煤焦化工讲座.ppt
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1、煤焦化工讲座,主讲人:曲济方教授,煤焦化工讲座,1.教学目的: 针对我国“少气,缺油,富煤”的资源现状和我国煤化工发展战略,结合山西以煤基为基础的能源重化工基地的产业结构调整与发展实际,从重点剖析典型煤焦化工工艺,使学员认识和掌握煤焦化工的基本工艺,进而组织相关文献学习,认识该领域的新工艺和技术进展,拓宽视野。为后续到企业实践奠定扎实基础,以达到增强综合素质的目的。,2.教学计划:6学时,3.教学方式: 本讲授备有讲义材料及大量技术进展资料,以讲授并结合指导性学习引导学员主动学习,通过传统工艺新工艺与技术下厂实践构成一个较完整认知和提高过程。学习中视学员的基础和掌握程度灵活调整学时。,引言:我
2、国资源概况 1.世界原油资源与消耗 2.世界天然气资源 3.世界煤炭资源 4.能源结构变化期盼新时代煤化工与天然气化工,典型煤焦化工工艺 煤焦化工工艺流程示意图,1.炼焦工艺 1.1煤的性质与分类 1.1.1 煤的组成 1.1.2 煤的物理性质 1.1.3 煤的分类,1.2 煤的结焦机理,(1)煤的热解的6个阶段 (2)粘结机理 -结焦第一阶段 (3)收缩机理 -结焦第二阶段,1.3 煤的贮存,(1)接收煤与卸煤的注意事项 (2)贮存煤的“平堆竖取”的原则 (3)贮存煤的容量计算 (4)煤在贮存中的氧化与自燃,1.4 配煤质量指标,一般要求,配煤的灰分9.25%,硫分14mm,水分7-10%。
3、配煤的水分每增加1%,结焦时间延长20min,故不能太高。,1.5 煤的粉碎,(1)破碎、粉碎机理 (2)粉碎常用设备 (3)细度对焦炭的影响 (4)影响煤料细度、堆比重因素 传统炼焦煤中的水分多,占7-10%,实行干燥煤炼焦是目前焦炉技改的方向,先配煤后粉碎工艺: 原料煤卸煤机械贮煤场配煤槽配煤设备粉碎设备贮煤塔 主要设备:翻车机、皮带运输机、电碎振动給料器、双齿轮破碎机和反击式粉碎机,1.6 炼焦工艺流程,炼焦工艺流程示意图,炼焦过程概述: 煤隔绝空气加热至1000(50),经过一系列的干燥,热分解,熔融,粘结,固化,收缩等阶段成为焦炭高温炼焦。高温炼焦中产生的混合气体称荒煤气,荒煤气由炭
4、化室经导出设备内的循环氨水喷洒冷却后送至回收车间,经过冷凝、吸收处理后可得焦油、氨、粗苯等化学产品。,焦化主要产品: (1)煤经过高温干馏75-78%的产物为焦炭,15-18%产物为煤气。 (2)炼焦输送至回收车间的荒煤气,经冷却分离,吸收所得产品为焦油,硫铵,粗苯。 (3)回收后的焦油、粗苯经过精加工得到百余种产品。主要有纯苯、甲苯、二甲苯、工业苯、粗酚、沥青、汽油等。,1.7炼焦煤气的初冷与输送,(1)在焦炉的桥管和集气管中用大量的70- 75循环氨水直接喷洒,使焦炉煤气先冷却至80-85,使50-60%的焦油冷却分离。 (2)在冷凝鼓风工段的初冷器中用水间接冷却至25-40,并进一步分离
5、冷却下的焦油、萘及氨水;然后由鼓风机抽出送入文氏管扑焦油器进一步除去焦油后输入各回收系统。,2 炼焦副产回收,2.1硫酸铵的生成 2.2粗苯的回收 2.3粗苯的精制 2.4焦油加工,2.1硫酸铵的生成,一般炼焦配合煤的含氮量约2%,高温炼焦时,其中有10-20%转化为氨,冷却时输入冷却氨水,其中部分游离态随焦炉煤气一同从初冷器中逸出,初冷后焦炉气中氨含量还有8-10g/Nm3。硫酸吸收氨生成硫铵是一个不可逆的化学反应,可在饱和器或吸收塔内用酸洗生成。生产方法可分为:直接法、间接法、半直接法。但从生产安全和经济效益来看,国内多采用半直接法。 用该法可使焦炉气中氨含量降至0.03 g/Nm3煤气。
