煤化工工艺学重点

煤化工工艺学复习重点绪论煤化工：以煤为原料经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料和化学品的过程。煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。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。第二章煤的低温干馏1、 煤干馏：煤在隔绝空气的条件下，受热分解成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程称为煤干馏（或称炼焦或焦化）。2、 煤低温干馏过程特点：（1）热加工过程（2）常压生产（3）不用加氢不用氧气（4）实现了煤的部分气化和液化。T（海度〕ECKJMft辽3干t#（抵阶煤）序徘-1lOrtC高温干馅f堆倉）3、 煤热解：煤在各种条件下受热分解的统称。4、 低温干馏产品：半焦、煤气、焦油5、 干馏产品的影响因素：原料煤性质、加热终温、加热速度、压力、加热条件。6、 干馏供热方式1） 外热式（由护墙外部传入热量）2） 内热式（借助热载体传热，载体和煤料粗直接接触）7、 低温干馏炉因加煤和煤料移动方向不同1）立式炉2）水平炉3）斜炉4）转炉8、 托斯考工艺p19.*第三章炼焦1、 炼焦煤在焦炉内隔绝空气、加热到1000°c左右、可获得焦炭和化学产品和煤气的过程（又称高温干馏、炼焦）。2、 成焦过程a） <350C:煤干燥预热阶段b） 350一480C:胶质体形成阶段c） 480一650C:半焦形成阶段d） 650一950C:焦炭形成阶段3、 粘结性：干馏时粘结本身与惰性物的能力，指炼焦时形成熔融焦炭的能力（经过胶质体生成块状半焦的能力）。4、 黏结性与结焦性关系：黏结性好是结焦性好的前提及必要条件（结焦性好的煤其黏结性一定好）5、 提高钻结性的方法：提高膨胀压力、控制粒度、隋性成分细碎、黏结形成分不宜过细、增大加热速度、增加堆积密。6、 气体析出途径（1） 里行气（10%左右）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，这部分气本称为里行气。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）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经过高温炼焦用煤区，经二次热解作用，二次热解产物〔主要H2,及少量CH4）7、炼焦用煤主要有气煤、肥煤、焦煤、瘦煤，及中间过渡性牌号煤。半焦收缩度依次减小,收缩裂纹依次减小，块度依次增加。1） 气煤：黏结性差，膨胀压力较小，热稳定性差；2） 肥煤：具有挥发分高、半焦收缩量大，产生的胶质体数量最多，黏结性最高，膨胀压力最大；焦煤：焦块裂纹少，块大，气孔壁厚，机械强度高，膨胀压力很大；3） 瘦煤：挥发分最低，半焦收缩过程平缓，收缩量最低，焦炭块度大，裂纹少，熔融性差,耐磨性差，黏结性差。4） 贫煤：没有黏结性，不结焦，不能单独炼焦；配煤中可起瘦化剂的作用。炭化室內咸焦i烯如圏所示：8、合理配煤的优势1、提高焦炭质量2、扩大炼焦煤源，合理利用煤炭资源3、增加炼焦化学产品产率等9、 黏结性是煤在炼焦时形成熔融焦炭的性能。膨胀压力能使胶质体均匀化，有助于煤的黏结作用。膨胀压力过大，能损坏炉墙。当活动墙测膨胀压力时，安全膨胀压力应小于10 15Mpa.10、 配煤的工业分析水分〔一般＜10%,焦化厂8%-10%〕灰分〔配煤灰分＜12%,焦炭灰分＜15%）挥发分（中国生产配煤挥发分Vdaf—般25%-32%）硫分（配煤＜1.0%,—般焦炭＜1.0%-1.2%）11、焦炭的用途：⑴高炉炼铁（2）铸造用焦（3）气化用焦（9）电石焦焦炭化学成分：①灰分住要成分是SiOz和A12O3②挥发分②硫分④水分（一般为2%一6%） ⑤碱性成分（K2O,Na2O）12、 焦炭强度包括耐磨强度和抗碎强度通常用转鼓测定。