煤化工工艺学()().ppt

煤化工工艺学,讲授：马丽雅,煤制气、煤液化,本课程主要内容：什么是煤制气?煤制气的基本原理？煤制气过程是如何实现的？煤制气的工艺流程煤的液化 直接液化和间接液化（甲醇的合成）,煤化工工艺学绪论,煤化工工艺学绪论,一次能源：石油、天然气、煤、核能和水力等,化石能源,从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。组成元素主要是C（83%-87%）H（11%-14%）其余为微量的S、N、O及微量金属元素,贮存于地层较深部的一种富含碳氢化合物的可燃气体。主要成分为甲烷。,古代植物遗体经成煤作用后转变成的固体可燃矿产。主要是C，少量H、N、S、O等,中国是一个富煤贫油少气的国家，而煤化工技术也将成为新型化工产业的重要方向之一,在应对当今石油供需矛盾和贯彻节能减排政策中，煤化工具有保障能源安全的战略意义。,研究背景,煤炭、石油储采比,进口石油依存度变化,原油进口量，年均递增25%,中国的石油安全不容乐观：对国际石油的依赖程度逐渐增强，中国石油供应安全充满变数。国际石油供应存在暂时短缺、石油价格上涨等不稳定因素。未来中国油气勘探开发难度增大，国内油气供应存在一定的不确定性。,煤化工工艺学绪论,我国以煤为主的能源结构长期不会改变,我国一次能源构成,1999年,2010年,2050年,天然气3.1%,水电7.8%,石油20.9%,煤68.2%,煤64,石油20%,天然气7%,水电9%,煤50,其他50,煤化工工艺学绪论,煤炭是远古植物残骸没入水中经过生物化学作用，然后被地层覆盖并经过物理与化学作用而形成的有机生物岩。,煤的形成及种类：高等植物-泥炭-褐煤-烟煤-无烟煤低等植物-腐泥-腐泥煤,若把成煤的时间跨度比做1个月人类大约出现在最后1小时人类用煤大约出现在最后1秒,木材,腐殖质,泥炭,褐煤,无烟煤,烟煤,次烟煤,CO2,厌氧环境,平均结构单元模型-高挥发性烟煤(Shinn),基于烟煤的液化产物结构提出,煤结构的基本单元是以缩合芳环为主体的周围连接很多烃类的侧链、“-O-”键和各种官能团的高分子。其近似组成为（C135H97O9NS）n。,煤大分子由结构单元组成，核心：3-5个芳环/氢化芳环 环状结构以短的脂肪链或者醚桥相连 硫、氮主要以杂原子环的形式存在 氧以酚和醚的形式存在 煤阶增加，芳香碳比例增加，平均缩合芳香环数增加，氧和氢的含量下降,平均结构单元不能解释一些现象，如：NMR氢谱：煤中质子的弛豫时间有快有慢两种结构 煤在有机溶剂中溶胀 在特定溶剂中的高抽提率等现象,平均结构单元模型-高挥发性烟煤(Shinn),煤化工工艺学绪论,煤化工：以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体产品或半产品，而后进一步加工成化工、能源产品的工业。,主要包括：炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。,煤化工工艺学绪论,煤炭的利用方式,燃烧：发电、供热 炼焦：炼铁、炼钢 气化：家用煤气、工业燃气、化工原料气 液化：甲醇、烯烃、汽油、柴油、材料：活性碳、碳分子筛,煤化工,煤在焦炉内隔绝空气加热到1000左右，可获得焦炭、化学产品和煤气。,焦炭在炼铁中起到骨架作用、提供能量、还原剂、渗碳等作用。化学产品主要有硫酸铵、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽和沥青等。