(huán)液量大，也無二次污染。但此法脫硫循環(huán)液量大，廢液處理需采用高溫高壓設(shè)備，耗電量大。廢液處理需采用高溫高壓設(shè)備，耗電量大。 6-2 煤的氣化煤的氣化

32、煤的氣化煤的氣化它是以煤或煤焦（半焦）為原料，以氧氣它是以煤或煤焦（半焦）為原料，以氧氣（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑（或稱（空氣、富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等作氣化劑（或稱氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦中的氣化介質(zhì)），在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。 氣化時(shí)所得的氣體稱為氣化時(shí)所得的氣體稱為煤氣煤氣，其有效成分包括，其有效成分包括一氧化碳、一氧化碳、氫氣和甲烷氫氣和甲烷等。等。一、煤氣化原理一、煤氣化原理 1、煤氣化的過程、煤氣化的過程 煤的氣化過程是在煤氣發(fā)生爐（又稱氣化爐）中進(jìn)行的。 發(fā)生爐由爐體、加

33、煤裝置和排灰裝置三大部分組成。 在發(fā)生爐中原料層分為灰渣層、氧化層、還原層、干餾灰渣層、氧化層、還原層、干餾 層和干燥層層和干燥層。 2、煤氣化的基本化學(xué)反應(yīng)煤氣化的基本化學(xué)反應(yīng) 表6-2-01p表表6-2-01氣化過程中碳的基本反應(yīng)氣化過程中碳的基本反應(yīng) 表表6-2-02 煤氣化時(shí)發(fā)生的硫（煤氣化時(shí)發(fā)生的硫（S）和氮（）和氮（N）的基本反應(yīng)的基本反應(yīng) 3、煤氣化分類、煤氣化分類 按制取煤氣的熱值分類：按制取煤氣的熱值分類：制取低熱值煤氣方法，煤氣熱值低于8374 kJ/m3；制取中熱值煤氣方法，煤氣熱值16 747 33 494 kJ/m3；制取高熱值煤氣方法，煤氣熱值高于33 494 kJ

34、/m3。 按氣化過程供熱方法分類按氣化過程供熱方法分類： 部分氧化方法，又稱自熱式氣化方法，目前普遍采用；間接供熱，即外熱式氣化方法；利用氣化反應(yīng)釋放熱供熱。 按反應(yīng)器類型分類按反應(yīng)器類型分類：移動(dòng)床（固定床）；氣流床；流化床；熔融床（熔浴床）（此方法還處于試驗(yàn)階段）。4、煤性質(zhì)對氣化的影響、煤性質(zhì)對氣化的影響煤的反應(yīng)活性 煤的粘結(jié)性 結(jié)渣性 煤灰的粘溫特性 熱穩(wěn)定性 機(jī)械強(qiáng)度 粒度分布 燃料的水分、灰分和硫分 5. 煤氣化過程的指標(biāo)煤氣化過程的指標(biāo)煤氣產(chǎn)率煤氣產(chǎn)率 Nm3 / kg（煤）氣化強(qiáng)度氣化強(qiáng)度 kg（煤）/m2h或 kg（煤）/ m3h。氣化效率氣化效率 又稱冷煤氣效率。每千克煤氣

35、化所得冷煤氣在完全燃燒時(shí)放出的熱量與氣化的每千克煤的發(fā)熱量之比（%）。熱效率熱效率 氣化熱效率表示所有直接加入到氣化過程中熱量的利用程度。還應(yīng)考慮氣化過程中吹入空氣和水蒸氣所帶入的熱量。二、煤氣化工藝二、煤氣化工藝1、移動(dòng)床煤氣化、移動(dòng)床煤氣化 氣化劑與煤逆流接觸，分常壓及加壓兩種。 混合發(fā)生爐煤氣混合發(fā)生爐煤氣 采用水蒸氣與空氣的混合物為氣化劑，制成的煤氣稱為混合發(fā)生爐煤氣。 理想發(fā)生爐煤氣理想發(fā)生爐煤氣 2C+O2+3.76N2+2.07C+2.07H2O2CO+3.76N2+2.07CO+2.07H2爐內(nèi)狀況分析與工藝條件控制爐內(nèi)狀況分析與工藝條件控制 p分析：n氣化劑中的氧，經(jīng)過灰渣層

