煤化工復習題及答案煤化工復習題及答案煤化工復習題及答案資料僅供參考文件編號：2022年4月煤化工復習題及答案版本號：A修改號：1頁次：1.0審核：批準:發布日期：煤化學工業是以煤為原料經過化學加工實現煤綜合利用的工業，簡稱煤化工。煤化工包括煉焦化學工業、煤氣工業、煤制人造石油工業、煤制化學品工業以及其他煤加工制品工業。煤化工是以煤為原料，經過化學加工使煤轉化為氣體、液體和固體燃料以及化學品的過程。從煤加工過程區分，煤化工包括煤的干餾（含煉焦和低溫干餾）、氣化、液化和合成化學品。煉焦是應用最糟的工藝。煤在隔絕空氣條件下，受熱分解生成煤氣、焦油、粗苯和焦炭的過程，稱為煤干餾（或稱煉焦、焦化）。按加熱終溫的不同可分為三種：500—600為低溫干餾，900—1100為高溫干餾，700—900為中溫干餾。立式爐干餾介于高溫、低溫干餾之間，目前在中國多用于生產城市煤氣。煤低溫干餾過程僅是一個熱加工過程，常壓生產，不用加氫，不用氧氣，即可制的煤氣和焦油，實現煤的部分氣化和液化。低溫干餾產品：的產率和組成取決于原料煤性質、干餾爐結構和加熱條件。一般焦油產率為6%—25%，半焦產率為50%—70%，煤氣產率為80—200m3低溫干餾半焦的孔隙率為30%—50%，反應性和比電阻都比高溫焦炭高得多。原料煤的煤化度越低，半焦的反應能力和比電阻越高。低溫干餾煤氣密度為—m3，含有較多甲烷及其他烷烴。干餾產品的影響因素：低溫干餾產品的產率和性質與原料煤性質、加熱條件、加熱速度、加熱終溫以及壓力有關。干餾爐的形式、加熱方法和揮發物在高溫區的停留時間對產品的產率和性質也有重要影響。煤加熱溫度場的均勻性以及氣態產物二次熱解深度對其也有影響。低溫干餾溫度為，所得焦油是煤的一次熱解產物，稱一次焦油。煤熱解到以前主要是黃鐵礦分解生成硫化氫，在較高溫度時由于煤中有機硫的熱解作用形成硫化氫。腐泥煤一次熱解焦油中酚類和瀝青少，組分中主要為直鏈烷烴和環烷烴。煤干餾終溫是產品產率和組成的重要影響因素，也是區別干餾類型的標志。焦油形成于約，故510—為低溫干餾的適宜溫度。提高煤的加熱速度能降低半焦產率，增加焦油產率，煤氣產率稍有減少。加熱速度快時，焦油產率高。一般，壓力增大焦油產率較少，半焦和氣態產物產率增大。低溫干餾爐主要爐型：沸騰床干餾爐、氣流內熱式爐、魯奇三段爐、立式爐。干餾爐是低溫干餾生產工藝中的主要設備，它應保證過程效率高，操作方便可靠。其中主要要求干餾物料加熱均勻，干餾過程易控制，可用的原料煤類別寬，原料煤粒尺寸范圍大，導出的揮發物二次熱解作用小。干餾爐的供熱方式可分為外熱式和內熱式。外熱式爐供給的熱量是由爐墻外部傳入的；內熱式爐借助熱載體把熱量傳給煤料，氣體熱載體直接進入干餾室，穿過塊粒狀干餾料層，把熱量傳給料層。內熱式低溫干餾與外熱相比，有下述優點：eq\o\ac(○,)熱載體向煤料直接傳熱，熱效率高，低溫干餾耗熱量低。eq\o\ac(○,)所有裝入料在干餾不同階段加熱均勻，消除了部分料塊過熱現象。eq\o\ac(○,)內熱式爐沒有加熱的燃室或火道，簡化了干餾爐結構，沒有復雜的加熱調節設備。