煤化学产品工艺学eizs.docx

0概述煤加工化化学产品品的生产产工艺，是是以煤为为原料，经经化学加加工转换换为气休休、液休休和固休休产物，并并将气休休和液体体产物进进一步加加工成一一系列化化学产品品的过程程。根据据煤加工工方法的的不同，所所得化学学产品的的种类也也不同。目目前煤加加工方法法主要有有高温干干馏、气气化和液液化。煤高温干干馏得到到的主要要产产品品如下所所示：这些产品品已在化化工、医医药、染染料、农农药和炭炭素等行行业得到到广泛应应用。特特别是吡吡啶喹啉啉类化合合物和很很多稠环环化合物物的生产产，是石石油化工工无法替替代的。煤经气化化得到的的粗煤气气，在经经过净化化和加工工后，得得到的化化学产品品主要有有氨、甲甲醇、液液体燃料料、醋酸酸以及醋醋酸甲酯酯。煤直直接液化化得到的的化学产产品主要要是液体体燃料和和化工产产品。可见，以以石油为为原料生生产的一一次产物物均可以以用普通通技术由由煤来制制取。以以煤为原原料制取取的合成成气作为为化工原原料制备备含氧化化合物的的C1化化学路线线很有竞竞争力。煤转化利利用技术术，将煤煤转化为为沽净的的二次能能源和化化工原料料，即充充分利用用了资源源，又为为保护环环境提供供了根本本性措施施。所以以煤干馏馏、气化化和液化化技术的的应用和和发展，在在国民经经济中具具有重要要的现实实意义和和战略意意义。1 煤高高温干馏馏化学产产品1.1 化学产产品的生生成煤料在焦焦炉炭化化室内进进行干馏馏时，在在高温作作用下，煤煤质发生生了一系系列的物物理化学学变化。装入煤在在2000以下下蒸出表表面水分分，同时时析出吸吸附在煤煤中的二二氧化碳碳、甲烷烷等气体体；随温温度升高高至25503300，煤的的大分子子端部含含氧化合合物开始始分解，生生成二氧氧化碳、水水和酚类类(主要要是高级级酚)；至约5500时，煤煤的大分分子芳香香族稠环环化合物物侧链断断裂和分分解，生生成脂肪肪烃，同同时释放放出氢。在6000前从从胶质层层析出的的和部分分从半焦焦中析出出的蒸气气和气体体称为初初次分解解产物，主主要含有有甲烷、二二氧化碳碳、一氧氧化碳、化化合水及及初焦油油，而氢氢含量很很低。初焦油主主要具有有大致如如下的族族组成(%)：链烷烃(脂肪烃烃)烯烃芳烃酸性物质质盐基类树脂状物物质8.02.853.9912.111.814.44图1-1 炼焦期间煤气在炭化室内的流动途径初焦油中中芳烃主主要有甲甲苯、二二甲苯、甲甲基萘、甲甲基联苯苯、菲、蕙蕙及其甲甲基同系系物；酸酸性化合合物多为为甲酚和和二甲酚酚，还有有少量的的三甲酚酚和甲基基吲哚；链烷烃烃和烯烃烃皆为CC5至C322的化合合物；盐盐基类主主要是二二甲基吡吡啶、甲甲苯胺、甲甲基喹啉啉等。初次分解解产物在在炭化室室内沿着着如图11-1所所示途径径流动，大大部分产产物是通通过赤热热的焦炭炭层和沿沿温度约约为10000的炉墙墙到达炭炭化室顶顶部空间间的，其其余约225%的的产物则则通过温温度一般般不超过过4000处在在两侧胶胶质层之之问的煤煤料逸出出。沿炭化室室炉墙向向仁流动动的气体体，通过过赤热的的焦炭，因因受高温温而发生生环烷烃烃和烷烃烃的芳构构化过程程(生成成芳香烃烃)并析析出氢气气，从而而生成二二次热裂裂解产物物。这是是一个不不可逆反反应过程程，由此此生成的的化合物物在炭化化室顶部部空间就就不再发发生变化化。与此此相反，由由煤饼中中心通过过的挥发发性产物物，在炭炭化室顶顶部空间间因受高高温发生生芳构化化过程。