煤气合成氨、加热燃料等。,把煤中的有机物转化为可燃性气体的过程。（课程重点）,煤炭液化是指将煤通过化学加工过程,使其转化为液体燃料(如汽油、柴油等)或化工产品的技术,根据加工过程的不同,分为直接液化和间接液化两大类技术.液化的关键是加氢，加氢的关键是催化剂、反应的温度和压力,煤化工工艺学绪论,煤气：CO、H2、CH4等天然气：CH4液化气：C2H4、C2H6、C3H6、C4H10,CaO+3C=CaC2+COCaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2,气化剂：水蒸气、纯氧、空气、二氧化碳,CO、H2、CH4,例如，合成氨与尿素的反应式如下：,（氨基甲酸氨）,甲醇合成的原理及过程,CO+2H2-CH3OHCO2+3H2-CH3OH+H2O,要求：H/C 大于 2，以提高CO的转化率,1 煤气化制合成气；2 合成气净化；3 甲醇合成；4 甲醇精馏。,甲醇既是重要的基础有机化工产品和原料,又是极有前途的代用燃料之一。甲醇在其它领域也有广阔的应用前景:(1)作为清洁燃料替代汽油或与汽油掺混使用;（2)甲醇燃料电池将商业化;(3)甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料;(4)甲醇制微生物蛋白()饲料国外已工业化;(5)甲醇制低碳烯烃()和甲醇制汽油(MTC）技术已有较大突破。,煤合成气制甲醇,18世纪后半叶,煤化工发展始于18世纪后半叶。18世纪中叶由于工业革命的进展，英国对炼铁用焦炭的需要量大幅度地增加，炼焦炉应运而生。18世纪末，煤用于生产民用煤气。1792年，苏格兰人W.默多克用铁甑干馏烟煤，并将所得煤气用于家庭照明。1812年，这种干馏煤气首先用于伦敦街道照明，随后世界一些主要城市也相继采用。,二次世界大战时期,二次世界大战后,70年代后,现 在,煤化工发展简史,18世纪后半叶,1816年，美国巴尔的摩市建立了煤干馏工厂生产煤气。从此，铁甑干馏煤的工业就逐步得到发展。1840年，法国用焦炭制取发生炉煤气，用于炼铁。1875年，美国生产增热水煤气用作城市煤气。18501860年，法国及欧洲其他国家相继建立了炼焦厂。,二次世界大战时期,二次世界大战后,70年代后,现 在,煤化工发展简史,二次世界大战时期，煤化工在德国得到迅速发展。1913年煤直接液化得液体燃料，1932年采用一氧化碳与氢通过费一托(F-T)合成法生产液体燃料获得成功；1934年德国鲁尔化学公司应用此研究成果创建了第一个F-T合成油厂。19351945年期间德国共建立了9个合成油厂，总产量达570kt。,南非,南非开发煤炭间接液化历史悠久，早在1927年南非当局注意到依赖进口液体燃料的严重性，基于本国有丰富的煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃料的新途径。1939年首先购买了德国F-T合成技术在南非的使用权，在20世纪50年代初，成立了SASOL公司。1955年建立了SASOL-I，1980年和1982年又相继建成了SASOL-厂和SASOL-厂。,20世纪60年代南非选用了德国的固定床技术和美国凯洛格循环流化床技术，建立SASOL(萨索尔)I厂，八十年代建、III厂。产品主要是：汽油218万吨年、柴油150万吨年、乙烯23万吨年，用于深加工聚乙烯和氯乙烯；丙烯46万吨年，用于深加工聚丙烯和丙烯腈；氨50万吨年、硫26万吨年、城市煤气56万吨年、其他化工产品46万吨年。