1、第一章第一章 炼焦工艺炼焦工艺第一节 炼焦化学生产概述第二节 炼焦化学产品第三节 焦炭的性质与质量标准第四节 提高焦炭质量的途径第五节 提高化学产品产率的途径 第一节 炼焦化学生产概述指煤在隔绝空气的条件下，加热到9501050，经过干燥、热解、熔融、粘结、固化、收缩等阶段制得焦炭的过程，也称煤的高温干馏。根据生产目的和加热终温的不同，有：低温炼焦（500550）中温炼焦（600800）高温炼焦（9501050）高炉炼铁所需的冶金焦是高温炼焦所得的焦炭。1 1、炼焦工业简介、炼焦工业简介高温炼焦的定义高温炼焦的定义低温干馏低温干馏目的：得到低温煤焦油 原料：褐煤、长焰煤、高挥发分的不粘煤等主要
2、炉型：立式炉、水平炉、斜炉、转炉等干馏终温：500600产品及产率：半焦，5070%；低温煤焦油，625；煤气80200m3/t干煤。用途：半焦用于发电或民用的无烟燃料，低温煤焦油用于生产燃料。中温干馏中温干馏目的：生产城市煤气原料：弱粘煤主要炉型：中温立式炉干馏终温：600800产品：铁合金半焦、中温煤焦油、煤气u十六世纪十六世纪，模仿木炭生产工艺进行，仅将煤成堆干馏煤成堆干馏。u十七世纪十七世纪演变成为窑，至今仍能找到窑式炼焦窑式炼焦的遗迹。此类土法炼焦的特点是成焦与加热全在一起，靠干馏煤气与煤的燃烧直接加热，因此焦炭的产率低、灰分高，成熟度不均匀。u十八世纪十八世纪中叶将炭化室与燃烧室用
3、墙隔开，在墙的上部设连通道，炭化室内的荒煤气经连通道直接流入燃烧室，与来自炉顶通风道的空气混合，自上而下边流动边燃烧，称之为倒焰炉倒焰炉。干馏所需热能从燃烧室经过炉墙传给炭化室内的煤料，当炭化室宽度为0.9m，装炉煤量为3吨时，结焦时间48h。机械化操作的倒焰炉投资少，开停不方便。高温炼焦的发展高温炼焦的发展u十九世纪十九世纪将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生成的荒煤气，先用抽气机抽出，分离出煤焦油及其它化学产品，再将净焦炉煤气压送到燃烧室内燃烧。燃烧产生的高温废气（约1200）直接从烟囱排掉，因此称为废热式焦炉废热式焦炉，这种焦炉产生的焦炉煤气全部用于自身加热。u为了合理利用资源，将焦炉煤
4、气用作化工原料及工业和民用燃烧等。1883年诞生了第一座蓄热式焦炉年诞生了第一座蓄热式焦炉，炼焦炉增设了蓄热室。使加热用的焦炉煤气量减少到煤气产量的一半左右，大大降低了生产成本。u近百年来，焦炉总体上仍是蓄热式的、间歇装煤、出焦的近百年来，焦炉总体上仍是蓄热式的、间歇装煤、出焦的室式焦炉室式焦炉，但在炉体构造、装备技术、自动化控制、化产回收等方面有所发展。高温炼焦的发展高温炼焦的发展 近年来，高炉已进入大型化和电子计算机时代，高炉的大型化和高压富氧喷吹辅助燃料（粉煤、油或天然气等）技术的发展，要求作为高炉用的焦炭，除了需具备较高除了需具备较高的冷态强度、适宜的块度、低灰和低硫外，还应具有较的冷
5、态强度、适宜的块度、低灰和低硫外，还应具有较高的热态强度和其他高温条件下的各种性能高的热态强度和其他高温条件下的各种性能。2 2、现代高炉对焦炭的要求及焦炉的发展方向现代高炉对焦炭的要求及焦炉的发展方向焦炭在高炉炼铁中的作用焦炭在高炉炼铁中的作用起还原剂、增碳剂、燃料、骨架和透气的作用现代高炉对焦炭的要求现代高炉对焦炭的要求u从已探明煤的储量看，优质炼焦煤的储量明显短缺。这种优质焦炭与低质炼焦煤的矛盾，推动着配煤技术的不断发展和炼焦工艺的不断改进。u为实现焦炉的高效低耗，提高生产效率，焦炉正朝着大焦炉正朝着大型化、全机械化和自动化方向发展型化、全机械化和自动化方向发展。焦炉的大型化主要在于提高
6、炭化窒高度并增加其长度。由此在焦炉结构上愈来愈多地采用分段加热及贫煤气和空气全下喷的方式。在加热煤气结构上，则向全自动调节和程序加热方向发展。2 2、现代高炉对焦炭的要求及焦炉的发展方向现代高炉对焦炭的要求及焦炉的发展方向焦炉的发展方向焦炉的发展方向3 3、国内外炼焦生产技术状况、国内外炼焦生产技术状况u焦炉大型化焦炉大型化 提高单孔炭化室产焦量是焦炉的发展方向。70年代德国矿山研究院普罗斯佩尔试验厂研制了450mm和600mm宽炭化室焦炉4.5m11.7m0.45m(高长宽),80年代的7.1m15.9m0.59m,90年代德国凯泽斯图尔炼焦厂建成7.63m18.0m0.61m,炭化室有效容
