化工工藝學(xué)-第五章-煤的低溫干餾

1、聊城大學(xué)2013級(jí)講義煤干餾的定義：煤干餾的定義：煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成氣體產(chǎn)物（煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成氣體產(chǎn)物（煤氣）煤氣）、液體產(chǎn)物、液體產(chǎn)物（焦油、水）焦油、水）和固體產(chǎn)物（和固體產(chǎn)物（半焦或焦炭）半焦或焦炭）的過程，稱為的過程，稱為煤干餾煤干餾( (或稱煉或稱煉焦、焦化焦、焦化) )。煤干餾的分類：煤干餾的分類：按加熱終溫按加熱終溫低溫干餾：低溫干餾：500700中溫干餾：中溫干餾：700900高溫干餾：高溫干餾：9001100 概念：概念：在較低終溫在較低終溫(500700)下進(jìn)行的干餾過程，利用煤分子結(jié)構(gòu)下進(jìn)行的干餾過程，利用煤分子結(jié)構(gòu) 中潛在的優(yōu)勢(shì)，使富氫部分

2、產(chǎn)物以優(yōu)質(zhì)液態(tài)或氣態(tài)能源或化中潛在的優(yōu)勢(shì)，使富氫部分產(chǎn)物以優(yōu)質(zhì)液態(tài)或氣態(tài)能源或化 工原料產(chǎn)出，同時(shí)產(chǎn)生貧氫的半焦。工原料產(chǎn)出，同時(shí)產(chǎn)生貧氫的半焦。 原料：原料：褐煤和高揮發(fā)分的煙煤等低階煤褐煤和高揮發(fā)分的煙煤等低階煤(可生成較多焦油和煤氣可生成較多焦油和煤氣) 產(chǎn)物：產(chǎn)物：煤氣煤氣(氣體產(chǎn)物氣體產(chǎn)物) 、焦油、焦油(液體產(chǎn)物液體產(chǎn)物)、無煙燃料、無煙燃料半焦半焦(固體產(chǎn)物固體產(chǎn)物) 特點(diǎn)：特點(diǎn)：熱加工過程熱加工過程 常壓生產(chǎn)常壓生產(chǎn) 不用加氫和氧不用加氫和氧 實(shí)現(xiàn)煤部分氣化（煤氣）和液化（焦油）實(shí)現(xiàn)煤部分氣化（煤氣）和液化（焦油） 有效地利用資源有效地利用資源低溫干餾低溫干餾煤氣產(chǎn)率為煤氣產(chǎn)率

3、為80-200m3/t(原料原料干煤干煤)；焦油產(chǎn)率為；焦油產(chǎn)率為6-25%；半焦產(chǎn)率為半焦產(chǎn)率為50-70%。 密度密度：0.91.2g/cm3 組成組成：甲烷及其他烴類：甲烷及其他烴類（褐煤烴類含量低，煙煤的含量可高達(dá)（褐煤烴類含量低，煙煤的含量可高達(dá)65%） 用途用途：u 燃?xì)鈿廨啓C(jī)發(fā)電燃?xì)鈿廨啓C(jī)發(fā)電u 民用煤氣民用煤氣u 調(diào)制轉(zhuǎn)化后，作為還原劑用于冶金工業(yè)；作為合成氣用于化學(xué)工業(yè)調(diào)制轉(zhuǎn)化后，作為還原劑用于冶金工業(yè)；作為合成氣用于化學(xué)工業(yè)1）煤氣）煤氣u 性質(zhì)：性質(zhì)：黑褐色液體黑褐色液體密度密度0.95-1.1g/cm3u 組成：組成：酚類酚類35%有機(jī)堿有機(jī)堿1-2%烷烴烷烴2-10%

4、烯烴烯烴3-5%環(huán)烷烴環(huán)烷烴10%芳烴芳烴15-25%中性含氧化合物中性含氧化合物20-25%中性含氮化合物中性含氮化合物2-3%瀝青瀝青10%2）煤焦油）煤焦油u 用途：用途： 酚酚用于生產(chǎn)塑料、合成纖維、醫(yī)用于生產(chǎn)塑料、合成纖維、醫(yī)藥等產(chǎn)品；藥等產(chǎn)品；泥炭和褐煤焦油含有大量泥炭和褐煤焦油含有大量蠟類蠟類，生產(chǎn)表面活性劑和洗滌劑；生產(chǎn)表面活性劑和洗滌劑；經(jīng)經(jīng)催化加氫催化加氫后獲得發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和后獲得發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和其他產(chǎn)品。其他產(chǎn)品。u 焦油下水焦油下水排入下水前需處理排入下水前需處理原因：含有低級(jí)醇類、甲酸和其原因：含有低級(jí)醇類、甲酸和其他可溶酸、酚、硫、含氮化他可溶酸、酚、硫、含氮化合物，呈現(xiàn)