,二次世界大战后，因石油、天然气的迅速发展煤的气化、液化减慢了步伐，进人低迷时期。煤气主要作为城市煤气及合成氨的生产原料等。但炼焦化学仍随钢铁工业的发展而发展。直到20世纪70年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。,1973年中东战争以及随之而来的石油大幅度涨价，使由煤生产液体燃料及化学品的方法又重新受到重视。如在煤直接液化的方法中发展了氢煤法、供氢溶剂法(EDS)和溶剂精炼煤法(SRC)等；在煤间接液化法中发展了SASOL法，将煤气化制得合成气,再经合成制取发动机燃料；亦可将合成甲醇再转化生产优质汽油，或直接作为燃料甲醇使用。,新型煤化工是指以洁净能源和化学品为目标产品，应用煤转化高新技术，建成未来新兴煤炭能源化产业；结合煤炭资源开发和煤炭生产建设的发展，建成若干大型产业基地或基地群。新型煤化工与传统煤化工的区别：新型煤化工通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烃、煤制乙二醇等等。传统煤化工涉及焦炭、电石、合成氨等领域。,煤化工工艺学绪论,煤化工工艺学绪论,煤化工工艺学绪论,1、绪论：介绍煤炭资源、煤化工发展简史和煤化工范畴2、煤的低温干馏（low temperature pyrolysis）：低温干馏主要原理、主要炉型、立式炉生产城市煤气以及固体热载体干馏新工艺。3、炼焦（coking）：煤的成焦过程、配煤和焦炭、现代焦炉、炼焦新技术、燃烧和传热以及流体力学。4、炼焦化学产品的回收与精制：粗煤气的分离、氨和粗苯的回收、粗苯精制、焦油蒸馏和沥青加工、粗苯精制生产苯类产品、焦油分离精制生产酚类、萘、蒽等。,500-600oC,900-1100oC,5、煤的气化（gasification）：气化原理、生产原料气的气化方法、固定床、流化床以及气流床气化炉型、联合循环发电、地下气化、煤气脱硫和甲烷化等。6、煤间接液化（indirect liquefaction）：费托合成、合成甲醇、甲醇转化汽油和煤制乙酐等7、煤的直接液化（direct liquefaction）：直接液化原理、直接液化技术发展和直接液化方法8、煤的碳素制品：电极炭、活性炭、碳分子筛和碳素纤维的生产。9、煤化工生产的污染与防治 煤化工的主要污染物、减少污染的对策、污水处理及烟尘处理。,重点内容,低温干馏与高温干馏的区别：,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。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。,循环氨水（70-75）冷凝至80-85重质焦油冷凝,650-800,25-35,密度不同,一、粗煤气（raw gas）组成：H2、CH4、CO、CO2烃类、酚类含氮化合物：氨、吡啶类、喹啉类含硫化合物：H2S、SO2、噻吩等,影响因素：炼焦温度和二次热解作用,低温时：以含氧化合物较多高于600oC：出现含氮、含硫物质。,二、粗煤气回收精制的原因除杂质：萘低温下为无色晶体，析出堵塞管路焦油不利于回收氨和粗苯硫化物和氨腐蚀设备，污染大气不饱和烃聚合，引起管路设备故障,1.粗煤气初步冷却粗煤气初步冷却的意义回收煤气中的化学产品多用吸收法，在约30低温下吸收是有利的（自焦炉出来的粗煤气温度650800）。含大量水汽的高温气体体积大，管径增大，鼓风机的负荷及能量消耗增加。高温气体在管道内输送是危险的，也不允许其进入煤气鼓风机。