36、的預(yù)熱，進(jìn)入燃料層7 10 cm（氧化層）后，就幾乎全部消耗，CO2達(dá)最大值，并開始出現(xiàn)CO；n在氧消失后水蒸氣才開始分解，這大約在氧化層以上30 40 cm區(qū)間內(nèi)進(jìn)行，同時(shí)發(fā)生CO2的還原反應(yīng)R4，氣體中H2和CO增加很快，這一層是在還原層的下部，可稱為第一還原層；n第一還原層上方約40 cm為第二還原層，這里除了進(jìn)行CO2的還原反應(yīng)R4外，還進(jìn)行均相反應(yīng)R8；n在燃料層上部空間，氣相中CO和H2O含量在減少，而CO2和H2在增加，說明R8仍在進(jìn)行。p工藝條件的控制：n溫度溫度 普通發(fā)生爐中燃料層的溫度大約為10001200n水蒸氣水蒸氣 作用分解吸收熱量，爐溫，防止結(jié)渣，水蒸氣的分解可改善

37、煤氣的質(zhì)量，煤氣熱值，但是水蒸氣氣量過大，爐溫太低，CO2還原反應(yīng)速率，而且未分解的水蒸氣量，熱效率。為此水蒸氣用量有一個(gè)最佳點(diǎn)為此水蒸氣用量有一個(gè)最佳點(diǎn)，即不讓灰結(jié)渣的最低限度。在生產(chǎn)中是控制空氣被水蒸氣在生產(chǎn)中是控制空氣被水蒸氣所飽和的溫度來調(diào)節(jié)水蒸氣用量的所飽和的溫度來調(diào)節(jié)水蒸氣用量的。n氣化強(qiáng)度氣化強(qiáng)度 發(fā)生爐單位橫截面上的氣化速率。生產(chǎn)過程中，按發(fā)生爐空橫截面積計(jì)算，氣流速率一般在0.1 0.2 m/s。 一般煤氣發(fā)生爐的氣化強(qiáng)度為200250kg/m2h，強(qiáng)化后氣化強(qiáng)度可達(dá)450500kg/m2h。 強(qiáng)化的辦法： 1)采用富氧空氣和水蒸氣的混合物或氧與水蒸氣的混合物為氣化劑。 2)

38、提高鼓風(fēng)速度，提高爐內(nèi)溫度。 煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐 p3M13型型 采用雙滾筒連續(xù)進(jìn)料方式，回轉(zhuǎn)爐篦連續(xù)排灰，爐內(nèi)帶有攪拌棒破粘，適用于長焰煤、氣煤等弱粘結(jié)性煤種。p3W-G型型（威爾曼-格魯夏爐） 國內(nèi)常用不帶攪拌裝置的，以無煙煤或焦炭為原料。采用液壓加料，煤連續(xù)進(jìn)入爐內(nèi)，液壓干法除灰，處理煤量18002500kg/h，產(chǎn)氣量50007500m3/h，煤氣熱值46055443kJ/m3。水煤氣水煤氣 水煤氣是熾熱的碳與水蒸氣反應(yīng)生成的煤氣，它主要由CO和H2組成，與發(fā)生爐煤氣相比，含氮?dú)夂苌?，發(fā)熱量高。燃燒時(shí)呈藍(lán)色火焰，所以又稱藍(lán)水煤氣藍(lán)水煤氣。理想水煤氣理想水煤氣 C+O2+3.76N2+

