能源化工-第六章-煤炭焦化技术ppt课件

.,1,第六章煤炭焦化技术,能源化工工艺学,EnergyChemicalIndustryTechnology,.,2,第六章煤炭焦化技术,焦化装置,.,3,第六章煤炭焦化技术,.,4,第六章煤炭焦化技术,焦炉,.,5,第六章煤炭焦化技术,出焦,.,6,第六章煤炭焦化技术,成品焦炭,.,7,6.1煤炼焦过程中的变化,第六章煤炭焦化技术,6.2配煤炼焦技术,6.3煤预热炼焦技术,6.4捣固炼焦技术,6.5配型煤炼焦技术,6.6配添加剂炼焦技术,6.7干法熄焦技术,6.8型焦技术,6.9焦炉,6.10焦炭,.,8,第六章煤炭焦化技术,6.1煤炼焦过程中的变化,煤转变成焦炭的过程是一个受到化学、物理和物理化学变化制约的复杂过程。煤在隔绝空气下加热即炼焦过程中，煤的有机质随着温度的提高而发生一系列不可逆的化学、物理和物理化学变化，形成气态（煤气），液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。,煤干馏实验装置,.,9,煤的干馏：,把煤隔绝空气加强热使它分解的过程，叫做煤的干馏,第六章煤炭焦化技术,.,10,外热立式干馏炉,干馏转炉,内热立式干馏炉,工业放大,第六章煤炭焦化技术,.,11,煤焦油,成分：苯、甲苯、二甲苯等有机物,用途：燃料、化肥、农药、洗涤剂、溶剂和多种合成材料,第六章煤炭焦化技术,.,12,分类,低温（500600）,中温（750800）,高温（10001100）,煤炭的转化技术1.煤的气化2.煤的间接液化3煤直接液化4煤的干馏,第六章煤炭焦化技术,6.1.1煤的干馏,煤的干馏（煤的热解）概念:煤在隔绝空气的条件下加热，使煤分解成焦炭（S）、煤焦油（L）和焦炉气（G）。,.,13,1.低温干馏的发展：开始于19世纪19世纪末二战前夕和期间二战后现在,煤的低温（500600）干馏,第六章煤炭焦化技术,.,14,2.低温干馏的条件：低温干馏仅仅是一个加热过程，不需要加氢、不加氧、不加压。3.低温干馏的优点：加工设备简单。投资少。生产成本低。,第六章煤炭焦化技术,“见效快”,.,15,煤,（含H2，CO，CO2，CH4，C2H4，NH3，H2S，N2，O2及苯蒸气等）,粗氨水，粗苯等,煤焦油,单环芳烃（苯，二甲苯，酚等）稠环芳烃（萘，蒽，菲等）沥青,半焦,冶金，电极，电石,焦炉气,干馏,冷却,6.1.2低温干馏的产品,第六章煤炭焦化技术,.,16,6.1.3煤的高温干馏-炼焦,(1)焦炉煤气：(2)焦炭：(3)煤焦油：,1.炼焦的定义,煤在焦炉内隔绝空气加热到1000左右，获得焦炭、化学产品和煤气的过程。炼焦又称为高温干馏或高温炼焦。,2.炼焦的产品及用途,第六章煤炭焦化技术,.,17,炼焦的产品-(1)焦炉煤气,煤在焦炉中加热，由于煤分子的热解，析出大量的气态物质，即为焦炉煤气。焦炉煤气的热值高，是冶金工业重要的燃料。经过净化后，可作为工业燃料和民用煤气。氨：产率为0.250.4%，可生产硫铵和无水氨等；粗苯：（产率为0.81.1%）粗苯经过精制可得苯、甲苯、二甲苯等；酚类：硫化物：（产率为0.21.5%）可生产硫磺。吡啶：C5H5N医药原料。,第六章煤炭焦化技术,.,18,高炉炼铁,用作供热燃料和还原剂。,铸造,用作加热燃料熔化铁。,气化,其它用途,用作生产电石和有色金属冶炼。