煤气冷却可减少对设备和管路的堵塞和腐蚀。初步冷却工艺流程（图4-3）简述流程,重质焦油和氨水,残余焦油和水汽,煤气,密度不同，氨水和焦油分离,焦油,氨水：循环氨水：70%-80%为氯化铵（加热不水解）冷凝氨水：80%-90%为碳酸氢铵、硫化铵等（易水解）,防止氯化铵堆积,流程中煤气变化 温度变化：焦炉来粗煤气：650800 集气管后：8085 初冷器后：2535 鼓风机后：升温+1015容积质量变化：初冷器后粗煤气质量减少了23；初冷器后粗煤气容积少了35.,流程中的氨水a:两部分氨水 循环氨水：集气管喷洒用的循环氨水70%80%为难水解的氯化铵称固定氨 冷凝氨水：初冷器冷凝氨水有80%90%为易水解的碳酸氢铵等称挥发氨b:防止循环氨水中的固定铵的积累 部分氨水外排入剩余氨水中，并补充一部分冷凝氨水入循环氨水。,c:桥管和集气管喷洒过量氨水的作用 出炉粗煤气温度较高(注意：热氨水喷洒冷水不可)使集气管中的重质焦油能与氨水一起流动，便于送到回收车间。,不用冷水喷洒冷却原因：冷水温度低，不容易升温蒸发，故带走的热量也少，从而煤气冷却效果差，并且带入的矿物质会增加沥青的灰分。冷水温度低，使集气管底部剧烈冷却，冷凝下来的焦油粘度很大，从而造成集气管堵塞。一般新焦炉开工初期及循环氨水系统出故障时临时使用。,用氨水的原因：用热氨水喷洒冷却煤气，有利于氨水蒸发，强化煤气冷却效果同时也不至于使冷凝的焦油黏度增大，造成堵塞。另外，氨水还具有中和焦油酸保护管道的作用，又有润滑性，便于焦油流动。,煤气初冷方法及设备煤气冷却的流程:间接冷却、直接冷却、间直混合冷却三种流程各有优缺点，可根据生产规模、工艺要求及其他条件因地制宜地选择采用。中国目前广泛采用的是间接冷却。间接冷却 a:冷却设备：管壳式换热器：管间走煤气，管内走冷却水。分立管式和横管式,横管式冷却器构造及性能长方体形的外壳冷却水管与水平面成3角可分两段(供低温水和循环水)或三段供水(供低温水、循环水和采暖水)煤气：自上而下通过初冷器冷却水由每段下部进入，低温水供入最下段，以提高传热温差，降低煤气出口温度：,在冷却器壳程各段上部，设置喷洒装置，连续喷洒含煤焦油的氨水，以清洗管外壁沉积的焦油和萘，同时还可以从煤气中吸收一部分萘。煤气和冷凝液由上往下同流动，可以防止冷凝液再度蒸发。由于管壁上沉积的萘可被冷凝液冲洗和溶解下来，加之上部喷洒氨水，自中部喷焦油，能更好地冲洗掉沉积的萘,从而有效的提高了传热系数。,横管优点：对煤气的冷却、净化效果好，冷却水用量少，生产稳定，操作方便，结构紧凑，占地面积省。缺点：耗用金属量大，须除管内水垢，管外壁焦油和萘的沉积物。,立管式间接冷却器：煤气管间，冷却水管内集合温度：硫铵系统中低于35，水洗氨生产系低于25,随着煤气的冷却，煤气中绝大部分焦油气、大部分水汽和萘在初冷器中被冷凝下来，萘溶解于焦油中。煤气中一定数量的氨，二氧化碳，硫化氢，氰化氢和其他组分溶解于冷凝水中，形成了冷凝氨水。,冷凝氨水中含有较多的挥发铵盐（如(NH4)2S、NH4CN、(NH4)2CO3等），固定铵盐（如NH4Cl、(NH4)SO4等）的含量较少。为降低循环氨水中固定铵盐，减轻对焦油蒸馏设备的腐蚀和改善焦油的脱水、脱盐操作，大多采用两种氨水混合的分离流程。,分离后所得剩余氨水送去蒸氨，蒸氨废水还应经生化处理。,由管式初冷器出来的煤气尚含有1.52g/m3的雾状焦油，被鼓风机抽送至电捕焦油器除去其中绝大部分焦油雾后，送往下一道工序。