转鼓测定耐磨强度指标M40粒度〉40mm的块焦质量m2占式样质量m总的分数来表示抗碎强度。＜，一般75%〜85%＞M40=（m2/m总）x100%抗碎强度M40（M40f、抗碎性f）M10—般用焦炭在转鼓内破坏到一定程度后，粒度V10mm的碎焦质量ml占式样质量m总的分数来表示耐磨强度。<一般6%〜9%>M10=（ml/m总）X100%13、 影响焦碳反应性的三大因素：一是原料煤性质（煤种、煤岩相的组成、煤灰成分等）；二是炼焦工艺因素（焦饼中心温度、结焦时间、炼焦方式等）；三是高炉冶炼条件（温度、时间、气氛、碱含量等）。14、 焦炉主要部分构成（三大室）：①炭化室②燃烧室③蓄热室15、 焦炉附加机械（四大车）加煤车：顶装的加煤车设在炉顶，其作用是煤塔中取出一定重量的煤料，通过炭化室顶部装煤孔泄入炭化室内。推焦车：炭化室装煤完毕后，落在室内为锥形，由推焦机的平煤杆将煤推平;打开，清扫与关闭机侧的炉门，将成熟的焦炭从炭化室从机侧推到焦侧的导焦车上。导焦车：拦着从炭化室出来的焦炭落到熄焦车上，并打开，清扫与关闭焦侧炉门熄焦车：接受推出的炽热焦炭，运到熄焦塔内，将炽热焦炭熄灭，然后卸在凉焦台冷却。16、 焦炉炉型：（1）按火道结构形式不同 a:双联火道b:二分式 c:过顶式（2） 按加热煤气种类不同a:单热式焦炉b:复热式焦炉（3） 按煤气入炉方式不同a:下喷式焦妒b:侧入式焦护17、 捣固炼焦:方法:利用高挥发分弱粘结性或中等粘结性煤为炼焦煤的主要配煤组分，将配合煤在入炉前在捣固机内捣实成略小于炭化室的煤饼后，从焦炉机侧推入炭化室内的炼焦方法。原理:目为通过付煤粉的捣固，使炼焦煤堆密度增加，有利于提高煤料的膨胀压力和粘结性。18、 改进炼焦备煤⑴合理配煤、煤破碎优化，扩大炼焦煤源，改善焦炭的物理和化学性质。⑵提高装炉煤堆密度，改善焦炭质量，提高生产能力，增加弱黏结性的煤的用量等。19、 煤的选择性破碎根据煤岩性质进行选择破碎：黏结性差的暗煤和惰性矿物质进行细粉碎；黏结性的煤不细碎（不瘦化）。20煤干燥预热和调湿利用热废气将煤科进行干燥并预热到150〜200°C再装炉炼焦。预热煤炼焦可提高经济效益、焦炉加热用燃料减少、提高了焦炭质量、有利于环保、利于延长焦炉炉体使用寿命。21、 煤调湿：将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分，保持煤料水分稳定。22、 焦炉煤气主要成分：H2和CH423、 高炉煤气主要可燃成分为CO24、 焦炉的传热包括三种方式:传导传热，对流传热，辐射传热火道传热：主要是辐射传热、对流传热煤料传热：主要靠传导传热，同时也伴随着一定的对流传热和辐射传热蓄热室和焦妒外表面传热：主要是辐射和对流传热25、 炼焦耗热量：将1kg煤炼成焦炭，需要供给焦炉能产生一定热量的加热煤气，此部分煤气的燃烧热量。炼焦耗热量包括三部分:1）煤料在炭化室内炼焦所需要的热量，即所谓的炼焦热。2）炉体散热3）废气带走的热量。26、焦炉耐火砖：常用的有硅砖，粘土砖，高铝砖，镁砖等27、型焦:采用非炼焦煤为主体的煤料生产焦炭。按型焦的用途不同可分为冶金用的、非冶金用的或民用的。按煤料成型挤压条件可分为冷压和热压成型两大类。冷压成型又分为无黏结成型和加黏结剂成型。热压成型因加热方式的不同，可分为气体热载体和固体热载体两大类。第四章炼焦化学产品的回收与精制1、粗煤气:炼焦过程中析出的挥发性产物〔由煤气、焦油、粗苯和水构成）粗煤气的产率和组成与原料煤性质和炼焦热工条件有关2、影响粗煤气组成和产率的主要因素：炼焦温度、二次热解作用。3、粗煤气中含有许多化合物，包括常温下的气态物质，如氢气、甲烷、一氧化碳和二氧化碳等；烃类；含氧化合物，如酚类；含氮化合物，如氨，氰化氢、吡啶类和喹啉类等；含硫化合物，如硫化氢、二硫化碳和噻吩等4、回收与精制的目的以及意义：①有害于煤气的利用和输送的物质②经济效益③环境效益5、 回收与精制流程P81*6、 全负压回收与净化流程P82*优点：鼓风机放在最后，煤气一直在低温下进行操作，需设置终冷工序，系统阻力小。