,炼焦的产品-(2)焦炭,CaO+3C=CaC2+CO,第六章煤炭焦化技术,.,19,炼焦的产品-(3)煤焦油,轻油馏分：可提取苯、甲苯、二甲苯、重苯等；酚油馏分：可提取酚、甲酚、二甲酚等；萘油馏分：生产萘、精萘、工业喹啉等；洗油馏分：主要用作苯类吸收剂；蒽油馏分：提取蒽、菲、咔唑等；沥青：铺路、生产沥青焦和电极沥青等。,第六章煤炭焦化技术,.,20,炼焦化学产品是化工、医药、染料、农药和碳素等行业的基本原料，特别是吡啶、喹啉类化合物和很多稠环化合物等产品，它们是石油化工产品无法替代的。,第六章煤炭焦化技术,.,21,低温干馏和高温干馏的比较,低温干馏和高温干馏的区别：温度不同设备不同产物成分不同低温干馏产物成分主要为：焦炉煤气、煤焦油。高温干馏产物成分主要为：焦炭目的不同原料相同产物状态相同（气、液、固）,第六章煤炭焦化技术,.,22,第六章煤炭焦化技术,煤的焦化过程大致可分为三个阶段。,第一阶段（室温300），从室温到300为炼焦初始阶段，煤在这一阶段一般没有什么变化，主要从煤中析出蓄存的气体和非化学结合水。脱水主要发生在120前，而脱气（CH4、CO2和N2）大致在200前后完成。,.,23,第六章煤炭焦化技术,第二阶段（300600），这一阶段以解聚和分解反应为主，煤黏结成半焦，并发生一系列变化。煤在300左右开始软化，强烈分解，析出煤气和焦油，煤在450前后焦油量最大，在450600气体析出量最多。煤气成分除热解水，一氧化碳和二氧化碳外，主要是气态烃，故热值较高。烟煤（特别是中等变质程度的烟煤）在这一阶段从软化开始，经熔融，流动和膨胀到再固化，发生了一系列特殊现象，并在一定的温度范围内转变成塑性状态，产生了气，液，固三相共存的胶质体。煤转变成塑性状态的能力，是煤黏结性的基础条件，而煤的黏结性对制取焦炭质量极为重要。,第三阶段（6001000），这是半焦变成焦炭的阶段，以缩聚反应为主。焦油量极少，温度的升高，促进了半焦脱气体挥发分，700后煤气成分主要是氢气。焦炭挥发分小于2，芳香晶核增大，排列规则化，结构致密，坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭，一方面析出大量煤气，挥发分降低，另一方面焦炭本身的重量损失，密度增加，裂纹及裂缝产生，形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。,.,24,配煤的目的和意义,扩大了炼焦资源；可降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，并提高化学品的产率；合理使用煤资源，获得优质焦炭。,第六章煤炭焦化技术,6.2配煤炼焦技术,.,25,配煤的工艺指标,（1）配煤工业分析,水分影响,配煤中水分大时水的蒸发要吸收大量热，使焦炉升温速度减慢；装煤时使炭化室砌体骤冷，内应力负荷增大，影响炉体寿命；降低煤料堆密度；,第六章煤炭焦化技术,.,26,配煤水分太低时在破碎和装煤时造成煤尘飞扬，恶化操作条件，还会使焦油中游离碳含量增加。一般情况下，焦化厂把水分控制在810%；,第六章煤炭焦化技术,.,27,灰分影响,配煤中的灰分全部转入了焦炭中，焦炭的灰分高带来的影响：使炼铁时的焦炭和石灰石消耗量都增高，高炉的生产能力降低；灰分中的大颗粒在焦炭中形成裂纹中心，使焦炭的抗碎强度降低，也使焦炭的耐磨性变差。所以,配煤要求灰分12%。,第六章煤炭焦化技术,.,28,挥发分影响,煤中的挥发分影响炼焦和化学品的产率。