第六章煤化工反應單元工藝

1、Chemical TechnologyChapter 61第六章第六章 煤化工反應單元工藝煤化工反應單元工藝主講：劉俊生主講：劉俊生合肥學院合肥學院 化學與材料工程系化學與材料工程系E-mail: 2舊課復習 在第五章在第五章, ,我們主要討論一些典型的有機化工反我們主要討論一些典型的有機化工反應單元工藝。應單元工藝。有機化工主要是以石油、有機化工主要是以石油、煤等為直接或間接原煤等為直接或間接原料料，生產(chǎn)各種有機物。，生產(chǎn)各種有機物。反應單元工藝中有一些單元工藝，如乙苯的合反應單元工藝中有一些單元工藝，如乙苯的合成等在前面已經(jīng)介紹過。成等在前面已經(jīng)介紹過。3引入新課 在第二章我們學習了在第二

2、章我們學習了煤的形成與分類煤的形成與分類，以及有，以及有關煤的一些簡單加工工藝，關煤的一些簡單加工工藝，在這一章我們將要討論一下有關（在這一章我們將要討論一下有關（1）煤的加工）煤的加工工藝，工藝，（2）煤產(chǎn)品的深度加工）煤產(chǎn)品的深度加工（3）綜合利用等方面的內(nèi)容。）綜合利用等方面的內(nèi)容。4教學目的教學目的 了解煤的干餾、氣化、了解煤的干餾、氣化、煤制油技術煤制油技術等煤化工等煤化工反應單元工藝；反應單元工藝；了解煤焦油等的綜合利用；了解煤焦油等的綜合利用；了解由煤制備了解由煤制備碳素材料碳素材料與與電石電石的制備工藝。的制備工藝。教學重點教學重點：煤的干餾：煤的干餾 5主要內(nèi)容第一節(jié)第一節(jié)

3、煤的干餾煤的干餾第二節(jié)第二節(jié) 煤的氣化煤的氣化第三節(jié)第三節(jié) 煤制油技術煤制油技術第四節(jié)第四節(jié) 煤基化工產(chǎn)品煤基化工產(chǎn)品第五節(jié)第五節(jié) 煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術 6 我國是世界上煤炭資源較豐富的國家之一我國是世界上煤炭資源較豐富的國家之一,煤炭儲量遠煤炭儲量遠大于石油、天然氣儲量。大于石油、天然氣儲量。截止截止2003年底年底，已探明保有，已探明保有煤炭儲量為煤炭儲量為1.0661012 t，占化石能源資源總量的，占化石能源資源總量的90以上。以上。2006年我國煤炭產(chǎn)量達年我國煤炭產(chǎn)量達23.80億億t，居世界首位居世界首位。 煤炭直接燃燒排放到大氣的粉塵及煤炭直接燃燒排放到大氣的粉塵及SO

4、2分別占全國總排分別占全國總排放量的放量的 50和和 80以上。以上。 發(fā)展以煤化工為核心的潔凈煤技術，是解決我國能源發(fā)展以煤化工為核心的潔凈煤技術，是解決我國能源和環(huán)境問題的有效途徑和環(huán)境問題的有效途徑。 7煤化工是以煤為原料，經(jīng)化學加工實現(xiàn)煤炭高煤化工是以煤為原料，經(jīng)化學加工實現(xiàn)煤炭高效潔凈綜合利用的工業(yè)。效潔凈綜合利用的工業(yè)。煤化工反應單元主要包括煤化工反應單元主要包括：煤的干餾、氣化、煤的干餾、氣化、液化，液化，以及焦油加工，碳素材料，電石乙炔化工、以及焦油加工，碳素材料，電石乙炔化工、煤基甲醇制烯烴、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和多聯(lián)產(chǎn)煤基甲醇制烯烴、煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電和多聯(lián)產(chǎn)等。等。8煤的干

5、餾煤的干餾的主要產(chǎn)品有的主要產(chǎn)品有氣態(tài)氣態(tài)(煤氣煤氣) 、液態(tài)、液態(tài)(焦油焦油)和和固態(tài)固態(tài)(半焦或焦炭半焦或焦炭)等等。 煤的干餾過程中涉及到煤炭低溫干餾、煤炭高溫干煤的干餾過程中涉及到煤炭低溫干餾、煤炭高溫干餾餾煉焦、焦化產(chǎn)品的回收和加工等單元工藝。煉焦、焦化產(chǎn)品的回收和加工等單元工藝。煤炭氣化煤炭氣化的主要有效成分包括的主要有效成分包括一氧化碳、氫氣和甲烷一氧化碳、氫氣和甲烷等等 。 煤炭氣化過程中涉及到煤炭氣化過程中涉及到移動床煤氣化移動床煤氣化、碎煤流化床氣碎煤流化床氣化化 、煤的氣流床氣化煤的氣流床氣化 。其他方法包括：熔融床煤氣其他方法包括：熔融床煤氣化、煤的催化氣化、煤的加氫氣

6、化、煤的地下氣化等化、煤的催化氣化、煤的加氫氣化、煤的地下氣化等單元工藝。單元工藝。 9煤制油（煤炭液化煤制油（煤炭液化 ）的主要產(chǎn)品是將煤中有機質(zhì)的主要產(chǎn)品是將煤中有機質(zhì)大分子轉(zhuǎn)化為中等分子的大分子轉(zhuǎn)化為中等分子的液態(tài)產(chǎn)物液態(tài)產(chǎn)物 。其生產(chǎn)工藝包括：煤炭直接加氫液化與煤炭間接其生產(chǎn)工藝包括：煤炭直接加氫液化與煤炭間接液化二種不同的工藝單元。液化二種不同的工藝單元。煤基化工產(chǎn)品煤基化工產(chǎn)品包括煤制碳素制品、電石生產(chǎn)、褐包括煤制碳素制品、電石生產(chǎn)、褐煤蠟生產(chǎn)、煤基甲醇制烯烴技術等工藝單元。煤蠟生產(chǎn)、煤基甲醇制烯烴技術等工藝單元。煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術包括煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、包括煤氣化聯(lián)合循

7、環(huán)發(fā)電、 煤氣煤氣化液體產(chǎn)品制氫發(fā)電。化液體產(chǎn)品制氫發(fā)電。10第一節(jié)第一節(jié) 煤的干餾煤的干餾 煤的干餾煤的干餾是煤在隔絕空氣條件下加熱至較高溫度時，所發(fā)是煤在隔絕空氣條件下加熱至較高溫度時，所發(fā)生的一系列物理變化和化學反應的復雜過程，稱為生的一系列物理變化和化學反應的復雜過程，稱為煤煤的熱解的熱解，或稱，或稱熱分解熱分解和干餾。和干餾。 迄今為止煤加工的主要工藝仍是迄今為止煤加工的主要工藝仍是熱加工熱加工，煤煉焦工業(yè)就是，煤煉焦工業(yè)就是典型的例子。典型的例子。 研究煤的熱解對熱加工技術有直接的指導作用。研究煤的熱解對熱加工技術有直接的指導作用。11 煤炭熱分解煤炭熱分解 指煤在加熱過程中發(fā)生的

