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1、煤焦油加氢技术全册配套煤焦油加氢技术全册配套 最完整精品课件最完整精品课件 主编 郑发元 1 2 3 4 绪论 目 录 5 6 7 8 9 煤的基础知识 焦油加氢的基本原理 焦油加氢的工艺过程 焦油催化裂化 煤的低温干馏 焦油制燃料油的概述 煤焦油的预处理 焦油加氢附属工艺及废水处理 在我国的自然资源中，基本特点 是富煤、贫油、少气，这就决定了煤 炭在一次能源中的重要地位。与石油 和天然气相比较而言，我国煤炭的储 量相对比较丰富，占世界储量11.6%。 我国煤炭资源总量为5.6万亿吨，其中 已探明储量为万亿吨，占世界总储 量的11%，成为世界上第一产煤大国。 n开采的过程中煤炭资源浪费严重 企

2、业以浪费资源为代价，换取暂时的经济效益； 一些企业采用一次采全高的方法，开采中间层， 顶底废弃；小型煤炭企业采煤方法落后，回采 率低。一些矿区的违规建筑物大量压煤。 n煤炭行业产业布局不合理 我国目前仍然以原煤消费为主，产品附 加值低，造成大量长距离的无效运输。 n煤炭开发所带来的生态环境问题依然严峻 在煤炭开发利用中，不合理开采造成 大面积的地表破坏、水土流失和土地 沙化，大量堆积的矸石山、煤炭自燃 及废污水的排放等严重破坏矿区的生 态环境。 n煤炭资源综合利用率低 在现有技术的条件下，一些共伴生矿物还无法进 行大规模具有经济效益的开发利用，综合利用产 品的科技含量与附加值较低。 2 4 1

3、 3 1.1.1 煤炭资源现状 1.1.2 煤炭资源利用对策及前景 1. 研究制定适合我国国情的煤炭资源发展战略 根据市场经济规律，实施中国煤炭资源可持续发展战略， 是煤炭可持续供给的根本出路。这需要国家制定煤炭可持续 供给的中长期发展战略，确立煤炭的供需关系、建立宏观调 控体系和落实必要的政策保障。 2. 煤炭资源发展前景看好 目前，全球已查明的煤炭储量可开采250年，比天然气和石油可开采的年限分别多185年和205年。 其次，煤炭矿藏在全球的分布比较均匀且避开了国际政治热点地区，可保证供应上的安全。 此外，煤炭的利用也相对简单和安全，这使煤炭资源的发展前景一度被看好。 因此，推进煤炭的综合

4、利用是治理煤炭市场秩序，有效缓解安全事故频发，实现产业升级的一条重要的市场手段。 中国是使用煤最早的国家之一，早在公元前就用煤冶炼铜矿石、烧陶瓷等，至明代已用焦炭冶 铁。但煤作为化学工业的原料加以利用并逐步形成工业体系，则是在近代工业革命之后。 18世纪中叶，工业革命； 18世纪末，煤炭被用于 生产民用煤气； 19世纪70年代，德国成 功地从煤焦油中提取了 大量的芳烃，作为医药、 农药及染料等工业原料。 第二次世界大战前夕 及大战期间，煤化工 取得了全面而迅速的 发展。纳粹德国为了 发动和维持战争,加速 了液体燃料的工业发 展。 第二次世界大战后，由 于大量廉价石油和天然 气的开采，工业上大规

5、 模由煤制取液体燃料的 生产暂时中止，不少工 业化国家用天然气代替 了民用煤气。 初创 时期 12 全面 发展 萧条 时期 34 技术 开发 1973年，中东战争爆发， 随之而来的石油大幅度涨 价狂潮，使由煤生产液体 燃料及化学品的方法又重 新受到重视。欧美等国对 此又进一步的进行开发研 究，并取得了进展。 煤化工是以煤为原料，经 过化学加工使煤转化为气体、 液体和固体燃料及化学产品的 过程。从煤加工过程区分煤化 工包括：煤的干馏、气化、液 化和合成化学产品。 煤的气化用于生产各种燃 料气，属于清洁能源。煤气化 生产合成气，是合成液体燃料、 甲醇等多种产品的原料，如图 1-1所示。 煤直接液化

6、，即煤高压加氢液化， 可以生产人造石油和化学产品。 煤间接液化是由煤气化生产合成 气，再经催化合成液体燃料和化学产 品，在国外已实现大规模生产。 煤低温干馏生产低温焦油，经过 加氢生产液体燃料，低温焦油分离后 可得到有用的化学产品。低温干馏半 焦可做无烟燃料，或用作气化原料、 发电燃料及优质还原剂等。低温干馏 煤气可做燃料气。 我国是一个石油产品消费大国，但同时又 是一个石油资源贫乏的国家。目前，我国是仅 次于美国的世界第二大能源消费国，而且对能 源的需求量有增无减。近年来，我国的原油对 外依存度不断上升。 煤炭分级、分质综合利用产业属于国家鼓 励类的煤炭深加工产业，煤炭深加工产业发展 政策，