7、积78.8m3,一次出焦48t,120孔结焦时间25h,年生产能力200万t。2001年德国蒂森克虏伯(简称TK)钢铁公司出资建成施韦尔格恩(Schwelgern)焦化厂，270孔结焦时间：结焦时间24.9h，8.4320m0.49m焦炉，年生产能力250万吨，炭化室有效容积93m3，单孔装煤量78.6t，产焦量53.7t。国外炼焦生产技术状况3 3、国内外炼焦生产技术状况、国内外炼焦生产技术状况u控制炼焦污染控制炼焦污染 焦炉装煤时烟尘治理：(1)高压氨水无烟装煤的技术；(2)燃烧净化装煤车；(3)装煤期间使用“U”型管；(4)安装地面集尘装置；(5)装煤车采用顺序装煤。推焦时烟尘治理：(1
8、)焦侧大棚防尘；(2)大型移动式洗涤车；(3)地面集尘系统。熄焦时的烟尘治理：压力熄焦法和干熄焦技术。国外炼焦生产技术状况3 3、国内外炼焦生产技术状况、国内外炼焦生产技术状况u扩大炼焦煤源扩大炼焦煤源 扩大炼焦煤源,大比例使用弱粘结性煤是降低炼焦成本的主要途径,为此开发了多种炼焦新技术,如捣固炼焦、配型煤炼焦、煤预热及型焦生产等。国外炼焦生产技术状况u 我国炼焦技术发展的回顾我国炼焦技术发展的回顾 我国焦炭依次经历了土焦、改良焦、小型机焦，直到现在的中型和大型机焦，可以说总体技术水平在不断提高。建国初期我国只有日本和德国留下的老焦炉,工艺落后,装备较差,产量很低,根本无法满足新中国建设的需要
9、。1958年,我国自行设计和建设的第一座58型焦炉在北京焦化厂一次投产成功。随之,一大批66型焦炉和70型焦炉如雨后春笋般出现。70年代末期和80年代,设计建设了6m焦炉。进入90年代,焦化环保技术、炼焦自控技术、各种新型炼焦技术和装备发展迅速。3 3、国内外炼焦生产技术状况、国内外炼焦生产技术状况国内炼焦生产技术状况 u炼焦技术发展炼焦技术发展 技术水平和装备水平不断提高。在焦炉方面,以宝钢二期6m焦炉为代表,该焦炉的设计、机械设备的国产化率达90%以上,其中焦炉本体的国产化率为100%。煤气净化方面,我国自行开发了氨水流程、硫铵流程、ADA脱硫工艺、氨焚烧工艺、单塔脱苯工艺等新技术；通过与
10、国外联合设计、技术引进等方式，掌握了全负压煤气净化工艺、AS洗涤脱硫脱氰脱苯工艺、脱酸蒸氨工艺、无饱和器法硫铵工艺、FRC工艺、T-H法脱硫脱氰工艺、索尔菲班法脱硫工艺、冷法和热法弗萨姆无水氨工艺、氨国内炼焦生产技术状况 分解-克劳斯工艺等国际先进技术,并在设备和材料国产化方面取得了突破性进展，把煤气净化技术和装备推向了国际先进行列。在环保方面，开发和掌握了高压氨水喷洒无烟装煤、热浮力罩、焦炉装煤与推焦集尘系统、带消烟装置的大型焦炉机械、干法熄焦工艺、焦化污水生物脱酚技术、活性炭吸附污水净化技术等现代炼焦工业的环保技术；特别是我国自行开发了具有国际先进水平的焦化污水生物脱氮技术,在山东薛城焦化
11、厂工业试验成功后并在宝钢二期焦化工程中应用，取得了令人瞩目的成果。国内炼焦生产技术状况 在电气和生产过程自动控制方面，PLC技术和DCS集散型计算机控制技术已广泛应用,掌握了组态、软件编制、控制调试和硬件计算机设备的配套技术、信号传输技术，数据处理、焦炉温压自动检测与调节等技术“三电一体化”设计等最新技术也在开发和推广之中。在化产品精制方面,大型煤焦油集中深加工技术、煤系针状焦技术、粗苯加氢精制等技术也已掌握和应用,工业萘、蒽、吡啶及其精制产品的品种越来越多，产量不断提高。国内炼焦生产技术状况 u 存在问题存在问题 炼焦企业规模小，小型焦炉比例高；化产品精制工艺陈旧，加工点分散，批量小，深加工