缺點如下：eq\o\ac(○,)裝入煤料必須是塊狀的，并且希望粒度范圍窄eq\o\ac(○,)氣體熱載體稀釋了干餾氣態產物，容積增大，增大了處理設備的容積和輸送動力。eq\o\ac(○,)不適合處理黏結性較高的煤。沸騰床干餾爐：粉煤沸騰床干餾法氣流內熱式爐：褐煤塊或型煤低溫干餾的主要方法是氣流內熱式干餾。托斯考工藝：非黏結性煤和弱黏結性煤可用托斯考法進行低溫干餾。黏結性煤需要先氧化破黏。常用的干餾溫度為430—.當溫度高.于時煙.煤半焦揮發分小于16%，可滿足燃燒要求。干餾溫度增高時，干餾能力降低，操作費用增加。焦油產率隨干餾溫度升高而增加，但溫度超過時，由于焦油二次熱解而降低。當溫度低于時，焦油和煤氣產率顯著降低。ETCH粉煤快速熱解工藝：利用氣體熱載體流化床加熱粉煤，可以達到快速熱解的目的。此技術有嚴重缺失，在一般情況下氣體熱載體為煙氣，煤熱解析出的揮發產物被煙氣稀釋，降低了煤氣質量，增大了粗煤氣分離凈化設備和動力消耗。快速熱解工藝也可以采用氣體和固體聯合熱載體方法，煤干燥階段110—和煤預熱階段300—之前采用氣體熱載體，由熱解開始溫度到600—階段，采用固體熱載體，固體熱載體溫度為左右。魯齊魯爾煤氣工藝：是用熱半焦作為熱載體的煤干餾方法。中國褐煤干餾實驗：實驗裝置主要包括原料煤處理、干餾、硫化半焦提升以及焦油和煤氣回收系統。流程：干褐煤與熱載體半焦在混合器相混合，由于物料粒子小，混合快而均勻，煤與半焦之間傳熱迅速，加熱速率很快，從而發生快速熱解。煤焦混合物由混合器去干餾槽，在此完成干餾反應并析出揮發產物。半焦自干餾槽去提升管下部，由空氣部分燃燒或由熱煙氣加熱并流化提升，熱焦回到集合槽再去混合器，如此循環利用。干餾揮發產物自干餾槽導出后，經濾塵和冷卻冷凝分出焦油和冷凝液。煤氣經過干燥脫去水分，在-30oc冷凍回收煤氣中的輕質油。煤在焦爐內隔絕空氣加熱到1000oc左右，通過熱分解和結焦，可獲得焦炭78%、化學產品（煤焦油—%）和煤氣15—18%。此過程稱為高溫干餾或高溫煉焦，一般簡稱煉焦。焦炭主要用于高溫煉鐵。中國自己開辦的第一座焦化廠是1914年開始修建的石家莊焦化廠。成焦過程：可分為煤的干燥預熱階段（<350oc）、膠質體形成階段（350—480oc）、半焦形成階段（480—650oc）、和焦炭形成階段（650—950oc）配煤的目的：克服eq\o\ac(○,)焦煤的儲量不足eq\o\ac(○,)焦煤煉得的焦餅收縮小，推焦困難eq\o\ac(○,)焦煤膨脹壓力很大，容易脹壞爐體eq\o\ac(○,)焦煤揮發分少，煉焦化學產品產率小。等缺點配煤的物理意義：配煤煉焦擴大了煉焦煤資源，不不能單獨煉成合格冶金焦的煤，經過幾種煤配合可煉出優質焦炭，還可以降低煤料的膨脹壓力，增加收縮，利于推焦，并可提高化學產品產率。配煤煉焦可以少用好焦煤，多用結焦性差的煤，使國家資源不但利用合理，而且還能獲得優質產品。中國生產配煤的煤種數，一般是4—6種。煉焦用煤主要是由焦煤JM，肥煤FM，氣煤QM和瘦煤SM以及中間過渡性牌號煤類構成。肥煤的黏結性很高，在配煤中它可以起到黏結性的作用，肥煤揮發分高，在配煤中配入后可以提高化學產品產率和煤氣產率。氣煤揮發分含量高，黏結性低，收縮大，配入氣煤可是推焦容易，降低膨脹壓力，提高煤氣和化學產品產率。