6、,2.1.1 半直接法饱和器生产硫铵原理 含氨的焦炉气预热后,通入饱和器,由底部穿越含游离酸4-6%的硫酸铵母液层,使气液两相充分接触。 2NH3 + H2SO4(适量) = (NH4)2SO4, NH3 + H2SO4(适量) = NH4HSO4 所生成的硫酸铵和硫酸氢铵的比例取决于母液中游离酸的浓度,当酸浓度为1-2%时,主要生成硫酸铵;当酸浓度为12-14%时,主要生成硫酸氢铵。鉴于硫酸氢铵比硫酸铵更易溶于水或稀酸。实际生产中控制酸的浓度为4-6%,回收母液中首先析出硫酸铵晶体。,2.1.2 饱和器法生产硫铵工艺 (1)焦炉煤气系统 :煤气预热分配伞除酸器二苯回收工段 (2)母液循环系统
7、 :硫酸(高位槽) 饱和器溢流液返流喷射管,形成循环。保持酸浓度4-6% (3)结晶干燥系统 :结晶泵抽出离心分离及洗涤沸腾床干燥,2.2 粗苯的回收,2.2.1 粗苯的回收方法 (1)洗油吸收法 (2)吸附法 (3)凝结法 2.2.2 煤气中萘的清除及终冷 目前国内外焦化厂采用的煤气冷凝和除萘工艺流程主要有3种:煤气终冷和机械化除萘,煤气终冷和焦油除萘及油洗萘和煤气终冷。我国大部分焦化厂采用机械化刮萘槽 来除终冷水中的萘。,2.2.3 煤气中苯族烃的吸收 经终冷至25-27的煤气中含苯族烃25-40 g/Nm3,依次进入两个洗苯塔,在洗苯塔内与逆向流动的洗油接触,从第二个洗苯塔出来的煤气含苯
8、族烃2g/Nm3。 2.2.4 富油脱苯 富油脱苯按加热方式可分为两种:蒸汽加热法和管式炉加热法,按生产产品不同,可分为生产一种苯或两种苯的流程。国内许多焦化厂采用管式炉加热富油脱苯工艺。,2.3 粗苯的精制,粗苯主要由苯、甲苯、二甲苯和三甲苯组成,还含有5-10%的不饱和化合物。粗苯精制的主要方法有酸洗法和加氢法。 粗苯的精制方法根据粗苯的组成、性质和产品的品种、质量要求而定。由于CS2、苯、甲苯、二甲苯、溶剂油的沸点差较大,可用精馏方法分离。但有些不饱和烃及硫化物沸点与相 应 的苯类产品的沸点差很小,难以用精馏法分开。去除不饱和化合物目前广泛采用硫酸洗涤净化或加氢精制。,粗苯精制流程示意图
9、,采用硫酸精制要经过初步精馏,硫酸化学处理和最终精馏三个步骤。基本步骤如下:,近年,国外采用加氢精制法,将粗苯中不饱和化合物加氢变成饱和化合物,再用精馏方法制取各类纯产品,这样可把用途很少的不饱和烃变成用途较大的饱和烃。,2.4 焦油加工,焦油加工的过程是先将焦油均匀化、脱水和脱盐,然后再用蒸馏的方法将其切割成几个不同沸点范围的窄馏分,以进一步分别加工精制成各种产品。 2.4.1 焦油的均匀化方法 2.4.2 焦油脱水方法 2.4.3 焦油脱盐方法 2.4.4 焦油蒸馏方法,3 合成氨工艺,3.1 造气 3.2 湿法脱硫 3.3 压缩 3.4 干法脱硫 3.5 甲烷转化 3.6 一氧化碳变换
10、3.7 二氧化碳的脱除 3.8 甲烷化 3.9 合成氨及回收,焦化厂焦炉气合成氨工艺流程图,3.1 造气,鉴于煤焦化工厂的焦炉气净化后的气源有时不能满足合成氨气源的要求,有时需要补充造气。在此主要讲解半水煤气。 3.1.1 煤气制造原理: (1)气化反应的分区 (2)化学反应原理 C与O2反应 ,C与H2O反应 及副反应,煤气发生炉设备,3.1.2 造气工艺: 固定层气化制造煤气,首先是空气通过燃料层发生反应放热以提高炉温,随后是蒸汽通过燃料层发生吸热反应,反复循环的生产方法。生产煤气的工艺及各阶段的时间安排随燃料的性质和工艺操作的具体要求不同而异。一般情况下,两次上吹的空气吹净,以排净下部空
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