焦工艺第一章.doc

第一章炼焦原理与焦炭质量
1、什么是煤的干馏?
煤隔绝空气加热,放出水分和吸附气体,随后分解产生煤气和焦油等,剩下以碳为主体的焦炭。这种煤热分解的过程称为煤的干馏。
2、煤的干馏分为哪几种?
煤的干馏分为低温干馏、中温干馏和高温干馏三种。它们的主要区别在于干馏的最终温度不同。低温干馏在500℃~600℃;中温干馏在700℃~800℃;高温干馏在900℃~1000℃。
目前的炼焦炉绝大多数属于高温炼焦炉,主要生产冶金焦、炼焦煤气和高温炼焦的化学产品。后面叙述的都是指高温炼焦,即高温干馏过程。
3、煤在炭化室内是怎样变成焦炭的?
配合煤在炼焦炉的炭化室内转变为焦炭,大体上要经过干燥、热解、半焦收缩和焦炭形成等四个阶段。这四个阶段互相交错,不能截然分开。
我们从煤结构的研究知道,煤的结构是非常复杂的。在构成煤的基本构造单位的周围存在许多热稳定性各不相同,而且都比基本构造单位差的部分,我们把这部分物质称为侧链。在煤被加热时,这些侧链由于热稳定性差,先后断开而形成分子量不等的物质。分子量较小的物质呈气态,分子量中等的呈液态。如果高沸点液体的数量很多,就能把基本构造单位和气体的物质包合在一起,形成胶质体。当进一步加热时,胶质体进一步分解、聚缩固化而形成半焦。半焦进一步受热,结果一方面分解析出气体(主要是氢气),另一方面基本构造单位进一步缩合、变大、焦质变紧、变硬,最终形成焦炭。在高温下,热分解产生的焦油蒸气和炼焦煤气会分解产生游离碳,这些游离碳沉积在焦炭的表面上,使焦炭成银灰色。在这过程中,煤的粘结性起着主要作用。成焦的过程表示如下:
4、炼焦要经过哪些主要阶段?
把炼焦配煤在常温下装入炭化室后,煤在隔绝空气的条件下受到来自炉墙和炉底(1000 ℃一1100 ℃)的热流加热。煤料即从炭化室墙到炭化室中心方向,一层一层地经过干燥、预热、分解、产生胶质体、胶质体固化、半焦收缩和半焦转变为焦炭等阶段(见图1)。这就是所谓“层状炼焦”的特点。现将煤在炭化室内成焦的各个阶段分述如下:
图1 炭化室内层状炼焦示意图
( l )干燥和预热(20℃~200 ℃):析出水分,放出吸附于煤中的二氧化碳(CO2 )、甲烷(CH4)等气体。
( 2 )开始热分解(200 ℃~350 ℃)。不同变质程度的煤开始热分解的温度是不同的,例如,气煤在210 ℃左右开始分解,肥煤约260 ℃,焦煤约300 ℃,瘦煤约390 ℃。煤在转变成胶质体状态前就开始分解,此时主要产生化合水(H2O )、二氧化碳(CO2 )、一氧化碳(CO )、甲烷(CH4)等气体和少量的焦油蒸气和液体。
( 3 )胶质体产生(350 ℃~450 ℃):煤在进一步受热分解后,产生大量的焦油和沥青等液体。这些液体、气体和残余的固体一起成为胶质状态。
( 4 )胶质体固化(粘结)( 450℃一500℃) :在进一步加热时,胶质体热解更加激烈,并伴随有聚缩和合成等反应。胶质体固化时析出大量挥发物。随着气体析出,固态物质形成,即开始产生半焦。
( 5 )半焦收缩(500 ℃~650 ℃):半焦物质形成后,由于进一步加热的结果,在半焦内热解出大量的挥发物(主要是氢气和甲烷),这样,半焦收缩使焦质变紧,并产生裂纹。
( 6 )半焦转变为焦炭(650 ℃~950℃):在此阶段中,继续析出气体,主要是氢。半焦进一步收缩,使焦质变紧变硬,裂纹增大,最终转变为焦炭。
5、在炼焦过程中,煤在炭化室内产生的气体是怎样析出的?
实践表明,装入炭化室的煤内部气体析出的途径,对化学产品的质量和焦炭生成的过程均有影响。经研究认为,煤装入炭化室内不久(不到半小时),不仅在炭化室两侧,而且在炉底受热分解而产生胶质体,此外,煤饼的上部也受到炉顶的热辐射而形成一层胶质体。这几部分的胶质体汇合成为一个封闭的袋状物。胶质体有一定的粘度而且透气性不好,因此成为气体透过的障碍物。这样便造成胶质层外侧的压力大大低于内层的压力。由于气流在装炉煤中是沿着阻力最小的途径流动的,因此,在胶质层外侧,在形成半焦和焦炭的过程中,析出的煤气只能通过焦炭层中的裂缝
流向炭化室墙。另外,在胶质层区域内产生的气体,克服不了半焦层的阻力,一少部分沿着胶质层与半焦层的交界缝隙移向炉顶,大部分进入胶质层内侧的煤料内,自下而上流动,并突破煤饼顶部比较薄弱的胶质层进入炭化室顶部空间。由此可见,在炭化室中气体流动有三种途径,其中以顺着炭化室墙流动的途径为主,这部分煤气称为“外行气”随着炭化室内两侧胶质层逐渐向中心移动,自热侧流向炭化室顶部的气体量增加。实验证明,大约有20 %~25 %的气体自胶质层内侧的装炉煤内析出,其余的75 % ~80 % 的煤气则从热侧流出。在炭化室内气体析出的途径如图2 所示。
图2 炭化室内干馏煤气析出的途