7、鼓励发展以褐煤、高硫煤等低质煤为原 料的煤炭深加工项目，探索煤化电热一体化、 煤炭分质综合利用等煤炭深加工的新模式。 1.4.1 传统煤化工产业 1. 产能扩张迅速，供求矛盾突出 装置技术和装备水平所带来的产业竞争力参差不齐，导致整体行业竞争力较低，环境保护矛盾突出，供需不平 衡矛盾日益深化。今后几年传统煤化工产业产能过剩和竞争激烈的局面将进一步加剧，见表1-1。 1.4.1 传统煤化工产业 2. 技能装备水平得到一定程度的提高 随着我国传统煤化工产业规模的发展壮 大，装备水平也得到了较大幅度的提高。大 型机械化焦炉、密闭式电石炉、大型气化炉 及甲醇合成装置、氨合成装置逐步应用。与 此同时，我

8、国在控制装备国产化方面也取得 了较大的进展，在煤化工装置控制系统方面 已经突破国外技术垄断，某些技术已经赶上 甚至超越国外技术，并且正在逐步成为左右 市场的重要力量。 1.4.1 传统煤化工产业 3. “十一五”期间产业结构调整取得较大的进展 为提高我国传统煤化工的整体水平，国家以落后 产能为抓手，分步骤进行了相关产业结构的调整，通 过出台电石行业准入条件焦化行业准入条件 等相关政策，对原有的规模小、低产率、低效率的焦 化炉、电石炉予以分批淘汰，为整个行业的产业结构 调整提供了有力的政策支持和措施保障。 1.4.2 新型煤化工产业 “十一五”期间国家先后在有条件的地区布局建 设了一批新型煤化工

9、示范项目，这些示范项目包括： 神华集团鄂尔多斯直接煤制油项目；内蒙古伊泰集团 间接煤制油项目；大唐集团内蒙古克旗公司等，这些 示范项目均属现代煤化工技术发展的前沿项目。 因新型煤化工产业技术复杂、资源消耗量大、三 废排放多、投资强度高，为稳定推进新型煤化产业的 发展，“十二五”期间国家对于新型煤化工产业的布 局仍以升级示范为主要内容。 1.4.3 国家产业政策解读 在近几年煤化工产业的快速发展过程中，传统煤化工产业的合成氨、甲醇、焦化、电石、 醋酸等产品供大于求，个别产品产能过剩严重。2009年，国务院下发了国务院批转发改 委等部门关于抑制部分行业产能过剩的重复建设引导产业健康发展若干意见的通

10、 知（国发200938号），要求“遏制传统煤化工盲目发展，今后三年将停止审批单 纯扩大产能的焦炭和电石项目。禁止建设不符合焦化和电石行业准入条件的焦化和电石项目。 新型煤化工产业技术复杂，资源耗量大，污染物和二氧化碳排放高，投资强度高，因此国 家为规避投资和环境风险，要求建设项目和规模都需充分考虑水资源和环境承载力。国家发改 委在2011年又发布了国家发展改革委关于规范煤化工产业有序发展的通知(国 发2011635号)，要求各级发展改革部门要严格遵守国家对建设项目的相关管理规定 和审批程序，进一步加强煤化工项目审批管理，不得下放审批权限，严禁化整为零，违规审批。 主编 郑发元 1 2 3 4

11、绪论 目 录 5 6 7 8 9 煤的基础知识 焦油加氢的基本原理 焦油加氢的工艺过程 焦油催化裂化 煤的低温干馏 焦油制燃料油的概述 煤焦油的预处理 焦油加氢附属工艺及废水处理 从19世纪到20世纪中叶，煤炭作为能 源和化工原料的主导，为人类文明的发展 做出了巨大贡献。20世纪50年代后，煤炭 被大量廉价石油和天然气所取代。但其后 发生了几次石油危机，使人们重新认识到 煤炭在能源结构中的地位，煤化工研究在 20世纪后半叶之后开始走向复兴。 1.煤的定义 煤是由不同地质年代的植物经过长时间的 地质作用而形成的。煤一般可分为三大类： 腐殖煤、残殖煤和腐泥煤。由高等植物形 成的煤称为腐殖煤。由高等

12、植物中稳定组 分（角质、树皮、孢子等）富集而形成的 煤称为残殖煤。由低等植物（以藻类为主） 和浮游生物形成的煤称为腐泥煤。在自然 界中分布最广、最常见的是腐殖煤，如泥 炭、褐煤、烟煤、无烟煤。 2.1.1 煤的形成 煤是由植物生成的，各类植物的有机族组 成不同，那么百分含量也就不同。这种差 异对生成煤的种类和性质影响极大。如形 成煤的原始物质主要指植物的根、茎等木 质纤维组织，则煤的含氢量就低，形成的 为腐殖煤；如果由角质层、树脂和孢粉质 等所形成的煤，其含氢量就高，如残殖煤； 如果由藻类形成的煤，则其氢含量就更高， 如腐泥煤。 根据煤化程度不同，腐殖煤可分以下四大类 2.1.1 煤的形成 （

