★ 塊煤中低溫干餾工藝1

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1、塊煤中低溫干餾工藝一、概述陜北地區(qū)煤炭資源豐富，總分布面積約27140平方公里，探明儲(chǔ)量約1460億噸，預(yù)測(cè)總量達(dá)6940億噸，占陜西省煤炭資源的86.4%，占全國煤炭資源的14%。陜北煤田主要分布在榆林市的府谷、神木、榆陽、橫山、定邊、靖邊等縣（區(qū)），是世界八大煤田之一。陜北煤田主要煤種是侏羅紀(jì)煤，屬弱粘、不粘的低變質(zhì)煤，具有低灰、低硫、低磷、高揮發(fā)分、高發(fā)熱量、高活性等特點(diǎn)，是優(yōu)質(zhì)的低溫干餾、工業(yè)氣化、液化和動(dòng)力用煤。低變質(zhì)煤加工技術(shù)主要包括煤直接燃燒、煤冷加工和煤熱加工技術(shù)。其中，熱加工技術(shù)又分為煤轉(zhuǎn)化、煤化學(xué)品的制取和煤熱提質(zhì)技術(shù)三大類。在熱加工技術(shù)中，煤

2、低溫干餾技術(shù)是提高煤炭資源綜合利用水平行之有效的方法。這是因?yàn)槊旱蜏馗绅s技術(shù)的投資與運(yùn)行費(fèi)用較低，效益高，無風(fēng)險(xiǎn)，生產(chǎn)規(guī)模可大可小，且資金回收期短，焦油產(chǎn)率雖然不高，但半焦和干餾煤氣用途廣泛。因此，煤低溫干餾技術(shù)很適宜在我國發(fā)展推廣。1.1煤干餾的基礎(chǔ)理論1.1.1煤干餾煤干餾是指煤在隔絕空氣的條件下受熱分解，生成焦炭或半焦、煤焦油、粗苯、煤氣等產(chǎn)物的反應(yīng)過程。按加熱終溫的不同，煤干餾可分為三種：（1）低溫干餾，干餾溫度范圍：400~700℃；（2）中溫干餾，干餾溫度范圍：700~900℃；（3）高溫干餾（或煉焦），干餾溫度范圍：900~1100℃。煤干餾產(chǎn)物的產(chǎn)

3、率和組成取決于原煤煤質(zhì)、爐型結(jié)構(gòu)和熱加工條件（主要是干餾溫度和干餾時(shí)間）。隨著干餾終溫的不同，煤干餾產(chǎn)品也不同。低溫干餾固體產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)疏松的黑色半焦，煤氣產(chǎn)率低而焦油產(chǎn)率高；高溫干餾固體產(chǎn)物為結(jié)構(gòu)致密的銀灰色焦炭，煤氣產(chǎn)率高而焦油產(chǎn)率低；中溫干餾產(chǎn)物的產(chǎn)率則介于低溫干餾和高溫干餾之間。高溫干餾主要用于生產(chǎn)冶金焦炭，所得的焦油為芳烴、雜環(huán)化合物的混合物，是工業(yè)獲得芳烴的重要來源；低溫干餾焦油比高溫干餾焦油含有較多的烷烴，是人造石油的重要來源之一。煤干餾過程中生成的煤氣主要成分是氫氣和甲烷，可作為燃料或化工原料。1.1.1.1煤的干餾過程煤在隔絕空氣的條件下加熱時(shí)，煤

4、中有機(jī)質(zhì)隨溫度的提高而發(fā)生一系列變化，形成氣態(tài)（煤氣）、液態(tài)（焦油）和固態(tài)（半焦或焦炭）產(chǎn)物。典型煙煤受熱發(fā)生的變化過程見圖1-1。0100析出煤氣2003004005006007008009001000/°C脫水脫氣(450°C最多)析出焦油物相變化開始軟化熔融、流動(dòng)、膨脹收縮固化形成裂紋主要產(chǎn)物干煤膠質(zhì)體半焦焦炭過程本質(zhì)干燥脫氣解聚、分解為主縮聚為主過程本質(zhì)干燥脫氣黏結(jié)形成半焦熟化成焦圖1-1典型煙煤的熱解過程示意圖可見，煤熱解過程大致可分為三個(gè)階段：第一階段（室溫~300℃）：在此階段，煤的外形無變化，脫水發(fā)生在120℃前，而脫氣（CH4、CO2和N2）大致