因因此，炭炭化室顶顶部空间间温度具具有特殊殊意义。此此温度在在炭化过过程的大大部分时时间里为为8000左右右。大量量的芳烃烃是在77008000的范范围内生生成的。当碳氢化化合物热热裂解时时，分子子结构会会发生以以下几种种变化:(1) C-CC键断裂裂引起结结构缩小小反应。CC-C键键断裂所所需的能能量较低低，先于于C-HH键的断断裂。烷烷烃的CC-C键键在焦炭炭的催化化作用下下，约在在3500时断断裂。在在此反应应中，分分子质量量较高的的碳氢化化合物裂裂解为低低分子产产物和形形成较小小的自由由基。例例如烷烃裂解解时，除除可生成成分子较较小的烷烷烃外，还还可生成成二烯烃烃或两个个烯烃分分子。(2 C-HH键裂解解引起脱脱氢反应应。C-H键发发生裂解解的温度度在40005550之间。饱饱和碳氢氢化合物物裂解生生成烯烃烃，同时时析出氢氢气，例例如在5000时开开始产生生脱氢现现象；至至6500时氢氢的生成成量己很很多；在在高于8800时，烯烯烃产生生二次裂裂解，例例如部分分乙烯将将裂解为为甲烷、氢氢和碳。(3)按按异构化化进行的的重排反反应。在在此反应应中，碳碳氢化合合物裂解解时产生生的是复复合异构构化，即即裂解的的原始物物质要受受到异构构作用、环环化作用用及脱氢氢作用，而而不是单单纯的异异构化(即氢一一烃基团团的互换换)，例例如(4)聚聚合、歧歧化、缩缩合引起起的结构构增大反反应。高高分子烷烷烃进行行裂解所所生成的的烯烃和和二烯烃烃及原料料中的烯烯烃之间间易进行行反应，从从而通过过聚合或或环化生生成环烯烯烃类化化合物，并并经脱氢氢而得到到芳香族族化合物物，例如如(5)其其他反应应通过上述述许多复复杂反应应和其他他反应，煤煤气中的的甲烷和和重烃(主要为为乙烯)的含量量降低，氢氢的含量量增高，煤煤气的密密度变小小，并形形成一定定量的氨氨、苯族族烃、萘萘和蒽等等，在炭炭化室顶顶部空间间最终形形成一定定组成的的焦炉煤煤气。1.2 影响化化学产品品组成的的因素高温干馏馏化学产产品的组组成取决决于配煤煤的性质质和干馏馏过程的的技术操操作条件件。氨来源于于煤中的的氮。一一般配煤煤约含氮氮2%，其其中约660%存存在于焦焦炭中，15-20%的氮与氢化合生成氨，其余生成氰化氢、吡啶盐基或其他含氮化合物。这些产物分别存在于煤气和焦油中。煤气中硫化物的产率主要取决于煤中的硫含量，而煤气的成分同干馏煤的变质程度有关。化学产品品的组成成还受干干馏温度度、操作作压力和和挥发物物在炉顶顶空间停停留时间间的影响响，也受受到焦炉炉内生成成的石墨墨、焦炭炭或焦炭炭灰分中中某些成成分催化化作用的的影响，最最主要的的影响因因素是炉炉墙温度度(与结焦焦时间相相关)和炭化化室顶部部空间温温度。2煤气的的初冷、输输送及高高温干馏馏煤气处处理系统统煤气的初初冷、输输送及初初步净化化，是炼炼焦化学学产品回回收工艺艺过程的的基础，其其操作运运行的好好坏，不不仅对回回收工段段的操作作有影响响，而且且对焦油油蒸馏工工段及炼炼焦炉的的操作也也有影响响。因此此，对这这部分工工艺及设设备的研研究都很很重视。2.1煤煤气的初初冷煤气初冷冷的目的的一是冷冷却煤气气，二是是使焦油油和氨水水分离，并并脱除焦焦油渣。