39、3.42C+3.42H2OCO2+3.76N2+3.42CO+3.42H2 實(shí)際水煤氣生產(chǎn)指標(biāo)實(shí)際水煤氣生產(chǎn)指標(biāo) （表6-2-04） 若與混合發(fā)生爐煤氣的氣化效率和熱效率對比，分別只有60%和54%左右。工作循環(huán)的構(gòu)成工作循環(huán)的構(gòu)成6個(gè)階段：p吹風(fēng)階段吹風(fēng)階段 吹入空氣，使部分燃料燃燒，將熱能積蓄在料層中，廢氣經(jīng)回收熱量后排入大氣；p水蒸氣吹凈階段水蒸氣吹凈階段 由爐底吹入水蒸氣，把爐上部及管道中殘存的吹風(fēng)廢氣排出，避免影響水煤氣的質(zhì)量；p上吹制氣階段上吹制氣階段 由爐底吹入水蒸氣，利用床內(nèi)蓄積的能量制取水煤氣，水煤氣通過凈化系統(tǒng)入貯氣柜；p下吹制氣階段下吹制氣階段 上吹制氣后，床層下部溫度降

40、低，氣化層上移，為了充分利用料層上部的蓄熱，用水蒸氣由爐上方往下吹，制取水煤氣，煤氣送氣柜；p二次上吹制氣階段二次上吹制氣階段 下吹制氣后爐底部殘留下吹煤氣，為安全起見，先吹入水蒸氣，所得煤氣仍送貯氣柜；p空氣吹凈階段空氣吹凈階段 由爐底吹入空氣，把殘留在爐上部及管道中的水煤氣送往貯氣柜而得以收回。間歇法制取半水煤氣間歇法制取半水煤氣（主要由CO和H2、N2組成）和水煤和水煤氣的生產(chǎn)流程。氣的生產(chǎn)流程。常壓水煤氣發(fā)生爐常壓水煤氣發(fā)生爐p國內(nèi)水煤氣發(fā)生爐常用于生產(chǎn)合成氨或合成甲醇的原料氣。所用的原料為焦炭、無煙塊煤以及無煙煤屑制成的型煤。p圖6-2-09為3 m U.G.I爐，由上錐體、水夾套、

41、爐篦傳動(dòng)裝置，出灰機(jī)械及爐底殼等5個(gè)主要部分組成。移動(dòng)床加壓氣化移動(dòng)床加壓氣化 移動(dòng)床加壓氣化的最成熟爐型是魯奇爐（Lurgi）。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：可以用劣質(zhì)煤氣化，特別適用于褐煤氣化；生產(chǎn)能力大；氧耗量低；碳效率高，氣化效率可達(dá)80% 90%；只需壓縮占煤氣體積10% 15%的氧氣，動(dòng)力消耗；加壓煤氣可以遠(yuǎn)距離輸送到用戶；使氣化爐及管道設(shè)備的體積，金屬耗量和投資。加壓下床層的分布加壓下床層的分布 自上而下可分成：干燥層、干餾層、甲烷層、氣化層（相當(dāng)于常壓的還原層）、氧化層和灰渣層。氣化壓力的影響與壓力的選擇（表氣化壓力的影響與壓力的選擇（表6-2-04）p提高壓力的作用：凈化后的煤氣熱值；氧耗量；

42、水蒸氣消耗量，分解率，水蒸氣分解的絕對值；氣化爐的生產(chǎn)能力；凈煤氣產(chǎn)率。p但壓力，水蒸氣分解率，熱效率隨壓力而，而且壓力愈高，對設(shè)備的技術(shù)要求也高。目前生產(chǎn)中一般在低于3 MPa下進(jìn)行氣化。操作溫度與汽氧比操作溫度與汽氧比 p最適宜的氣化溫度應(yīng)根據(jù)灰熔點(diǎn)來確定。p控制溫度的主要方法是改變汽氧比即kg（水蒸氣）/m3（氧），汽氧比爐溫。通常生成城市煤氣時(shí)，氣化層溫度950 1050左右，生成合成氣時(shí)可提高到1150左右。各種用煤的汽氧比變動(dòng)范圍是：褐煤6 8；煙煤5 7；無煙煤和焦炭4.5 6。魯奇氣化爐及工藝流程魯奇氣化爐及工藝流程 圖圖6-2-06是第三代魯奇爐示意圖，它包括煤鎖、氣化是第三

