煤化工工艺学知识点.docx

1．煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。
2．煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。
从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏（含炼焦和低温干馏）、气化、液化和合成化学品等。
3．煤在隔绝空气的条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（又称炼焦、焦化）。煤低温干馏产品为：半焦、煤气、焦油。按加热终温不同分为：低.中.高温干馏
煤低温干馏产物的产率和组成取决于原料煤性质、干馏炉结构和加热条件。
4． 煤低温干馏产品的产率和性质与原料煤的性质、加热条件、加热速度、加热终温以及压力有关。干馏炉的形式、加热方法和挥发物在高温区的停留时间对产品的产率和性质也有重要影响。煤加热温度场的均匀性以及气态产物二次热解深度对其也有影响。
5．一般压力增大，焦油产率减少，气态产物产率增加，半焦产率和强度增加。
6．干馏供热方式：内热式和外热式。
7.内热式与外热式相比的优点（1）热载体向煤料直接传热，热效率高，干馏耗热量低。
（2）煤料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象。（3）内热式炉简化了干馏炉结构。
8.沸腾床干馏炉： 将粒度小于6mm的预先干燥过的粉煤连续加入沸腾炉，炉子用燃料气和空气燃烧加热，炉内形成沸腾的焦粉床层，煤料在炉内干馏。不粘结性煤用螺旋给料器加入，粘结性煤用气流吹入法。干馏的热量由焦炭、焦油蒸气以及煤气在沸腾层中部分燃烧和燃料气燃烧提供的。或者不送入燃料气和空气，则送入热烟气。干馏产物焦粉经过一满流管由炉子排出。在气体冷却系统中分出焦油、中油以及被燃烧烟气稀释了的干馏煤气。
9.鲁奇三段炉流程：
（1）煤在竖式炉中料层下行，热气流逆向通入进行加热。（2）粉状褐煤和烟煤要预先压块。（3）煤在移动过程中可分成三段：干燥段，干馏段，焦炭冷却段。在最上段循环热气流把煤干燥预热到150℃，在中段即干馏段，热气流把煤加热到500-850℃，在下段，焦炭被冷循环气流冷却到100-150℃，最后排出。
9. 托斯考法干馏非黏结性煤工艺流程 —固体热载体干馏工艺

将粉碎好的干燥煤在预热提升管内，用来自瓷球加热器的热烟气加热。预热的煤加入干馏旋转炉中，在此，煤和热瓷球混合，煤被加热至约500℃，进行低温干馏过程。瓷球在加热器中被加热。低温干馏产生的粗煤气和半焦在旋回筛中分离，热半焦去冷却器，瓷球经提升器到加热器循环使用。
10.鲁奇鲁尔煤气工艺：

11.煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左右，可获得焦炭、化学产品和煤气。此过程称为高温干馏或高温炼焦，一般简称炼焦。炼焦炉的进展：倒焰式---废热式—蓄热式
12.成焦过程： 煤料在隔绝空气的条件下受热时，随着加热温度的逐渐升高，水分首先从煤中析出；当温度达到350～400℃时，原来分散的煤粒形成胶质体，并随温度的升高逐渐固化成半焦；在半焦阶段仍有大量气体析出，以后半焦逐渐收缩，出现裂纹、碎裂，直到1000 ℃左右时成为焦炭。
煤的成焦过程可分为煤的干燥预热阶段（< 350 ℃ ）、胶质体形成阶段（350～480 ℃ ）、半焦形成阶段（480～650 ℃ ）和焦炭形成阶段（650～950 ℃ ）。
13.成焦过程中的气体产物： （1）里行气：10% 大量的水蒸气和煤一次热解产物 （2）外行气：90% 胶质体固化和半焦热解产生的大量气态产物。
