《煤化工工艺设计学》教学案

.〔2半焦收缩①半焦收缩：半焦不稳定部分受热裂解,生成气态产物；残留部分不断缔合增炭,产生体积收缩②气孔：焦炭是孔状体,气孔率低,气孔小,气孔壁厚和气孔壁强度高,则焦炭强度高。3.2.3焦炉煤料中热流动态1.供热两侧炉墙供热〔靠近炉墙煤料温度先升高,温度速度快；远离炉墙的温度后升高,升高速度慢2.不同部位煤料温度随加热时间变化〔图3-2.①炉墙温度加入煤时,炉墙温度迅速下降②靠近炉墙煤料温度③炭化室中心温度加煤后8小时方由100℃升高〔才脱完水分3.不同部位煤料的升温速度煤料升温线〔图3-3①100～350℃炉墙附近8.0℃/min中心部位1.5℃/min②升温速度不同,温度梯度不同因而收缩梯度不同,升温速度大的裂纹多,焦块小。4.炭化室内不同部分煤料同一时间内的情况〔图3-4.①当装煤后加热约8小时,水分蒸发完了时,中心面温度上升。②当加热14至15小时,炭化室内部温度都接近1000℃,焦炭成熟。.炭化室内成焦特征⑴炭化室内同时进行着不同成焦阶段①装煤约8小时期间,炭化室同时存在着湿煤层、干煤层、胶质体层、半焦层和焦炭层。②两胶质体层在装煤后11小时左右在中心汇合。③装煤后15小时左右,焦炭成熟。⑵膨胀压力过大时可危及炉墙〔最大膨胀压力出现在两胶质体中心汇合时。⑶裂纹靠近炉墙的焦炭裂纹多,有焦花之称。⑷焦缝成熟焦饼中心面上有一条缝称焦缝,上下直通。.气体析出途径1.里行气〔10%左右①形成与两胶质体之间,不可能横穿过胶质体,只能上行进入炉顶空间,这部分气体称为里行气。②没有经历二次解热作用；含大量水蒸气,含煤一次热解产物〔主要CH4及其同系物,还有H2、CO2、CO及不饱和烃等2.外行气〔90%左右①产生胶质体外侧〔由于胶质体固化和半焦热解产生大量气态产物沿焦饼裂缝及炉墙与焦饼间隙进入炉顶空间,此部分气体称外行气。②经过高温区,经二次热解作用,二次热解产物〔主要H2,及少量CH4。炭化室内成焦过程如图所示。3.3.4焦炭用途高炉炼铁〔供热燃料、还原剂、疏松骨架要求：冶金焦反应率要小、一定的块度、强度铸造用焦〔熔化炉料：其作用是熔化炉料并使铁水过热,支撑料柱保持其良好的透气性要求：铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。气化用焦要求：反应能力要高化工气化用焦,对强度要求不严,但要求反应性好,灰熔点较高；电石焦对焦炭质量要求不高,要求尽量提高固定碳含量。焦炭的质量物理性质主要成分是碳,是具有一定强度、块度的银灰色固体,内部有纵横裂纹,沿焦炭纵横裂纹分开即为焦块,焦块内含微裂纹,沿微裂纹分开即为焦体,焦体有气孔和气孔壁〔焦质。真密度：单位体积焦质的质量。视密度〔假密度：单位体积焦块的质量。堆密度：焦炭单位堆积体积的质量。气孔率=〔1-假密度/真密度*100%=>p=〔1-d0/d*100%化学成分灰分〔主要成分是SiO2和Al2O3不利,灰分越低越好硫分不利〔硫易使生铁主键脆裂硫是生铁冶炼的有害杂质之一,它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于0.07%即为废品。挥发分鉴别焦炭成熟度的重要指标。水分〔一般为2%-6%水分要稳定,否则引起炉温波动。碱性成分〔K2O、Na2O由于其催化和腐蚀作用,能严重降低焦炭强度。机械强度 影响粗煤气组成和产率的因素：不同焦化厂焦炉生产的粗煤气组分没什么差别。焦油中化合物的含量与热解温度有关：低温干馏焦油中含有带长侧链的环烷烃和芳烃；高温干馏焦油中主要为多环芳烃和杂环化合物的混合物。煤的低温热解产品组分主要决定于原料煤性质。羧酸含量：泥炭和褐煤的低温焦油中羧酸含量可达2.5%；烟煤的低温焦油中几乎不含有羧酸。含氧化合物：褐煤的一次焦油中含40~45%,烟煤则比较少。我国每年炼焦用煤量约3×108吨,每年应产：煤气量约为800×108m3焦油量900×104吨〔含中温焦油、低温焦油粗苯量为170×104吨氨量为50×104吨较小的焦化厂化产回收不完全,实际年产量小于上述。来源于焦化工业的萘、蒽、吡啶、喹啉、粗苯、多环芳烃等都是重要的化产回收产品。高温焦油含有沥青50%左右,用于生产沥青焦、电极碳等；低温干馏气体汽油中含有40~60%的不饱和化合物,加工前需要稳定化处理。4炼焦化学产品的回收与精制§4．1炼焦化学产品