8、變化。指煤在加熱過程中發(fā)生的變化。 可見煤熱解過程大致可分為三個階段：可見煤熱解過程大致可分為三個階段：第一階段(室溫300 )：煤的外形無變化 第二階段(300600 )：煤黏結(jié)成半焦 第三階段(6001000 ) ：形成焦炭 12典型煙煤的熱分解過程示意圖131. 煤熱解發(fā)生的變化可分為三個階段煤熱解發(fā)生的變化可分為三個階段：第一階段（室溫第一階段（室溫300） 外形沒有變化外形沒有變化 ，脫水、脫氣；，脫水、脫氣；t700，煤氣主要是氫氣； 從半焦到焦炭，析出大量的煤氣，使半焦揮發(fā)分降低，焦炭的密度增加，體積收縮，形成碎塊。石墨化階段石墨化階段若將溫度提高到1500以上，用于生產(chǎn)石墨、炭

9、素材料。15煤熱解的影響因素煤熱解的影響因素煤化程度煤化程度 隨煤化程度增加，熱解開始溫度逐漸升高隨煤化程度增加，熱解開始溫度逐漸升高 加熱終溫加熱終溫 隨最終溫度的升高，焦炭和焦油產(chǎn)率下降，煤隨最終溫度的升高，焦炭和焦油產(chǎn)率下降，煤氣產(chǎn)率增加，但煤氣熱值降低氣產(chǎn)率增加，但煤氣熱值降低 升溫速率升溫速率 升溫速率對煤的黏結(jié)性有明顯的影響，可增升溫速率對煤的黏結(jié)性有明顯的影響，可增加煤氣與焦油的產(chǎn)率加煤氣與焦油的產(chǎn)率 熱解壓力熱解壓力 液體產(chǎn)物數(shù)量及停留時間隨壓力增加而增加液體產(chǎn)物數(shù)量及停留時間隨壓力增加而增加 熱解氣氛熱解氣氛 氫氣下熱解的氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物總量比常壓下氫氣下熱解的氣態(tài)和液態(tài)產(chǎn)物總

10、量比常壓下高得多高得多 16煤炭低溫干餾煤炭低溫干餾主要指煤主要指煤在終溫在終溫500700 的干餾過程的干餾過程。 適合于低溫干餾的煤是無黏結(jié)性的非煉焦用煤，適合于低溫干餾的煤是無黏結(jié)性的非煉焦用煤，如如褐煤褐煤或或高揮發(fā)分煙煤高揮發(fā)分煙煤。我國這類煤儲量豐富，目前主要用于我國這類煤儲量豐富，目前主要用于直接燃燒直接燃燒，若能通過低溫干餾回收煤氣與焦油，可使煤若能通過低溫干餾回收煤氣與焦油，可使煤得到更有效的綜合利用。得到更有效的綜合利用。17低溫干餾的產(chǎn)品性質(zhì)低溫干餾的產(chǎn)品性質(zhì)半焦的反應性與電阻率之比高溫焦高得多，而且半焦的反應性與電阻率之比高溫焦高得多，而且煤的變質(zhì)程度越低，其反應性和比

11、電阻率煤的變質(zhì)程度越低，其反應性和比電阻率越高。越高。半焦的高電阻率特性，使它成為鐵半焦的高電阻率特性，使它成為鐵合金生產(chǎn)的優(yōu)良原料合金生產(chǎn)的優(yōu)良原料。半焦半焦硫含量硫含量比原煤低，反應性高，燃點低比原煤低，反應性高，燃點低(250 左右左右)是是優(yōu)質(zhì)的燃料優(yōu)質(zhì)的燃料，也適合用于制造，也適合用于制造活活性碳，碳分子篩和還原劑，或氣化制氫性碳，碳分子篩和還原劑，或氣化制氫等。等。18煤低溫干餾工藝煤低溫干餾工藝低溫干餾的方法和類型很多低溫干餾的方法和類型很多: 按加熱方式有按加熱方式有外熱式外熱式、內(nèi)熱式內(nèi)熱式和和內(nèi)外熱結(jié)合內(nèi)外熱結(jié)合式；式； 按煤料的形態(tài)有按煤料的形態(tài)有塊煤、型煤塊煤、型煤與與

12、粉煤粉煤三種；三種； 按供熱介質(zhì)不同又有按供熱介質(zhì)不同又有氣體熱載體氣體熱載體和和固體熱載體固體熱載體兩種；兩種；按煤的運動狀態(tài)又分為按煤的運動狀態(tài)又分為固定床、移動床、流化固定床、移動床、流化床和氣流床床和氣流床等。等。 19 (1)連續(xù)式外熱立式爐連續(xù)式外熱立式爐 p常用來制取常用來制取城市煤氣城市煤氣的的伍德爐示意于圖伍德爐示意于圖6-1-02 。煙煤連續(xù)地由碳化。煙煤連續(xù)地由碳化室頂部的輔助煤箱加入室頂部的輔助煤箱加入碳化室，生成的熱半焦碳化室，生成的熱半焦排入底部的排料箱，碳排入底部的排料箱，碳化過程中底部通入水蒸化過程中底部通入水蒸氣冷卻半焦，并生成部氣冷卻半焦，并生成部分水煤氣，

13、水煤氣與干分水煤氣，水煤氣與干餾氣由上升管引出。碳餾氣由上升管引出。碳化室全長為化室全長為2080 mm，伍德爐的每個干餾室處伍德爐的每個干餾室處理煤約理煤約8 t/d。加熱煤氣。加熱煤氣是用自產(chǎn)半焦在爐側(cè)發(fā)是用自產(chǎn)半焦在爐側(cè)發(fā)生爐產(chǎn)生的發(fā)生爐煤氣。生爐產(chǎn)生的發(fā)生爐煤氣。圖圖6-1-02 伍德爐示意于圖伍德爐示意于圖20(2)連續(xù)式內(nèi)熱立式爐連續(xù)式內(nèi)熱立式爐 德國開發(fā)的德國開發(fā)的 Lurgi低溫干餾爐如圖低溫干餾爐如圖6-1-03所示。煤在爐中不斷下行，所示。煤在爐中不斷下行，熱氣流逆向通入進行加熱。粉狀褐煤熱氣流逆向通入進行加熱。粉狀褐煤和煙煤需預先壓塊。和煙煤需預先壓塊。 煤在爐內(nèi)移動過程

14、分成三段：干燥煤在爐內(nèi)移動過程分成三段：干燥段、干餾段和焦炭冷卻段，故又名三段、干餾段和焦炭冷卻段，故又名三段爐。段爐。 用于加熱的熱廢氣分別由上、下兩個用于加熱的熱廢氣分別由上、下兩個獨立燃燒室燃燒凈煤氣供給、煤在干獨立燃燒室燃燒凈煤氣供給、煤在干餾爐內(nèi)被加熱到餾爐內(nèi)被加熱到500850 。 一臺處理褐煤型煤一臺處理褐煤型煤300500 t/d的魯奇三段爐，可得型焦的魯奇三段爐，可得型焦150250 t/d，焦油，焦油1060 t/d，剩，剩余煤氣余煤氣180220 m3/t(煤煤) 圖圖6-1-03 魯奇低溫干餾爐示意圖魯奇低溫干餾爐示意圖21(3)連續(xù)式內(nèi)外熱立式爐連續(xù)式內(nèi)外熱立式爐 連

