《煤化工工艺学》__炼焦.ppt

第三章 炼 焦 §3-1 概 述 一、炼焦及其产品 炼焦：煤在焦炉内隔绝空气加热到1000℃左右，可获得焦炭、化学产品和煤气的过程，此过程称为高温干馏或高温炼焦，一般简称炼焦。 炼焦产品： 焦 炭 90%用于高炉炼铁，其余用于机械工业、铸造、电石生产原料、气化以及有色金属冶炼。 化学产品 硫酸铵、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽、沥青等。用于化学肥料、农药、合成纤维的原料、塑料等。 煤 气 可用来合成氨、生产化学肥料或用做加热燃料。 二、炼焦炉的发展 煤成堆、窑式土法炼焦 将煤置于地上或地下的窑中，依靠干馏时产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼制焦炭，称为土法炼焦。 土法炼焦成焦率低，焦炭灰分高，结焦时间长，化学产品不能回收，综合利用差。 倒焰式 将成焦的炭化室和加热的燃烧室分开的焦炉，隔墙上设有通道，炭化室内煤干馏时产生的煤气经此流入燃烧室内，同来自炉顶的通风道内的空气混合，白上而下的边流动边燃烧，故称为倒焰式焦炉。干馏时所需热量从燃烧室经炉墙传给炭化室内的煤料。 二、炼焦炉的发展 废热式 将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气送到回收车间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧或民用。 燃烧后产生的高温废气直接从烟囱排出。 蓄热式 将高温烟气先经蓄热室后降温，热量用来预热空气等。 三、炼焦工艺流程及主要设备 §3-2 煤的成焦过程 一、成焦过程基本概念 350 oC 煤干燥预热阶段 350~480 oC 胶质体形成阶段 480~650 oC 半焦形成阶段 650~950 oC 焦炭形成阶段 二、煤的黏结和半焦收缩 黏结性 黏结性： 干馏时，黏结本身与惰性物的能力，指炼焦时形成熔融焦炭的能力（经过胶质体生成块状半焦的能力）。 黏结性与结焦性关系 黏结性好事结焦性好的前提和必要条件（结焦性好的煤，其黏结性一定好） 提高黏结性:黏结性好的煤，Y = 16～18mm，G = 65～78%。 半焦收缩 半焦收缩：半焦不稳定部分受热裂解，生成气态产物；残留部分不断缔合增炭，产生体积收缩。 二、煤的黏结和半焦收缩 半焦收缩 气孔： 焦炭是孔状体，若气孔率低、气孔小、气孔避厚、气孔壁强度高，则焦炭强度高。 裂纹 收缩应力导致产生裂纹（裂成焦块，裂纹多则焦炭细） 三、焦炉煤料中热流动态 供热 两侧炉墙供热（靠近炉墙煤料温度先升高，温升速度快；远离炉墙的温度后升高，升高速度慢） 不同部位煤料温度随加热时间变化（图3-2） 炉墙温度 加入煤时，炉墙温度迅速下降 靠近炉墙煤料温度 炭化室中心温度 加煤后8小时方由100 oC升高（才脱完水分） 不同部位煤料的升温速度：煤料升温线（图3-3） 100~350 oC：炉墙附近8 oC/min；中心1.5 oC/min 升温速度不同，温度梯度不同，故收缩梯度不同，升温速度大的裂纹多，焦块小。 三、焦炉煤料中热流动态 炭化室内不同部分煤料同一时间内的情况（图3-4） 当装煤后加热约8小时，水分蒸发完了时，中心面温度上升。 当加热14~15小时，炭化室内部温度都接近1000 oC，焦炭成熟。 四、炭化室内成焦特征 炭化室内同时进行着不同成焦阶段 装煤约8小时期间，炭化室同时存在着湿煤层、干煤层、胶质体层、半焦层和焦炭层。 两胶质体层在装煤后11小时左右在中心汇合。 装煤后15小时左右，焦炭成熟。 膨胀压力 过大时可危及炉墙（最大膨胀压力出现在两胶质体中心汇合时）。 裂纹 靠近炉墙的焦炭裂纹多，有焦花之称。 焦缝 成熟焦饼中心面上有一条缝称焦缝，上下直通。 五、气体析出途径 里行气（10%左右） 形成与两胶质体之间，不可能横穿过胶质体，只能上行进入炉顶空间，这部分气体称为里行气。 没有经历二次热解作用；含大量水蒸气，含煤一次分解产物（主要CH4及其同系物，还有H2、CO2、CO及不饱和烃） 外行气（90%左右） 产生胶质体外侧（由于胶质体固化和半焦热解产生大量气态产物）沿焦饼裂缝及炉墙与焦饼间隙进入炉顶空间，此部分气体称外行气。 经过高温区，经二次热解作用，二次热解产物（主要H2，及少量CH4) 五、气体析出途径 气体中化学产品 原料煤性质对化学产品产率的影响较大。挥发分高，煤气和粗苯产率都高。 温度对化学产品产率影响较大（炉墙温度、焦饼温度，其次是炭化室炉顶空间温度） §3-3 配煤和焦炭质量