14.配煤的目的和意义：
1、配煤 就是将两种以上的单种煤料，按适当比例均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量。
2、焦煤炼焦的缺点（单种煤炼焦）：焦煤储量不足；焦饼收缩小，推焦困难；焦煤膨胀压力大，容易胀坏炉体；焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小。
3、合理配煤的优势 ： 提高焦炭质量，降低膨胀压力，增加收缩，利于推焦，增加炼焦化学产品产率等；扩大炼焦煤资源，少用好焦煤，多用结焦性差的煤，合理利用煤炭资源。
15.炼焦用煤：气煤（QM）、肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤（SM）及中间过渡性牌号煤。
16.配煤的工艺指标：（1）配煤的工业分析，水分、灰分、挥发分、硫分。（2）黏结性和膨胀压力。
（3）粉碎度。
17.配煤的工业分析：
①水分。水分高的不利影响：焦炉升温慢，延长结焦时间，影响炉体寿命；影响装炉煤堆密度ρ。水分过低的不利影响：破碎和装煤时造成煤尘飞扬恶化操作条件，使焦油中游离碳增加。
②灰分。灰分的害处(配煤的灰分全部转入焦炭) a:灰分是惰性物质，灰分高则黏结性降低；灰分颗粒成为裂纹中心，配煤灰分高则焦炭强度降低。 b:炼铁用焦耗量高，高炉生产能力降低。
③挥发分。a:挥发分高：化学产品产率高，煤气产率高。b:挥发分过高：焦炭平均粒度小，抗碎强度低。c:挥发分过低：煤的黏结性差，耐磨强度降低，可导致推焦困难。
④硫分：硫分害处（配煤中有80%左右转入焦炭）冶炼中焦炭中硫分转入生铁中，使生铁呈热脆性，加速铁腐蚀。
18.焦炭强度：耐磨强度和抗碎强度，用转鼓测定。
19.影响焦碳反应性的三大因素：a：原料煤性质 b：炼焦工艺因素 c：高炉冶炼条件
20.焦炉主要是由炭化室、蓄热室和燃烧室三个部分构成，此外附有加煤车、推焦车、导焦车和熄焦车等焦炉机械。焦炉加热系统由燃烧火道所构成的燃烧室、分配气体区段斜道区以及蓄热室三部分组成。加热系统的作用是由加热煤气与空气燃烧供热，煤气燃烧产生的热量经过炭化室墙传给炭化室内的炼焦煤料。
21.煤捣固炼焦或煤成型是在炼焦前把煤料压实增大堆密度，可节省好的黏结性煤，并可改善焦炭质量，提高生产技术经济水平。
22.捣固煤炼焦工艺是将煤由煤塔装入推焦机的捣煤槽内，再用捣煤锤于3min内将煤捣实成饼，然后推入炭化室，关闭炉门。在装煤入炭化室时，借助装炉煤气净化车把产生的粗煤气和烟尘吸出，该车位于炉顶，通过炭化室上部孔吸出气体，该气体在车上的燃烧室内烧掉，废气经冷却和水洗除尘后送入大气，防止黄烟排入大气。
23.煤干燥可以用立管式流化加热法、沸腾床和转筒加热法。
24.干法熄焦装置主要由冷却槽、废热锅炉、惰性气体循环系统和环境保护系统构成。焦炭从炭化室推出，落在焦罐中，焦罐由提升机提到干熄室顶部，这时将冷却室上部的预存室打开，焦炭进入室中，在室中焦炭放出的气体进入洗涤塔，然后收集，避免有害气体排入大气。进料室为锁斗式，进料后上部关闭，下部打开，焦炭下移到冷却室。在冷却室中，赤热的焦炭被气体冷却到200 ℃左右排出。冷却气体由鼓风机送入，在冷却焦炭的同时，气体温度升高，出口气体温度可达800 ℃，进入废热锅炉，发生高压蒸汽。气体经过两级旋风除尘后，再由鼓风机循环到冷却室中。
25.焦炉煤气主要成分是H2和CH4 。高炉煤气主要可燃成分为CO。 焦炉中的煤气燃烧过程一般可分成三个阶段：煤气和空气混合；将混合物加热到着火温度；空气中的氧和煤气中的可燃成分起化学作用。