15、續(xù)式內(nèi)外熱立式爐是由德國考伯斯連續(xù)式內(nèi)外熱立式爐是由德國考伯斯(Koppers)公司開公司開發(fā)的考伯斯爐。它由碳化室、燃燒室及位于一側(cè)的發(fā)的考伯斯爐。它由碳化室、燃燒室及位于一側(cè)的上下蓄熱室組成。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。加熱用燃料為發(fā)生爐煤氣或回爐干餾氣，煤氣入。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氣交替進入上下蓄熱室。在干在立火道燃燒后的廢氣交替進入上下蓄熱室。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。使煤料受熱均

16、勻。此爐的煤干餾熱耗量較低，為此爐的煤干餾熱耗量較低，為2400 kJ/kg(煤煤)， 而而上述伍德爐為上述伍德爐為3320 kJ/kg (煤煤)。22(4)固體熱載體干餾法固體熱載體干餾法 外熱式外熱式干餾裝干餾裝置傳熱慢，生產(chǎn)能力小。氣置傳熱慢，生產(chǎn)能力小。氣流內(nèi)熱式的燃燒廢氣稀釋了流內(nèi)熱式的燃燒廢氣稀釋了干餾的氣態(tài)產(chǎn)物。采用固體干餾的氣態(tài)產(chǎn)物。采用固體熱載體進行煤干餾，加熱速熱載體進行煤干餾，加熱速率快，單元設備生產(chǎn)能力大，率快，單元設備生產(chǎn)能力大，例如美國例如美國Toscoal法用已加法用已加熱的瓷球作為熱載體，使次熱的瓷球作為熱載體，使次煙煤在煙煤在500 進行低溫干餾。進行低溫干餾

17、。德國魯奇魯爾煤氣工藝德國魯奇魯爾煤氣工藝(LurgiRuhrgas，LR)采用熱半焦采用熱半焦為熱載體，已建立生產(chǎn)裝置，為熱載體，已建立生產(chǎn)裝置，生產(chǎn)能力達生產(chǎn)能力達1600 t(半半焦焦)/d，產(chǎn)品半焦作為煉焦，產(chǎn)品半焦作為煉焦配煤原料，其干餾流程如圖配煤原料，其干餾流程如圖所示。所示。圖圖6-1-04 魯奇魯奇-魯爾煤氣工藝流程圖魯爾煤氣工藝流程圖23(5)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，為此已開發(fā)的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)的工藝有工藝有Coalcon加氫干餾工藝與加氫干餾工藝與CSSRT加氫干餾工加氫干餾工藝。藝。 CSSRT

18、加氫干餾工藝是以生產(chǎn)高熱值合成天然氣為目的，加氫干餾工藝是以生產(chǎn)高熱值合成天然氣為目的，同時可制取輕質(zhì)芳烴同時可制取輕質(zhì)芳烴(BTX)，干餾殘?zhí)加糜谥茪洹?，干餾殘?zhí)加糜谥茪洹?CSSRT工藝的煤轉(zhuǎn)化率可達工藝的煤轉(zhuǎn)化率可達6065，其中，其中(甲烷，甲烷，乙烷乙烷)30，w(BTX) 810，(輕油輕油)13。24煤炭高溫干餾煤炭高溫干餾煉焦煉焦 煤在煉焦爐中隔絕空氣加熱到煤在煉焦爐中隔絕空氣加熱到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，這過程稱為餾的一系列階段，最終得到焦炭，這過程稱為高高溫干餾溫干餾或或高溫煉焦高溫煉焦或簡稱或簡稱煉焦煉焦。煉焦的主要目的是為了煉焦的

19、主要目的是為了制取焦炭，焦炭是煉鐵的原料制取焦炭，焦炭是煉鐵的原料。煉焦時副產(chǎn)的煤氣和化學產(chǎn)品，特別是芳香族化合物在煉焦時副產(chǎn)的煤氣和化學產(chǎn)品，特別是芳香族化合物在化學工業(yè)得到廣泛的應用?；瘜W工業(yè)得到廣泛的應用。25焦炭的作用及質(zhì)量要求焦炭在高爐中起焦炭在高爐中起三個作用三個作用：作為作為骨架骨架，保持，保持高爐的透氣性；高爐的透氣性；提供提供熱源熱源；作鐵礦石的還作鐵礦石的還原劑原劑。為此，為此，對高爐用焦的要求是對高爐用焦的要求是：灰分低，硫和磷：灰分低，硫和磷低，強度高，塊度均勻，致密，低反應性、反低，強度高，塊度均勻，致密，低反應性、反應后強度高。應后強度高。26 當今高爐大型化，對焦

20、炭質(zhì)量的要求越來越高。當今高爐大型化，對焦炭質(zhì)量的要求越來越高。 表表6-1-10 焦炭的質(zhì)量要求焦炭的質(zhì)量要求 焦爐類別粒度/mmw(灰分)/%w(硫分)/%w(揮發(fā)分)/%氣孔率/%反應性/mL(CO2).g.s電阻率/.cm高爐焦炭25151.01.2420.40.6鑄造焦炭80120.81.5420.5電熱化學焦炭5251533.0421.50.2礦粉燒結(jié)焦炭031533.0401.5民用焦炭10202.520.0401.527(1)水分 應力求穩(wěn)定，大致控制在 w (水)1011，水分過多會使結(jié)焦時間延長。(2)細度 它指配煤中小于3 mm的顆粒占配煤的百分數(shù)，常規(guī)煉焦時為7280，

21、配型煤煉焦時約85，搗固煉焦時約90以上。且盡量減少0.5mm的細粉含量。(3)灰分 煤料中灰分全部殘留在焦炭中，一般要求配煤時w (灰分)10。配煤灰分可根據(jù)所配煤種的灰分，按加和性計算。28(4)硫分 煤中硫通常以黃鐵礦/硫酸鹽及有機硫的形式存在，煤的洗選只能除去黃鐵礦中的硫。煉焦時煤中硫約8090殘留在焦炭中，故要求煤料中硫含量越低越好，一般配煤時w (硫)1。配煤的硫含量可按加和性計算。(5)配煤的煤化度 常用的煤化度指標是干燥無灰基揮發(fā)分(Vdaf)和鏡質(zhì)組平均最大反射率(Rmax)。在很寬的煤化度區(qū)間，兩者有密切的線性相關關系，據(jù)鞍山冶金熱能所對中國148種煤所作的回歸分析，得到的

22、回歸方程： Rmax 2.350.041 Vdaf (相關系數(shù) r0.947)配煤的揮發(fā)分可直接測定，也可按加和性計算，但是在煉焦過程中，配煤中各組分煤和熱解中間產(chǎn)物之間存在著相互作用，測定值與計算值會有一些差異。配煤的Rmax可直接測定，也可按加和性計算，測定值與計算值一般不會有明顯差異。29配煤的煤化度影響焦炭的氣孔率、比表面積、光學顯微結(jié)構及反應后強度。經(jīng)過大量的試驗和綜合各方面的因素后已確定，為了制取大型高爐用焦炭，配煤煤化度指標的適宜范圍是Rmax 1.21.3，或Vdaf2628 。(6)配煤的黏結(jié)性指標 這是影響焦炭強度的重要因素，室式煉焦配煤黏結(jié)性指標的適宜范圍是：以最大流動度

