第五章 炼焦化学品的生成组成和产率.ppt
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1、第五章第五章 炼焦化学产品的回收与煤气净化炼焦化学产品的回收与煤气净化第一节第一节 炼焦过程的化学产品炼焦过程的化学产品第二节第二节 炼焦化学产品回收的方法及典型流程炼焦化学产品回收的方法及典型流程第三节第三节 焦炉煤气的应用现状与应用前景焦炉煤气的应用现状与应用前景1 1第一节第一节 炼焦化学产品的组成和产率炼焦化学产品的组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率二、影响炼焦化学产品产率的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素2 2第一节第一节 炼焦化学产品的组成和产率炼焦化学产品的组成和产率 煤煤在在焦焦炉炉高高温温干干馏馏作作用用下下,因因受受热热发发生生
2、一一系系列复杂的物理化学变化。列复杂的物理化学变化。初初次次分分解解产产物物:约约在在600以以前前从从胶胶质质层层析析出出的和部分从半焦中析出的蒸气和气体。的和部分从半焦中析出的蒸气和气体。二二次次分分解解产产物物:初初次次分分解解产产物物通通过过赤赤热热的的焦焦炭炭和和沿沿炭炭化化室室炉炉墙墙向向上上到到达达顶顶部部空空间间之之间间,发发生生了氢气析出和环烷烃的芳构化过程生成的产物。了氢气析出和环烷烃的芳构化过程生成的产物。3 3一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率图图5.1 煤气及化学产品析出示意图煤气及化学产品析出示意图 在胶质体生成、固化和半焦分解、缩
3、聚的全过程中,在胶质体生成、固化和半焦分解、缩聚的全过程中,都有大量气态产物析出。都有大量气态产物析出。75%4 4炼焦过程中煤热解中的化学反应可分为以下几种:炼焦过程中煤热解中的化学反应可分为以下几种:1煤热解中的裂解反应煤热解中的裂解反应2一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应 3煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应 一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率5 51煤热解中的裂解反应煤热解中的裂解反应(1)结构单元之间的桥键断裂生成自由基;)结构单元之间的桥键断裂生成自由基;(3)含氧官能团的裂解;)含氧官能团的裂解;(2)脂肪侧链受热易裂解,生成
4、气态烃类;)脂肪侧链受热易裂解,生成气态烃类;(4)煤中低分子化合物的裂解,是以脂肪结构为主的)煤中低分子化合物的裂解,是以脂肪结构为主的低分子化合物,其受热后,可分解成挥发性产物。低分子化合物,其受热后,可分解成挥发性产物。一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率6 62一次热解产物的二次热解反应一次热解产物的二次热解反应 (1)裂解反应)裂解反应 C2H6C2H4+H2 C2H4CH4+C CH4C+2H2 (2)脱氢反应)脱氢反应一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率7 7(3)加氢反应)加氢反应(4)缩合反应)缩合反应一、炼焦化
5、学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率8 83煤热解中的缩聚反应煤热解中的缩聚反应 煤煤热热解解的的前前期期以以裂裂解解反反应应为为主主,而而后后期期则则以以缩缩聚聚反反应应为为主主。缩聚反应对煤的热解生成固态产品(半焦或焦炭)影响较大。缩聚反应对煤的热解生成固态产品(半焦或焦炭)影响较大。(1)胶胶质质体体固固化化过过程程的的缩缩聚聚反反应应,主主要要是是在在热热解解生生成成的的自自由基之间的缩聚,其结果生成半焦。由基之间的缩聚,其结果生成半焦。(2)半半焦焦分分解解,残残留留物物之之间间的的缩缩聚聚,生生成成焦焦炭炭。缩缩聚聚反反应应是芳香结构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参
6、加反应。如:是芳香结构脱氢。苯、萘、联苯和乙烯参加反应。如:一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率9 9 (3)加加成成反反应应,具具有有共共轭轭双双烯烯及及不不饱饱和和键键的的化化合合物物,在加成时,进行环化反应。如:在加成时,进行环化反应。如:一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率1010 炼焦化学产品的组成和数量随干馏温度及原煤性质变化而炼焦化学产品的组成和数量随干馏温度及原煤性质变化而变化,由每个炭化室逸出的煤气组成随炭化室时间而异,但由变化,由每个炭化室逸出的煤气组成随炭化室时间而异,但由于炼焦炉整个炉组的生产的连续的,正常
7、生产情况下,焦炉煤于炼焦炉整个炉组的生产的连续的,正常生产情况下,焦炉煤气的总体组成基本是一致的,高温干馏产品产率如表气的总体组成基本是一致的,高温干馏产品产率如表5.1。高温干馏产品产率高温干馏产品产率产品产品焦炭焦炭净焦炉煤气净焦炉煤气焦油焦油化合水化合水粗苯粗苯氨氨其它其它产率(对干煤产率(对干煤wt%)70-7815-193-4.52-40.8-1.40.25-0.350.9-1.1一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率1111 经回收化学产品和净化后的焦炉煤气,其组成见表经回收化学产品和净化后的焦炉煤气,其组成见表5.2。焦炉煤气中其它组分的产率见表。焦
