第二章煤的低温干馏案例

1第二章煤的低温干馏2.1概述2.2低温干馏产品2.3干馏产品的影响因素2.4低温干馏主要炉型2.5低温干馏典型工艺2.6其它工艺22.1概述定义：煤的干馏是在隔绝空气条件下把煤加热至一定温度，使煤转化成气体产物（煤气）、液体产物（焦油、水）和固产物（半焦或焦炭）的过程。分类：干馏终温500-600oC称低温干馏，高于900-1000oC称高温干馏或炼焦。700-900oC的称为中温干馏。发展史：煤的低温干馏始于19世纪，当时主要用于制取煤油和蜡。……3煤的热解过程煤在隔绝空气下受热，煤的有机质随着温度的升高发生一系列变化，形成气态（煤气）、液态（焦油）和固态（半焦或焦炭）产物。典型粘结性烟煤受热时发生的变化如图：典型烟煤的热解过程煤干馏的过程中：当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时,粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400～500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦！！！高于550℃，半焦继续分解,析出余下的挥发物（主要成分是氢气），半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭！！！当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率低，焦油产率高；高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，煤气产率高而焦油产率低4煤热解过程的化学反应产品来源过程1.焦油+液体2.CO23.CO(500℃)4.CO(500℃)5.H2O6.CH4+C2H67.H2弱键连接的环单元羧基羰基和醚键杂环氧羟基烷基芳环C-H键蒸馏+热解脱羧基脱羰基开环脱羟基脱烷基开环煤干馏过程由下列过程构成：（l）燃料的加热过程一--物理过程；（2）燃料有机质的热分解过程一--化学过程；（3）分解初次产物在固体内部的扩散过程——物理过程；（4）初次挥发产物在反应空间中的二次反应过程----化学过程。5煤热解反应历程模型6过程特点：煤低温干馏过程仅是一个热加工过程，常压生产，不用加氢，不用氧气，即可制得煤气和焦油，实现了煤的部分气化和液化。比煤的气化和液化工艺简单，加工条件温和，投资少，生产成本低。适用煤：褐煤、长焰煤和高挥发份的不黏煤等低阶煤，适于低温干馏加工。中国低阶煤储量较大，约占全部煤的42%以上，是低温干馏的优良原料。煤碳分类7新制定的中国煤炭分类国家标准，首先根据煤的煤化程度，将所有煤分为褐煤、烟煤和无烟煤。对于褐煤和无烟煤，再分别按其煤化程度和工业利用的特点分为2个和3个小类。烟煤部分按挥发分大于10～20％、大于20～28％、大于28～37％和大于37％的4个阶段分为低、中、中高及高挥发分烟煤。关于烟煤粘结性，则按粘结指数分：0～5为不粘结和微粘结煤；大于50～65为中等偏强粘结煤，大于65则为强粘结煤。在煤类的命名上，考虑到新旧分类的延续性和习惯叫法，仍保留气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、弱粘煤、不粘煤和长焰煤8个煤类。8煤化程度是指煤的变质程度，即泥炭经压力、地热作用的大小，以及受作用的地质年代的长短的综合。泥炭向褐煤、烟煤和无烟煤转化过程中，煤化度逐步提高。煤化度通常是用煤的碳含量、碳氢比、挥发份、镜质组反射率等表示。低阶煤是指变质程度较低的煤。煤阶代表了煤化作用中能达到的成熟度的级别，煤阶的改变是由于深埋而增加的温度而改变的。当泥岩沉积被掩埋，随温度和压力的增加而转变成煤时，物理和化学性质发生变化。“煤阶”将这一转变步骤细分成几个阶段：植物-泥炭-褐煤-烟煤-无烟煤92.2煤低温干馏的产品低温干馏适用于褐煤、烟煤等可生成较多焦油和煤气的煤种。