23、MF為黏結(jié)性指標時，為70(或100)103 DDPM(表示轉(zhuǎn)速，以分度分表示，360為100分度，轉(zhuǎn)速越快，則流動度越大)，以奧亞膨脹度t為指標時t50；以膠質(zhì)層最大厚度 y為指標時，y 1722 mm；以黏結(jié)指數(shù) G為指標時，G5872。配合煤的黏結(jié)性指標一般不能用單種煤的黏結(jié)性指標按加和性計算。30(7)配煤的膨脹壓力配煤的膨脹壓力只能由實驗測定，不能從單種煤的膨脹壓力按加和性計算。通常在常規(guī)煉焦配煤范圍內(nèi)，煤料的煤化度加深則膨脹壓力增大。對同一煤料，增加煤的相對堆密度，膨脹壓力也增加。 當今由于煤質(zhì)指標檢測的自動化和計算機的廣泛應用，使焦炭質(zhì)量預測技術用于配煤日常管理成為可能，國內(nèi)外都

24、普遍重視焦炭的預測技術。31 我國用黏結(jié)指數(shù)G及干燥無灰基揮發(fā)分Vdaf兩個指標，來預測焦炭強度 M40和M10，發(fā)現(xiàn)當 Vdaf30時，M40隨G值增加而增加；當 G60時，M10隨G值增加而降低，鞍鋼根據(jù)多年生產(chǎn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，得出用 Vdaf和G值預測焦炭強度的回歸方程： M40120.1472.104Vdaf0.144G (r0.925) M1012.7940.452 Vdaf0.0243G (r0.886) 式中：配煤揮發(fā)分可由加和性計算，而G值用加和性計算時會有一定偏差，如各單種煤黏結(jié)性差別大時，出現(xiàn)偏差的可能性增加。 32煤煤在在碳碳化化室室中中成成焦焦過過程程33現(xiàn)代焦爐設備現(xiàn)

25、代焦爐設備 圖 6-1-06 我國 JN6087焦爐示意圖1.空氣蓄熱室；2.廢氣蓄熱室，3.貧氣蓄熱室；4.立火道，5.貧煤氣管；6.富煤氣管；7.空氣入口；8.廢氣出口；9.煙道；10.碳化室 34高溫煉焦的發(fā)展高溫煉焦的發(fā)展 (1)焦爐的大型化與高效 (2)煉焦新技術 為了擴大煉焦用煤來源，在配煤中增加弱黏結(jié)煤和不黏結(jié)煤的比例，是研究的主要方向。具體方法有：搗固煉焦、煤的爐外預熱或干燥、配型煤和添加黏結(jié)劑等。35煤焦化產(chǎn)品的回收和加工煤煉焦時，約有煤煉焦時，約有75變成焦炭變成焦炭，還有，還有25轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變成多種化學產(chǎn)品和煤氣。成多種化學產(chǎn)品和煤氣?；厥者@些化學產(chǎn)品，既能綜合利用煤炭資源，

26、回收這些化學產(chǎn)品，既能綜合利用煤炭資源，又能促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。又能促進國民經(jīng)濟的發(fā)展。有的國家生產(chǎn)的焦化產(chǎn)品品種已達有的國家生產(chǎn)的焦化產(chǎn)品品種已達500種以上，種以上，中國也從焦爐煤氣、粗苯和煤焦油中提煉出上中國也從焦爐煤氣、粗苯和煤焦油中提煉出上百種產(chǎn)品。百種產(chǎn)品。36煉焦煤氣的分離和利用煉焦煤氣的分離和利用 （1）煤焦化學產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率 焦化產(chǎn)品的組成和產(chǎn)率隨煉焦溫度和原煤性質(zhì)的不同而變化，在一般的煉焦工業(yè)生產(chǎn)條件下，各種產(chǎn)物的產(chǎn)率(對于煤的質(zhì)量分數(shù)w)為： 焦炭7078；凈焦爐煤氣1519；焦油34.5；化合水24；苯族烴0.81.4；氨0.250.35；其他0.91.1。 化合水主

27、要指煤有機質(zhì)熱分解生成的水。 剛出碳化室的焦爐煤氣稱為荒煤氣。37未經(jīng)凈化的焦爐煤氣未經(jīng)凈化的焦爐煤氣稱為稱為荒煤氣荒煤氣，荒煤氣中水蒸氣來自荒煤氣中水蒸氣來自化合水化合水以及煤的以及煤的表面水分表面水分?；拿簹庵谐齼裘簹馔獾闹饕M成為荒煤氣中除凈煤氣外的主要組成為(單位：單位：gm3)：水蒸氣水蒸氣250-450，還含有還含有焦油氣、苯族烴、硫化氫、萘、氨、氰焦油氣、苯族烴、硫化氫、萘、氨、氰化物、吡啶類化合物化物、吡啶類化合物。38 上述凈煤氣之外的各種物質(zhì)含量雖少，但上述凈煤氣之外的各種物質(zhì)含量雖少，但危害危害不小，例如不小，例如：萘能以固態(tài)析出，萘能以固態(tài)析出，堵塞管道與設備堵塞管道與

28、設備。氨氨會會腐蝕腐蝕設備和管道，生成銨鹽會設備和管道，生成銨鹽會堵塞堵塞設備。設備。硫化氫硫化氫等硫化物能等硫化物能腐蝕腐蝕設備。設備。一氧化氮一氧化氮會與煤氣中的烯烴等聚合成煤氣膠，會與煤氣中的烯烴等聚合成煤氣膠，不利于不利于煤氣輸送設備的運行。煤氣輸送設備的運行。39 為此煉焦廠都將為此煉焦廠都將荒煤氣荒煤氣進行進行冷卻冷凝冷卻冷凝以回收焦以回收焦油、氨、硫、苯族烴等化學產(chǎn)品，同時又凈化油、氨、硫、苯族烴等化學產(chǎn)品，同時又凈化了煤氣。了煤氣。從從荒煤氣中主要回收荒煤氣中主要回收：苯族烴、吡啶等，凈化：苯族烴、吡啶等，凈化后的凈煤氣主要含有：氫氣、甲烷、一氧化碳、后的凈煤氣主要含有：氫氣、

29、甲烷、一氧化碳、氮氣、二氧化碳、其它烴類、氧氣等。氮氣、二氧化碳、其它烴類、氧氣等。采取的對策采取的對策40典型的回收與加工化學產(chǎn)品的流程（典型的回收與加工化學產(chǎn)品的流程（1 1）國內(nèi)外的回收與加工流程分為國內(nèi)外的回收與加工流程分為正壓操作和負壓操作正壓操作和負壓操作兩種兩種。(1)正壓操作正壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)的焦爐煤氣處理系統(tǒng) 鼓風機位于初冷器后，在風機之后的全系統(tǒng)均處于鼓風機位于初冷器后，在風機之后的全系統(tǒng)均處于正壓操作。正壓操作。此流程國內(nèi)應用廣泛。此流程國內(nèi)應用廣泛。煤氣經(jīng)壓縮之后溫升煤氣經(jīng)壓縮之后溫升50，故對選用飽和器法，故對選用飽和器法生產(chǎn)硫生產(chǎn)硫銨銨(需需55oC)和弗薩