13、1） 泥炭 泥炭为棕褐色或 黑褐色的不均匀 物质，相对密度 为 1 . 9 1 . 6 1 kg/m3。泥炭中 含大量未分解的 植物残体，有时 可用肉眼看出。 （2） 褐煤 褐煤大多呈褐色 或黑褐色，无光 泽，相对密度为 1.11.4 kg/m3。 随着煤化程度加 深褐煤颜色变深 变暗，相对密度 增加，水分减少。 （3） 烟煤 烟煤呈灰黑色至 黑色，火焰长多 烟。不含腐殖酸， 硬度较大，相对 密度为 1 . 2 1 . 4 5 kg/m3。含碳量 为75%90%。 （4） 无烟煤 灰黑色，金属光 泽，腐殖煤中煤 化最高的一种煤， 相 对 密 度 为 1.41.8 kg/m3。 无烟，火焰较短、

14、 不结焦，含碳量 在90%以上。 2.1.1 煤的形成 泥炭化 阶段 随着地壳的下陷，泥沙开始在泥炭层上面淤积，形成了顶板，把形成的泥炭 层逐渐转入地下，成煤进入煤化阶段。 受温度、顶板上泥土等的压力影响，泥炭被压实、脱水、增碳，孔隙减小并 逐渐固结，泥炭由无定形物逐渐转化为岩石状的褐煤。受温度、压力和时间 的影响，煤化程度不断加深，氢、氧含量进一步减少，碳含量进一步增加， 颜色变深，密度增大，最后形成了烟煤和无烟煤。 在泥炭化阶段，大量死亡的植物浸于水中，在长期细菌的作用下，发生了 复杂的物理化学变化，氢、氧元素的含量逐渐减小，碳元素含量逐渐增大， 当这些植物残骸的上部水层厚度小于2 m时，

15、仍能产生并滋生新一代植物。 当一代一代的植物堆积的速度与地壳下沉的速度基本平衡时，对煤层的形 成有极大的好处。 煤化 阶段 2.煤的形成 成煤阶段的主要划分、影响因素、产物组成等见表2- 1。 2.1.1 煤的形成 2.1.2 各类煤的基本特征及主要用途 无烟煤特点是固定碳含量高、 挥 发 分 低 ， 真 密 度 高 达 1.351.9 kg/cm3，燃点一般在 360420 ，燃烧时不冒烟。 1. 无烟煤 贫煤是烟煤中变质程度最 高的煤，燃烧时火焰短、 耐烧，但燃点也较高，仅 次于无烟煤。 炼焦煤中变质程度最高的 煤，在配煤炼焦时配入较 少的比例就能起到提高焦 炭块度的良好作用。 中等黏结性

16、的低挥发分炼焦 煤。单独炼焦时能得到块度 大、抗碎强度较好的焦炭， 一般只作为电厂及锅炉燃料。 一种结焦性较强的炼焦煤， 单独炼焦时由于膨胀压力 大，易产生推焦困难，一 般作为配煤炼焦使用较好。 中等挥发分及中高挥发分 的强黏结性炼焦煤，单独 炼焦时焦炭有较多的横裂 纹，是配煤炼焦中基础煤。 2. 贫煤 3. 贫瘦煤 4. 瘦煤 5. 焦煤 6. 肥煤 2.1.2 各类煤的基本特征及主要用途 在单煤炼焦时能生成熔融性 良好、强度较高的焦炭，既 能单煤炼焦供高炉使用，也 是良好的配煤炼焦的基础煤。 7. 1/3焦煤 一种挥发分和胶质体厚度 都很高的强黏结性炼焦煤， 又称为液肥煤。最适合于 高温干

17、馏制取城市煤气。 气煤的变质程度较低，但 能单独炼焦，炼焦时生成 的煤气数量较多，适用于 制造城市煤气。 一种过滤煤，中等结焦性的 炼焦煤，单独炼焦时的焦炭 强度差、粉焦虑高，主要作 为气化或动力用煤。 一种黏结性较弱的非炼焦 用烟煤。干馏时产生胶质 体量少，焦粉率很高，一 般适用于气化及动力燃料。 一种受到氧化作用的低变 质到中等变质程度的非炼 焦用烟煤。主要作为发电 和气化用煤。 8. 气肥煤 9. 气煤 10.1/2 中黏煤 11. 弱黏煤 12. 不黏煤 2.1.2 各类煤的基本特征及主要用途 长焰煤是变质程度最低的高挥发分非 炼焦烟煤，其煤化程度稍高于褐煤而 低于其他各类烟煤。长焰煤

18、多用作电 厂、机车燃料及工业炉窑燃料。 13. 长焰煤 褐煤是煤化程度最低的煤。热值低、热 稳定差。褐煤主要用于发电，年轻的褐 煤适用于做腐殖酸铵等有机肥料。霍林 河和小龙潭等都是有名的褐煤矿区。 14. 褐煤 2.2.1 煤的工业分析 煤中的水分是不可燃成分，而它的存 在对煤的加工利用通常是有害无利的， 主要表现在造成运输浪费、存储负担、 粉碎机筛分困难、延长炼焦周期、损 坏焦炉、降低发热量等。如炼焦时水 分控制在5%12%，一般水分是越小 越好，但低于5%后不利于操作与环境 保护。 煤的工业分析也称为技术分析，主要包括水分（M）、灰分（A）、挥发分（V）和固定 碳（FC）四个分析项目。利用