,硫铵系统（25）：一段初步冷却直冷水（水源充分的地区）循环水（凉水架）水洗氨系统（20）：两段初步冷却,图2-4 两段煤气间接初冷器,图2-5-2 半负压下横管式煤气初冷工艺流程1气液分离器；2横管冷却器；3电捕焦油器；4鼓风机；5机械化氨水澄清槽；6机械化焦油澄清槽；7煤气水封槽；8上段冷凝液封槽；9上段冷凝液循环泵；10下段冷凝液循环泵；11下段冷凝液封槽；12电捕水封槽；13液下泵；14地下放空槽；15焦油泵16循环氨水泵17循环氨水中间槽；18循环氨水事故槽；19剩余氨水槽；20剩余氨水泵；21剩余氨水中间槽；22剩余氨水中间槽；23除焦油器；24高压氨水；25氮气加热器；26鼓风机水封槽,第二节 煤气在初冷器的冷却,从焦炉来的焦油氨水与煤气的混合物约80入气液分离器，煤气与焦油氨水等在此分离。,分离出的粗煤气并联进入三台横管式初冷器，当其中任一台检修或吹扫时，其余两台基本满足正常生产时的工艺要求。,初冷器分上、下两段，在上段，用循环水将煤气冷却到45，然后煤气入初冷器下段与制冷水换热，煤气被冷却到22,冷却后的煤气并联进入两台电捕焦油器，当一台检修或冲洗时，另一台基本满足正常生产时的工艺要求。,图2-5-2 半负压下横管式煤气初冷工艺流程1气液分离器；2横管冷却器；3电捕焦油器；4鼓风机；5机械化氨水澄清槽；6机械化焦油澄清槽；7煤气水封槽；8上段冷凝液封槽；9上段冷凝液循环泵；10下段冷凝液循环泵；11下段冷凝液封槽；12电捕水封槽；13液下泵；14地下放空槽；15焦油泵16循环氨水泵17循环氨水中间槽；18循环氨水事故槽；19剩余氨水槽；20剩余氨水泵；21剩余氨水中间槽；22剩余氨水中间槽；23除焦油器；24高压氨水；25氮气加热器；26鼓风机水封槽,第二节 煤气在初冷器的冷却,捕集焦油雾滴后的煤气送煤气鼓风机进行加压，煤气鼓风机一开一备，加压后煤气送往脱硫及硫回收工段。,图2-5-2 半负压下横管式煤气初冷工艺流程1气液分离器；2横管冷却器；3电捕焦油器；4鼓风机；5机械化氨水澄清槽；6机械化焦油澄清槽；7煤气水封槽；8上段冷凝液封槽；9上段冷凝液循环泵；10下段冷凝液循环泵；11下段冷凝液封槽；12电捕水封槽；13液下泵；14地下放空槽；15焦油泵16循环氨水泵17循环氨水中间槽；18循环氨水事故槽；19剩余氨水槽；20剩余氨水泵；21剩余氨水中间槽；22剩余氨水中间槽；23除焦油器；24高压氨水；25氮气加热器；26鼓风机水封槽,第二节 煤气在初冷器的冷却,为了保证初冷器的冷却效果，在上、下段连续喷洒焦油氨水混合液，在其顶部用热氨水不定期冲洗，以清除管壁上的焦油、萘等杂质。,图2-5-2 半负压下横管式煤气初冷工艺流程1气液分离器；2横管冷却器；3电捕焦油器；4鼓风机；5机械化氨水澄清槽；6机械化焦油澄清槽；7煤气水封槽；8上段冷凝液封槽；9上段冷凝液循环泵；10下段冷凝液循环泵；11下段冷凝液封槽；12电捕水封槽；13液下泵；14地下放空槽；15焦油泵16循环氨水泵17循环氨水中间槽；18循环氨水事故槽；19剩余氨水槽；20剩余氨水泵；21剩余氨水中间槽；22剩余氨水中间槽；23除焦油器；24高压氨水；25氮气加热器；26鼓风机水封槽,第二节 煤气在初冷器的冷却,冷凝液（上段和下段），经水封槽，至冷凝液循环槽，再经冷凝液循环泵送至初冷器上下段喷淋洗涤除萘及焦油，循环使用。下段冷凝液循环槽多余的冷凝液溢流至上段冷凝液循环槽，上段冷凝液循环槽多余部分由泵抽送至机械化氨水澄清槽。,澄清后分离成三层氨水、焦油、焦油渣,冷凝水封槽是为顺利排出管道中煤气冷凝下来的水和焦油的一个设备的名称。