30、姆法和弗薩姆法回收氨系統(tǒng)回收氨系統(tǒng)特別適用特別適用。41正壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)42典型的回收與加工化學產(chǎn)品的流程（2）(2)負壓操作負壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)的焦爐煤氣處理系統(tǒng)國內(nèi)也有應用。國內(nèi)也有應用。它把鼓風機放在系統(tǒng)的最后，將焦爐煤氣從它把鼓風機放在系統(tǒng)的最后，將焦爐煤氣從7一一l0 kPa升壓到升壓到1517kPa后送到用戶。后送到用戶。這個流程的優(yōu)點是這個流程的優(yōu)點是：無煤氣終冷系統(tǒng)，減少了低溫水用：無煤氣終冷系統(tǒng)，減少了低溫水用量，總能耗有所降低，并減輕了管道腐蝕。量，總能耗有所降低，并減輕了管道腐蝕。它的缺點是它的缺點是：負壓操作時，煤氣體積增加，煤氣管道和：負壓操作時，煤氣

31、體積增加，煤氣管道和設備容積均相應增加，減少了吸收推動力；要求所有設設備容積均相應增加，減少了吸收推動力；要求所有設備管道加強密封，以免空氣漏人。備管道加強密封，以免空氣漏人。負壓流程適合于負壓流程適合于水洗氨工藝水洗氨工藝。43系統(tǒng)的最后負壓操作的焦爐煤氣處理系統(tǒng)44第二節(jié) 煤的氣化 煤的氣化過程是一個煤的氣化過程是一個熱化學過程熱化學過程。它是以。它是以煤或煤焦煤或煤焦(半半焦焦)為為原料原料，以，以氧氣氧氣(空氣、富氧或純氧空氣、富氧或純氧)、水蒸氣或氫水蒸氣或氫氣氣等作等作氣化劑氣化劑(或稱氣化介質(zhì)或稱氣化介質(zhì))，在高溫條件下通過化學，在高溫條件下通過化學反應把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化

32、為氣體的過程。反應把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過程。目的目的是將煤轉(zhuǎn)化成是將煤轉(zhuǎn)化成可燃氣體可燃氣體。煤氣化過程包含：。煤氣化過程包含：煤的熱煤的熱解、半焦的氣化解、半焦的氣化等過程。煤氣的主要組成為等過程。煤氣的主要組成為CO、CO2、H2、CH4、H2O。氣化時所得的氣體稱為。氣化時所得的氣體稱為煤氣煤氣，其有，其有效成分包括一氧化碳、氫氣和甲烷等。效成分包括一氧化碳、氫氣和甲烷等。在各種煤轉(zhuǎn)化技術中，特別是開發(fā)潔凈煤技術中，在各種煤轉(zhuǎn)化技術中，特別是開發(fā)潔凈煤技術中，煤的氣化是煤的氣化是最有應用前景的技術之一最有應用前景的技術之一。45一、煤氣化原理1煤氣化的過程煤氣化的過程煤的氣

33、化過程是在煤的氣化過程是在煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐(又稱又稱氣化爐氣化爐)中進行的。中進行的。 2煤氣化的基本化學反應煤氣化的基本化學反應 煤是一種有復雜分子結(jié)構的物質(zhì)，除碳之外還有氫、氧、煤是一種有復雜分子結(jié)構的物質(zhì)，除碳之外還有氫、氧、硫、氮等元素，煤干餾后煤焦中主要成分是碳，故這里硫、氮等元素，煤干餾后煤焦中主要成分是碳，故這里只只考慮元素碳的氣化反應考慮元素碳的氣化反應。表表6201列出了氣化過程中發(fā)生的煤熱裂解反應、列出了氣化過程中發(fā)生的煤熱裂解反應、均相反應和非均相反應以及它們的熱效應。參與反應的均相反應和非均相反應以及它們的熱效應。參與反應的氣體可能是最初的氣化劑，也可能是氣化過程的

34、產(chǎn)物。氣體可能是最初的氣化劑，也可能是氣化過程的產(chǎn)物。46發(fā)生爐與氣化過程示意圖1.爐體；2.加料裝置；3.爐柵；4.送風口； 5.灰盤料層：A.灰渣，B.氧化層，C.還原層；D.干餾層，E.干燥層47 氣化過程由碳的基本反應H (298K,0.1MPa)kJ/molkcal/mol非均相反應(氣/固)R1部分燃燒 C+0.5O2=CO12329.4R2燃燒 C+ O 2=CO240697.0R3碳與水蒸氣反應 C+H2O=CO+H211928.3R4 Boudouard反應 C+ CO 2=2CO16238.4R5加氫氣化 C+2H2=CH48720.9氣相燃燒反應R6 H2+0.5O2=

35、H2O242.0057.80R7 CO+ 0.5O 2=CO2283.267.64均相反應(氣/氣)R8均相水煤氣反應 CO+H2O= H2+CO24210.1R9甲烷化 CO+3H2= CH4+H2O20649.2熱裂解反應R10 CHxOy=(1)CyCOx/2H217.4R11 CHxOy=(1-x/8)CyCOx/4H28CH48.148 這些反應中，這些反應中，R3即即水蒸氣和碳反應水蒸氣和碳反應的意義最大的意義最大，它參與各種煤氣化過程，此反應為強吸熱反應。它參與各種煤氣化過程，此反應為強吸熱反應。反應中反應中R4也是重要的氣化反應也是重要的氣化反應。供熱的供熱的Rl和和R2反應與

36、吸熱的反應與吸熱的R3和和R4組合在一起，組合在一起，對自熱式氣化過程起重要的作用。對自熱式氣化過程起重要的作用。加氫氣化加氫氣化反應反應R5對于制取合成天然氣對于制取合成天然氣(SNG)很很重要重要。49 氫或合成氣的制造由反應氫或合成氣的制造由反應R1，R2和和R3的組合的組合實現(xiàn)。實現(xiàn)。 煤中的少量元素氮和硫在氣化過程中產(chǎn)生了含煤中的少量元素氮和硫在氣化過程中產(chǎn)生了含氮的和含硫的產(chǎn)物、氮的和含硫的產(chǎn)物、主要的主要的硫化物硫化物是是H2S，COS，CS2等，等，主要的主要的含氮化合物含氮化合物是是NH3，HCN，NO等等。50元素元素反反 應應SS+O2=SO2SO2+3H2=H2S+2H

37、2OSO2+2CO=S+2CO22H2S+SO2=3S+2H2OC+2S=CS2CO+S=COSNN2+3H2=2NH3N2+H2O+2CO=2HCN+1.5O2N2+xO2=2NOx51（3 3）煤氣化的分類方法）煤氣化的分類方法 煤氣化有好幾種分類方法，按制取煤氣的熱值分類有： 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1674733494 kJ/m3； 制取高熱值煤氣方法，煤氣熱值高于33494 kJ/m3。 52 按氣化過程按氣化過程供熱方法分類供熱方法分類又可分為：又可分為： 部分氧化方法部分氧化方法，又稱，又稱自熱式氣化方法自熱式氣化方法。