19、分析结果可以初步判断煤的质量。 1. 水分 灰分是在规定条件下，所有可燃物质 完全燃烧后剩下的残渣，因此称为灰 分产率更确切。煤的灰分和煤中矿物 质的含量之间有一定关系，灰分全部 来自矿物质，但组成和质量又不同于 矿物质，矿物质在炼焦过程中几乎全 部进入焦炭，一般焦炭灰分每降低1%， 炉渣量约减少3%，每吨生铁消耗焦炭 量减小2%，生铁产率增加2.2%3%。 2.灰分 2.2.1 煤的工业分析 煤灰是许多化合物组成的混合物，灰分熔融性称为煤的灰熔点，煤灰熔点具有一 个相当宽的融化温度。煤的灰熔融性是动力用煤和气化用煤的一个重要指标。 煤灰熔融性测定，GB/T2191996 角锥法。将煤灰和糊精

20、混合物，制成一定规格 的角锥体，放入特制的灰熔点测定炉中，以一定的升温速度加热，如图2 -1所示为角锥 体受热变化情况。 灰锥融化成液体或展开成高度在1.5 mm以下的薄层时的温度称为灰熔融性流动温度 （已不存在灰锥），用FT表示。 3.灰分熔融性 图图2-1 2-1 煤灰熔融性的特征煤灰熔融性的特征 2.2.1 煤的工业分析 （1）挥发分 挥发分是真正反映煤的类别的重要指标。煤样在规定的条件下，隔绝空气加热，进行 水分校正后的挥发物质产率称为挥发分。 （2）煤的固定碳 煤的固定碳是指从空气干燥煤样中除去水分、灰分和挥发分后剩余的物质。煤的固定 碳一般不直接测定，而是通过计算获得，即 FCad

21、=100-（Mad+Aad+Vad） 式中：FCad空气干燥煤样中固定碳的质量分数，%； Mad空气干燥煤样的水分的质量分数，%； Aad空气干燥煤样的灰分的质量分数，%； Vad空气干燥煤样的挥发分的质量分数，%。 4.煤的挥发分和固定碳 2.2.2 煤的元素分析 碳碳 硫硫 氧氧氮氮 氢氢 是煤中最重要的组成元素。焦炭中碳含量为97%，碳元素在高炉中起还原剂、增碳和 燃烧的作用。 是煤中的第二重要元素。 在煤的有机结构中，氢结合 在碳链或环状结构中，氢含 量随煤化程度的升高而减少。 中的氮通常都是以有机氮的形 式存在，氮含量随煤化程度的上 升而略有下降。 是煤中主要的元素之一。 在煤的变质

22、过程中，氧含 量随煤化程度的升高而迅 速下降。 分是评价煤质的主 要指标之一。在炼焦、 气化、燃烧等工艺中， 硫分均为有害杂质。 （1）煤的黏结性和结焦性 煤的黏结性是煤在隔绝空气条件下加热时，黏结其本身并黏结惰性物料的 能力；煤的结焦性是煤在工业焦炉条件下结成焦炭的能力。 烟煤粉碎后在隔绝空气条件下加热到一定温度，煤样发生分解，形成具有 一定流动性的胶质体，胶质体可与惰性颗粒混融结合，形成气、液、固三相的 均匀体，并有所膨胀，这个过程表现为煤的黏结性。随着温度的进一步升高， 胶质体逐渐固化，形成半焦，继续升高温度，半焦放出气体，产生收缩裂纹， 形成致密坚硬的焦炭。这一使焦炭固化收缩变硬的阶段

23、表现为煤的结焦性。 2.2.3 煤的工艺性质 （2）煤的热稳定性 煤的热稳定性是指块煤在高温下，燃烧和气化过程中对热的稳定程度， 即块煤在高温下保持原来粒度的性能。热稳定性能好的煤，在燃烧和气化 过程中能保持原来粒度进行燃烧和气化，或者只有少量的破碎。热稳定性 差的煤在加热时破碎成大小不等的碎片和粉末，降低煤的燃烧或气化效率。 在一般情况下，褐煤和变质程度深的无烟煤的热稳定性差。 2.2.3 煤的工艺性质 主编 郑发元 绪论 目 录 1 2 3 4 5 6 7 8 9 煤的基础知识 焦油加氢的基本原理 焦油加氢的工艺过程 焦油催化裂化 煤的低温干馏 焦油制燃料油的概述 煤焦油的预处理 焦油加氢

24、附属工艺及废水处理 煤在隔绝空气的条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程，称为煤干 馏（或称炼焦、焦化）。而煤热分解是指煤在各种条件下受热分解的统称。煤干馏按加 热终温的不同，可大致分为三种：500600 为低温干馏；600900 为中温干馏； 9001 100 为高温干馏。 煤低温干馏始于19世纪，当时主要用于制取灯油和蜡烛。19世纪末，因电灯的发 明，煤低温干馏趋于衰落。第二次世界大战前夕及大战期间，纳粹德国基于战争目的， 建立了大型低温干馏厂，用褐煤为原料生产低温干馏煤焦油，再高压加氢制取汽油和柴 油。战后，由于大量廉价石油的开采，使低温干馏工业再次陷于停滞状态。 煤低温干馏过