5、酸性或中性合物，呈現(xiàn)酸性或中性3）半焦）半焦氣孔率：氣孔率：在成焦過程中，在成焦過程中，液相膠質(zhì)固化時(shí)在中間留液相膠質(zhì)固化時(shí)在中間留下許多氣孔。氣孔體積占下許多氣孔。氣孔體積占總體積的百分比稱為氣孔總體積的百分比稱為氣孔率。氣孔太多、氣孔壁太率。氣孔太多、氣孔壁太薄，其強(qiáng)度越差。薄，其強(qiáng)度越差。半焦的孔隙率為半焦的孔隙率為3050%，反應(yīng)性和比電阻率比高溫焦炭高；，反應(yīng)性和比電阻率比高溫焦炭高；原料煤的煤化度越低，半焦的反應(yīng)能力和電阻越高；原料煤的煤化度越低，半焦的反應(yīng)能力和電阻越高；半焦強(qiáng)度低于焦炭。半焦強(qiáng)度低于焦炭。u 用途：用途：民用或動(dòng)力用燃料民用或動(dòng)力用燃料。半焦是半焦是鐵合金生產(chǎn)鐵

6、合金生產(chǎn)的優(yōu)質(zhì)炭料。的優(yōu)質(zhì)炭料。半焦可用作半焦可用作冶金型焦冶金型焦的中間產(chǎn)品。的中間產(chǎn)品。制造活性炭，炭分子篩和還原劑等。制造活性炭，炭分子篩和還原劑等。干餾設(shè)備的要求：干餾設(shè)備的要求：效率高、效率高、加熱均勻、加熱均勻、操作方便可靠、操作方便可靠、過程易控、過程易控、原料煤類別寬、原料煤類別寬、粒度尺寸范圍大、粒度尺寸范圍大、二次熱解作用小二次熱解作用小工藝需解決的問題：工藝需解決的問題：提供熱量提供熱量處理黏結(jié)傾向處理黏結(jié)傾向氣液固產(chǎn)品分離氣液固產(chǎn)品分離產(chǎn)品進(jìn)一步加工產(chǎn)品進(jìn)一步加工有毒及副產(chǎn)品處理有毒及副產(chǎn)品處理經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)化熱加工過程強(qiáng)度，強(qiáng)化熱加工過程強(qiáng)度，并使過程朝目標(biāo)方向進(jìn)行。

7、并使過程朝目標(biāo)方向進(jìn)行。低溫干餾的方法和類型：低溫干餾的方法和類型：加熱方式：加熱方式：外熱式、內(nèi)熱式外熱式、內(nèi)熱式煤料形態(tài)：煤料形態(tài)：塊煤、型煤、粉煤塊煤、型煤、粉煤供熱介質(zhì)：供熱介質(zhì)：氣體熱載體、固體熱載體氣體熱載體、固體熱載體煤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：煤的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：固定床、移動(dòng)床、流化床和氣流床固定床、移動(dòng)床、流化床和氣流床 外熱式外熱式( (由爐墻外部傳入熱量由爐墻外部傳入熱量) )缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：熱導(dǎo)率小、加熱不均勻、熱導(dǎo)率小、加熱不均勻、半焦質(zhì)量不均、二次熱解加深、半焦質(zhì)量不均、二次熱解加深、焦油產(chǎn)率降低。焦油產(chǎn)率降低。干餾供熱方式干餾供熱方式內(nèi)熱式內(nèi)熱式( (借助熱載體傳熱，載體和煤料借助熱載體

8、傳熱，載體和煤料直接接觸直接接觸) ) 固體熱載體（熱半焦、熱瓷球）；固體熱載體（熱半焦、熱瓷球）； 氣體熱載體（熱煙氣）氣體熱載體（熱煙氣）缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：煤料要求高（須是塊狀、粒度范圍窄）、煤料要求高（須是塊狀、粒度范圍窄）、氣體載體稀釋氣態(tài)產(chǎn)物氣體載體稀釋氣態(tài)產(chǎn)物外熱式外熱式內(nèi)熱式內(nèi)熱式原料黏結(jié)性原料黏結(jié)性寬寬弱弱干餾氣態(tài)產(chǎn)物干餾氣態(tài)產(chǎn)物不被稀釋不被稀釋被稀釋被稀釋焦油產(chǎn)率焦油產(chǎn)率小小較大較大半焦品質(zhì)半焦品質(zhì)不均勻不均勻較均勻較均勻熱效率熱效率低低高高設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜復(fù)雜簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單考伯斯?fàn)t考伯斯?fàn)t1-干餾室；干餾室；2-上部蓄熱室；上部蓄熱室；3-下部蓄熱室；下部蓄熱室；4-煤槽；煤槽；5