38、通過燃燒。通過燃燒部分氣化用煤來供熱，一般需消耗氣化用煤潛熱部分氣化用煤來供熱，一般需消耗氣化用煤潛熱的的15153535，這種直接供熱方法是目前最普遍，這種直接供熱方法是目前最普遍采用的；采用的； 間接供熱間接供熱，即，即外熱式氣化方法外熱式氣化方法； 利用氣化反應釋放熱供熱利用氣化反應釋放熱供熱，例如利用放熱的加氫反，例如利用放熱的加氫反應供熱。應供熱。 目前最通用的分類方法是按反應器類型分類：目前最通用的分類方法是按反應器類型分類：移動床移動床( (固定床固定床) )；流化床；流化床；氣流床；氣流床；熔融床熔融床( (熔浴熔浴床床) )。53（4）煤性質(zhì)對氣化的影響）煤性質(zhì)對氣化的影響

39、煤的反應活性煤的反應活性 這是指在一定的條件下，煤炭與不同氣化介質(zhì)（如二氧化碳、這是指在一定的條件下，煤炭與不同氣化介質(zhì)（如二氧化碳、氧、水蒸氣和氫）相互作用的反應能力，反應活性又稱氧、水蒸氣和氫）相互作用的反應能力，反應活性又稱為反應性。為反應性。 煤的黏結(jié)性煤的黏結(jié)性 煤受熱后會相互黏結(jié)在一起。煤受熱后會相互黏結(jié)在一起。 結(jié)渣性結(jié)渣性 煤中礦物質(zhì)，在氣化和燃燒過程中，由于灰分軟化熔融而變煤中礦物質(zhì)，在氣化和燃燒過程中，由于灰分軟化熔融而變爐渣的性能稱為結(jié)渣性。爐渣的性能稱為結(jié)渣性。 煤灰的黏溫特性煤灰的黏溫特性 54熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性 煤的熱穩(wěn)定性指煤在加熱時，是否易于煤的熱穩(wěn)定性指煤在加熱

40、時，是否易于 破碎的性質(zhì)。破碎的性質(zhì)。 機械強度機械強度 煤的機械強度是指煤的抗碎強度、耐磨煤的機械強度是指煤的抗碎強度、耐磨 強度和抗壓強度等綜合性的物理、機械強度和抗壓強度等綜合性的物理、機械 性能。性能。 粒度分布粒度分布 不同的氣化工藝對煤的粒度要求不同不同的氣化工藝對煤的粒度要求不同 燃料的水分、灰分和硫分燃料的水分、灰分和硫分 55（5）煤氣化過程的指標）煤氣化過程的指標煤氣產(chǎn)率 每單位質(zhì)量煤氣化所得煤氣的標準狀況下體積數(shù)m3kg(煤)。 氣化強度 氣化爐每單位爐截面積在每小時氣化的煤質(zhì)量kg(煤)(m2h)，或氣化爐每單位容積在每小時氣化的煤質(zhì)量kg(煤)(m3h)。 氣化效率

41、又稱冷煤氣效率。每千克煤氣化所得冷煤氣在完全燃燒時放出的熱量與氣化的每千克煤的發(fā)熱量之比()。 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。 56煤氣化方法1移動床（固定床）煤氣化移動床（固定床）煤氣化2碎煤流化床氣化碎煤流化床氣化3煤的氣流床氣化煤的氣流床氣化下面分別介紹之。下面分別介紹之。57(二) 煤氣化工藝1移動床煤氣化移動床煤氣化煤的移動床氣化是以煤的移動床氣化是以塊煤為原料塊煤為原料，煤由氣化爐頂加入，煤由氣化爐頂加入，氣化劑由爐底送入。氣化劑由爐底送入。氣化劑與煤逆流接觸，氣化反應進行得比較完全，灰渣氣化劑與煤逆流接觸，氣化反應進行得比較完全，灰渣中殘?zhí)忌?。中?/p>

42、碳少。產(chǎn)物氣體的顯熱中的相當部分供給煤氣化前的干燥和干產(chǎn)物氣體的顯熱中的相當部分供給煤氣化前的干燥和干餾，煤氣出口溫度低，灰渣的顯熱又預熱了入爐的氣化餾，煤氣出口溫度低，灰渣的顯熱又預熱了入爐的氣化劑，因此劑，因此氣化效率高氣化效率高。這是一種理想的完全氣化方式這是一種理想的完全氣化方式。58 移動床煤氣化移動床煤氣化 (1)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 爐內(nèi)狀況分析與工藝條件控制 實際生產(chǎn)指標 煤氣發(fā)生爐 煤氣站工藝流程 593M13型煤氣發(fā)生爐。其特點是采用雙滾筒連續(xù)進料方式，采用回轉(zhuǎn)爐箅連續(xù)排灰，爐內(nèi)帶有攪拌棒破黏，適用

43、于長焰煤、氣煤等弱黏結(jié)性煤種。爐內(nèi)徑3 m，進風口直徑500 mm，煤氣出口直徑900 mm，最大風壓4 0006000 Pa，耗煤17002500 kg/h，煤氣產(chǎn)量55008000 m3(h臺)，水蒸氣和空氣用量分別為0.30.5 kg(水蒸氣)kg(煤)和1.52.5 m3(空氣)kg(煤)。圖6-2-06 3M13型煤氣發(fā)生爐總圖60 (2)水煤氣 水煤氣是熾熱的碳與水蒸氣反應生成的煤氣，它主要由CO和H2組成，與發(fā)生爐煤氣相比，含氮氣很少，發(fā)熱量高。燃燒時呈藍色火焰，所以又稱藍水煤氣。 理想水煤氣 實際水煤氣生產(chǎn)指標 工作循環(huán)的構成 間歇法制取半水煤氣和水煤氣的生產(chǎn)流程 常壓水煤氣發(fā)

44、生爐 61 (3)移動床加壓氣化 移動床加壓氣化的最成熟爐型是魯奇 (Lurgi)爐。它和常壓移動床一樣，也是自熱式逆流反應器，所不同的是采用氧氣水蒸氣或空氣-水蒸氣為氣化劑，在2.03.0 MPa的壓力和9001100溫度條件下進行的連續(xù)氣化法。 加壓下床層的分布 氣化壓力的影響與壓力的選擇 操作溫度與汽氧比 魯奇氣化爐及工藝流程 液態(tài)排渣魯奇爐 62 第三代魯奇加壓氣化爐示意圖1.煤箱；2.上部傳動裝置；3.噴冷器；4.裙板；5.布煤器；6.攪拌器；7.爐體；8.爐箅；9.爐箅傳動裝置；10.灰箱；1l.刮刀；12.保護板 632碎煤流化床氣化碎煤流化床氣化發(fā)展流化床氣化方法的原因是：為了

45、提高單爐的生發(fā)展流化床氣化方法的原因是：為了提高單爐的生產(chǎn)能力和適應采煤技術的發(fā)展，直接使用產(chǎn)能力和適應采煤技術的發(fā)展，直接使用小顆粒碎小顆粒碎煤為原料，并可利用褐煤等高灰分劣質(zhì)煤煤為原料，并可利用褐煤等高灰分劣質(zhì)煤。它又稱為沸騰床氣化，把氣化劑它又稱為沸騰床氣化，把氣化劑(水蒸氣和富氧空氣水蒸氣和富氧空氣或氧氣或氧氣)送人氣化爐內(nèi)，使煤顆粒呈沸騰狀態(tài)進行氣送人氣化爐內(nèi)，使煤顆粒呈沸騰狀態(tài)進行氣化反應?；磻?。在反應床內(nèi)，當氣流速率低于流態(tài)化臨界速率為移在反應床內(nèi)，當氣流速率低于流態(tài)化臨界速率為移動床，當氣流速率高于顆粒極限沉降速率為氣流床，動床，當氣流速率高于顆粒極限沉降速率為氣流床，當氣流