25、程仅是一个加热工艺过程，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。 低温干馏半焦的空隙率为30%50%，其反应性和比电阻都比高温焦炭高得多。原 料煤的煤化度越低，半焦的反应能力和比电阻越高。半焦强度一般不高，低于高温焦 炭。半焦可用于电炉冶炼和化学反应等过程，这些用途对于燃料机械强度要求不高， 半焦的块度和强度可以满足要求。为便于比较， 表3 -1列出了原料为褐煤、长焰煤 和气煤的半焦，以及配入气煤炼得焦炭和1025 mm碎冶金焦用作还原剂时的性质。 半焦块度与原料煤的块度、强度和热稳定性有关，也与低温干馏炉的结构、加热速 度及温度梯度有关。一般移动床干馏炉

26、用原料煤块度为2080 mm。 半焦是铁合金生产的优良炭料，要求半焦比电阻尽可能高，以保证铁合金电炉池中 总电阻达到最大，节省电能。装入电炉的半焦块度可为36 mm，比电阻为0.3520 m。 3.2.1 半焦 气流内热式块煤或型煤干馏炉在德国 和其他国家用来生产半焦。如在苏联 用该法生产铁合金半焦,其干馏中温达 到700750 ,是中温干馏。加热用的 热载体为烟道气与回炉煤气的混合气 体，温度为860980 。某厂采用当 地生产的长焰煤为原料，半焦块度大 于16 mm，其原料煤、产品半焦及 1025 mm冶金焦的性质见 表3-2。 3.2.1 半焦 上述半焦干馏中温较高，是采用气流内热式炉

27、生产的。其他形式的内热炉由于过程温度低， 难以达到铁合金用焦的要求。中国用于生产城 市煤气的外热式炉，以煤气为原料生产铁合金 焦，其性能比小块冶金焦好。原联邦德国用转 动圆盘炉以莱菌褐煤为原料，在炉内燃烧干馏 挥发物为干馏过程供热，获得了优质褐煤焦。 此褐煤焦反应性好、比电阻大，适合做铁合金 和其他化学反应的还原剂。 低温干馏煤焦油（简称焦油）是黑褐色液体，密度一般为1 g/cm3，因原料煤性质 和低温干馏方法不同，焦油的密度也不同，通常在0.951.1 g/cm3。 由低温焦油提取的酚可以用于生产塑料、合成纤维、医药等产品。泥炭和褐煤焦油 中含有大量蜡类，是生产表面活性剂和洗涤剂的原料。低温

28、焦油适宜于深度加工，经催 化加氢可获得发动机燃料和其他产品。 低温干馏粗煤气冷凝产生的焦油下水的密度略大于1 g/cm3,它与焦油上水的区别呈 酸性或中性。焦油下水中含有低级醇类、甲酸和其他可溶于水的酸类、酚类，也有含硫 和含氮化合物，因此在排入废水系统之前需要加以处理。 3.2.2 煤焦油 低温干馏煤气密度为0.91.2 g/cm3,含有较多甲烷及其他烃类，煤气组成因原料煤 性质不同而有较大差异。褐煤低温干馏煤气的烃类含量低，烟煤的含量可高达65%，因 此其煤气热值可达33.537.7 MJ/m3（本书中不注明时，气体体积都是标准状态）。在 气流内热式炉中干馏时，所得煤气被热载体烟气冲稀，因

29、而热值降低34倍，降低了它 的应用价值。 低温干馏煤气主要用作本企业的加工燃料和其他用途，多余的煤气可作民用煤气， 也可作化学合成原料气。 3.2.3 煤气 低温干馏产品的产率和性质与原料性质、 加工条件、加热速度、加热终温及压力有 关。干馏炉的形式、加热方法和挥发物在 高温区的停留时间等因素对产品的产率和 性质也有重要影响，煤加热温度场的均匀 性和气态产物二次热解深度对其也有影响。 在试验室条件下测定低温干馏产品产率，采用铝甑干馏试验，不同原料煤的试验结果见 表3-3。由表中数据可见，低温干馏产品的产率与原料煤种有关。 3.2.1 原料煤 不同种类褐煤低温干馏的焦油产率差别较 大，可在4.5

30、%32%变动。烟煤低温焦 油产率与煤的结构有关，其值介于 0.5%20%，由气煤到瘦煤随着变质程 度的增高，焦油产率下降，其中肥煤例外。 当加热到600 时它生成的焦油量等于或 高于气煤，腐泥煤低温干馏的焦油产率一 般较高。 要点讲解 原料煤对低温干馏焦油的组成影响显著，因原料煤的性质不同，所产的低温焦油组 成有较大差异。低温干馏温度为600 ，所得焦油是煤的一次热解产物，称一次焦油。 泥炭一次焦油的族组成见表3-4。 3.2.1 原料煤 不同类型烟煤热解（加热速度为3 /min）时，所得一次焦油族组成见表3-5。 3.2.1 原料煤 由上述数据可见，烟煤一次焦油内中性含氧化合物比褐煤焦油少，

31、随着煤的变质程度增 高，含氧量降低，焦油中酚类含量明显减少，酚类中酚、甲酚和二甲酚含量可达50%。 原料煤种类影响低温干馏煤气的组成。当干馏温度达到600 时，不同煤类的低温干馏 煤气组成见表3-6。 3.2.1 原料煤 煤气中氨和硫化氢含量与煤料中氮和硫的含量及其形态有关，一般规律是45%70%的 硫在煤中以黄铁矿形态存在，其余的则以有机硫形态存在于煤大分子中。煤在500 以 下温度热解主要是黄铁矿分解生成硫化氢，在较高温度时形成硫化氢。 煤干馏终温是产品产率和组成的重要影响因素，也是区别干馏类型的标志。随着温度的 升高，使具有较高活化能的热解反应有可能进行，与此同时生成了多环芳烃产物，它具

