炼焦学第一讲

1、炼焦工艺学,赵雪飞 教授 辽宁科技大学化学工程学院,主要内容,中国炼焦工业 煤化学基础知识 炼焦技术史 炼焦基础知识 捣固炼焦技术与焦炭质量 煤调湿技术与焦炭质量 配型煤技术与焦炭质量,Coke Flow Diagram,Coke Oven,One Metric Ton of Coal Yields:,Blast Furnace Coke: 600 - 700 kg Coke Breeze: 50-100kg,70% Solids,Coke Oven Gas 300 - 360 m3,Tar35 - 50 L Ammonium Sulphate10 - 15 kg Ammonia Liquor

2、60 - 145 L Light Oil10 - 15 L,30% Gas + Liquid,Flushing Liquor,Steam,2000F,Coke Oven,Liquor,Tar,Decanter Sludge,Decanter,Tar Feed Tank,Heater,Pitch,Distillate Stream,Distillation Tower,Steam,PRODUCTION OF COAL TAR PITCH,gas,200F,Coal,一、中国炼焦工业,2010年焦炭产量已达到2.8亿吨，占世界焦炭产量的60%。 焦炉大型化，7.63m、7m、6m、5.5m、4.3

3、m、6.25m（捣固）、5.5m（捣固）、4.3m（捣固）。 优质炼焦煤资源出现了短缺的现象。 节约优质炼焦煤，满足焦炭质量，降低生产成本，提高经济效益，是每个焦化企业所面临的重大问题。 采用捣固炼焦技术、煤调湿技术、配型煤技术，减少优质炼焦煤的配入量，改善焦炭质量，是解决这一问题的有效途径。,二 煤化学基础知识,植物(高等植物、低等植物） 死亡（潮湿、沼泽、多水） 泥炭化过程（厌氧细菌分解、凝胶化作用） 成岩过程（地壳运动、埋藏、失水、压力作用、生成褐煤） 变质作用（温度、压力） 褐煤、长烟煤、烟煤（气煤、肥煤、焦煤、瘦煤）贫煤、无烟煤。,煤的生成,1 煤是由什么生成的 ？,2 古植物分类,

4、低等植物： 高等植物： 陆生孢子植物；蕨类、苔藓 种 子 植 物：裸子植物、被子植物,古植物为煤的形成准备了原始物料. 不论是高等植物还是低等植物都可参与成煤.,低等植物（水生）高等植物（陆生）（即由简单到复杂） （1）藻类植物: （2）蕨类植物时期： （3）裸子植物时期： （4）被子植物时期：被子植物（又称显花植物）,3 植物发展的主要阶段,（1）古生代的石炭纪和二叠纪：孢子植物 烟煤 无烟煤 40.6% （2）中生代的侏罗纪，白垩纪： 裸子植物 烟煤 无烟煤 4.3% (3)新生代的第三纪： 被子植物 褐煤 烟煤 54.4%,4 主要的成煤期,在地质史上有三个重要时期，曾经生长过大量的古植

5、物并参与成煤（即演变成煤），我们把这些时期称成煤期。,5 成煤条件、煤种和成煤阶段划分,（1） 煤的成因分类,（2） 成煤基本条件,（3） 成煤阶段划分,成煤过程分为：泥炭化阶段和煤化阶段 煤炭分为： 褐煤、烟煤、无烟煤,泥炭化作用,植物遗体的分解类型,沼泽内植物生长茂盛,沼泽内植物生长茂盛,地壳下沉逐渐 将古植物掩埋 最终形成煤炭,泥炭的特点,表中“腐”表示腐植酸。 腐植酸是多种高分子芳香酸的混合物，含大量的 COOH、-OH，组成十分复杂。,煤化作用（成岩作用、变质作用） 当泥炭由于地壳下沉等原因被沉积物覆盖时， 泥炭化即告结束，转入煤化作用阶段。,成岩阶段,压紧失水、胶体老化,褐 煤,变

6、质阶段,煤化作用阶段,无定形泥炭,6 煤分类,按变质程度分类： 褐煤、长烟煤； 烟煤（气煤、肥煤、焦煤、瘦煤）；（具有黏结性煤，作为炼焦用煤） 贫煤、无烟煤； 用挥发份来表示煤的变质程度。,7 煤的化学分析,8 煤的工业分析,煤的工业分析 是评价煤的基本依据。,它包括煤的水分、灰分、挥发分产率和固定碳四个项目的测定。,9 煤的热解(干馏）过程,定义：煤在隔绝空气或惰性气氛条件下持续加热至较高温度时，所发生的一系列物理化学变化的复杂过程称为煤的热解或干馏。 煤的热加工是当前煤炭加工中最重要的工艺，大规模的炼焦工业是煤炭热加工的典型例子，煤的热解与煤的热加工关系密切，取得的研究成果对煤的热加工有直