在炼焦过过程中，从从焦炉炭炭化室经经上升管管逸出的的粗煤气气温度为为6500-7550，首先先经过初初冷，将将煤气温温度降至至25-35，粗煤煤气中所所含的大大部分水水汽、焦焦油气、萘萘及固体体微粒被被分离出出来，部部分硫化化氢和氰氰化氢等等腐蚀性性物质溶溶于冷凝凝液中，从从而可减减少回收收设备及及管道的的堵塞和和腐蚀；煤气经经冷却后后，体积积变小，从从而使鼓鼓风机以以较少的的动力消消耗将煤煤气送往往后续的的净化工工序；煤煤气经初初冷后，温温度降低低，是保保证炼焦焦化学产产品回收收率和质质量的先先决条件件。煤气的初初冷分为为集气管管冷却和和初冷器器冷却两两个步骤骤。2.1.1煤气气在集气气管内的的冷却煤气在桥桥管和集集气管内内的冷却却，是用用表压为为14771996kPPa的循循环氨水水通过喷喷头强烈烈喷洒进进行的。当当细雾状状的氨水水与煤气气充分接接触时，由由于煤气气温度很很高而湿湿度又很很低，故故煤气放放出大量量显热，氨氨水大量量蒸发，快快速进行行着传热热和传质质过程。传传热过程程取决于于煤气与与氨水的的温度差差，所传传递的热热量为显显热，约约占煤气气冷却所所放出总总热量的的10%155%。传传质过程程的推动动力是循循环氨水水液面上上的蒸汽汽分压与与煤气中中蒸汽分分压之差差，氨水水部分蒸蒸发，煤煤气温度度急剧降降低，以以供给氨氨水蒸发发所需的的潜热，此此部分热热量约占占煤气冷冷却所放放出总热热量的775%80%。另有有约占所所放出总总热量110%的的热量由由集气管管表面散散失。通过上述述冷却过过程，煤煤气温度度由65507750降至882886，同同时有660%左左右的焦焦油气冷冷凝下来来。在实实际生产产上，煤煤气温度度可冷却却至高于于其最后后达到的的露点温温度132.1.2 煤煤气在初初冷器内内的冷却却炼焦煤气气由集气气管沿吸吸煤气主主管流向向煤气初初冷器。吸吸煤气主主管除将将煤气由由焦炉引引向化产产回收装装置外，还还起着空空气冷却却器的作作用，煤煤气可降降温13。煤气进人人初冷器器的温度度仍很高高，且含含有大最最蒸汽和和焦油气气，须在在初冷器器中冷却却到255355，并将将大部分分焦油气气和蒸汽汽冷凝下下来。根据采用用的初冷冷主体设设备型式式的不同同，初冷冷的方法法有间接接初冷法法、直接接初冷法法和间接接-间接接初冷法法之分。2.1.2.11煤气的的初冷流流程(1)立立管式间间接初冷冷工艺流流程图2-1煤气间接初冷工艺流程1-气液分离器；2-煤气初冷器；3-煤气鼓风机；4-电捕焦油器；5-冷凝液槽；6-冷凝液液下泵；7-鼓风机水封槽；8-电捕焦油器水封槽；9-机械化氨水澄清槽；10-氨水中间槽；11-事故氮水槽；12-循环氨水泵；13-焦油泵；14-焦油贮槽；15-焦油中间槽；16-初冷冷凝液中间槽；17-冷凝液泵图2-11所示为为煤气间间接初冷冷工艺流流程。焦焦炉煤气气与喷洒洒氨水、冷冷凝焦油油等沿吸吸煤气主主管首先先进入气气液分离离器，煤煤气与焦焦油、氨氨水、焦焦油渣等等在此分分离。分分离下来来的焦油油、氨水水和焦油油渣一起起进人焦焦油氨水水澄清槽槽，经过过澄清分分成三层层：上层层为氨水水；中层层为焦油油：下层层为焦油油清。沉沉淀下来来的焦油油渣由刮刮板输送送机连续续刮送至至漏斗处处排出槽槽外。焦焦油则通通过液面面调节器器流至焦焦油中间间槽，由由此泵往往焦油贮贮槽，经经初步脱脱水后泵泵往焦油油车间。氨氨水由澄澄清槽上上部满流流至氨水水中间槽槽，再用用循环氨氨水泵送送回焦炉炉集气管管以冷却却粗煤气气。这部部分氨水水称为循循环氨水水。(2)横横管式间间接初冷冷工艺流流程