43、代魯奇爐示意圖，它包括煤鎖、氣化爐和灰鎖三部分，煤通過煤鎖由常壓系統(tǒng)加到氣化爐內(nèi)，爐和灰鎖三部分，煤通過煤鎖由常壓系統(tǒng)加到氣化爐內(nèi)，采用上下閥加煤形式。排灰的灰鎖與煤鎖形式相似。氣化采用上下閥加煤形式。排灰的灰鎖與煤鎖形式相似。氣化爐內(nèi)設(shè)有煤分布器及破粘的攪拌器。爐篦為四層寶塔型形爐內(nèi)設(shè)有煤分布器及破粘的攪拌器。爐篦為四層寶塔型形式。式。從氣化爐生產(chǎn)的粗煤氣，溫度為從氣化爐生產(chǎn)的粗煤氣，溫度為450，通過噴淋式，通過噴淋式冷卻器冷到冷卻器冷到190，重質(zhì)焦油被冷凝下來，粗煤氣經(jīng)廢熱，重質(zhì)焦油被冷凝下來，粗煤氣經(jīng)廢熱鍋爐再被冷到鍋爐再被冷到103，冷卻后的粗煤氣經(jīng)，冷卻后的粗煤氣經(jīng)CO變換裝置，

44、可變換裝置，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)變換比例，然后煤氣進(jìn)入凈化系統(tǒng)。常采用根據(jù)需要調(diào)節(jié)變換比例，然后煤氣進(jìn)入凈化系統(tǒng)。常采用低溫甲醇洗脫硫和脫油。低溫甲醇洗脫硫和脫油。液態(tài)排渣魯奇爐液態(tài)排渣魯奇爐 p固態(tài)排渣魯奇爐蒸氣用量大，分解率低。因此，開發(fā)了液態(tài)排渣的技術(shù)。p采用液態(tài)排渣技術(shù)后，煤氣化指標(biāo)有了明顯的改進(jìn)：a.氣化爐生產(chǎn)能力提高34倍；b.水蒸氣分解率，后續(xù)系統(tǒng)的冷凝液量；c.小于6mm的粉煤以及自產(chǎn)的煤氣水廢液可制成水煤漿，噴入爐內(nèi)造氣，改善了環(huán)境；d.過程熱效率比固態(tài)排渣提高6。但是氧耗高，煤氣中CO高達(dá)5060。2、碎煤流化床氣化、碎煤流化床氣化流化床煤氣化過程流化床煤氣化過程 p流化床中，仍

45、有氧化層和還原層，氧化層高度約80100mm，還原層在氧化層的上面且一直延伸到全料層的上部界限。p隨著離爐柵距離的爐溫。當(dāng)氧含量時(shí)，CO2急劇，而CO2時(shí)，CO和H2。p流化床內(nèi)，由于顆粒的上下運(yùn)動(dòng)，整個(gè)床層的溫度較為均勻。為避免結(jié)渣，流化床操作溫度經(jīng)常維持在850 900。p特點(diǎn)：燃料加熱均勻，揮發(fā)分的分解完全，煤氣中甲烷和酚類很少，且不含焦油；在流化床上部空間引入二次空氣，主要是燃燒氣化以灰分形式帶出的燃料。溫克勒煤氣化工藝溫克勒煤氣化工藝p溫克勒爐生產(chǎn)能力大，結(jié)構(gòu)簡單，可用小顆粒煤，煤氣中無焦油等。但是碳轉(zhuǎn)化率低，只能使用高活性的煤，煤氣質(zhì)量差，帶出物多，而且設(shè)備龐大。本工藝的主要缺點(diǎn)是