26.焦炉热效率：焦炉除去废气带走的热量外所放出的热量，占供给总热量的百分数。
焦炉热工效率：传入炭化室的炼焦热量，占供给总热量的百分数。它们是评价焦炉热工好坏的指标。
27. 艺和固体热载体工艺两类。
28.热压型焦：将具有一定黏结性的单种煤或配合煤，快速加热到塑性温度后趁热压制成型，所得热压型煤进一步炭化得热压型焦。煤料在快速加热至胶质体状态，使其中部分液态产物来不及热分解和热缩聚，从而增加胶质体的停留温度范围，改善了胶质体的流动性和热稳定性，使单位时间内气体析出量增加，增大膨胀压力，由此改善变形粒子接触，提高煤的黏结性。在此条件下施以外压，进一步提高了煤粒间的黏结。
29.：炼焦过程中析出的挥发性产物（由煤气、焦油、粗苯和水构成）。
组成：气态物质，烃类，含氧化合物，含氮化合物，含硫化合物，水蒸气。 影响粗煤气组成和产率的因素。主要是：炼焦温度和二次热解作用。
30.多数焦化厂由粗煤气回收化学产品和进行煤气净化，采用冷却冷凝的方式析出焦油和水。
31. 粗煤气初步冷却工艺流程：

32.流程中的氨水
固定氨：加热不分解，难水解的氯化铵。 挥发氨：易水解，加热时分解的碳酸氢铵、硫化铵、氰化氨。
33.煤气脱焦油雾：1、煤气在经初冷器、鼓风机后仍含有焦油0.3—0.5g/m3。这部分焦油在后续工序中会被析出，污染溶液和设备，恶化产品质量，并形成酸性焦油。2、方法：电捕焦油器 。3、多管式电捕焦油器工作原理： 管子中心为负极，管壁则取为正极（内部产生负离子），焦油雾经过管子的电场时变成带负电荷的质点，故沉积在管壁而被捕集，并汇流到下部导出。
34.回收氨的原理 NH3+H2O NH3·H2O NH4+ + OH-
吡啶回收 方法：采用氨中和使吡啶分离。NH3+C5H5NH+ NH4++C5H5N-
35.粗苯回收方法：洗油吸收法。 多段逆流吸收法。
粗苯回收工段：由煤气的最终冷却、粗笨吸收、吸收油脱出粗苯过程组成。
36.富油：洗油吸收粗苯成为富苯洗油。贫油：富油脱掉吸收的粗苯。
粗苯吸收影响因素：（1）吸收温度。（2）洗油相对分子质量及循环量。（3）贫油含苯量。（4）吸收面积。
（5）压力。
37.粗苯精制 烯加工及高沸点馏分中的茚与古马隆的加工利用。粗苯中主要有苯、甲苯、二甲苯。
38. 中的可燃部分转化为气体燃料的过程。气化时所得的可燃气体称为气化煤气，其有效成分包括 39.煤的气化过程置等三大部分构成的。在发生炉中的原料层可分为：灰渣层、氧化层、还原层、干馏层和干燥层。
40. 发生炉煤气是通过水蒸气和空气混合形成气化剂后流经炽热的固定燃烧床生成的。空气中所含的氧气、水蒸气与燃料中的碳反应，生成了共含有CO、CO2、H2、CH4、N2等成分的发生炉煤气。
41.(1)以入炉煤块度分类可分为粉煤炭气化、块煤炭气化等。 (2)
煤炭气化的总过程有两种类型的反应，即非均相反应和均相反应。
42.碳与水蒸气反应的机理：（p149）
C+H20→CO+H2 C+2H2O → C02+2H2 CO+H20 → H2+C02 C+2H2 → CH4
43. 影响煤质对气化的因素：（1）水分（2）灰分（3）挥发分（4）固定碳（5）反应性（6）黏结性（7）热稳定性 （8）机械强度（9）粒度。 （p157）
44. 制气原理：C+H20→CO+H2 C+2H2O → C02+2H2 CO+H20 → H2+C02 C+2H2 → CH4
45.间歇法制造水煤气，主要是由吹空气(蓄热)、吹水蒸气(制气)两个过程组成的。
46.水煤气发生炉采用的六个阶段的工作循环：第一阶段为吹风阶段。第二阶段为水蒸气吹净阶段。第三阶段为一次上吹制气阶段。第四阶段为下吹制气阶段。第五阶段为二次上吹制气阶段。第六阶段为空气吹净阶段。