46、速率介于這兩個速率之間時為流化床。當氣流速率介于這兩個速率之間時為流化床。64 碎煤流化床氣化碎煤流化床氣化 (1)流化床煤氣化過程 流化床與移動床不同，但仍有氧化層和還原層，氧化層高度約為80100 mm，還原層在氧化層的上面且一直延伸到全料層的上部界限。 圖6-2-12 以無煙煤為原料，流化床中氣化過程和溫度分布65(2)溫克勒(Winkler)煤氣 它是一個內(nèi)襯耐火材料的立式圓筒形爐體，下部為圓錐形狀。水蒸氣和氧氣(或空氣)通過位于流化床不同高度上的幾排噴嘴加入。其下段為圓錐形體的流化床，上段的高度約為流化床高度的610倍，作為固體分離區(qū)。溫克勒氣化爐工藝流程圖1.料斗；2.氣化爐，3.

47、廢熱鍋爐；4,5.旋風除塵器；6.洗滌塔；7.煤氣凈化裝置；8.焦油水分離器；9.泵66(3)高溫溫克勒(HTW)法 針對溫克勒爐的缺點，HTW爐主要進行的改進： 提高氣化壓力到1MPa 提高氣化溫度 流化床粗粉帶出物循環(huán)回到流化床氣化，從而提高了碳的轉(zhuǎn)化率 67灰熔聚流化床粉煤氣化工業(yè)示范裝置工藝流程簡圖v (4)灰團聚流化床煤氣化法683煤的氣流床氣化煤的氣流床氣化所謂氣流床，就是所謂氣流床，就是氣化劑氣化劑(水蒸氣與氧水蒸氣與氧)將將粉煤粉煤夾帶夾帶入氣化爐進行并流氣化。入氣化爐進行并流氣化。粉煤被氣化劑夾帶通過特殊的噴嘴進入反應器、瞬粉煤被氣化劑夾帶通過特殊的噴嘴進入反應器、瞬時著火，

48、形成火焰，溫度高達時著火，形成火焰，溫度高達2000oC。煤粉和氣化劑在火焰中作并流流動，粉煤急速燃燒煤粉和氣化劑在火焰中作并流流動，粉煤急速燃燒和氣化，反應時間只有幾秒鐘，可以認為放熱與引和氣化，反應時間只有幾秒鐘，可以認為放熱與引吸熱反應差不多是同時進行的，在火焰端部，即煤吸熱反應差不多是同時進行的，在火焰端部，即煤氣離開氣化爐之前，碳己全部耗盡。氣離開氣化爐之前，碳己全部耗盡。煤的粘結(jié)性對煤氣化過程沒有什么影響煤的粘結(jié)性對煤氣化過程沒有什么影響。69 (2)干法進料的氣流床氣化方法 K-T型氣化爐 圖6-2-16 K-T型氣化爐及廢熱回收示意圖70 Shell法 圖6-2-17 Shel

49、l氣化法的典型流程圖71 Prenflo法 用此法在西班牙Puertollano已建IGCC示范裝置，發(fā)電量30萬kW.h氣化爐容量2600 t/d，產(chǎn)煤氣18萬m3/h，見煤炭多聯(lián)產(chǎn)部分。 GSP氣化爐 GSP氣化法是1976年由東德VEB Gaskombiant的黑水泵公司開發(fā)的一下噴式加壓氣流床液態(tài)排渣氣化爐，操作壓力2.53.0 MPa，用粉煤、氧氣鼓風，其結(jié)構及工作原理兼?zhèn)涞率抗藕蚐hell氣化爐兩者的特點。 72 (3)濕法進料的氣流床氣化方法 德士古煤氣化方法 圖6-2-18 Texaco氣化法（激冷）流程圖73Destec煤氣化法(原稱DOW法) 圖6-2-20 Destec兩

50、段氣化示意圖74多噴嘴對置式氣化法圖6-2-21多噴嘴對置式氣化爐示意圖75(三) 其他煤氣化方法這里所述及的其他方法包括：這里所述及的其他方法包括： 熔融床煤氣化方法；熔融床煤氣化方法； 煤的催化氣化法；煤的催化氣化法； 煤的加氫氣化方法；煤的加氫氣化方法；煤的地下氣化等。煤的地下氣化等。下面分別介紹之下面分別介紹之。76 熔融床煤氣化方法熔融床煤氣化方法又分熔渣床、熔鹽床和熔鐵床又分熔渣床、熔鹽床和熔鐵床三種三種。因為種種技。因為種種技術和經(jīng)濟問題，術和經(jīng)濟問題，這些試驗大多已停止。這些試驗大多已停止。 煤的催化氣化法煤的催化氣化法煤的催化氣化方法是在氣化過程中添加催化劑，煤的催化氣化方法

51、是在氣化過程中添加催化劑，加快氣化反應，可以在較低溫度下進行氣化。加快氣化反應，可以在較低溫度下進行氣化。煤的催化氣化方法以煤的催化氣化方法以Exxon方法為代表，用方法為代表，用K2CO3為催化劑，但其規(guī)模僅為催化劑，但其規(guī)模僅1t(煤煤)d。77 煤的加氫氣化方法煤的加氫氣化方法加氫氣化法的目的是為了加氫氣化法的目的是為了制取天然氣制取天然氣。 煤的地下氣化煤的地下氣化等。等。煤的地下氣化法是對地下煤層就地直接進行煤的地下氣化法是對地下煤層就地直接進行氣化生產(chǎn)煤氣的方法。氣化生產(chǎn)煤氣的方法。國內(nèi)外曾進行了大量的研究。但由于地下煤國內(nèi)外曾進行了大量的研究。但由于地下煤層的構成及其走向變化多端

52、、層的構成及其走向變化多端、至今尚未形成至今尚未形成一種技術成熟的、能推廣使用的方法一種技術成熟的、能推廣使用的方法。78課程習題1. 什么是煤的熱解？煤熱解的影響因素？什么是煤的熱解？煤熱解的影響因素？2. 煤熱解過程需要經(jīng)歷哪三個階段？每個階煤熱解過程需要經(jīng)歷哪三個階段？每個階段突出特征是什么？段突出特征是什么？3. 什么叫煤的氣化？什么叫煤的氣化？ 79第三節(jié) 煤制油技術 世界煤炭資源遠比石油豐富，利用液化技術將煤轉(zhuǎn)化世界煤炭資源遠比石油豐富，利用液化技術將煤轉(zhuǎn)化為發(fā)動機燃料和化工原料的工藝，在將來是會有應用為發(fā)動機燃料和化工原料的工藝，在將來是會有應用前景的。前景的。煤制油技術，煤制油