焦煤受熱能形成熱穩定性較好的膠質體，焦煤配入配煤中可以提高焦炭強度。瘦煤黏結性不高，降低半焦收縮，使裂紋減少，提高配煤的焦炭強度。配煤工藝指標：eq\o\ac(○,)配煤工業分析：水分能影響裝爐煤的密度；配煤堆密度的大小對焦爐生產有密切關系。配煤水分高，消耗煉焦熱量多，延長結焦時間；配煤水分大，對爐體有很大影響。配煤中的揮發分決定煉焦化學品和煤氣產率的大小。焦炭主要用于煉焦，其質量的好壞對高爐生產有重要作用。為強化高爐生產，要求焦炭可燃性好，發熱值高，化學成分穩定，灰分低，硫磷少，粒度均勻，機械強度高，耐磨性好，有足夠的氣孔率。焦炭的灰分越低越好；焦炭中的硫可使生鐵呈熱脆性，加速鐵的腐蝕；焦炭揮發分是鑒別焦炭成熟度的一個指標。機械強度：焦炭強度包括耐磨強度和抗碎強度，用轉鼓測定。焦炭反應性：高爐煉鐵中焦炭反應性要小，反應后強度要高。影響焦炭反應性的因素有3類：一是原料煤性質，二是煉焦工藝因素，三是高爐冶煉條件。焦炭反應性測定方法：國內測定冶金焦反應性方法為co2反應性。現代焦爐：焦爐主要由炭化室，蓄熱室和燃燒室組成。外加有煤車，推焦車，導焦車，熄焦車。煉焦新技術：為了合理利用資源，提高生產經濟效益，擴大煉焦資源，利用弱粘煤和不黏煤是一條發展途徑。現行的焦爐生產，缺點在于炭化室煉焦，煤料加熱不勻，煤料堆密度在炭化室上下方向有差別，故所得焦炭的塊度，強度，氣孔率，反應性不均勻。為了生產高強度的焦炭，要在配煤中加入大量的煉焦煤。炭化室間歇生產時一大缺點，使得生產難以自動化。增大焦爐容積是煉焦的新技術。完善現有的和開發新的煉焦備煤工藝，有如下幾方面：合理配煤，煤破碎優化，增加裝爐煤堆密度，煤的干燥和預熱。煤的氣化：煤的氣化是個熱過程，它是以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣，富氧，純氧），水蒸氣或氫氣做氣化劑，在高溫條件下通過化學反應將煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料的過程。其有效成分為一氧化碳，氫氣，甲烷等。發生爐是由爐體，加料裝置，排灰裝置組成。發生爐中的原料層可分為灰渣層，氧化層，還原層，干餾層，干燥層。灰渣層可預熱氣化劑和保護爐柵不受高溫。氧化層主要進行C的氧化反應，碳的氧化反應很快，故氧化層高度很小。氧化層溫度最高。還原層中主要是二氧化碳和水的還原反應，反應為吸熱，所需熱量由氧化層提供。制造煤氣的反應主要是在氧化層和還原層進行的，故稱氧化層和還原層為氣化區，上部的干燥和干餾層進行原料的預熱和干燥，干餾。氣固反應器的主要類型：固定床（移動床），流化床（沸騰床），氣流床。碳和水蒸氣和二氧化碳反應以及加熱固體燃料和氣化劑所需的熱量，可由氣化爐內部或外部提供。在氣化爐內部產生熱量為自熱式，自外部提供熱量為外熱式。成熟的工藝都為自熱式。自熱式氣化爐不同產熱方式的比較：空氣：耗費少，但N2稀釋了煤氣，適用于低熱值煤氣；H2：高CH4含量，但H2的分離制造作為合成氣時，CH4需進一步轉化，適用于加熱氣；O2：可獲純度高的煤氣，但需制氧設備，適用于中熱值煤氣及合成氣；CAO：不需制氧，但再生未解決，適用于合成氣和加熱氣。