47.加压固定床气化炉炉内的料层依次为：干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应层、第一反应层和灰渣层。
48.加压气化的原理：随着气化压力的提高，燃料中的碳将直接与氢反应生成甲烷，在这种情况下，在900～100O℃的低温下进行气化反应成为可能；同时，水煤气反应所需要的大量的热量可以由甲烷生成反应放出的热量来提供，随着压力的提高，热量的需求量和氧气的需求量大大降低。
49.加压气化的影响因素：（1）压力对煤气组成的影响。随着气化压力的增加，粗煤气中CH4和CO2含量增加，H2和CO含量减少。（2）压力对氧气耗量的影响。加压气化过程随压力的增大，甲烷的生成反应增加，由该反应提供给气化过程的热量亦增加。这样由碳燃烧提供的热量相对减少．因而氧气的消耗亦减少。（3）压力对蒸汽消耗量的影响。提高气化压力，水蒸气消耗量增加，分解率降低。（4）压力对气化炉生产能力的影响。加压气化炉的生产能力比常压气化炉的生产能力高倍。（5）压力对煤气产率的影响。随着压力的提高，粗煤气的产率是下降的，净煤气的产率下降得更快。（6）加压气化对煤气输送动力消耗的影响。加压气化可以大大节省煤气输送的动力消耗。
50.在固定床阶段，燃料是以很小的速度下移，与气化剂逆流接触。当气流速度加快到一定程度时，床层膨胀，颗粒被气流悬浮起来。当床层内的颗粒全部悬浮起来而又不被带出气化炉，这种气化方法即为流化床(沸腾床)气化工艺。
51.常压流化床气化原理：流化床气化采用气化炉内的气体分布板自下而上经过床层。根据原料的粒度分布和性质，控制气化剂的流速，使床层内的原料煤全部处于流化状态，在剧烈的搅动和返混中，煤粒和气化剂充分接触，同时进行着化学反应和热量传递。利用碳燃烧放出的热量，提供给煤粒进行干燥、干馏和气化。生成的煤气在离开流化床层时，夹带着大量细小颗粒由炉顶离开气化炉。部分密度较重的渣粒由炉底排灰机构排出。
52.在气化炉内，主要进行的反应有：碳的燃烧反应，二氧化碳还原反应，水蒸气分解反应及水煤气变换反应等。 温克勒气化工艺流程包括（1）煤的预处理。对原料进行破碎和筛分，制成0～l0mm的炉料（2）气化。气化预处理后的原料送入料斗中，料斗中充以氮气或二氧化碳惰性气体。气化剂送人炉内和煤反应，生成的煤气由顶部引出。（3）气化产物显热的利用。粗煤气的出炉温度一般为900℃左右。在气化炉上部设有废热锅炉，生产的蒸汽压力在1.96～2.1 6MPa，蒸汽的产量为0.5～0.8kg／m3干煤气。（4）煤气的除尘和冷却 。进人两级旋风分离器和洗涤塔，煤气中的大部分粉尘和水汽，经过净化冷却。
53.灰团聚气化法是一种细粒煤流化床气化过程，它属于加压流化床气化工艺。所谓的灰团聚是指在一定的工艺条件下煤被气化后，含碳量很少的灰分颗粒表面软化而未熔融的状态下，团聚成球形颗粒，当颗粒足够大时即向下沉降并从床层中分离出来。 ①与固态排渣相比，降低了灰渣中的碳损失；②与液态排渣相比，降低了灰渣带走的显热损失，从而提高了气化过程的碳利用率。
54.在气化炉的基本原理中，当气体流过固体床层时，进一步提高气体流速至超过某一数值，则床层不能再保持流态化，固体颗粒与气体质点流动类似被分散悬浮在气流中，被气流带出容器，此种形式称为气流床。
所谓气流床气化，一般是将气化剂夹带着煤粉或煤浆，通过特殊喷嘴送入炉膛内。在高温辐射下，氧煤混合物瞬间着火、迅速燃烧，产生大量热量。火焰中心温度可高达2000℃左右，所有干馏产物均迅速分解，煤焦同时进行气化，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣。K-T气化法是气流床气化工艺中一种常压粉煤气化制合成气的方法。