12、不够；备煤、炼焦工艺比较单一，效率较低，不适应国内炼焦资源特点；已有的捣固炼焦设备也较落后，效率低；土焦生产还占有一定比例，造成资源浪费严重，且又污染环境，在一定程度上制约了现代化炼焦工业的发展等。国内炼焦生产技术状况 u发展展望发展展望 今后，发展大容积焦炉、捣固装煤炼焦、配型煤炼焦、干法熄焦和煤调试技术以及化工产品的集中加工和深加工，提高焦炭质量、消除或减轻环境污染，多用弱粘结性煤，是我国炼焦工业的发展方向。国内炼焦生产技术状况 第二节 炼焦化学产品u炼焦化学产品在国民经济中的作用：除焦炭用于冶金、煤气净化后用作工业和民用燃料外，还有大量的化工产品，它们广泛应用于医药、燃料、化肥、合成纤维
13、、橡胶等领域，是重要的化工原料来源之一。在国民经济中占有重要的地位，炼焦化学工业是国民经济的一炼焦化学工业是国民经济的一个重要部门个重要部门。u炼焦化学产品的数量组成是随着炼焦温度和煤的品质数量组成是随着炼焦温度和煤的品质不同而波动的不同而波动的。（见第五节）第二节 炼焦化学产品u高温炼焦时各种化学产品的产率化学产品的产率为（对干煤的质量分数，%）：焦炭 7378 氨 0.250.35 净焦炉煤气 1519 化合水 24 焦油 34.5 硫化物 0.21.5 粗苯 0.81.4 其他 0.50.90第二节 炼焦化学产品u煤焦油精制后产品煤焦油精制后产品：轻油：可提炼出苯、甲苯、二甲苯、重苯等
14、酚油：分离出苯酚、甲酚、二甲酚等。萘油：可生产工业萘、精萘、工业喹啉等。洗油：主要用作苯类的吸收剂。还可提取甲基萘、苊、芴、吲哚等。蒽油：从蒽油中可提取蒽、菲、咔唑，还可以生产炭黑等 沥青：用作燃料油、生产沥青焦、电极沥青、针状焦等u净煤气组成：（%体积）H2 54-60 CH2 24-25 C m H n 2-3 CO 5.0-8 CO2 2-3 O2 0.4-0.7 N2 4-7第二节 炼焦化学产品第三节 焦炭的性质与质量标准1、焦炭性质焦炭的化学性质焦炭的化学组成：包括水分、灰分、挥发分、硫分、磷 分等。挥发分：是焦炭成熟程度的标 志，与炼焦煤料、炼焦最终温度有关。焦炭的反应性：焦炭同C
15、O2的溶碳反应。C+COC+CO2 2COCO 与碳的排列结构、气孔率、比表面积有关。第三节 焦炭的性质与质量标准u采用转鼓的方式来测定。u焦炭的抗碎强度：焦炭在外力冲击下抵抗碎裂的能力。以大于25mm（40mm）的焦炭量占入鼓总焦炭量的质量分数作为抗碎强度指标，以M25（M40）标示；u焦炭的耐磨强度：焦炭抵抗磨擦力破坏的能力。以小于10mm 的焦炭量占入鼓总焦炭量的质量分数作为耐磨强度指标，以M10表示.焦炭的机械强度u 真密度：通常为 1.72.2g/cm3。指单位体积焦质的质量，不包括孔隙、裂隙。与炼焦煤的煤化度、惰性组分含量及炼焦工艺条件有关。u 假密度：通常为 0.881.1g/c
16、m3。指单位体积焦块的质量，又叫视密度，包括孔隙、裂隙。与焦炭的气孔率、真密度有关。u 气孔率：通常为43%50，指气孔体积与总体积的百分率。u 堆积密度：通常为0.7g/cm3。指单位体积焦碳堆积体的质量，又叫散密度、堆密度。与焦炭的水分、假密度有关，焦炭块度的均匀性对其影响最大。u 筛分组成：粒度对高炉内炉料的透气性有极大影响。入炉焦炭的平均粒度以50mm左右为宜。对焦炭进行筛分时应将焦炭的粒度控制在2570mm.第三节 焦炭的性质与质量标准焦炭的物理性质我国焦炭质量标准指标名称指标名称指标指标一级一级二级二级三级三级灰份灰份(Ad)(Ad)12.012.013.513.515.015.0
17、硫份硫份(St.d(St.d)0.600.600.800.801.001.00抗碎强度抗碎强度(M(M4040)80.080.076.076.072.072.0抗碎强度抗碎强度(M(M2525)92.092.088.088.083.083.0耐磨强度耐磨强度(M(M1010)7.57.58.58.510.510.5热反应性热反应性CRI%CRI%30303535反应后强度反应后强度CSR%CSR%55555050挥发份挥发份(Vdaf(Vdaf)1.81.8水分水分(W(Wt t)40mm40mm25mm25mm25-40mm25-40mm4.04.01.01.05.05.02.02.012.
