干馏煤气
煤化工的重要过程
煤化工的重要过程之一,指煤在隔绝空气条件下加热、分解,生成焦炭(或半焦)、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。按加热终温的不同,可分为三种:900~1100℃为高温干馏,即焦化;700~900℃为中温干馏;500~600℃为低温干馏。
简介
煤在隔绝空气条件下受热分解产生的气体。煤干馏的目的是充分利用煤中所含的有机质,除煤气外,还得到焦炭和多种有价值的化学产品。干馏煤气是最早用做城市燃气的传统气源。在天然气和油制气未广泛开发的地区,它仍是城市燃气的主要气源。
煤的热解过程大体可以分为以下几个阶段:在200°C前,它的外形和结构均无变化,是煤的干燥和预热阶段,同时析出吸附在煤中的 CO2、CH4等气体;200~250°C时,煤质开始分解,分解出化合水、CO2、CO、CH4等气体及少量焦油蒸气;300~450°C时,由于侧链的断裂,生成大量的液体、高沸点焦油和固体微粒,煤质逐渐软化、熔融、流动和膨胀,生成胶质体;450~550°C时,胶质体进一步分解、析出气体,生成半焦;550~650°C时,半焦继续析出气体(主要是CH4和H2)而收缩,同时出现裂纹;650~900°C时,半焦进一步收缩和析出气体,最后变成焦炭。
原理
煤干馏过程主要经历如下变化:当煤料的温度高于100℃时,煤中的水分蒸发出;温度升高到200℃以上时,煤中结合水释出;高达350℃以上时,粘结性煤开始软化,并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象);至400~500℃大部分煤气和焦油析出,称一次热分解产物;在450~550℃,热分解继续进行,残留物逐渐变稠并固化形成半焦;高于550℃,半焦继续分解,析出余下的挥发物(主要成分是氢气),半焦失重同时进行收缩,形成裂纹;温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时,一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触,发生二次热分解,形成二次热分解产物(焦炉煤气和其他炼焦化学产品)。
作用
煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件(主要是温度和时间)。随着干馏终温的不同,煤干馏产品也不同。低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦,煤气产率低,焦油产率高;高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭,煤气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率,则介于低温干馏和高温干馏之间。煤干馏过程中生成的煤气主要成分为氢气和甲烷,可作为燃料或化工原料。高温干馏主要用于生产冶金焦炭,所得的焦油为芳烃杂环化合物的混合物,是工业上获得芳烃的重要来源;低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃,是人造石油重要来源之一。
历史发展
最早的煤干馏沿用传统的烧炭技术,将煤堆成圆堆,其上覆盖泥土或焦屑,在中心引燃后制焦。其后出现了干馏炉,利用导出的煤气从炉外加热。加热的部分称为燃烧室,煤料干馏的部分称为炭化室。为提高热能利用,又增加了换热室,以后改进成为蓄热室。随着城市燃气发展的需要,逐渐形成了以制气为目的的煤干馏工业。
干馏时煤料从炉墙两壁加热,因此从炉墙到煤料中心的受热是不均匀的,出现温度梯度,即同时存在着煤热解过程的各个阶段。干馏过程层层推进,直到煤料全部变成焦炭为止。煤料热分解所析出的气态产物,在导出时与红热的煤料或焦炭接触,发生二次分解反应。
干馏在工业上以成焦最终温度分类,一般将最终温度在900°C以上的称高温干馏,600°C以下的称低温干馏,介于两者之间的称中温干馏。城市燃气工业一般不采用低温干馏。
分类
干馏制气的炉型主要有水平炉、立箱炉、连续直立式炭化炉和焦炉。前两种炉型曾使用于中小型煤干馏制气厂。大中型煤干馏制气厂多采用连续直立式炭化炉和焦炉。连续直立式炭化炉在顶部连续加料,底部连续出焦。它对煤种的要求较宽,可使用单种煤,煤气质量稳定,废气和排焦温度低,热耗少,生产量有较大幅度的调节能力,适用于中小城市独立煤气厂。焦炉的操作为顶部间歇加煤和侧向间歇推焦。它以生产冶金焦为主,煤气只是作为副产品。在以制气为目的时,要注意焦炭的合理利用以及用低发热量燃气加热,使全部焦炉煤气外供。也可采用适当煤料生产气化用焦,后者在煤气厂内气化,生产气化煤气。现代焦炉具有产气量大、机械化自动化程度高、焦炭质量好、焦炉煤气成本低的优点。
参考资料
最新修订时间:2022-10-10 17:16
目录
概述
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