7、接的指导作用。,不同干馏温度下热解产物的产率,不同变质程度的煤干馏产物性质不同,褐煤、长烟煤干馏时产物：碎炭（ char）、焦油（tar）和煤气（gas）。 气煤、肥煤、焦煤、瘦煤干馏时产物：块状炭（coke）、焦油（tar）和煤气（gas）。 贫煤、无烟煤干馏时产物：炭（carbon）、少量焦油（tar）和煤气（gas）。,典型黏结性烟煤受热时发生的变化过程如下： 1.干燥（120）脱水。 2.脱吸（120-300）:释放吸附在毛细孔中气体（CH4、CO2、CO、N2）。 4.胶质体形成（300-500）也称塑性阶段，发生激烈热解分解析出气体CH4和烃类形成胶质体。 5.半焦形成阶段（500

8、-550），胶质体分解缩聚固化形成半焦 6.半焦收缩阶段（550-750）半焦分解收缩，析出大量H2，半焦形成裂纹（第一收缩峰）。 7.焦炭形成阶段（750-1000）半焦进一步分解收缩，析出大量气体，形成焦炭。,黏结性煤的热解过程,煤的粘结与成焦机理,炼焦煤的软化熔融及胶质体的形成,（a）软化开始阶段,（b）开始形成半焦阶段,（c）煤粒强烈软化和半焦破裂阶段,胶质体液相的来源,煤热解时结构单元之间结合比较薄弱的桥键断裂形成自由基碎片。其中一部分相对分子质量不太大，含氢较多使自由基稳定化形成液体产物。 在热解时，结构单元上的脂肪侧链脱落，大部分挥发逸出，少部分参加缩聚 反应形成液体产物。 煤中

9、原有的相对分子质量低的化合物沥青，受热熔融变为液态。 固相煤在液相中的溶解（残留的固体部分在液体中部分溶解和胶溶）。 胶质体随热解反应进行数量不断增加，黏度不断降低，直至出现最大流动度。当加热速度进一步提高时，胶质体的分解速度大于生成速度，因而不断转化为固体产物和煤气，直至胶质体全部固化转为半焦。,热稳定性 用煤软固化温度区间表示，即 t=t固-t软，t大，表示胶质体停留时间长，其热稳定性好，煤粒间有充分的时间接触和相互作用，利用煤粒间的粘结。 流动性 以煤的流动度或粘度来衡量。如果胶质体的流动性差，表明胶质体液相数量少，不利于将煤粒之间或与惰性组分之间的空隙填满。所形成的焦炭就熔融差，界面结

10、合不好，耐磨性差。表明煤的粘结性差，反之则利于煤的粘结。 透气性与膨胀性 用挥发物穿透胶质体析出时，所受到的阻力表示。透气性对煤的粘结影响很大。若透气性差，则膨胀压力大，利于变形煤粒间的粘结。,胶质体的性质,液体产物量足够多，将固体煤粒表面湿润，填满煤粒间的空隙。 有足够的流动性和热稳定性。 胶质体应具有一定粘度，有一定的气体生成量，能产生膨胀。 黏结性不同的煤粒应在空间均匀分布。 液态产物与固体粒子间应有较好的附着力。 液体产物进一步分解缩合得到的固体产物和未转变为液相的固体粒子本身要有足够的机械强度。 透气性越小越易粘结。,煤粘结性好，应满足下列条件,半焦收缩与裂纹的生成,在550左右形成

11、半焦后继续加热到1000时，半焦内的有机质进一步热分解和热缩聚。热分解主要发生在缩合芳环上热稳定性高的短侧链和联接芳环间的桥键上。分解产物以相对分子质量小的气态产物，以CH4和H2为主，无液态产物生成。结焦后期，析出的气态产物的相对分子质量小，在750后全部是H2，缩合芳环周围的氢原子脱落后，产生的游离键使固态产物之间进一步热缩聚。从而使碳网不断增大，排列趋于致密。 由于成焦过程中半焦和焦炭内各点的温度和升温速度不同，致使各点的收缩量不同，由此产生内应力。当内应力超过半焦焦炭物质的强度时，就会形成裂纹。由热缩聚引起碳网不断增大和由此而产生焦炭裂纹，是半焦收缩阶段的主要特征。,气煤焦：裂纹最多，收缩量大块最小，开始生成很薄的半焦层中就开始形成裂纹（500），收缩产生的拉应力将焦炭多孔体拉成纵裂纹，故气煤焦炭的纵裂纹最多、最宽和最深，焦块瘦长易碎。 肥煤焦：裂纹较多，半焦层已比较厚，气孔壁也稍厚、韧性也好些，所以裂纹较少。且横裂纹多一些，块较大。 焦煤焦：总收缩小，