9、-焦槽；焦槽；6-加熱煤氣管加熱煤氣管典型爐：典型爐：伍德爐和考伯斯?fàn)t伍德爐和考伯斯?fàn)t原料煤：原料煤：弱黏結(jié)性、一定塊度弱黏結(jié)性、一定塊度75mm熱源：熱源：發(fā)生爐煤氣，回爐煤氣發(fā)生爐煤氣，回爐煤氣產(chǎn)物：產(chǎn)物：煤氣，焦油，焦炭煤氣，焦油，焦炭特點(diǎn)：特點(diǎn)：立式爐生產(chǎn)的煤氣熱值高立式爐生產(chǎn)的煤氣熱值高用途：用途：可生產(chǎn)城市煤氣可生產(chǎn)城市煤氣連續(xù)式外熱立式爐連續(xù)式外熱立式爐冷氣流冷氣流150-200連續(xù)式內(nèi)熱立式爐連續(xù)式內(nèi)熱立式爐又稱又稱氣流內(nèi)熱式爐氣流內(nèi)熱式爐原料：原料：塊煤或型煤，塊煤或型煤，2080mm，非黏結(jié)性煤非黏結(jié)性煤典型設(shè)備：典型設(shè)備：魯奇魯奇(Lurgi)低溫干餾低溫干餾爐（爐（干燥

10、段、干餾段、焦炭冷卻干燥段、干餾段、焦炭冷卻段段，因此又稱三段爐），因此又稱三段爐）傳熱方式：傳熱方式：內(nèi)熱式；內(nèi)熱式；熱載體：熱載體：煤氣燃燒所得煙氣煤氣燃燒所得煙氣流程：流程：氣流內(nèi)熱式干餾流程氣流內(nèi)熱式干餾流程產(chǎn)物：產(chǎn)物：煤氣，焦油，焦炭煤氣，焦油，焦炭150500-850100150n 固體熱載體干餾工藝優(yōu)點(diǎn)：固體熱載體干餾工藝優(yōu)點(diǎn)：J 加熱速度快，單元設(shè)備生產(chǎn)能力大，干餾氣體未被稀釋，熱值高，加熱速度快，單元設(shè)備生產(chǎn)能力大，干餾氣體未被稀釋，熱值高， 焦油產(chǎn)率高，煤氣熱值高，適合粉煤干餾。焦油產(chǎn)率高，煤氣熱值高，適合粉煤干餾。n 典型工藝：典型工藝： 托斯考（托斯考（Toscoal)

11、工藝工藝 ETCH煤粉快速熱解工藝煤粉快速熱解工藝 魯奇魯爾煤氣化工藝魯奇魯爾煤氣化工藝 中國褐煤干餾中國褐煤干餾DG工藝工藝固體熱載體干餾工藝固體熱載體干餾工藝外熱式干餾爐傳熱慢，生產(chǎn)能力??；外熱式干餾爐傳熱慢，生產(chǎn)能力?。粴饬鲀?nèi)熱式爐只能處理塊狀煤料。氣流內(nèi)熱式爐只能處理塊狀煤料。以瓷球作為熱載體的美國以瓷球作為熱載體的美國Toscoal法法p 原料原料非黏結(jié)性煤和弱黏結(jié)非黏結(jié)性煤和弱黏結(jié)性煤（預(yù)先破黏）性煤（預(yù)先破黏）粒度粒度12.7mm，瓷，瓷球粒度略大于此球粒度略大于此p 產(chǎn)品產(chǎn)品 煤氣：熱值高（符煤氣：熱值高（符合中熱值城市煤氣合中熱值城市煤氣需求）需求） 焦油：加氫可轉(zhuǎn)化焦油：加

12、氫可轉(zhuǎn)化為合成原油為合成原油 半焦：半焦：6.3mm，有一定揮發(fā)分（可有一定揮發(fā)分（可作發(fā)電廠燃料或制作發(fā)電廠燃料或制成無煙燃料）成無煙燃料）干餾溫度干餾溫度 430540p 原料原料：粉煤：粉煤p 產(chǎn)品產(chǎn)品：半焦，焦油，煤氣：半焦，焦油，煤氣ETCH 粉煤快速熱解工藝粉煤快速熱解工藝階段階段溫度溫度載體載體干燥干燥110150氣體氣體預(yù)熱預(yù)熱300400熱解開始熱解開始400固體固體800熱解熱解600650原料原料：褐煤或煙煤，內(nèi)在水：褐煤或煙煤，內(nèi)在水 811%p 設(shè)備設(shè)備：內(nèi)熱式干餾槽；：內(nèi)熱式干餾槽；熱載體：熱半焦熱載體：熱半焦(配入少配入少量空氣、煤氣或油量空氣、煤氣或油)p 流程