46、操作溫度和壓力偏低造成的，為此發(fā)展了高溫溫克勒（HTW）及灰團(tuán)聚氣化工藝，如U-Gas和KRW氣化法。 高溫溫克勒高溫溫克勒（HTW）法）法 針對溫克勒爐的缺點(diǎn)，HTW爐主要進(jìn)行的改進(jìn)： 提高氣化壓力到1MPa，這不但降低了合成氣再壓縮的能量，而且提高了生產(chǎn)能力。 提高氣化溫度。 流化床粗粒帶出物循環(huán)回到流化床氣化，從而提高了碳的轉(zhuǎn)化率。 (4) 灰團(tuán)聚流化床煤氣化法 針對流化床氣化碳轉(zhuǎn)化率低的問題，開發(fā)了提高爐溫，使煤灰在爐內(nèi)形成含碳量低的團(tuán)聚物排出，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)96以上的氣化方法。采用這種工藝的是KRW法和U-Gas法。 3、煤的氣流床氣化、煤的氣流床氣化 常壓操作的K-T法，加壓的She

47、ll法以及Prenflo法，干煤粉干煤粉進(jìn)料進(jìn)料。濕法進(jìn)料濕法進(jìn)料p氣流床氣化原理氣流床氣化原理 所謂氣流床，就是氣化劑（水蒸氣與氧）將粉煤夾帶入氣化爐進(jìn)行并流氣化。粉煤被氣化劑夾帶通過特殊的噴嘴進(jìn)入反應(yīng)器，瞬時(shí)著火，形成火焰，溫度高達(dá)2000。反應(yīng)時(shí)間只有幾秒鐘，放熱反應(yīng)與吸熱反應(yīng)差不多是同時(shí)進(jìn)行的。 提高生產(chǎn)能力的措施：采用很高的反應(yīng)溫度；用純氧-水蒸氣為氣化劑；粉煤磨得很細(xì)，增加反應(yīng)表面積，一般要求70%以上的粉煤通過小于75 m（200目）的篩孔。 氣流床氣化是粉煤部分氧化法，其最重要的反應(yīng)條件是氧煤比和反應(yīng)溫度。反應(yīng)溫度一般取決于煤灰分的粘溫性質(zhì)。通常用改變氧煤比或蒸氣煤比的方法來調(diào)

48、節(jié)氣化爐溫度。 氧煤比既是重要的反應(yīng)條件，又涉及氧耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。氧氧煤比既是重要的反應(yīng)條件，又涉及氧耗等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。氧煤比煤比，反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度，有利于，有利于CO2還原和還原和H2O分解反應(yīng)，分解反應(yīng)，碳轉(zhuǎn)化率，但過高又碳轉(zhuǎn)化率，但過高又CO2和和H2O的量，故應(yīng)有一個(gè)最的量，故應(yīng)有一個(gè)最佳的氧煤比。佳的氧煤比。干法進(jìn)料的氣流床氣化方法干法進(jìn)料的氣流床氣化方法 KT型氣化爐型氣化爐 其結(jié)構(gòu)示于圖6-2-10。設(shè)置兩個(gè)噴嘴可改善湍流狀態(tài)?；鹧鏈囟?000，火焰末端即爐中部溫度為15001600，煤中大部分灰分在火焰區(qū)被熔化，以熔渣形式進(jìn)入熔渣激冷槽成粒狀，由出灰機(jī)移走，其余灰分被氣體帶走。 爐

49、上部的廢熱鍋爐回收出爐熱煤氣（14001500）的顯熱。煤氣先在輻射段被冷到1100，然后在上部對流段冷到300，廢熱鍋爐產(chǎn)10MPa高壓水蒸氣。 缺點(diǎn)：氧耗高，較難達(dá)到高轉(zhuǎn)化率。 Shell法法 Prenflo法法 與K-T法相似，都是干煤粉進(jìn)料的加壓下操作的煤氣化方法。兩者在煤氣組成，氧耗，（CO+H2）產(chǎn)率及碳轉(zhuǎn)化率等指標(biāo)均相近。表表6-2-09 Prenflo與與K-T爐比較爐比較 濕法進(jìn)料的氣流床氣化方法濕法進(jìn)料的氣流床氣化方法 德士古煤氣化方法 p德士古氣化流程有激冷流程和廢鍋流程。p德士古爐是液態(tài)排渣爐，操作溫度一般在13001500。p碳轉(zhuǎn)化率約9899，冷煤氣效率為70左右。