工作原理:用从煤气管道或设施中排出的煤气冷凝液做为煤气密封的介质，利用冷凝液与煤气的不相溶性和冷凝液的重量形成的压差，在煤气水封中形成一道阻碍煤气通过的液柱，防止煤气泄漏或空气吸入煤气系统.所以冷凝液水封具有排液和隔绝空气的作用。,直接冷却：煤气的直接初步冷却，是在直接冷却塔内由煤气和冷却水直接接触传热完成的。中国有些小型焦化厂大都用直接初冷流程。,优点：比间接法冷却效率较高，煤气压力损失小，基建投资较少等。缺点：动力消耗较大，循环氨水冷却器易腐蚀易堵塞、各澄清池污染严重，大气环境恶劣等缺点。因此目前大型焦化厂还很少单独采用这种煤气直接冷却流程。,钢板焊制中空直立塔在顶段和中段各安设六个喷嘴来喷洒2528的循环氨水降温：煤气出口温度可冷却到接近于循环氨水入口温度(温差24)；净化：洗除部分焦油、萘、氨和硫化氢蒸汽定期吹扫,直接式冷却塔型式：木格填料塔，金属隔板塔和空喷塔等多种型式，其中空喷塔已在大型焦化厂的间接直接初冷流程中得到使用。,煤气直接冷却的初冷流程：,1一气液分离器；2一焦油盒；3、4一直接式木格填料初冷塔；5一鼓风机；6一氨水冷却器；7一氨水池；8一焦油氨水澄清池；9一泵；,间冷和直冷结合的煤气初冷煤气的直接初冷法，不仅冷却了煤气，且具有净化煤气效果良好、设备结构简单造价低及煤气阻力小等优点。间冷直冷结合的煤气初冷工艺即是将二者优点结合的方法，在国内外大型焦化已得到采用。高温冷却阶段：间接冷却低温冷却阶段：直接冷却高温冷却阶段50-55：间接冷却？集气管来的煤气几乎为水蒸汽所饱和，水蒸汽热焓约占煤气总热焓的94%，所以煤气在高温阶段冷却所放出的热量绝大部分为水蒸汽冷凝热，因而传热系数较高；在温度较高时(高于52)，萘不会凝结造成设备堵塞。,低温冷却阶段：直接冷却？低温冷却阶段，由于煤气中水汽含量已大为减少，气体对壁面间的对流传热系数低，同时萘的凝结也易于造成堵塞。所以，此阶段宜采用直接冷却。,c:间-直联合煤气间直联合冷却的初冷流程：,1一煤气入口；2一冷却水管；3一冷凝液冷却器；4一冷却水进口；5一煤气出口；6一冷凝液泵；7一冷凝液满流管；8一直冷段冷凝液池；9一直冷段冷凝液入口；10一冷却水进口；11一去直冷段的冷凝液管；12一冷却水出口,直冷塔内喷洒用的洗涤液在冷却煤气的同时，还吸收硫化氢，氨及萘等，并逐渐为萘饱和。采用螺旋板式冷却器来冷却闭路循环的洗涤液，可以减轻由于萘的沉积而造成的堵塞。,焦油和氨水的分离,一、焦油氨水混合物的性质及分离要求 1、重质焦油：在用循环氨水于集气管内喷洒荒煤气时，约60%的焦油冷凝下来，这种集气管焦油是重质焦油，黏度较大，其中混有一定数量的焦油渣。2、焦油渣：内含有煤尘、焦粉，炭化室顶部热解产生的游离碳及清扫上升管和集气管时所带入的多孔物质。因其与集气管焦油的密度差小，粒度小，易与焦油黏附在一起，所以难以分离。3、轻质焦油：煤气在初冷器中冷却，冷凝下来的焦油为轻质焦油。其轻组分含量较多，粘度小。4、混合焦油：在两种氨水混合分离流程中，轻质焦油和重质焦油的混合物称之为混合焦油。焦油渣易于沉淀下来，混合焦油质量明显改善。但在焦油中仍存在一些浮焦油渣，给焦油分离带来一定困难。,焦油的脱水直接受温度和循环氨水中固定铵盐含量的影响，在8090和固定铵盐浓度较低情况下，焦油与氨水较易分离。因此，在独立的氨水分离系统中，集气管焦油脱水程度较差，而在采用混合氨水分离流程时，混合焦油的脱水程度较好，但只进行一步澄清分离仍不能达到要求的脱水程度，还须在焦油贮槽内保持8090条件下进一步脱水。