5、在200℃前后完成。褐煤在200℃以上發(fā)生脫羧基反應(yīng)，近300℃時(shí)開始熱解反應(yīng)，煙煤和無煙煤在這一階段一般沒有變化。第二階段（300~600℃）：這一階段以解聚和分解反應(yīng)為主，煤粘結(jié)成半焦，并發(fā)生一系列變化。煤從300℃左右開始軟化，并有煤氣和焦油析出，在450℃前后焦油量最大，在450~600℃氣體析出量最多。煤氣成分除熱解水、CO和CO2外，主要是氣態(tài)烴，故熱值較高。煙煤（特別是中等變質(zhì)程度的煙煤）在這一階段經(jīng)歷了軟化、熔融、流動(dòng)和膨脹直到再固化等一系列特殊現(xiàn)象，產(chǎn)生了氣、液、固三相共存的膠質(zhì)體。液相中有液晶或中間相存在。膠質(zhì)體的數(shù)量和質(zhì)量決定了煤的粘結(jié)性和成

6、焦性的好壞。固體產(chǎn)物半焦與原煤相比，有一部分物理指標(biāo)（如芳香層片的平均尺寸和氦密度等）變化不大，說明半焦生成過程中的縮聚反應(yīng)還不是很明顯。第三階段（600~1000℃）：這是半焦向焦炭轉(zhuǎn)變的階段，以縮聚反應(yīng)為主。析出的焦油較少，揮發(fā)分主要是煤氣，700℃后煤氣成分主要是H2。焦炭的揮發(fā)分小于2%，芳香晶核增大，排列規(guī)則化，結(jié)構(gòu)致密、堅(jiān)硬并有銀灰色金屬光澤。從半焦到焦炭，一方面析出大量煤氣，半焦揮發(fā)分降低，另一方面焦炭的密度增加，體積收縮，導(dǎo)致產(chǎn)生許多裂紋，形成碎塊。焦炭的塊度與強(qiáng)度和收縮情況有直接關(guān)系。若將最終加熱溫度提高到1500℃以上，則為石墨化階段，用于生產(chǎn)

7、石墨碳素材料。1.1.1.2煤干餾過程中的化學(xué)反應(yīng)煤熱解的產(chǎn)物（常稱為一次熱解產(chǎn)物）在流經(jīng)高溫焦炭、爐墻和爐頂空間時(shí)，不可避免地要發(fā)生進(jìn)一步的化學(xué)變化，常稱為二次熱解。煤熱解過程中的化學(xué)反應(yīng)時(shí)非常復(fù)雜的，包括煤中有機(jī)質(zhì)的裂解、裂解產(chǎn)物中輕質(zhì)部分的揮發(fā)、裂解殘留物的縮聚、揮發(fā)產(chǎn)物在析出過程中的分解和化合、縮聚產(chǎn)物的進(jìn)一步分解、再縮聚等過程?？偟膩碇v，包括裂解和縮聚兩大類反應(yīng)。從煤的分子結(jié)構(gòu)看，可認(rèn)為熱解過程是基本結(jié)構(gòu)單元周圍的側(cè)鏈和官能團(tuán)等對(duì)熱不穩(wěn)定成分的不斷裂解，形成分子化合物并揮發(fā)出去，而基本結(jié)構(gòu)單元的縮合芳香核部分對(duì)熱穩(wěn)定成分互相縮聚形成固體產(chǎn)品（半焦或焦炭）

8、的過程。煤