,配煤要求：,第六章煤炭焦化技术,.,29,硫分影响,硫是高炉炼铁的有害成分，煤中的硫分有80%左右转入焦炭，焦炭硫分一般要求小于1.01.2%，为了满足焦炭硫分要求，因此配煤中的硫分应控制在1%以下。降低配煤中硫含量的途径：一是通过洗选除掉部分无机硫。二是配合煤料时，适当将高、低硫煤的调配使用。,第六章煤炭焦化技术,.,30,粉碎度（粒度）,装炉配煤粒度要求小于3mm的占90%；煤粉碎粒度应少含有过大或过小的颗粒，特别要求小于0.20.5mm要少。,第六章煤炭焦化技术,.,31,黏结性,黏结性：黏结性是配煤炼焦中首先考虑的指标。煤的粘结性是指烟煤粉碎后，在隔绝空气的条件下加热至一定温度，发生热分解，产生具有一定流动性的胶质体，可与一定量的惰性颗粒混熔结合，形成气、液、固相的均匀体，其体积有所膨胀，这种在干馏时粘结本身和惰性物的能力，就是煤的黏结性。,我国考核煤的粘结性指标为：胶质层最大厚度Y；黏结指数G。黏结性好的煤，Y=1618mm，G=6578%。,第六章煤炭焦化技术,.,32,第六章煤炭焦化技术,6.3煤预热炼焦技术,6.3.1煤预热炼焦原理,煤预热炼焦技术是将装炉煤在惰性气体热载体中快速加热到150250，热煤装炉的一种炼焦技术。煤料入炭化室后，其堆密度比湿煤高1015，由于装炉煤的升温速度加快，塑性温度间隔增宽，改善了煤料的塑性，装炉煤的膨胀压力增大。因此，该技术适用于膨胀压力较弱的高挥发分煤料。,6.3.2煤预热炼焦工艺,煤预热一般采用流态化装置进行，工艺过程由装炉煤预热、预热煤储运和预热煤装炉三个部分组成。,表6.1预热煤炼焦工艺类型,.,33,第六章煤炭焦化技术,（1）西姆卡法,图6.2西姆卡法煤预热工艺流程,.,34,第六章煤炭焦化技术,（2）普列卡邦法,图6.3普列卡邦法法煤预热工艺流程,.,35,第六章煤炭焦化技术,.,36,第六章煤炭焦化技术,（3）考泰克法,由法国煤炭研究中心开发的气流粉碎式煤预热器和美国阿来德化学公司开发的气力输送预热煤装炉系统组成。,图6.4考泰克法煤预热工艺流程,.,37,第六章煤炭焦化技术,6.4捣固炼焦技术,6.4.1捣固炼焦原理,捣固炼焦是将配合煤在捣固机内捣固成煤饼后，推入炭化室内炼焦的技术措施。煤料经过捣固后，由于煤粒间的距离缩小，堆积相对密度提高，由散装法的0.750.85t/m3提高到捣固法（湿基）的1.051.15t/m3。使入炉煤料粒间所需填充液态产物的数量相对减少，热解气体产物不易逸出，并增加胶质体的不透气性和膨胀压力，可以达到改善煤料结焦性能和提高焦炭质量的目的。,.,38,第六章煤炭焦化技术,捣固锤,捣固装备,捣固机,.,39,第六章煤炭焦化技术,6.5.1配型煤炼焦原理,6.5配型煤炼焦技术,.,40,第六章煤炭焦化技术,配型煤工艺是将一部分装炉煤在装入焦炉前配入黏结剂加压成型块，然后与散状装炉煤按比例混合后装炉的一种特殊技术措施。配型煤工艺能改善焦炭质量和减少强黏结性煤的配用量。这是因为：1）型煤内部煤粒接触紧密，在炼焦过程中促进了黏结组分和非黏结组分的结合，从而改善了煤的结焦性。2）型煤与粉煤混合炼焦时，在软化熔融阶段，型煤本身体积膨胀，产生大量气体压缩周围粉煤，其膨胀压力较散状煤料显著提高，使煤粒间的接触更加紧密，形成结构坚实的焦炭。3）配型煤的炼焦煤料，散密度高，炼焦过程中半焦收缩小，因而焦炭裂纹少。