(煤化学工程.docxVIP

一、简述以煤为原料制取基本有机化工原料的方法；针对传统煤化工的缺陷，说明现代煤化工完善的途径和方法。答：以煤为原料制取有机化工原料的方法有：1)利用煤炭炼焦副产品煤焦油生产芳烃2)利用焦炉煤气生产粗苯，笨及甲苯等3)焦炭与石灰石熔融反应生产电石，制取乙炔4)煤气化生产合成气具体工艺方法及流程见下图传统煤化工的缺陷主要有：1)反应原料为固体，加工技术发杂，反应速度慢2)无机矿物杂质含量高，易造成污染3)处理技术落后，生产规模小现代煤化工完善的途径和方法：发展和完善现代煤化工需要扩大原料煤的适应性。我国高硫、高灰的劣质煤比重较高，有大量的褐煤，如何利用这些煤作为原料煤进行煤炭气化、液化等化工过程具有重大的意义。大型化、多联产、一体化是煤化工未来发展的方向。现代煤气化工程采用先进的气化炉和气化工艺，极大的扩大了原料煤的种类，使煤炭资源得到了更加合理的利用。配煤炼焦技术通过原料煤性质的不同，按一定的比例进行掺杂，来获得较高的成焦效果，扩大了我国炼焦煤资源。大型化能够提高整体的运行效率，降低生产成本。多联产、一体化对于化工过程中产生的各种副产物进行综合有效的利用，减少产品运输过程中的花费。以建设大型企业及大的产业集群为主，根据煤种、煤制特点及目标产品不同，采用不同煤转化技术，有效利用煤化工过程中产生的各种副产品进行综合利用，并且与化工产品形成一体化产业，发挥资源与价格优势，资源优化配置，使资源、能源得到高效合理利用，降低生产成本、提高综合经济效益。二、简述煤气化原理，以多相反应的原理出发，分析煤气化过程强化的途径和方法。煤炭气化是指以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等作气化剂，在一定温度和压力下通过化学反应将固体煤或煤焦中的可燃部分转化为气体燃料的热化学过程。其反应过程主要为：碳的氧化反应CO+O2=CO2-393.8KJ/mol碳的部分氧化反应2C+O2=2CO-231.4KJ/mol二氧化碳还原反应 C+CO2=2CO+162.4 KJ/mol水蒸气分解反应C+H2O(g)=CO+H2+131.5 KJ/mol水蒸气分解反应C+2H2O(g)=CO2+H2+90.0 KJ/mol一氧化碳变换反应 CO+H2O=CO2+H2-41.5 KJ/mol碳的加氢反应C+2H2=CH4-74.9 KJ/mol甲烷化反应CO+3H2=CH4+H2O-206.4 KJ/mol甲烷化反应2CO+2H2=CH4+CO2+247.3 KJ/mol甲烷化反应CO2+4H2=CH4+2H2O+253.7 KJ/mol其中在气化过程中，煤炭主要经历干燥、干馏、气化、燃烧几个过程。碳的燃烧反应主要为气化提供热量，气化过程的核心反应为二氧化碳的还原和水蒸气分解反应。煤炭的气化属于固气两相之间的反应，提高气化过程强度可采取以下方法：（1)提高气化反应温度：高温使得气体的热运动剧烈，扩散速率加快，从而提高反应速率；（2)减小原料煤粒度：不仅可以缩短气化剂或产物煤气的内扩散的路程，减少了扩散所需时间，而且增大了煤粒的比表面积，从而提高反应速率（3)增强气化剂和煤粒间的相对运动（气流床气化流化床气化固定床气化，强化了气固两相之间的混合）（4)提高气化剂中的氧含量（使燃烧充分，提高气化炉内温度）（5)增大气相压力（提高单位体积内气体物质的分子数，强化了气化剂的扩散过程，使反应速率加快）（6)使用催化剂（改变反应的路径）三、结合煤分子结构的现代认识，说明烟煤炼焦的原理；讨论炼焦工艺参数对结焦过程的影响，并分析改善炼焦过程，提高焦炭质量的途径。煤的有机质是由大量相对分子质量不同、分子结构相似但不完全相同的“相似化合物”组成的混合物。根据实验研究，煤的有机质可以大体分为两部分：一部分是以方向结构为主的环状化合物，称为大分子化合物，另一部分是以链状结构为主的化合物，称为低分子化合物。煤的大分子是由多个结构相似的“基本结构单元”通过桥键连接而成的。这种基本结构单元类似于聚合物的聚合单体，它可分为规则部分和不规则部分。规则部分由几个或几十个苯环、脂环、氢化芳香环及杂环（含氮、氧、硫等元素）缩聚而成，称为基本结构单元或芳香核；不规则部分则是连接在核周围的烷基侧链和各种官能团；桥键则是连接相邻基本结构单元的原子或原子团。煤在炼焦的过程中，随温度的升高，连在核上的侧链不断脱落分解。芳核本身则缩合合并稠环化，反应最终形成煤气、化学产品和焦炭。在化学反应的同时，伴有煤软化形成胶质体，胶质体固化黏结，以及膨胀、收缩和裂纹等现象产生。反应过程中，当温度逐渐上升，在室温-300℃，煤料先后经历干燥阶段和脱吸阶段；当煤受热温度在300～450℃左右时，煤发生激烈的分解、解聚反应，产生热解的一次气体（主要是CH4、H2、不饱和烃等焦油蒸汽），同时形成胶质体，由于胶质体透气性不好