50、p激冷流程適用于制NH3和H2，因?yàn)檫@種流程易于和變換反應(yīng)器配套，激冷產(chǎn)生蒸氣可滿足變換的需要。生產(chǎn)燃料煤氣或用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，應(yīng)選擇廢鍋流程。激冷流程的投資比廢鍋流程要少得多。p德士古氣化方法的特點(diǎn)是：德士古氣化方法的特點(diǎn)是：a.采用水煤漿進(jìn)料，沒有干法采用水煤漿進(jìn)料，沒有干法磨煤、煤鎖進(jìn)料等問題，比干法加料安全可靠，容易在高磨煤、煤鎖進(jìn)料等問題，比干法加料安全可靠，容易在高壓下操作；壓下操作；b.在高溫、高壓下氣化，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)在高溫、高壓下氣化，碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)9899，可以使用各種煤；，可以使用各種煤；c.負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，在負(fù)荷適應(yīng)性強(qiáng)，在50負(fù)荷下，負(fù)荷下，仍能正常操作；仍能正常操作；d.

51、從環(huán)境保護(hù)上講，德士古煤氣化方法不從環(huán)境保護(hù)上講，德士古煤氣化方法不但無廢水生成，還可添加其它有機(jī)廢水制煤漿，氣化爐起但無廢水生成，還可添加其它有機(jī)廢水制煤漿，氣化爐起焚燒作用。排出灰渣呈玻璃光澤狀，不會(huì)產(chǎn)生公害。德士焚燒作用。排出灰渣呈玻璃光澤狀，不會(huì)產(chǎn)生公害。德士古方法的主要問題是因煤漿中水分高，因而氧耗高。古方法的主要問題是因煤漿中水分高，因而氧耗高。 Destec煤氣化法煤氣化法 p它是在德士古煤氣化工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的二段式煤氣化工藝。它是在德士古煤氣化工藝基礎(chǔ)上發(fā)展的二段式煤氣化工藝。具有生產(chǎn)能力大，氧耗低及產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。而且已通過較具有生產(chǎn)能力大，氧耗低及產(chǎn)率高等優(yōu)點(diǎn)。而且已通過較長

52、時(shí)間的工業(yè)化運(yùn)行。長時(shí)間的工業(yè)化運(yùn)行。p與德士古爐相比，其氧耗低些，效率略高一些。與德士古爐相比，其氧耗低些，效率略高一些。Destec法法用過的煤種較少，工業(yè)化的廠也少，期待使用更多的煤種用過的煤種較少，工業(yè)化的廠也少，期待使用更多的煤種試驗(yàn)。試驗(yàn)。 三、其它煤氣化方法概述三、其它煤氣化方法概述（1）熔融床煤氣化方法）熔融床煤氣化方法 熔融床氣化分熔渣床、熔鹽床和熔鐵床三種，國內(nèi)外對其熔融床氣化分熔渣床、熔鹽床和熔鐵床三種，國內(nèi)外對其進(jìn)行過大量的研究。進(jìn)行過大量的研究。 （2）煤的催化氣化法）煤的催化氣化法 添加催化劑，加快氣化反應(yīng)，可以在較低溫度下進(jìn)行氣化。添加催化劑，加快氣化反應(yīng)，可以在

53、較低溫度下進(jìn)行氣化。 （3）煤的加氫氣化方法）煤的加氫氣化方法 制取天然氣制取天然氣 （4）煤的地下氣化等）煤的地下氣化等 對地下煤層就地直接進(jìn)行氣化生產(chǎn)煤氣的方法，國內(nèi)外曾對地下煤層就地直接進(jìn)行氣化生產(chǎn)煤氣的方法，國內(nèi)外曾進(jìn)行了大量的研究。進(jìn)行了大量的研究。 四、煤氣化技術(shù)的應(yīng)用四、煤氣化技術(shù)的應(yīng)用 煤氣的用途：工業(yè)燃?xì)狻⒊鞘忻簹?、冶金還原氣、化工原煤氣的用途：工業(yè)燃?xì)狻⒊鞘忻簹?、冶金還原氣、化工原料氣和用于新發(fā)電技術(shù)的燃?xì)?。料氣和用于新發(fā)電技術(shù)的燃?xì)狻?、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGCC）的典型流程）的典型流程p所謂所謂IGCC是指煤氣化產(chǎn)生的燃料氣送入燃?xì)馔钙桨l(fā)電，透是