32、 有高的热稳定性。 不同煤类开始热解的温度不同，煤化度低的煤开始热解温度也低，泥炭为100160 ， 褐煤为200290 ，长焰煤约为320 ，气煤约为320 ，肥煤约为350 ，焦煤约 为360 。由于煤开始热解温度难以准确测定，同类煤的分子结构和生成条件也有较大 差异，因此上述开始热解温度只是煤类间的相对参考值。 煤受热到100120 时，所含水分基本脱除，一般加热到300 左右煤发生热解，高 于300 时，开始大量析出挥发分，其中包括焦油成分。煤气在3 /min加热时，一次 热解焦油组成和产率随加热温度变化的数据见 表3-7。 3.3.2 加热终温 气煤加热到不同温度时，煤气的组成与产率

33、见表3-8。不同温度区间煤热解生成的煤气 组分含量是不同的，氢气含量均随温度升高而增加，甲烷降低。 3.3.2 加热终温 焦油形成约于550 结束，因此510600 为低温干馏 的适宜温度。 实际生产过程的气态产物产率和组成，与试验室测定值有 较大差异，因为煤在工业生产炉中加热加工时，一次热解 产物在出炉过程中经过较高温度的料层、炉空间或炉墙， 其温度高于受热的煤料，发生二次热解。当煤料温度高于 600 时，半焦向焦炭转化；由600 升到1 000 时， 气态产物中氢气含量增加；当高于600 时，若提高干馏 中温，则半焦和焦油产率降低，煤气产率增加。 要点讲解 煤的块度对热解产物有很大影响，一

34、般煤的块度增加，焦油产率降低。因为煤的热导率 小，煤块内外温差大，外高于内，块内热解形成的挥发物由内向外导出时经过较高温度 的表层面，在此一次焦油发生二次热解，组成发生变化，生成气态和固态产物。此外， 挥发物由煤块内部向外部析出时受阻力作用，在高于生成温度的区间内停留，也加深了 二次热解的程度。 关于煤的块度对低温干馏产品产率的影响，见表3-9。 3.3.2 加热终温 煤低温干馏的加热速度和供热条件对产品产率和组成有一定的影响。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。加热速度慢时，煤质在低温区间 受热时间长，热解反应的选择性较强，初期热解使煤分子中较弱的键断开，发生

35、平行和 顺序的热缩聚反应，形成了热稳定性好的结构，在高温阶段分解少。而在快速加热时， 相应的结构分解多，所以慢速加热时固体残渣产率高。 煤的快速热解理论认为，快速加热供给煤大分子热解过程高强度能量，热解形成较多的 小分子碎片，所以低分子产物应当多。 在慢速加热时，加热速度与相对分子干馏产品产率和组成也有影响。当用煤气在不同加 热速度下进行低温干馏时，得到 表3-10所示的结果。 3.3.3 加热速度 由上述数据可以看出，加热速度快时，焦油产率高，但焦油中的重质组分明显增加。 用气煤为原料，在不同加热速度下进行低温干馏，生成的煤气性质和组成见表 3-11。 3.3.3 加热速度 压力对煤的低温干

36、馏有影响。一般是压力增大，焦油产率降低，半焦和气态产物增加， 见表3-12。 压力增加不仅会使半焦产率增多，而且其强度也提高，原因是挥发物使液相析出困难， 使液相产物之间的作用加强，从而促进了热缩聚反应。 3.3.4 压力 干馏炉是低温干馏生产工艺中的主要设备，它应保证过程效率高、操作方便可 靠。其中主要要求干馏物料加热均匀、干馏过程易控制、原料煤适应性广、原 料煤粒尺寸范围大、挥发产物二次热解作用小等。 干馏炉按供热方式不同，可分为外热式和内热式。 外热式炉供给煤料的热量是由炉墙外部传入，原理流程图如 图3-1(a)所示。 煤料装在干馏室内，热量通过炉墙导入，在炉墙外部燃烧加热，焦炉是典型的

37、 外热式干馏炉。 一般外热式干馏炉的煤气燃烧加热是在 燃烧室内进行的，燃烧室由火道构成， 燃烧室位于干馏室之间，供煤气和空气 于火道中燃烧。干馏室和燃烧室不相同， 干馏挥发物与燃烧烟气不相混合，这就 保证了挥发产物不被稀释。但是，外热 式供热方式存在严重缺陷，由于煤料热 导率小，加热不均匀，靠近加热炉墙的 料层温度高，离炉墙远的部位温度低。 内热式炉借助热载体把热量传给煤料， 气体热载体直接进入干馏室，穿过块粒 状干馏料层，把热量传给料层，如图3- 1（b）所示。气体热载体一般是燃料 煤气燃烧的烟气，热载体也可以是固定 的，如用热半焦或其他物料，与煤料在 干馏系统相混合，热载体把煤料加热， 进