半负压流程:鼓风机:给子煤气一定输送动力，机前为负压〔抽吸），机后为正压（加压）。鼓风机位置:初冷之后，电捕焦油器之前。7、 流程中的氨水a:两部分氨水循环氨水:集气管喷洒用的循环氨水（有70%-80%为难水解的氯化铵称固定氨）冷凝氨水:初冷器冷凝氨水（有80%-90%为易水解的碳酸氢按等称挥发氨）8、 煤气冷却采用官壳式冷却器，立管式和横管式。管间走煤气，管内走冷却水。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.10、煤气除萘意义萘:易结晶,堵塞管路和设备11、 氨必须回收的原因：1）煤气中的氨大部分被终冷水吸收,在凉水塔喷洒冷却时又都解吸进入到大气,造成污染；2）煤气中氨和氰化氢化合,生成溶解度高的复合物,从而加剧了腐蚀作用；3）煤气中的氨在燃烧时会生成有毒的、有腐蚀性的氧化氮4）氨在粗苯回收中能使油和水形成稳定的乳化液,妨碍油水分离。12、 回收氨的方法磷酸吸收法（无水氨的生产）硫酸吸收法（硫酸胺的生产）13、 饱和器的特点兼有两个作用：1）吸收氨和吡啶碱2）硫酸铵结晶14、 除酸器作用:捕集饱和器后煤气夹带的酸滴。15、 结晶过程两个主要阶段：结晶中心形成、结晶长大16、 煤气预热器作用：蒸出饱和器中水分,防止母液稀释。17、固定铵：氯化铵和硫氰化铵，只能在强碱作用下加热才能解析出来。挥发铵：lm3氨水含氨4.5-5.0g，以碳酸氢铵、硫酸氢铵、氰化铵以及氯化铵和硫氰化铵盐形式存在，前三种盐在溶液加热到沸点时即分解，由溶液分解出CO2、H2S或HCN.18、粗苯回收原理：洗油（贫油）+粗苯—吸收（20-30°C）解吸（250-350°C）—富苯洗油（富油）19、 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。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。20、 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21、 焦化厂采用的苯吸收塔主要有：填料塔、板式塔、空喷塔22、 粗苯回收方法1）洗油吸收法2）吸附法3）加压冷冻法23、 煤气终冷和除萘工艺流程：1）煤气终冷和机械除萘2）终冷和焦油洗萘3）终冷和油洗萘24、 粗苯精制目的是得到苯、甲苯、二甲苯等产品。25、 粗苯精制包括酸洗或加氢，精馏分离，初馏分中的环戊二烯加工及高沸点馏分中的茚与古马隆的加工利用。26、 粗苯精制原理：粗苯中主要有苯、甲苯、二甲苯。它们在101Kpa压力下的沸点如下。苯80.1°C；间二甲苯139.1C；甲苯110.6C；对二甲苯138.4C；邻二甲苯144.9C；乙苯136.2C；由以上数据可见，沸点有差别，即挥发度不同，可以很容易分离出苯和甲苯。二甲苯的三种异构体和乙苯的沸点差甚小，难于利用精馏方法进行分离。27、 粗苯精制流程包括1） 初步精馏:使低沸点化合物和高沸点含硫化合物分开；2） 化学精制:把粗苯主要组分沸点范围内含硫化合物和不饱和化合物脱除；3） 最终精馏:得到合乎标准的纯产品。28、 焦油和氨水分离的意义循环氨水中不应有焦油和固体颗粒，否则堵塞喷嘴。焦油精制加工若有水存在，将增大耗热量，增大设备容积、阻力。焦油中固体颗粒，破坏沥青质量，焦油渣沉积影响设备操作。29、 加氢精制目的:获得苯、甲苯、二甲苯等纯产品。30、 粗苯组成：1） 苯及其同系物2） 不饱和化合物3） 硫化物（噻吩位主要的）31、 硫酸法精制（1）化学反应：不饱和物聚合反应磺化脱噻吩反应烷基化脱塞吩32、加氢精制（1）鲁奇法（采用Co-Mo催化剂）⑵K.K法（催化剂选用Ni-Mo及Co-Mo（3）莱托法（Litol法）（采用三氧化二铬为催化剂）33、焦油精制前准备：匀均化、脱水、及脱盐过程。