4）装炉煤成型时添加了一定量的黏结剂，改善了黏结性能，提高了焦的强度指标。,配型煤,.,41,第六章煤炭焦化技术,6.5.2配型煤炼焦工艺,（1）新日铁配型煤流程,图6.5新日铁配型煤工艺流程,.,42,第六章煤炭焦化技术,混捏机,双辊成型机,网式输送机,.,43,第六章煤炭焦化技术,（2）住友配型煤流程,图6.6住友配型煤工艺流程,.,44,第六章煤炭焦化技术,6.6配添加剂炼焦技术,配添加物工艺是在装炉煤中配入适量的黏结剂和抗裂剂等非煤添加物，以改善其结焦性的一种特殊技术措施。,配黏结剂工艺适用于低流动度的弱黏结性煤料，有改善焦炭机械强度和焦炭反应性的功效。常用的配煤黏结剂为煤焦油、煤焦油沥青、石油沥青、煤和石油煤混合黏结剂、溶剂精制煤以及煤的液化和萃取产物等。配黏结剂工艺的技术要点是：选用适宜的黏结剂（可同时配用几种黏结剂），确定最优化配用量和采用可靠的配匀方法。,石油沥青,煤焦油沥青,.,45,第六章煤炭焦化技术,6.7干法熄焦技术,6.7.1干法熄焦原理,图6.7焦炉干法熄焦工艺流程,干法熄焦技术是采用惰性气体熄灭赤热焦炭的熄焦方法。以惰性气体冷却红焦，吸收了红焦热量的惰性气体作为二次能源，在热交换设备（通常是余热锅炉）中给出热量而重新变冷，冷的惰性气体再去冷却红焦。,.,46,干熄兰炭技术专利号为：ZL201020212290.3,将适量的水喷入炽热的兰炭中，使其变为持续熄灭兰炭的蒸汽。当利用自动化控制的球阀控制喷水量时，可做到既能使兰炭熄灭，又能使熄灭后的兰炭含水量适中，提高兰炭生产质量，解决兰炭产品的氨水转移污染问题。不使用水捞焦的生产方式，不设兰炭烘干机，减少因烘干兰炭使用的煤气燃烧后造成的散源排放污染，节约用水量。,.,47,水涝焦利用煤气烘干图,干熄焦利用蒸汽烘干图,.,48,.,49,第六章煤炭焦化技术,6.8型焦技术,型焦是以粉煤或炭质粉料（半焦粉、焦粉、石油焦粉和木炭等）为主体原料，配入或不配入黏结剂加压成型煤，再经炭化等后处理制备成具有一定形状、一定强度和块状均匀的制品称为型焦。型焦可用于工业或民用的块状燃料和气化原料，也可代替常规焦炭用于炼铁和铸造等工业。,图6.8型焦工艺流程示意图,型焦工艺过程主要包括原料的成型和生型块的炭化等后处理两大部分。型焦工艺按照不同的工艺特征有多种分类方法。但概况起来主要有成型工艺过程分类法和成型原料的状态两种分类方法。,（1）按照成型工艺过程可分为两段法、一段半法和一段法。,（2）按成型原料的状态可划分为冷压和热压成型两大类,6.8.1型焦工艺分类,.,50,第六章煤炭焦化技术,6.8.2典型型焦工艺,（1）ICHPW法,图6.9ICHPW工艺流程图,.,51,第六章煤炭焦化技术,（2）FCP法,图6.10FCP连续型焦工艺流程图,.,52,第六章煤炭焦化技术,（3）萨保什尼可夫法,图6.11萨保什尼可夫工艺流程图,.,53,第六章煤炭焦化技术,（4）BFL法,.,54,（4）FMC法,第六章煤炭焦化技术,.,55,第六章煤炭焦化技术,6.9焦炉,焦炉是煤炼制焦炭的窑炉，是炼焦厂的核心设备。,“三大室，四大车”,.,56,6.1.4现代焦炉,焦炉概述,（1）焦炉的构成,主要构成部分,燃烧室,蓄热室,炭化室,焦炉构成,其他附属机械：,加煤车，推焦车，导焦车，熄焦车等。,（2）焦炭的工艺生产流程,煤,炭化室,熄焦,焦炭,炉顶加煤车,炼制,水浇或干熄,推焦,焦炭产品,第六章煤炭焦化技术,.,57,焦炉的炉型,（1）现代焦炉应具备的性能,保证炼得优质焦炭；获得较多的煤气和化学制品；炭化室加热均匀；能耗低；结构合理，坚固耐用。