38、行干馏。近年来，内热式方法得到广 泛利用。 内热式低温干馏与外热式相比，有以下 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的现象。 （3）内热式炉没有加热的燃料室和火 道，简化了干馏炉结构，没有复杂的加 热调节设备。 气流内热式炉的主要缺点如下： （1）装入煤料必须是块状的，并希望 粒度范围窄。也可以使用块状型煤，但 要增加工序和费用。 （2）气体热载体稀释了干馏气态产物， 煤气热值降低，体积量增大，增大了处 理设备的容积和输送动力。 （3）内热式干馏炉不适合处理黏结性 较高的煤，因为他们在干馏过程中容易 结

39、块，使下料通气不畅。 粉煤沸腾床低温干馏法如 图3-2所示，将粒度小于6 mm且预先干燥过的 粉煤连续加入沸腾炉，炉子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，不黏结性煤用螺旋给料器加入，黏结性煤采用气流 吹入法。干馏所需热量是由焦炭、焦油蒸汽及煤气在沸腾层中部分燃烧和燃 料气燃烧提供的，或者不送入燃料和空气，而送入热烟气。干馏产物焦粉经 过一个满流管由炉子排出，随同干馏气一同带走的粉尘在后处理中分出。在 气体冷却系统中分出焦油、中油及被燃烧烟气稀释的干馏煤气。 3.4.1 沸腾床干馏炉 1.鲁奇三段炉流程 如 图3-4所示，煤料在竖式炉中下行，热气流逆向通入进行加热。

40、对于粉状褐煤和 烟煤要预先压块。煤在由炉上部向下移动过程中依次分为三段：干燥段、干馏段和焦油 冷却段，因此称为鲁奇三段炉。 在上段，循环热气流把煤干燥并预热到150 左右。在中段，即干馏段，热气流把煤 加热到500850 。在下段，焦炭被冷循环气流冷却到100150 ，最后排出。排 焦机构控制炉子生产能力，上部循环气流温度保持在280 。 3.4.2 气流内热式炉 要点讲解 循环气和干馏煤气混合物由干馏段引出，其中液 态产物在后续冷凝冷却系统中分出。大部分的净 化煤气送到干燥段和干馏段燃烧炉，有一部分直 接送入焦炭冷却段。剩余煤气外送，可以作为加 热用燃料。冷凝冷却系统包括初冷器、焦油分离 槽

41、、中冷器及气体汽油吸收塔。 一台处理褐煤型煤为300500 t/d的鲁奇三段炉， 可得型焦为150250 t/d；焦油为1060 t/d； 剩余煤气为180220 m3/t煤。对于含水分 5%15%褐煤的耗热量为1 0501 600 kJ/kg。 1-来煤；2-加煤车；3-煤槽；4-干燥段；5-通道；6-低温干馏段；7-冷却段；8-出焦机构；9-焦炭闸门；10-胶带运输机；11-干燥段吹风机；12- 干燥段燃烧炉；13-干燥段排气烟囱；14-干燥段燃烧炉；15-干馏段出口煤气管；16-回炉煤气管；17-冷却煤气吹风机 2.物料平衡和热量平衡 含水分15%的褐煤型煤，在鲁奇三段炉中低温干馏的物料

42、平衡和热量平衡计算见表3-14 （ a、 b、 c、 d）。 （1）物料平衡 （以100 kg湿型煤为基准） 收入（表3-14a） 支出（表3-14b） （2）热量平衡 收入（表3-14c） 支出（表3-14d） 3.4.2 气流内热式炉 如 图3-5所示是一种外热式烟煤低温干馏炉，是连续操作的炉子。煤料由上部加入干 馏室，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。 干馏室下部焦炭被出入的冷气流冷至150200 ，落入焦炭槽并喷水冷却，然后排出。 此炉对原料煤要求有一定黏结性（坩埚膨胀序数1.54），且具有一定块度（75 mm， 其中小于10 mm的75%），以利于

43、获得焦块，使干馏室煤料有一定透气性。原料煤可 以是弱黏性煤，虽然热稳定性好的不黏结性煤也可以生产煤气，但所得产品焦炭强度差、 碎焦多，煤的干燥基挥发分约为25%30%。 为了强化生产，可由干馏室下部吹入回炉煤气，冷却炽热焦炭，而吹入气流被加热，在 上升过程中热量传给冷的煤料，强化传热过程，使炉子的生产能力得到提高。 3.4.3 立式炉 图3-5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 利用外热式炉进行干馏煤生产煤气外热值较高，可供城市煤气之用。其生产工艺流程如 图3-6所示。 干馏煤经集气管去热焦油分离器，经鼓风机升压送去煤气冷却

44、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。 此形式干馏炉又称为考伯斯（Koppers）立式炉，如图3-5所示。大连煤气公司曾引进 此技术，用抚顺弱黏结性煤生产城市煤气。考伯斯炉带有蓄热室，回收烟气带走的热量， 煤干馏耗热量较低，其值为2 400 kJ/kg。而旧式伍德炉的耗热量约为3 320 kJ/kg。 外热式干馏炉传热慢，生产能力小，气流内热式炉只能处理块状煤料。利用气 体热载体流化床加热煤粉，可达到快速热解的目的，并且符合现在的技术要求。 但在一般情况下，气体热载体为烟气，煤热解析出的挥发物被烟气稀释，降低 了煤气质量