13、流程： LR褐煤干餾流程褐煤干餾流程p 產(chǎn)物產(chǎn)物： 半焦，揮發(fā)分半焦，揮發(fā)分1521%； 焦油焦油 煤氣煤氣魯奇魯奇- -魯爾煤氣工藝流程圖魯爾煤氣工藝流程圖1干燥管；干燥管；2錘式粉碎機(jī)；錘式粉碎機(jī)；3，旋風(fēng)分離器；，旋風(fēng)分離器；4干燥管風(fēng)干燥管風(fēng)機(jī)；機(jī)；5.電除塵器；電除塵器；6沉降分離室；沉降分離室；7混合器；混合器；8炭化室；炭化室；9氣流加熱管；氣流加熱管；10空氣預(yù)熱器；空氣預(yù)熱器；11鼓風(fēng)機(jī)；鼓風(fēng)機(jī)；12炭化炭化室旋風(fēng)分離器；室旋風(fēng)分離器；13三級(jí)氣體凈化冷卻器；三級(jí)氣體凈化冷卻器；14旋風(fēng)分離器；旋風(fēng)分離器；15煤氣風(fēng)機(jī)；煤氣風(fēng)機(jī)；16分離器分離器p 原料：褐煤、粒度原料：褐煤

14、、粒度05mm；p 熱載體：焦粉、溫度熱載體：焦粉、溫度700750；p 熱載體提升氣：燃燒爐的熱煙氣熱載體提升氣：燃燒爐的熱煙氣p 干餾溫度范圍：干餾溫度范圍：450670；p 產(chǎn)品產(chǎn)品 半焦：灰分不高，熱值高，反應(yīng)性好半焦：灰分不高，熱值高，反應(yīng)性好，比電阻大，比電阻大 焦油焦油 煤氣煤氣實(shí)驗(yàn)方法和條件：實(shí)驗(yàn)方法和條件： 原料褐煤從煤槽到混合器與熱載體半焦相混合，由于混合強(qiáng)化和煤粒子較細(xì)均勻分散，因此煤與半焦之間換熱迅速，加熱速率很快，從而發(fā)生快速熱解。煤焦混合物由混合器去反應(yīng)槽，在此完成干餾反應(yīng)并析出揮發(fā)產(chǎn)物。半焦從反應(yīng)槽去提升管下部，與空氣部分燃燒或由熱的煙氣加熱并流化提升，熱半焦回到

15、集合槽再去混合器，完成循環(huán)利用。 干餾揮發(fā)產(chǎn)物從反應(yīng)槽導(dǎo)出后，經(jīng)過濾除塵器，冷卻冷凝出焦油和冷凝液。煤氣經(jīng)過干燥脫去水分，在-30左右條件下冷凍，回收煤氣中輕質(zhì)油。煤氣由抽氣機(jī)輸送。 煤樣粒度為05mm，經(jīng)過干燥，含水小于10%。實(shí)驗(yàn)加料量約5kg/h，焦焦/煤比為煤比為35，熱載體焦粉溫度為700750，提升氣體是來自燃燒器的熱煙氣，實(shí)驗(yàn)干餾溫度范圍為450670 。 煤低溫干餾工藝的基本發(fā)展趨勢(shì)是快速干餾和加氫快速干餾以及在此基礎(chǔ)上的聯(lián)合工藝。技術(shù)的發(fā)展不僅要滿足能夠利用由于采煤機(jī)械化結(jié)果使數(shù)量增加的粉煤，其中包括硫分和灰分含量高的低值粉煤；對(duì)煤干餾的基本產(chǎn)品的需求；原料轉(zhuǎn)化成二次含能體的能量效率高，決定性地高于其它過程，如氣化；減少硫和氮的有毒化合物向環(huán)境中放散；以及通過對(duì)過程的適當(dāng)控制，能夠影響熱解產(chǎn)品的種類和數(shù)量比例。而且要求建造具有巨大生產(chǎn)能力的裝置，而這樣的生產(chǎn)能力是使從煤制造合成燃料成為可行所必需達(dá)到的經(jīng)濟(jì)規(guī)模。煤低溫干餾工藝的發(fā)展趨勢(shì)煤低溫干餾工藝的發(fā)展趨勢(shì)Coalcon加氫熱解工藝流程加