§4．2粗煤气分离

§4．3氨和吡啶的回收

§4．4粗苯回收

§4．5粗苯精制

了解：粗煤气分离的方法以及相关设备,氨和吡啶的回收和粗苯回收的方法以及相关设备,粗苯精制的方法以及相关设备。。

掌握：,氨和吡啶的回收和粗苯回收的原理和流程、粗苯精制的原理和流程。重点：氨和吡啶的回收和粗苯回收的流程、粗苯精制的流程。难点：氨和吡啶的回收和粗苯回收的流程、粗苯精制的流程。<1>不饱和化合物的聚合反应不饱和化合物在浓硫酸的作用下很容易发生聚合作用,生成各种复杂的聚合物。聚合反应的第一阶段是生成酸式酯。聚合反应的第二阶段是酸式酯同不饱和化合物反应生成二聚物。<2>脱硫反应混合馏分中CS2与H2SO4不起反应,其他硫化物的含量又极少,所以酸洗主要是清除噻吩及其同系物。<3>噻吩与不饱和化合物生成共聚物噻吩及其同系物与不饱和化合物、特别是与高沸点的不饱和化合物的聚合,在少量硫酸的催化作用下,进行得极为迅速而完全。4.5.4.1化学反应<4>副反应苯及其同系物也会发生磺化反应。在浓硫酸的催化作用下,苯族烃与不饱和化合物发生共聚反应4.5.4.2硫酸含量酸洗用H2SO4含量为93%~95%含量低：达不到洗涤效果；含量高：生成中性酯量增加,不饱和化合物聚合程度加深,磺化反应加剧。在实际生产中,应根据轻苯的组成后来确定硫酸的浓度。酸洗温度不超过40~50℃温度过高,苯族烃的磺化反应和不饱和化合物的共聚反应加剧；苯族烃的损失增多。酸洗反应时间以10min为宜延长时间可改善洗涤效果,但过长会加剧磺化反应。4.5.6初馏分加工初馏分的组成、性质和加工方法初馏分的组成很复杂,依轻苯原料的组成、初馏塔的操作、贮存时间、气温条件等而定,一般波动范围很大。 热聚合法聚合过程在室温下即开始发生,当温度提高反应显著加快,温度超过115℃时发生解聚反应,二聚物变为单体环戊二烯,同时还会形成三聚物和四聚物。聚合温度控制在60~80℃,以防因温度过高引起突然解聚而发生爆沸。二聚环戊二烯的沸点为168℃,当精馏热聚合后的初馏分时,二聚物呈釜底残液被分离出来。4.5.7古马隆-茚树脂生产古马隆—茚树脂具有良好的化学稳定性、防水性、热塑性、绝缘性、耐磨性,坚固性和溶解性,能生产附着性很好的坚固薄膜。因此在油漆、橡胶、塑料、电机、造纸等工业中得到广泛应用。4炼焦化学产品的回收与精制§4．1炼焦化学产品