54、指煤氣化產(chǎn)生的燃料氣送入燃?xì)馔钙桨l(fā)電，透平排出的高溫燃燒氣由熱回收鍋爐發(fā)生水蒸氣，水蒸氣再平排出的高溫燃燒氣由熱回收鍋爐發(fā)生水蒸氣，水蒸氣再用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電。用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電。p聯(lián)合循環(huán)發(fā)電由如下幾個(gè)部分組成：聯(lián)合循環(huán)發(fā)電由如下幾個(gè)部分組成：空分制氧和煤的氣空分制氧和煤的氣化；化；煤氣凈化脫除硫化物，含氮化合物和顆粒狀物質(zhì)；煤氣凈化脫除硫化物，含氮化合物和顆粒狀物質(zhì)；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電；余熱回收發(fā)生水蒸氣；余熱回收發(fā)生水蒸氣；水蒸氣在蒸水蒸氣在蒸汽輪機(jī)中膨脹發(fā)電。汽輪機(jī)中膨脹發(fā)電。p煤氣化用的氣化劑有兩種：一種是氧煤氣化用的氣化劑有兩種：一種是氧-水蒸氣，另水蒸氣，另一種是用壓縮空氣與

55、水蒸氣。一種是用壓縮空氣與水蒸氣。p傳統(tǒng)的粉煤燃燒蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)，較為先進(jìn)的傳統(tǒng)的粉煤燃燒蒸汽輪機(jī)發(fā)電技術(shù)，較為先進(jìn)的發(fā)電效率為發(fā)電效率為38%41%，而，而IGCC可達(dá)可達(dá)43%45%。2、IGCC開發(fā)現(xiàn)狀開發(fā)現(xiàn)狀p1972年德國投運(yùn)了第一套IGCC示范裝置，20世紀(jì)80年代美國冷水示范工程和LGTI（Destec法）示范工程又相繼投運(yùn)。pIGCC系統(tǒng)的發(fā)展1986年美國率先提出潔凈煤示范計(jì)劃（CCTP），后來歐共體和日本也相繼提出了潔凈煤發(fā)展計(jì)劃。至今全世界已建和擬建的IGCC電站有20余座，總?cè)萘?40萬千瓦。p技術(shù)上的發(fā)展 氣化爐有液態(tài)排渣的魯奇爐，以及用氧氣氣化的Texaco，De

56、stec，Shell，Prenflo氣流床氣化爐。 進(jìn)料有干法和濕法。 電力規(guī)模要求發(fā)電能力達(dá)2030萬千瓦。pIGCC主要的優(yōu)點(diǎn)： 具有較高的發(fā)電效率； 較為徹底的解決了傳統(tǒng)煤發(fā)電技術(shù)的環(huán)境污染問題，而且特別適宜使用高硫煤，灰渣對環(huán)境無害，被稱為最潔凈的發(fā)電技術(shù)； 技術(shù)已趨成熟，單機(jī)容量已能達(dá)到30萬千瓦； 用水量只有粉煤發(fā)電站的50% 70%。p問題問題是投資風(fēng)險(xiǎn)較大。3整體煤氣化濕空氣透平循環(huán)發(fā)電（整體煤氣化濕空氣透平循環(huán)發(fā)電（IGHAT）p是正處于開發(fā)階段的煤氣化發(fā)電技術(shù)。是正處于開發(fā)階段的煤氣化發(fā)電技術(shù)。p和和IGCC的主要區(qū)別在于用一個(gè)單軸的燃?xì)馔钙饺〈撕蟮闹饕獏^(qū)別在于用一個(gè)單軸

