浅谈煤化工中的煤低温干馏

摘要：为了解决石油短缺问题，煤化工便产生了，煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、炼制人造石油工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。本文简单介绍了煤化学工业，综述了煤化工中的煤的低温干馏。

关键词：煤化工；低温干馏；半焦；影响因素

引言：

目前，化学工业中石油化工发展比较快，占据主导地位，煤化工的工业生产所占比重不大。因为目前石油还供过于求，价格低廉，但石油储量有限，总有一天要枯竭，按目前耗用速度，石油使用年限估计为几十年，而且那些开采容易，生产费用低的油田均已发现并在开采。在以后的年代里，石油的开采将逐渐转移到条件艰难的地方，开采费用也将大大提高，因而迫使人们寻求新的能源和化工原料来代替石油，于是人们开始重视了煤化工。

1.煤化学工业的简介

煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、炼制人造石油工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等[1]。

2.煤的低温干馏

煤在隔热空气条件下，受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程，成为煤干馏。按加热终温的不同，可分为三种：低温干馏、高温干馏、中温干馏。煤低温干馏过程仅是一个加热工过程，常压生产，不用加氢，不用氧气即可制的煤气和焦油，实现了煤的部分气化和液化。低温干馏的气化或液化工艺过程简单，加工条件温和，投资少，生产成本底，煤低温干馏生产在经济上也是有竞争能力的。褐煤、长焰煤和高挥发分的不黏煤等低价煤，适于低温干馏加工。褐煤半焦反应性好，适于作还原反应的煤料。半焦含硫比原煤低，低硫半焦燃料有利于环境保护。低阶煤无粘结性，有利于在移动床或流化床干馏炉中处理。最佳热解温度均随煤阶降低而降低，低阶煤开始热解温度低[2]。

2.1低温干馏产品

煤低温干馏产物的产率和组成取决于原料煤性质、干馏炉结构和加热条件。一般焦油产率为6-25%；半焦产率为50-70%；煤气产率为80-200m3/t。

2.2 半焦

低温干馏半焦的空隙率为30-50%，反应性和比电阻都比高温焦炭高得多。原料煤的煤化度越低，半焦的反应能力和比电阻越高。半焦强度一般不高，低于高温焦炭。半焦可用于电炉冶炼和化学反应等过程，这些用途对于燃料机械强度要求不高，半焦的快度和强度可以满足要求。半焦块度与原料煤的快度、强度和热稳定性有关，也与低温干馏炉的结构、加热速度以及温度梯度有关。一般移动床干馏炉用原料煤块度为20-80mm。

低温干馏半焦应用较广，其中一部分用作优质的民用和动力用燃料，因为半焦燃烧时无烟，加热时不形成焦油，而多数煤受热时有焦油生成，表现燃烧时冒黄烟。此外，半焦反应性好，燃烧的热效率高于煤。民用半焦应当有一定块度，并且应当均匀。气化用半焦用于移动床气化炉时，也要求有一定的块度[1-2]。

2.3 干馏产品的影响因素

低温干馏产品的产率和性质与原料煤性质、加热条件、加热速度、加热终温以及压力有关。干馏炉的形式、加热方法和挥发物在高温区地停留时间对产品的产率和性质也有重要影响。煤加热温度场地均匀性以及气态产物二次热解深度对其也有影响。

第一个影响方面是原料煤。不同种类褐煤低温干馏的焦油产率差别较大，可变动于4.5-23%。烟煤低温焦油产率与煤的结构有关，气值介于0.5-20%，由气煤到瘦煤，随着变质程度增高焦油产率下降。其中肥煤例外，当加热到600度时，它生成的焦油量等于或高于气煤的。腐泥煤低温干馏焦油产率一般较高。原料煤对低温干馏焦油的组成影响显著，因原料煤的性质不同，所产的低温焦油组成有较大差异；第二影响因素是加热终温。煤干馏终温是产品产率和组成的重要影响因素，也是区别干馏类型的标志。随着温度升高，使得具有较高活化能的热解反应有可能进行，与此同时生成了多环芳烃产物，具有较高的热稳定性。不同煤类开始热解的温度不同，煤化度地煤的开始热解温度也低。煤的块度对热解产物有很大影响，一般煤块的块度增加，焦油产率降低。因为煤的导热系数小，煤块内外温差大，外高于内，快内热解形成的挥发物由内向外导出时经过较高温度的表面层，在此一次焦油发生二次热解，组成发生变化，生成气态和固态产物。此外，挥发物由煤块内部向外部析出时受到阻力作用，在高于生成温度的区间停留也加深了二次热解的程度；第三个影响因素。煤低温干馏的加热速度和供热条件对产品产率和组成有影响。提高煤的加热速度能降低半焦产率，增加焦油产率，煤气产率稍有减少。加热速度慢时，煤质在低温区间受热时间长，热解反应的选择性较强，初期热解使煤分子中较弱的键断开，发生了平行的和顺序的热缩聚反应，形成了热稳定性好的结构，自高温阶段分解少，而在快速加热时，相应的结构分解，所以慢速加热时固体残渣产率高；第四个影响因素是压力。压力对煤的低温干馏有影响。一般，压力增大焦油产率减少，半焦和气态产物产率增加。压力增加不仅半焦产率增多，而且其强度也提高，原因是挥发物析出困难使液相产物之间作用加强，发展了热缩聚反应[2]。

2.4 低温干馏主要炉型

干馏炉是低温干馏生产工艺中重要组成设备，他应保证过程效率高，操作方便可靠。其中主要要求干馏物料加热均匀，干馏过程易控制，可用的原料类别宽，原料煤粒尺度范围大，到出的挥发物二次热解作用较小等。干馏炉的供热方式可分为外热式和内热式。外热式炉供给煤料是由炉墙外部传入的。煤料装在干馏室内，热量通过炉墙导入，炉墙外部燃烧加热。一般外式干馏炉的煤气燃烧和加热是在燃烧室内进行的，燃烧室由火道构成，燃烧室位于干馏室之间，供入煤气和空气于火道中燃烧。由于干馏室和燃烧室不相通，干馏挥发物与燃烧烟气不想混合，保证了挥发产物不被稀释。但是外热式供热方式带来了严重缺点，由于导热系数小，煤料加热不均匀，导致半焦质量不均匀。内热式炉借助热载体吧热量传给煤料，气体热载体直接进入干馏室，穿过块粒状干馏料层，吧热量传给料层。气体热载体一般是燃料煤气燃烧的烟气，热载体也可以是固体，近年来，内热式方法得到广泛利用。

结束语：

煤化工的发展始于18世纪后半叶，19世纪形成了完整的煤化学工业体系。进入20世纪，许多有机化学品多以煤为原料生产，煤化学工业成为工业的重要组成部分。

参考文献：

[1] 李大尚．煤制油工艺技术分析与评价[J]．煤化工，2003，31(1):15-21．

[2] 郁向民，李文鹏，徐显明，夏志辉，曾群英．我国煤化工技术现状及其发展趋势[J]．云南化工，2005，32(2):57-62．