8、炉煤气中其它组分的产率见表5.3。名名 称称净焦炉煤气组成,体积净焦炉煤气组成,体积%组分组分H2CH4CON2CO2CnCmO2含量含量545924285.573513230.30.7表表5.2 净焦炉煤气的组成净焦炉煤气的组成表表5.3 焦炉煤气中其它组分的产率焦炉煤气中其它组分的产率g/标标m3组分组分水蒸气水蒸气焦油汽焦油汽粗苯粗苯NH3硫化氢硫化氢氰化物氰化物萘萘吡啶盐基吡啶盐基其它硫化物其它硫化物含量含量2504508012030458166301.02.58120.40.622.5一、炼焦化学产品的生成、组成和产率一、炼焦化学产品的生成、组成和产率1212二、影响炼焦化学产品产率
9、的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素 炼焦配煤的性质和炼焦过程的操作条件决定着炼焦配煤的性质和炼焦过程的操作条件决定着炼焦化学产品的产率。炼焦化学产品的产率。1.配煤性质和组成的影响配煤性质和组成的影响(1)煤气的成分和产率)煤气的成分和产率 煤气的成分和产率与煤的变质程度有关。低变质程度的煤气的成分和产率与煤的变质程度有关。低变质程度的煤在干馏时,所产生煤气中的煤在干馏时,所产生煤气中的CO、CH4、CnHm含量高,而含量高,而H2的含量低。随着变质程度的增加,前三者的含量相对减少,的含量低。随着变质程度的增加,前三者的含量相对减少,而而H2的含量增加。的含量增加。1313 煤气的产率煤气的
10、产率G(%)与配煤的挥发分有关,可由下式求得与配煤的挥发分有关,可由下式求得:二、影响炼焦化学产品产率的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素(5-1)式中式中与煤种有关的系数与煤种有关的系数(气煤气煤3,焦煤,焦煤=3.3);Vdaf配煤的无水无灰基挥发分,配煤的无水无灰基挥发分,%。(2)焦油产率)焦油产率 配煤的挥发分和煤的变质程度决定焦油的产率。配煤的挥发分和煤的变质程度决定焦油的产率。1414二、影响炼焦化学产品产率的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素 在配煤挥发分在配煤挥发分Vdaf=2030%的范围内,焦油产率的范围内,焦油产率T可由可由下式求得:下式求得:(5-2)(3)苯族烃产率
11、)苯族烃产率 在一定范围内,苯族烃的产率随煤的在一定范围内,苯族烃的产率随煤的H/C比值及挥发分的比值及挥发分的增加而增加,当配煤挥发份在增加而增加,当配煤挥发份在2036%时,粗苯产率时,粗苯产率B可按下可按下式估算:式估算:(5-3)1515二、影响炼焦化学产品产率的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素(4)氨、化合水的产率)氨、化合水的产率 煤气中的氨来源于煤中的氮。一般配煤中约煤气中的氨来源于煤中的氮。一般配煤中约60的氮存的氮存在于焦炭中,约在于焦炭中,约1520%的氮与氢化合生成的氮与氢化合生成氨氨。其余部分。其余部分转化为转化为氰化氢氰化氢、吡啶盐基吡啶盐基或其它含氮化合物。配煤的
12、性质不或其它含氮化合物。配煤的性质不同,氨的产率显然是不一样的,一般产率为干煤的同,氨的产率显然是不一样的,一般产率为干煤的0.250.30%。化合水的产率同配煤的合氧量有关。配煤中的氧约有化合水的产率同配煤的合氧量有关。配煤中的氧约有5560%在炼焦时转变为水、且此值随配煤挥发分的减少而增在炼焦时转变为水、且此值随配煤挥发分的减少而增加。加。1616二、影响炼焦化学产品产率的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素2.焦炉操作条件的影响焦炉操作条件的影响 炼焦化学产品的产率受到焦炉操作温度、压力和停留时炼焦化学产品的产率受到焦炉操作温度、压力和停留时间等因素的影响,间等因素的影响,其最主要的影响因
13、素是炉墙温度和炭化室其最主要的影响因素是炉墙温度和炭化室顶部空间温度。顶部空间温度。提高炉墙温度将使焦油中的苯族烃量减少,而萘、蒽、提高炉墙温度将使焦油中的苯族烃量减少,而萘、蒽、沥青和游离碳的含量增加,比重变大,酚类及中性油类含量沥青和游离碳的含量增加,比重变大,酚类及中性油类含量降低。降低。炭化室顶部空间温度的高低是由炼焦温度、炭化室顶部炭化室顶部空间温度的高低是由炼焦温度、炭化室顶部空间尺寸、煤气停留时间,以及炉内煤气流动方向等相互复空间尺寸、煤气停留时间,以及炉内煤气流动方向等相互复杂作用的结果。杂作用的结果。1717二、影响炼焦化学产品产率的因素二、影响炼焦化学产品产率的因素 炭化室
14、顶部空间温度不宜超过炭化室顶部空间温度不宜超过800。若炭化室顶部空间温度过高,焦油和粗苯产率若炭化室顶部空间温度过高,焦油和粗苯产率由于热解作用而降低,高温化合水的产率却增加,由于热解作用而降低,高温化合水的产率却增加,氨因高温部分分解,并和赤热的焦炭作用生成氰化氨因高温部分分解,并和赤热的焦炭作用生成氰化氢,氨的产率降低。氢,氨的产率降低。高温同样影响煤气的质量,也导致煤气中甲烷高温同样影响煤气的质量,也导致煤气中甲烷及不饱和碳氢化合物含量减少,氢的含量增加,因及不饱和碳氢化合物含量减少,氢的含量增加,因而使煤气的体积增加,而热值降低。而使煤气的体积增加,而热值降低。1818二、影响炼焦化
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