,第六章煤炭焦化技术,.,58,现代焦炉炉体最上部是炉顶，炉顶之下为相间配置的燃烧室和炭化室，炉体下部有蓄热室和连接蓄热室与燃烧室的斜道区，每个蓄热室下部的小烟道通过交换开闭器与烟道相连。烟道设在焦炉基础内或基础两侧，烟道末端通向烟囱。燃烧室是煤气燃烧的地方，通过与两侧炭化室的隔墙向炭化室的提供热量。装炉煤在炭化室内经高温干馏变成焦炭。燃烧室墙面温度高达1300-1400，而炭化室墙面温度约1000-1150，装煤和出焦时炭化室墙面温度变化剧烈，且装煤中的盐类对炉墙有腐蚀性。,第六章煤炭焦化技术,.,59,（2）现代焦炉的燃烧室,由燃烧火道构成，温度达10001400；设置蓄热室，对火道废气热量进行回收；火道所用材料：高温区、低温区硅砖（或矽砖），焦炉表面绝热砖；立火道数目2236个。,第六章煤炭焦化技术,.,60,炭化室尺寸：长1218m，宽0.40.6m，高38m；炭化室顶部厚度11.5m，35个加煤孔；炭化室墙表面积较大，内部温度均匀。,（3）现代焦炉的炭化室,第六章煤炭焦化技术,.,61,现代焦炉均采用硅砖砌筑炭化室墙。硅砖具有荷重软化点高、导热性能好、抗酸性渣侵蚀能力强、高温热稳定性能好和无残余收缩等优良性能。砌筑炭化室的硅砖采用沟舌结构，以减少荒煤气窜漏和增加砌体强度；所用的砖型有：丁字砖、酒瓶砖和宝塔砖。中国焦炉的炭化室墙多采用丁字砖，20世纪80年代以后则多采用宝塔砖。炭化室墙厚一般为90100mm，中国多为95105mm。为防止焦炉炉头砖产生裂缝，有的焦炉的炉头采用高铝砖或粘土砖砌筑，并设置直缝以消除应力，中国焦炉多采用这种结构。燃烧室分成许多立火道，立火道的形式因焦炉炉型不同而异。立火道由立火道本体和立火道顶部两部分组成。煤气在立火道本体内燃烧。立火道顶是立火道盖顶以上部分。从立火道盖顶砖的下表面到炭化室盖顶砖下表之间的距离，称加热水平高度，它是炉体结构中的一个重要尺寸。如果该尺寸太小，炉顶空间温度就会过高，致使炉顶产生过多的沉积碳；反之，则炉顶空间温度过低，将出现焦饼上部受热不足，因而影响焦炭质量。另外，炉顶空间温度过高或过低，都会对炼焦化学产品质量产生不利影响。炭化室的主要尺寸有长、宽、高、锥度和中心距。焦炉的生产能力随炭化室长度和高度的增加而成比例的增加。捣固焦炉与顶装炉不同，其锥度较小，只有0200mm。,第六章煤炭焦化技术,.,62,第六章煤炭焦化技术,图6.13焦炉炉体结构图,.,63,第六章煤炭焦化技术,.,64,第六章煤炭焦化技术,.,65,第六章煤炭焦化技术,.,66,第六章煤炭焦化技术,6.10焦炭,焦炭通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦、电石用焦以及上述焦炭在储运和使用过程中产生的焦粉等。,（1）冶金焦冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。中国制定的冶金焦质量标准（GB/T199694）就是高炉焦质量标准。,.,67,第六章煤炭焦化技术,（2）高炉焦高炉焦是专门用于高炉炼铁的焦炭。高炉焦在高炉中的作用主要有以下4个方面。1）作为燃料，提供矿石还原、熔化所需的热量，对于一般情况下的高炉，每炼1t生铁需焦炭500kg左右，焦炭几乎供给高炉