裝料和排灰：煤氣發生爐的工作情況，煤氣的組成及煤氣的熱值在一定程度上決定于燃料的加入方式。對固定床氣化爐，加料有間歇和連續的區別。間歇加料后煤氣溫度下降，揮發分，水汽，二氧化碳的含量都增加。當應用連續作用的自動加料時，可使氣化過程穩定。加入爐內的燃料分布均勻性也是影響氣化爐正常操作的因素。對于加壓運行的氣化爐，成熟的加料方式有料槽閥門和泥漿泵。排灰：灰由回轉式爐柵或爐箅排出。注意;爐柵上保持一定的厚度的灰層，以保護爐柵。在流化床和氣流床氣化時，為了使煤在破碎、輸送和加料時能保持自由流動狀態而規定原料煤的水分應該小于5%，特別是使用煙煤的氣流床氣化法，采用干法加料時，原料煤的水分小于2%。煤的反應活性的影響：eq\o\ac(○,)當制造合成天然氣時，是否有利于甲烷的生成eq\o\ac(○,)反應活性好的原料借助于水蒸氣在更低的溫度下尚進行反應，同時還進行甲烷生成的放熱反應，可減少氧的消耗eq\o\ac(○,)當使用具有相同的灰熔點而反應活性較高的原料時，由于氣化反應可在較低的溫度下進行，可較易避免結渣現象。煤氣發生爐：為了使氣化過程在爐內正常進行，保持各項氣化指標的穩定，發生爐必須有合理的結構和正常的操作制度。凸型爐箅的煤氣發生爐類型：3M-13,3M-21，W-G型，型，兩段式氣化爐。都是濕法排灰。間歇法制造水煤氣：主要是由吹空氣（蓄熱）、吹水蒸氣（制氣）兩階段組成。現代水煤氣發生爐六階段工作循環：eq\o\ac(○,)吹風（鼓風）階段作用為加熱燃料層eq\o\ac(○,)水蒸氣吹凈階段eq\o\ac(○,)一次上吹階段eq\o\ac(○,)下吹制氣階段eq\o\ac(○,)二次上吹階段eq\o\ac(○,)空氣吹凈階段49富氧連續氣化工藝的特點：取消了六階段循環，采用富氧或純氧和蒸汽連續氣化，取消了閥門的頻繁切換，大大延長了有效地制氣時間，是生產能力提高；氣化強度，氣化效率如：煤氣的有效成分，隨氣化劑中氧濃度的增加而增加，中小規模生產采用富氧，大規模生產用純氧。流化床氣化法：采用的原料煤顆粒較細（0—10mm），氣化劑流速高，爐內煤料處于劇烈的攪動和不斷返混的流化狀態，爐床內溫度均勻，氣固相接觸良好，有利于氣固反應速率的提高。氣化劑作為流化介質，通過氣化爐內的氣體分布板（爐箅）自下而上經過床層。主要進行的反應有碳的燃燒，二氧化碳的還原，水蒸氣分解，水煤氣變換反應溫克勒爐（常壓流化床）：是最早的以褐煤為原料的常壓流化床氣化工藝。其結構和功能分為兩部分，下部的圓錐部為流化床，上部的圓筒部為懸浮床，其高度是流化床的6到10倍。工作原理為：氧氣（空氣）和水蒸氣作為氣化劑從爐箅下部供入，或由不同高度的噴嘴環輸入爐內。溫克勒爐工藝流程：（1）原料的預處理eq\o\ac(○,)原料經破碎和篩分制成0—10mm的入爐料eq\o\ac(○,)煙道氣預熱干燥，控制入爐原料水分在8%—12%，干燥的原料可提高氣化效率，降低氧氣消耗eq\o\ac(○,)對有黏結性的煤料，需經破黏處理（2）氣化：經預處理后的原料加入充以加氮或二氧化碳的煤斗中，用螺旋加料器將原料送入爐內，一般蒸汽—空氣（氧氣）氣化劑的60%—