第五章煤的气化煤的气化：以煤或煤焦为原料，以氧气、水蒸气或氢气做气化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中可燃部分转化为气体燃料的过程煤炭气化的分类按气化方式不同分为：固定床气化、流化床气化、气流床气化、熔融床气化②按原料煤的粒度不同分为：块煤气化、细粒煤气化、粉煤气化按气化炉操作压力不同分为：常压气化、加压气化按气化炉排渣方式不同可分为：固态排渣气化、液态排渣气化按气化炉供热方式不同可分为：内热式气化、外热式气化、热载体气化按气化剂种类不同可分为：空气煤气化、混合煤气化、半水煤气气化、代用天然气气化⑦按煤中有机质含量是否完全转化为气体可分为：完全气化、不完全气化按煤气热值不同可分为：制取低煤气气化、制取中高煤气气化、制取低中高煤气气化按过程的操作方式不同可分为：连续式气化、间歇式气化按煤与气化介质相对运动方向不同可分为：并流气化、逆流气化气化剂：氧气（空气）、水蒸气、氢气4.煤炭气化必须具备三个条件：气化炉、供给热量、气化剂5.煤气化原理:煤fCO.CO2.H2.H2O.H2S.NH3气态烃、焦油、焦6•气化炉由下向上的五个层：①灰渣层：起预热气化剂及保护炉篦不被烧坏的作用②氧化层：进行氧化反应，生成二氧化碳并放出大量热，为还原层提供热和CO还原剂③还原层：主要进行CO和水生成二氧化碳和氢气的反应，与氧化层一起称为气化层，反应最剧烈，可分第一和第二还原层④干馏层：还原层产生碳和氢气的反应，与氧化层一起称为气化层，反应最剧烈，可分第一和第二还原层④干馏层：还原层产生的气体随热量的消耗和温度下降进入该层，基本不发生气化反应反应，但煤中的挥发分发生热裂解形成加完和焦油⑤干燥层：生成的煤气和原料煤发生热交换。P138*7.现代水煤气发生阶段的六个阶段的循环和作用吹风阶段：加热燃料层水蒸气吹净阶段：将吹风残留的余气吹除，提高气质量一次上吹阶段：制造合格的水煤气下吹制气阶段：制造合格的水煤气，克服气化层上移二次上吹制气阶段：将下次制气后残留在炉内管道中的水煤气吹入贮气柜中，保证安全生产⑥空气吹净阶段：将残留在炉内和管道中的水煤气吹入水煤气净制系统，以提高气化效率煤气脱硫的方法：厂干法：氧化铁法、氧化锌法、活性炭法、分子筛法 彳厂化学吸收法：中和法，氧化法J湿法：：物理吸收法：低温甲醇法、聚乙二醇二甲醚法J物理化学吸收法：环丁砜法固定碳表面上进行的非均相气化反应阶段经历着以下几个阶段1） 气体反应物向固体碳表面转移或扩散2） 气体反应物被吸附在固体碳表面上3） 被吸附的气体反应物在固体碳表面起反应而形成中间配合物4） 中间配合物的分解或气体中到达固体碳表面的气体分子发生反应5）反应物从固体碳表面解吸并扩散到气体空间。第六章煤间接液化煤的间接液化：煤气化产生合成气，再以合成气为原料，液体燃料或化学品的过程2、费托合成的催化剂：铁、钴、镍、钌对硫敏感，易中毒，所以要求合成气进化后硫含量低于1ppmnCO+2nH2f（—CH2—）n+nH20△H=—158KJ/mol铁催化剂1-3Mpa 200-300°C钻催化剂0.1-3Mpa 170-190 C镍催化剂0.1Mpa 170-190C钌催化剂10-100Mpa110-150C3•费托合成的反应机理：①表面碳化物机理②含氧中间体缩聚机理③CO插入机理④双活性中间体机理P241*间接液化反应器：固定床反应器，气流床反应器，浆态床反应器5.SASOL-1和SASOL-2工艺流程的比较相同点：将反应生成的水和液态油冷凝出来不相同：2的流程将余气先脱CO2,再进行深冷分离成富甲烷，氢气，C2,C4的馏分，而1没有第七章煤炭直接加氢液化煤的直接液化：将煤在高温和高压下与氢气反应使其降解加氢而转化为液体油类的工艺加氢液化的反应历程：①煤的热解②对自由基“碎片”的供氢③脱杂原子的反应：脱氧，脱硫，脱氮④结焦反应氢的来源：1）溶解于溶剂油中的氢在