53、技術，所謂所謂煤炭液化煤炭液化，是將煤中有機質(zhì)大分子，是將煤中有機質(zhì)大分子轉(zhuǎn)化為中等分子的液態(tài)產(chǎn)物，其目的就是來轉(zhuǎn)化為中等分子的液態(tài)產(chǎn)物，其目的就是來生產(chǎn)發(fā)動生產(chǎn)發(fā)動機用液體燃料和化學品機用液體燃料和化學品。目前我國已將目前我國已將煤液化技術列為國家優(yōu)先發(fā)展的煤液化技術列為國家優(yōu)先發(fā)展的高新技高新技術產(chǎn)業(yè)項目術產(chǎn)業(yè)項目。煤液化技術是目前科學研究的煤液化技術是目前科學研究的熱點問題熱點問題。80煤液化的途徑煤液化途徑煤液化途徑煤直接加氫液化煤直接加氫液化煤間接液化煤間接液化煤炭液化有兩種完全不同的技術路線，一種是直接液化，另一種是間接液化。81煤液化分兩個途徑：煤液化分兩個途徑： 其一是使煤在高

54、溫高壓下與氫反應直接轉(zhuǎn)化為其一是使煤在高溫高壓下與氫反應直接轉(zhuǎn)化為液體油類，即液體油類，即煤直接加氫液化煤直接加氫液化， 其二是先使煤氣化生成其二是先使煤氣化生成合成氣合成氣(CO+H2)，再，再由合成氣合成液體燃料或化學產(chǎn)品，稱為由合成氣合成液體燃料或化學產(chǎn)品，稱為煤的煤的間接液化間接液化。Note82煤液化產(chǎn)物煤液化產(chǎn)物直接液化的主要產(chǎn)物有直接液化的主要產(chǎn)物有輕油柴油輕油柴油等，還副產(chǎn)環(huán)等，還副產(chǎn)環(huán)烷烴和脂肪烴等化工原料和動力燃料。烷烴和脂肪烴等化工原料和動力燃料。間接液化產(chǎn)品主要有間接液化產(chǎn)品主要有脂肪烴化合物脂肪烴化合物，適合作燃，適合作燃料。料。直接液化要求的原料煤為：低灰、磨細、干

55、燥直接液化要求的原料煤為：低灰、磨細、干燥的褐煤，或高揮發(fā)分的長焰煤、不粘煤，煤種的褐煤，或高揮發(fā)分的長焰煤、不粘煤，煤種限制嚴格。限制嚴格。83煤加氫液化機理煤加氫液化機理 (1) 煤加氫液化過程中的反應 1.煤的熱解 2.對自由基“碎片”的供氫 3.脫氧、硫、氮雜原子反應 4.縮合反應 煤炭直接加氫液化煤炭直接加氫液化84(2) 煤加氫液化的產(chǎn)物 圖6-3-01 煤直接液化產(chǎn)物的分離流程85(3)煤加氫液化的反應歷程 86由煤加氫液化生成SRC、SRC的反應歷程。(CH2)m熱分解RRR(CH2)p(CH2)m.RRR.(CH2)p(CH2)m-1RRR(CH2)p-1CH3CH32H.(

56、CH2)m-1RRR(CH2)p-1CH3CH3RRRRCH4+6H催化劑煤SRC-SRC-87幾種煤加氫液化工藝簡介幾種煤加氫液化工藝簡介(1) 德國直接液化新工藝IGOR+工藝 88(2) 氫煤法（HCoal） 89(3) 日本NEDOL工藝 90（4）煤油共煉（COP）工藝 91（5） 中國神華煤直接液化工藝 92煤加氫液化的影響因素煤加氫液化的影響因素 (1) 原料煤 (2) 溶劑 溶劑的作用主要是熱溶解煤、溶解氫氣、供氫和傳遞氫作用、溶劑直接與煤質(zhì)反應等。 (3) 氣氛 高壓氫氣有利于煤的溶解和加氫液化轉(zhuǎn)化率的提高。 (4) 催化劑 金屬催化劑主要是鈷、鉬、鎳、鎢等，多用重油加氫催化

57、劑；鐵系催化劑，含氧化鐵的礦物或鐵鹽，也包括煤中含有的含鐵礦物；金屬鹵化物催化劑。(5) 反應溫度和壓力 (6) 液固分離 93 煤直接液化與一般煉油的投資和消耗指標對比煤直接液化與一般煉油的投資和消耗指標對比 項目煤液化煉油項目煤液化煉油建設投資/萬元1 579 104277917原料消耗固定資產(chǎn)/萬元1 389 930243077原料/萬元88 004426 250裝置部分/萬元1 176 020182192輔助材料/萬元43 8883 005系統(tǒng)及輔助工程/萬元213 91060885無形資產(chǎn)/萬元38 9055800公用工程消耗遞延資產(chǎn)/萬元11 0341400新鮮水(萬ta)1516

58、235預備費/萬元139 23527640電(萬kW.ha)149 13618 900流動資金/萬元27 13543062燃料(萬ta)煤76，燃料氣34，燃料油6.5燃料氣26建設期利息/萬元120 65115916總投資/萬元1 726 890336895Note94煤炭間接液化煤炭間接液化所謂間接液化是相對于被稱為直接液化的煤高壓加氫路線而言，指的是先將煤氣化制成合成氣，然后通過催化合成，得到以液態(tài)烴為主要產(chǎn)品的技術。 此法由德國皇家煤炭研究所的F.Fischer和H.Tropsch發(fā)明，所以又稱為FischerTropsch（F-T）合成或費托合成。隨著碳一化工的發(fā)展，間接液化的范疇也

59、在不斷擴大，如由合成氣甲醇汽油的MTG技術，由合成氣直接合成二甲醚和低碳醇燃料的技術也屬于煤間接液化之列。 95費托（F-T）合成(1) 費托合成反應 費托合成是CO和H2在催化劑作用下，以液態(tài)烴類為主要產(chǎn)品的復雜反應系統(tǒng)。 烷烴生成反應 烯烴生成反應 醇類生成反應 醛類生成反應 生成碳的反應 96(2) 費托合成反應的熱力學分析 由熱力學數(shù)據(jù)分析可以得到以下規(guī)律： 生成烴類和二氧化碳的概率高于生成烴類和水的反應； 從烴類化合物類型講，烷烴最易生成，其次是烯烴、雙烯烴、環(huán)烷烴和芳烴，炔烴不能生成； 對同一種烴類，隨碳數(shù)增加，生成概率增加； 溫度升高，對主要產(chǎn)物的生成均不利，尤其是多碳烴類和醇類

60、。相對比較，溫度高有利于烷烴特別是低碳烷烴的生成，溫度低有利于不飽和烴和含氧化合物生成。97(3) 費托合成催化劑 沉淀鐵催化劑 屬低溫型鐵催化劑，反應溫度280 ，活性高于熔鐵催化劑，其成分除Fe外，還有Cu，K，Si等助劑。 熔鐵催化劑多以軋鋼廠的軋屑或鐵礦石作原料，磨碎至16目，添加少量助催化劑，送入敞開式電弧爐中共熔。 98(4) 費托合成工藝 固定床合成工藝99循環(huán)流化床合成工藝 100 三相漿態(tài)床F-T合成 101（5）產(chǎn)品加工 Sasol公司的產(chǎn)品可分以下六類：發(fā)動機燃料：汽油、柴油和煤油等；烯烴：乙烯、丙烯、 1 戊烯和1 己烯等；焦油產(chǎn)品：酚類、芳烴、燃料油等；石蠟和潤滑油；