《煤化工工艺学》煤的低温干馏.ppt
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第二章煤的低温干馏,2-1概述,一、定义及其分类,煤干馏(炼焦、焦化,Carbonization):
煤在隔绝空气或者惰性气氛条件下受热分解生成煤气、焦油、粗苯、半焦或焦炭的过程,又称煤热解(Pyrolysis)或热分解(Thermaldecomposition)。
分类:
二、煤低温干馏的发展历程,煤低温干馏始于19世纪初,当时主要用于制取灯油和蜡;19世纪末因电灯的发明,煤低温干馏趋于衰落;二战期间,德国用褐煤为原料利用低温干馏制备煤焦油,再高压加氢制取汽油和柴油;战后,大量石油的开采,低温干馏工业再次陷入停滞状态。
三、煤低温干馏实质及其特点,煤低温干馏仅是常压热加工过程,受热后煤的有机质随温度升高发生一系列变化,形成气态(煤气)、液态(焦油、粗苯)和固态(半焦或焦炭)。
煤低温干馏实现了煤的部分气化和液化。
与煤的气化和液化相比,其优点:
工艺过程简单,加工条件温和,投资少,生产成本低,充分利用了煤分子中含氢的潜在优势。
适于低温干馏加工的煤种:
低阶煤(如褐煤、长焰煤和高挥发分的不黏煤等),这是因为:
低阶煤无黏结性,有利于在固定床或流化床干馏炉中处理。
最佳热解温度是随煤阶降低而降低的,低阶煤开始热解温度低。
低阶煤中挥发分含量较多,可得到较多的焦油和煤气。
煤低温干馏产品:
半焦、煤气、焦油,2-2低温干馏产品,一、半焦,半焦的性质孔隙率/%:
3050;反应性(于1050oC,CO2)/mL/(gs):
比高温焦炭高;比电阻/m:
比高温焦炭高;半焦的应用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、有一定块度铁合金的优良炭料;要求比电阻尽可能高其他:
冶金型焦中间产品、粉矿烧结、高炉炼铁的喷吹料,二、煤焦油,物理性质黑褐色液体,密度1gcm-3,比高温焦油轻成分酚类:
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%,二、煤焦油,用途发动机燃料,生产酚类和烃类。
提取的酚可以用于生产塑料、合成纤维和医药等产品。
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。
三、煤气,性质密度/kg/m3:
0.91.2组成含有较多甲烷及其他烃类,因原料煤性质的不同有较大差异。
2-3干馏产品的影响因素,一、原料煤,产品产率焦油:
一般煤阶降低,焦油产率减少褐煤焦油产率介于:
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增加,焦油产率减少)腐泥煤焦油产率一般较高:
可达40%。
煤气:
一般煤阶降低,煤气产率减少(低温干馏温度为600oC时)泥炭煤气产率介于:
16%32%;褐煤煤气产率介于:
6%22%;烟煤煤气产率介于:
6%17%。
半焦:
一般煤阶升高,半焦产率增加例如:
9页表2-3,随煤阶升高,含碳量增加,半焦产率增加。
一、原料煤,产品成分焦油成分酚类:
煤阶升高,含O量下降,酚类含量降低;热解水:
煤阶升高,含O量下降,热解水含量降低。
煤气成分氨和硫化氢含量与煤中氨和硫含量及形态有关;,二、加热终温,100120oC水分脱出300oC析出挥发分、热解510600oC低温干馏终温600oC半焦开始向焦炭转化(H2,CH4,半焦,焦油,煤气),三、加热速度,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,可使产品产率发生如下变化:
半焦,焦油,煤气略微,四、压力,提高压力,可使产品产率发生如下变化:
半焦和气态产物,焦油,半焦强度,2-4低温干馏主要炉型,一、干馏设备的要求,效率高加热均匀操作方便、可靠过程易控原料煤类宽粒度尺寸范围大二次热解作用小,二、干馏供热方式,外热式(由炉墙外部传入热量)缺点:
热导率小、加热不均匀、半焦质量不均、二次热解加深、焦油产率降低,外热式供热示意图,二、干馏供热方式,内热式(借助热载体传热,载体和煤料直接接触)热载体包括:
固体热载体(热半焦、热瓷球)和气体热载体(热烟气)优点:
热效率高、耗能低、加热均匀、简化干馏炉结构缺点:
煤料要求高(必须是块状,粒度范围窄)、气体载体稀释干馏气态产物。
内热式供热示意图,三、气流内热式炉,沸腾床干馏炉(气流床/沸腾床)原料:
6mm粉煤;黏结性煤:
气流吹入法加料不黏结性煤:
螺旋给料器燃料气和空气燃烧供热热烟气产品,煤粉,满流管,焦粉,气体,旋风分离器,煤气,气体冷却系统,粉尘,焦油、中油,三、气流内热式炉,鲁奇三段炉(固定床)原料:
褐煤块、型煤,2080mm,非黏结性煤;流程:
(三段:
干燥段、干馏段和冷却段),气流内热式炉干馏流程(另见框图),三段炉结构图,2-5立式炉生产城市煤气,一、原料煤,弱黏结性、一定块度75mm炉型:
外热式立式炉1干馏室;2上部蓄热室;3下部蓄热室;4煤槽;5焦炭槽;6加热煤气管,二、立式炉生产城市煤气流程,2-6固体热载体干馏工艺,一、外热式及气流内热式的缺点,外热式干馏传热慢,生产能力小气流内热式只能处理块状煤料,干馏气态产物混入惰性气体,降低了煤气的质量,二、托斯考(Toscoal)工艺,由美国油页岩公司(TheOilShaleCorporation)开发,基于Tosco-II油页岩干馏工艺发展而来。
原料:
非黏结性煤和弱黏结性煤(预先破黏)产品:
煤气:
热值高,符合中热值城市煤气需求焦油:
加氢可转化为合成原油半焦:
有一定挥发分,可作为发电厂原料或制成无烟燃料,二、托斯考(Toscoal)工艺,Toscoal法干馏非黏结性煤的工艺流程(另见框图),工艺特点及要求原料及产品:
粒度540oC:
焦油产率(二次热解),半焦挥发分16%,二、托斯考(Toscoal)工艺,三、ETCH粉煤快速热解工艺,ETCH-175工艺流程,三、ETCH粉煤快速热解工艺,工艺特点及要求煤干燥阶段(110150oC)和煤预热阶段(300400oC)之前采用气体热载体由热解开始到600650oC采用固体热载体固体热载体温度为800oC左右原料:
褐煤产品:
焦油中含有较多含氧化合物,其性质不稳定,四、鲁奇鲁尔煤气工艺(LR工艺),原料:
褐煤LR褐煤干馏流程,五、中国褐煤干馏试验,工艺特点及要求原料:
褐煤,粒度05mm热载体:
焦粉,温度700750oC热载体提升气:
燃烧炉的热烟气干馏温度范围:
450670oC产品:
半焦:
灰分不高,热值高,反应性好,比电阻大,五、中国褐煤干馏试验,实验装置:
包括原料煤处理、干馏、流化半焦提升、焦油煤气回收系统实验流程,半焦,煤气,焦油,本章结束,中国煤炭分类,褐煤(HM)、烟煤、无烟煤(WY)其中烟煤又分为长焰煤(CY)、不黏煤(BN)、弱黏煤(RN)、气煤(QM)、肥煤(FM)、焦煤(JM)、瘦煤(SM)、贫煤(PM),返回,气流内热式炉干馏流程框图,返回,Toscoal法干馏非黏结性煤的工艺框图,返回,
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- 煤化工工艺学 煤化工 工艺学 低温 干馏
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