§4．2粗煤气分离

§4．3氨和吡啶的回收

§4．4粗苯回收

§4．5粗苯精制

了解：粗煤气分离的方法以及相关设备,氨和吡啶的回收和粗苯回收的方法以及相关设备,粗苯精制的方法以及相关设备。。

掌握：,氨和吡啶的回收和粗苯回收的原理和流程、粗苯精制的原理和流程。重点：氨和吡啶的回收和粗苯回收的流程、粗苯精制的流程。难点：氨和吡啶的回收和粗苯回收的流程、粗苯精制的流程。5煤的气化§5．1煤气化的基本原理

§5．2气化炉的基本原理

§5．3固定<移动>床气化法

§5．4流化床气化法

§5．5气流床气化法

§5．6煤的气化联合循环发电

§5．7煤炭地下气化

§5．8煤的气化方法的评价与选择

§5．9煤气的净化

§5．10煤气的甲烷化理解：煤气化的基本规律、计算理论和方法。掌握：煤气化的基本原理,实际生产工艺与设备。重点：煤气化的基本原理、气化炉的基本原理、流化床气化法、固定<移动>床气化法、气流床气化法、煤气的净化。难点：煤气化的基本原理、、气化炉的基本原理、流化床气化法、固定<移动>床气化法、、煤气的净化。6煤间接液化§6．1费托合成

§6．2合成甲醇

§6．3甲醇转化成汽油

§6．4甲醇利用进展

§6．5煤制乙酐

§6．6合成气两段直接合成汽油了解：费托合成反应器类型、合成甲醇反应器、甲醇利用进展理解：费托合成原理、合成甲醇的工艺流程、甲醇转化成汽油的工艺流程、煤制乙酐、合成气两段直接合成汽油。掌握：合成甲醇原理和工艺流程、甲醇转化成汽油的工艺流程、费托合成原理重点：合成甲醇的工艺流程、甲醇转化成汽油的工艺流程、费托合成原理难点：合成甲醇原理和工艺流程、甲醇转化成汽油的工艺流程、7煤直接液化§7．1煤直接液化的意义和发展概况

§7．2煤加氢液化原理

§7．3德国煤直接液化工艺的发展

§7．4美国煤加氢液化的中间试验

§7．5煤直接液化技术开发中的若干重要问题

§7．6煤直接液化新技术的开发

§7．7煤直接液化的发展前景了解：煤直接液化的意义和发展概况、煤直接液化的发展前景理解：煤加氢液化原理掌握：德国煤直接液化工艺、美国煤加氢液化的中间试验、煤直接液化技术开发中的若干重要问题重点：德国煤直接液化工艺、美国煤加氢液化的中间试验、煤直接液化技术开发中的若干重要问题难点：德国煤直接液化工艺、美国煤加氢液化的中间试验、煤直接液化技术开发中的若干重要问题

三、课程教学的基本要求1、课堂教学课堂教学强化对煤低温干馏、炼焦、炼焦化学产品回收和精制、煤的气化、煤的间接液化、煤的直接液化、煤的碳素制品和煤化工生产的污染和防治等的生产原理、生产方法、工艺计算、操作条件及主要设备等的讲授,重点和难点内容要讲解透彻,深入浅出使学生掌握煤化工工艺学的知识。2、教学手段采用传统手段,可以结合幻灯片教学,逐步采用多媒体教学手段。3、考试方式闭卷考试,平时成绩和作业占一定分量。四、建议教材和教学参考书教材：《煤化工工艺学》,编者：郭树才,化学工业出版社。参考书：1．《煤化工基础》,编者：李XX、胡瑞生、白雅琴,化学工业出版社。2．《炼焦工艺》,编者：王小琴,化学工业出版社。3．《煤化学》,编者：朱银惠,化学工业出版社。4