产物：焦油、半焦和煤气。其产率和组成取决于原料煤性质、干馏炉结构和加热条件。一般：焦油产率为6%~25%；半焦产率为50%~70%；煤气产率为80~200m3/t（原料干煤）102.2.1半焦⑴半焦的性质:孔隙率∕%：30~50反应性（于1050℃，CO2）∕[ml∕(g·s)]:比高温焦炭高比电阻／Ω·m：比高温焦炭高（煤的变质程度越低其反应性和比电阻越高）机械强度／%：低于高温焦炭煤与CO2反应的气化速率、残碳率11⑵半焦的应用：①做优质的民用和动力燃料无烟、不生成焦油、反应性好、热效率高、有一定块度②铁合金的优良炭料要求比电阻尽可能高③其他冶金型焦中间产品，粉矿烧结，高炉炼铁的喷吹料122.2.2煤焦油⑴物理性质：黑褐色液体，密度小于1g/cm3，比高温焦油轻⑵成分：酚类：35%中性含氧化合物：20%～25%芳烃：15%～25%环烷烃：10%沥青：10%烷烃：2%～10%烯烃：3%～5%中性含氮化合物：2%～3%有机碱：1%～2%13⑶用途：①发动机燃料，生产酚类和烃类；②提取的酚可用于生产塑料、合成纤维、医药等产品；③褐煤焦油中含有大量蜡类是生产表面活性剂和洗涤剂的原料。142.2.3煤气⑴性质及成分:密度：0.9～1.2kg/m3；成分：甲烷、氢气、一氧化碳等。⑵用途：本企业加热燃料，民用，也可做化学合成原料气。152.3干馏产品影响因素原料煤性质加热条件加热速度加热终温及压力炉型、加热方式、高温区停留时间等162.3.1原料煤⑴产品产率：①焦油（一般煤阶↘，焦油↗）褐煤焦油产率变动于：4.5%~23%烟煤焦油产率介于：0.5%~20%（从气煤到瘦煤随变质程度↗而焦油产率↘，肥煤例外）腐泥煤低温焦油产率一般较高：可高达40%②煤气（一般煤阶↘，煤气↗）干馏泥炭煤气产率：16%~32%温度褐煤煤气产率：6%~22%600℃烟煤煤气产率：6%~17%③半焦（一般煤阶↗，半焦↗）例表2—3煤阶↗，含C量↗，半焦↗。17⑵产品成分：①焦油成分酚类：煤阶↗，含O量↘，酚↘。热解水：煤阶↗，含O量↘，热解水↘。②煤气成分：氨和硫化氢含量与煤中氨和硫的含量和形态有关。2.3.1原料煤18不同煤类开始热解的温度不同，煤化度低的煤的开始热解温度也低。100~120℃水分脱出；300左右发生热解﹥300℃析出挥发分、包括焦油成分550℃焦油形成结束；510~600℃低温干馏终温，适宜﹥600℃半焦向焦炭转化（H2↗，CH4↘，半焦↘，焦油↘，煤气↗）2.3.2加热终温19由表2-4：随温度升高，氢气含量升高，甲烷降低。实际生产中一次热解产物出炉时经高温区，发生二次热解。﹥600℃时提高干馏终温，则半焦和焦油产率降低，煤气产率增加。2.3.2加热终温20提高煤的加热速度能降低半焦产率，增加焦油产率，煤气产率稍有减少。快速：低分子产物应当多，焦油产率高。慢速：固体残渣产率高。提高煤的加热速度能（产率）：半焦↘，焦油↗，煤气产率稍有↘。2.3.4压力一般P↗,焦油↘，半焦和气态产率↗，半焦强度↗。2.3.3加热速度21目标保证效率高，操作方便可靠。1.干馏物料加热均匀2.干馏过程易控制3.可用的原料煤类别宽4.原料煤粒尺寸范围大，5.导出的挥发物二次热解作用小。2.4低温干馏主要炉型22分类按加热方式有外热式、内热式；按煤料的形态有块煤、型煤与粉煤三种；按供热介质不同有气体热载体和固体热载体两种；按煤的运动状态分为固定床、移动床、流化床和气流床等；加煤和煤料移动方向：立式炉、水平炉、斜炉和转炉等。23型煤是以粉煤为主要原料，按具体用途所要求的配比，机械强度，和形状大小经机械加工压制成型的，具有一定强度和尺寸及形状各异的煤成品。常见的有煤球、煤砖、煤棒、蜂窝煤等。成型：型煤包括很多的种类，型煤可以把煤粉，煤面，煤泥，分别压成球形或者其他形状。也可以把煤粉和煤泥混合压成球形和其他形状。用于锅炉的燃烧和造气。24外热式炉供给煤料的热量由炉墙外部传入。煤料装在干馏室内，热量通过炉墙导入，炉墙外部燃烧加热。