57、的燃?xì)馔钙饺〈撕笳咧械娜細(xì)夂驼魵馔钙?，其效率可達(dá)者中的燃?xì)夂驼魵馔钙?，其效率可達(dá)60。p充分利用了低位能量，空壓機(jī)消耗的軸功率從充分利用了低位能量，空壓機(jī)消耗的軸功率從50降到降到30以及高位能能量的有效利用等。以及高位能能量的有效利用等。p估計(jì)投資費(fèi)比估計(jì)投資費(fèi)比IGCC節(jié)省節(jié)省300美元美元/KW；運(yùn)行費(fèi)用可下降；運(yùn)行費(fèi)用可下降15。具有低污染排放的優(yōu)點(diǎn)，而且大量水蒸氣進(jìn)入燃燒器，。具有低污染排放的優(yōu)點(diǎn)，而且大量水蒸氣進(jìn)入燃燒器，使使NOx排放量更低。排放量更低。 6-3 煤的液化煤的液化p煤直接加氫液化煤直接加氫液化 煤煤液體油液體油p煤的間接液化煤的間接液化 煤煤合成氣合成氣液體燃料

58、或化學(xué)產(chǎn)品液體燃料或化學(xué)產(chǎn)品 一、煤的直接液化一、煤的直接液化 1、煤加氫液化原理、煤加氫液化原理煤和石油在結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)上有很大差異：煤和石油在結(jié)構(gòu)、組成和性質(zhì)上有很大差異：石油石油的的H/C比高于煤，原油為比高于煤，原油為1.76而煤只有而煤只有0.30.7，煤含氧，煤含氧221，而石油含氧極少；，而石油含氧極少；石油的主體是低分子化合石油的主體是低分子化合物，煤的主體是高分子聚合物；物，煤的主體是高分子聚合物；煤中有較多的礦物質(zhì)。煤中有較多的礦物質(zhì)。因此要把煤轉(zhuǎn)化為油，需加氫、裂解和脫灰。因此要把煤轉(zhuǎn)化為油，需加氫、裂解和脫灰。 煤加氫液化中的反應(yīng)煤加氫液化中的反應(yīng)p在煤的加氫液化時(shí)，

59、煤首先發(fā)生熱解反應(yīng)，生成的自由基在煤的加氫液化時(shí)，煤首先發(fā)生熱解反應(yīng)，生成的自由基“碎片碎片”在氫存在的條件下與氫結(jié)合而得以穩(wěn)定。在氫存在的條件下與氫結(jié)合而得以穩(wěn)定。 R-CH2-CH2-RRCH2+RCH2RCH2+RCH2+2HRCH3+RCH3RCH2+RCH2RCH2-CH2R 2RCH2RCH2-CH2R2RCH2RCH2-CH2R p氫的來源：氫的來源： 溶解于溶劑中的氫在催化劑作用下變?yōu)榛钚詺淙芙庥谌軇┲械臍湓诖呋瘎┳饔孟伦優(yōu)榛钚詺?溶劑油提供的或傳遞的氫溶劑油提供的或傳遞的氫 煤本身可供應(yīng)的氫煤本身可供應(yīng)的氫 化學(xué)反應(yīng)生成的氫化學(xué)反應(yīng)生成的氫 如：如：CO+H2OCO2+H2p

60、采取以下措施對供氫有利：采取以下措施對供氫有利： 使用有供氫性能的溶劑；使用有供氫性能的溶劑； 提高系統(tǒng)氫氣壓力；提高系統(tǒng)氫氣壓力； 提高催化劑的活性；提高催化劑的活性； 保持一定的保持一定的H2S濃度等。濃度等。 加氫液化的反應(yīng)產(chǎn)物 煤加氫液化后所得的并非是單一的產(chǎn)物，而是組成十分復(fù)雜，包括氣、液、固三相的混合物。 p用蒸餾法分離，油中沸點(diǎn)200部分為輕油或石腦油，沸點(diǎn)200325部分為中油。輕油中含有較多的酚，輕油的中性油中苯族烴含量較高，經(jīng)重整可比原油的石腦油得到更多的苯類，中油中含有較多的萘系和蒽系化合物，另外還含有較多的酚類與喹啉類化合物。煤液化氣體包括兩部分： 雜原子的H2O，H2