18、012.0焦末含量焦末含量%4.04.05.05.012.012.0第四节第四节 提高焦炭质量的途径提高焦炭质量的途径u配煤质量是提高焦炭质量最重要的途径配煤质量是提高焦炭质量最重要的途径配煤试验指导配煤，保证配煤质量。提高配煤的稳定性和准确性也十分重要。配煤粒度也是保证配煤质量的重要因素。u严格生产操作制度严格生产操作制度确定合理的加热制度可以提高焦炭的质量，保证焦炭质量的稳定性和全炉焦炭的均匀性。加热制度包括标准温度、全炉和机侧、焦侧煤气流量、煤气支管压力、烟道吸力、标准蓄热室顶部吸力等。加强炉温管理，是炼焦过程中保证全炉焦炭加热均匀、焦饼成熟良好的一项重要工作。u加强操作管理加强操作管理
19、装炉及平煤操作：装煤应迅速，以提高堆积密度。装煤量要均匀，不宜过满，否则平煤时易堵上升管或压实炉顶煤，产生大量生焦，并使煤气导出不畅，引起冒烟冒火。若装煤不满，不仅减少焦炭产量，而且使炉顶空间温度升高，增加煤气裂解，加速石墨沉积，容易造成推焦困难。装煤后应平好煤，以利荒煤气流畅。出焦操作：应严格按计划进行，维持生产的均衡与稳定，使全炉各炭化室按一定的结焦时间均匀成熟。操作中过早打开炉门、炉盖，全使部分焦炭燃烧，焦炭灰分增加，影响焦炭质量。熄焦操作：主要是控制水分的稳定。熄焦车接焦时要掌握好行车速度，接焦要均匀，熄焦喷水要稳定好用，否则会造成焦炭水分波动太大，或未熄净的焦炭在凉焦台上复燃，增加焦
20、炭灰分。第四节第四节 提高焦炭质量的途径提高焦炭质量的途径 配煤中挥发分的含量及其中氧、氮、硫等元素的含量对化学产品的产率有很大的影响。1、焦油产率取决于配煤的挥发分和煤的变质程度。焦油产率随配合煤中挥发分含量的增加而增加，一般情况下，焦油的产率为干煤的3%4.5%。2、粗苯产率随配煤中碳氢比（CH）的增加而增加。且配煤中挥发分含量越高，所得粗苯中甲苯含量就越少；反之，情况相反。一般情况下，粗苯的产率为干煤的0.8%1.4%。第五节第五节 影响炼焦化学产品的因素影响炼焦化学产品的因素 炼焦化学产品的产率、质量和组成除了与正常生产的焦炉结构形式有关外，主要取决于炼焦配煤性质和炼焦炉的操作条件。一
21、般情况，炼焦煤的性质和组成，对于初次分解产物组成影响较大，而炼焦的操作条件对于最终分解产物影响较大。u 配煤性质和组成对炼焦化学产品的影响配煤性质和组成对炼焦化学产品的影响3、氨的产率取决于配煤中氮的含量。一般情况下配煤中含氮约2%，炼焦时，60%的氮残留于焦炭内，15%20%在高温下与氢化合生成氨，其余呈挥发性化合物存在于煤气和焦油中。氨的产率一般为干煤的0.25%0.35%。4、硫化物产率取决于配煤中的硫含量。炼焦过程中约80%转入焦炭外，还有约20%转入荒煤气中，配煤的挥发分和炼焦温度愈高，则转入煤气中的硫就愈多。5、煤气的生成量随配煤的挥发分增加而增加。一般情况下，煤气的产率为干煤的1