45、，增大了粗煤气分离净化设备和动力消耗。采用固体热载体进行煤 干馏，加热速度快，载体与干馏气态产物分离容易，单元设备生产能力大，焦 油产率高，并适合粉煤干馏。对比外热式和气流内热式干馏方法，本书把固体 热载体法简称为新法干馏。 鲁奇鲁尔煤气（Lurgi Ruhrgas,LR）工艺，是用热半焦作为热载体的煤干馏方 法。此工艺于1963年在南斯拉夫建有生产装置，单系列生产能力为800 t/d， 建有两个系列，工厂生产能力为1 600 t/d。产品半焦作为炼焦配煤原料，工 艺流程如 图3-7所示。 煤经4个平行排列的螺旋给料器，再通过导管进入干馏槽。导管中通入冷的干 馏煤气使煤料流动，煤从导管呈喷射状

46、进入干馏槽，与来自集合槽的热半焦相 混合，使煤发生干馏。空气经预热器预热到390 后进入提升管，并与煤气、 油和部分半焦发生燃烧反应，使半焦加热到热载体需要的温度。 3.6.1 鲁奇鲁尔煤气工艺 原料褐煤含水分为36%，其中内在水占8%11%,煤的粒度为020 mm，经重选分后， 粉碎至05 mm，含水分为40%，经气流干燥后水分降低至6%12%。煤的平均性质 见表3-16。 3.6.1 鲁奇鲁尔煤气工艺 （2）元素分析 （3）低温干馏试验 （4）筛分组成 3.6.1 鲁奇鲁尔煤气工艺 所产半焦可作为炼焦配煤瘦化剂，与四种黏结性煤相配合，可在焦炉中炼得合格焦炭。 半焦挥发分为15%20%，小于

47、0.10 mm细粉的含量应小于20%。生产的焦油又回配入 半焦中，含水分约为6%。半焦的筛分组成见 表3-17。 中油含尘为0.2%，酸性油为28.8%，密度（15 ）为0.95 g/cm3，初留点为125 ， 260 馏出量为78%，当干馏温度为450 时，所产半焦挥发分为17%，干馏煤气组成 见 表3-18。 煤气中含轻油为61 g/m3；煤气低热值为13.48 MJ/m3。 提升管中烟气组成见 表3-19。 3.6.1 鲁奇鲁尔煤气工艺 褐煤含水分高，有些褐煤含灰分也高，不适于远距离输送。坑口发电利用褐煤是一个重 要途径，但没有综合利用。大连理工大学进行了以半焦为热载体的固体热载体煤块快

48、速 热解工艺（新法干馏）技术研究与开发，在完成10 kg/h连续试验装置试验工作的基础 上，1995年完成了150 t/d的工作试验。近年来，在对原有工艺技术优化的基础上， 2011年完成了600 kt/a的工作化示范装置建设，将于近期开展试验。 试验装置主要包括原料煤处理、干馏、半焦提升及半焦油和煤气回收系统。工艺流程如 图3-8所示。 3.6.2 中国褐煤干馏试验 干馏煤与热载体半焦在混合器中相混合，由于物料 粒子小，混合快而均匀，煤与半焦之间传热迅速， 加热速率很快，从而发生快速热解。煤焦混合物由 混合器进入干馏槽，在此完成干馏反应并析出挥发 产物半焦，自干馏槽进入提升管下部，与空气部分

49、 燃烧或由热烟气加热并流化提升，热焦回到集合槽 后再进入混合器，如此循环利用。 干馏挥发产物自干馏槽导出后，经滤尘和冷却冷凝 分出焦油和冷凝液。煤气经过干燥脱去水分后，在 30 状态下冷冻回收煤气中的轻质油。 要点讲解 四种褐煤干馏产品产率见表3-20。在试验温度范围内焦油产率的变化如 图3-9所示。 焦油产率有极值温度，低于极值温度时焦油产率随温度升高而增加；如超过极值温度， 3.6.2 中国褐煤干馏试验 由于焦油二次 热解加剧，焦 油产率会随温 度升高而下降。 四种煤样的干馏煤气产率均随干馏温度提高而增加，如 图3-10所示。以大雁煤为例， 煤气组成随干馏温度的变化图，如 图3-11所示。

50、煤气热值与干馏温度的关系，如 图3-12所示。 产品半焦灰分低、热值高、反应性好、比电阻大，是有效的还原剂、炭质吸附剂和高炉 喷吹燃料。由于半焦在系统中多次循环，在干馏过程中有烃类补孔作用，在加热过程中 有炭沉积和微孔扩大作用，因此以半焦孔隙为主，有碳分子筛选性能。 3.6.2 中国褐煤干馏试验 1.干燥单元 用氮气做干燥载气，载气从干燥机入口与煤并流进入干燥机内，干燥过程中产生的水蒸 气由载气带出后；进入除尘器除尘，除尘后的尾气直接经过引风机达标排放，除尘器收 集的粉尘统一集中送往锅炉烧掉。 2.干馏单元 干燥后的煤由输送设备送入干馏炉前缓冲仓，后经进料旋转阀通过进料螺旋进入回转干 馏炉（型