优点：干馏挥发物与燃烧烟气不混合，挥发物不稀释。缺点：1.煤料导热率小，煤料加热不均匀，导致半焦质量不均匀。2.过高的温度加热区加剧了挥发产物的二次热解，降低了焦油产率。25煤热量热量外热式半焦26借助热载体把热量传给煤料，气体热载体直接进入干馏室，穿过粒状干馏料层，把热量传给料层。优点：1）热载体向煤料直接传热，热效率高，低温干馏耗热量低；2）所有装入料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象；3）没有加热的燃烧室或火道，简化了干馏炉结构。说明：热载体可以是气体，也可是固体。内热式炉27半焦（煤）气体热载体半焦气态干馏产物及热载体内热式28半焦外热式内热式煤热量热量半焦（煤）气体热载体半焦气态干馏产物及热载体292.4.1沸腾床干馏炉过程：粒度小于6mm的干燥过的粉煤加入沸腾炉，用燃料气和空气燃烧加热，炉内形成沸腾的焦粉床层，煤料在炉中干馏。煤料：不粘结性煤、粘结性煤均可。产物：干馏产物焦粉经过一满流管由炉子排出气体冷却分离焦油和煤气。302.4.2连续式内热立式炉适用煤料要求：年轻非粘结性块煤（20-80mm），粉状或块褐煤和型煤。不适用粘结性煤。典型炉：鲁奇三段炉◆Lurgi低温干馏炉1．干燥段；2．干馏段；3．连通管；4．干燥段炉排；5．引风道；6．集气室；7．挡板；8．风机；9．通风道；10．混合室；11干燥段燃烧室；12．燃烧器；13．干馏段炉排；14．半焦槽；15．引风道；16．通风道；17风机；18．混合室；19．加热煤气道；20．干馏煤气集气室烟气煤焦燃烧炉燃烧炉煤气煤气干燥段150℃干馏段500～850℃冷却段100～150℃三段炉：煤在炉中不断下行，热气流逆向通入进行加热。煤在炉内移动过程分成三段：干燥段、干馏段和焦炭冷却段，故又名三段炉。过程：在上段循环热气流把煤干燥并预热到150℃；在中段，即干馏段，热气流把煤加热到500～850℃；在下段，焦炭被冷循环气流冷却到100～150℃后排出。循环气和干馏煤气混合物由干馏段引出，其中液体产物在后续冷凝冷却系统中分出。312.4.2.1鲁奇三段炉流程32产物焦炭：由炉下段冷却排出。煤气：由干馏段引出，净化后送干燥段和干馏段燃烧炉或外送。焦油：在后续冷凝冷却系统中分出。冷凝冷却系统包括初冷器、焦油分离槽、终冷气及气体汽油吸收塔。举例：一台处理褐煤型煤300～500t/d的鲁奇三段炉，可得型焦150～250t/d；焦油10～16t/d；剩余煤气180～220m3／t煤。对于含水分5~15%褐煤的耗热量为1050~1600kJ/Kg。332.4.3立式炉连续式外热立式炉，考伯斯炉和伍德炉是典型炉型。干馏所需热量由加热炉墙传入。2.4.3.1煤料要求：1.原料煤要求有一定的粘结性（坩埚膨胀序数1～4）,并具有一定块度（＜75mm，其中＜10mm的＜75%)，以利于获得焦块，并使干馏室煤料有一定透气性。2.原料煤可以是弱粘性煤，虽然热稳定性好的不粘结性煤也可以生产煤气，但所得产品焦炭强度差，碎焦多，煤的挥发分约为25～30％（d）。34考伯斯炉1.干馏室；2.上部蓄热室；3.下部蓄热室；4.煤槽；5.焦槽；6.加热煤气管2.4.3.2流程：煤料由上部加入干馏室1，干馏所需热量主要由炉墙传入。火道加热用燃料为发生炉煤气或回炉的干馏气。干馏室下部焦炭被吹入的冷气流冷至150～200℃，落入焦槽5并喷水冷却后排出。352.5立式炉生产城市煤气优点：利用外热立式炉进行煤干馏，产生煤气热值较高，可供城市煤气之用。过程说明：干馏煤气经集气管去热焦油分离器，经鼓风机升压送去煤气冷却器。在轻油洗涤塔把煤气中轻油吸收下来。部分煤气回炉作为干馏室下部吹入气，其余部分煤气净化后作为城市煤气外送。36372.6固体热载体干馏工艺外热式干馏装置传热慢，生产能力小。气流内热式的燃烧废气稀释了干馏的气态产物，且只能处理块状煤。采用固体热载体进行煤干馏，加热速率快，单元设备生产能力大，干馏煤气未被