22、5%19%。标准状态下，焦炉煤气的产率为300350 m3/t干煤。第五节第五节 影响炼焦化学产品的因素影响炼焦化学产品的因素u 配煤性质和组成对炼焦化学产品的影响配煤性质和组成对炼焦化学产品的影响6、化合水的产率同配煤的含氧量有关。配煤中的氧有55%60%在炼焦时转变成水，其转变成水的量随配煤挥发分的减少而增加。由于化合水的生成，将使贵重的化学产品产率降低。生产中力求化合水愈少愈好，在一般情况下，化合水的产率为干煤的2%4%。7、此外，配煤的水分和粒度对化学产品的产率和质量也有影响，主要是通过配煤的堆积密度和炉顶空间温度变化而反映出来的。随着堆积密度的增加，可减少分解，增加产率，改善质量。所
23、以在可能条件下应适当控制配煤水分和粒度。一般生产上水分控制在10%左右，粒度为3时，对化学产品产率有利。第五节第五节 影响炼焦化学产品的因素影响炼焦化学产品的因素u 配煤性质和组成对炼焦化学产品的影响配煤性质和组成对炼焦化学产品的影响第五节第五节 影响炼焦化学产品的因素影响炼焦化学产品的因素u 焦炉操作条件对炼焦化学产品的影响焦炉操作条件对炼焦化学产品的影响炭化室炉墙温度提高将使焦油中的苯族烃含量减少，萘、蒽、菲、咔唑、沥青和游离碳的含量增加，密度变大，酚类及中性油类含量降低。炉顶空间温度在整个炼焦过程中是变化的。为了防止苯族烃产率降低，特别防止贵重化工原料甲苯分解，炉顶空间温度不宜超过800
24、。如果炉顶空间温度过高，则由于热解作用，焦油和粗苯的产率均降低，化合水的产率将增加，氨的产率也将会降低。炼焦化学产品的组成受到焦炉操作温度、压力和荒煤气在炉顶空间停留时间（即反应时间）的影响。焦炉炭化室内生成的石墨、焦炭或焦炭灰分中某些成分的催化作用对其也有影响。而最主要的影响因素是炉墙温度和炉顶空间温度。由于化学产品产率在高温下引起的变化，同样要影响到煤气的质量。温度愈高、煤气中甲烷及不饱和碳氢化合物含量将减少，氢的含量将增加，因而使煤气的体积产量增加，而热值降低。炉温和结焦时间的变化、焦炉内操作压力等也影响化学产品产率和组成。炭化室内压力提高时，煤气将漏入燃烧系统，当炭化室内形成负压时，则
25、吸入空气，将引起部分化学产品在炭化室内烧掉。不但使炭化室内温度升高，而且煤气部分被燃烧成废气，使煤气中氮和二氧化碳的含量增加，煤气发热值降低。炭化室内压力的提高或降低都会造成化学产品的部分损失。因此，生产上要严格规定集气管内必须保持一定的压力，而且此压力要力求稳定，保证炭化系统和燃烧系统有合理的压力制度。第五节第五节 影响炼焦化学产品的因素影响炼焦化学产品的因素u 焦炉操作条件对炼焦化学产品的影响焦炉操作条件对炼焦化学产品的影响在保证焦碳质量前提下，尽量在炼焦配煤中多配入挥发分高的气煤和肥煤。在装煤操作中，炭化室装煤量应保持稳定并符合规定的数量和操作要求。炼焦炉的热工操作管理中，要保证正常的加热制度和压力制度。使焦炉各部位的温度符合规定，并使加热均匀稳定，严防局部过热。加强操作管理，保护好焦炉炉体，杜绝装煤孔、上升管、炉门等部位跑烟冒火。经常做好炉体维护，损坏部位应及时修补。配煤中添加适量的焦油或石油的残渣等，可以提高焦油、粗苯和煤气的产率。炼焦炉结构设计力求合理，特别炉顶空间容积要有利于荒煤气能够较顺利导出，防止空间温度过高或煤气停留的时间过长。第五节第五节 影响炼焦化学产品的因素影响炼焦化学产品的因素u提高炼焦化学产品产率的途径提高炼焦化学产品产率的途径