,二、焦油氨水分离的意义 循环氨水中不应有焦油和固体颗粒，否则堵塞喷嘴。焦油精制加工若有水存在，将增大耗热量和用水量，增大设备容积、阻力。温度高于250oC,析出HCl和SO3，腐蚀设备。焦油中固体颗粒，破坏沥青质量，焦油渣沉积影响设备操作。三、氨水、焦油、油渣分离困难 焦油黏度大，难以沉淀分离 焦油中极性化合物与水形成乳化液 焦油渣密度与焦油密度相近难以沉淀分离,四、澄清分离设备焦油、氨水和焦油渣混合物：悬浮液和乳浊液焦油和氨水的密度差较大，容易分离。根据分离粗悬浮液的沉降原理制作焦油氨水澄清分离设备。主要有卧式机械化氨水澄清槽、立式焦油氨水分离器、双锥形氨水分离器等。广泛应用的是卧式机械化氨水澄清槽。,卧式机械化氨水澄清槽,一端为斜底，断面为长方形的钢板焊制容器纵向格板分成平行的两格，各设有刮板输送机，用一套由电动机和减速机组成的传动装置带动。,卧式机械化氨水澄清槽,焦油，氨水和焦油渣由入口管经承受隔室进入澄清槽，使之均匀分布在焦油层的上部。,卧式机械化氨水澄清槽,澄清后（约半小时）：氨水经溢流槽流出；槽下部的焦油经液面调节器引出；槽底的焦油渣由刮板刮送至前伸的头部漏斗内排出。,卧式机械化氨水澄清槽,为阻挡浮在水面的焦油渣，在氨水溢流槽附近设有高度为0.5m的木档板。,氨水、焦油、油渣分离方法,加压沉降分离：120140，水分蒸发掉，降低焦油的黏度，沉降分离效果提高,离心分离再用氨水洗：离心分离改善焦油和油渣的分离。,氨水洗涤：改善焦油与焦油渣的分离。,3.煤气输送鼓风机作用 为了克服煤气的输送阻力及保持送出煤气有足够压力操作与维护 较低温度 及时排出机下冷凝液 及时用蒸汽吹扫冷凝液排出管,总压头：现代使用的鼓风机总压头为3036KPa机前最大负压-5-4KPa，机后压力2030KPa。种类：离心式（大厂），罗茨风机（小厂）,离心式鼓风机:离心式鼓风机由固定的机壳和在机壳内高速旋转的转子组成。转子上有一个至数个工作叶轮；工作叶轮由两个平行的圆盘构成，圆盘之间用固定叶片连接。煤气由吸入管导入第一个工作叶轮的中心，并随高速旋转的叶轮做高速运动，并因离心力作用沿叶轮的叶片向周边扩散，进入叶轮边缘与壳体之间的空间。因此，煤气速度减慢，体积膨胀并产生压力。由于压力的作用，煤气顺着固定在壳体上的固定叶片返回到第二个工作叶轮的中心，重复上述过程。如此，煤气依次进入各个叶轮，压力逐渐增大，由最末一个叶轮边缘排出机外，沿压出管送出,两种鼓风机：,罗茨鼓风机:利用转子转动时的容积变化来吸入和排出煤气，用电动机驱动。罗茨鼓风机有一铸铁外壳，壳内装有两个“8”字形的用铸铁或铸钢制成的空心转子，并将气缸分成两个工作室。两个转子装在两个互相平行的轴上，在这两个轴上又各装有一个互相咬合、大小相同的齿轮，当电动机经由皮带轮带动主轴转子时，主轴上的齿轮又带动了从动轴上的齿轮，所以两个转子做相对反向转动，此时一个工作室吸入气体，由转子推入另一个工作室而将气体压出 罗茨鼓风机的特点是输气量随着内压变化几乎保持一定，即风压稍有变化，但风量几乎不变,4.煤气净化（1）煤气脱焦油雾意义 硫酸胺工序：形成酸焦油使母液起泡，污染设备和溶液。对洗苯：使洗液焦油的质量变坏。对脱硫：焦油雾使脱硫率变小。电捕焦油器a:原理 管子中心为负极，管壁则取为正极（内部产生负离子），焦油雾（特别是含水和盐）经过管子的电场时变成带负电荷的质点，故沉积在管壁而被捕集，并汇流到下部导出。,b:流程中位置 鼓风机前：煤气温度低，利于焦油、萘晶粒析出；但机前为负压，绝缘子处易着火。鼓风机后：较安全，煤气焦油含量少于机前，焦油雾滴也大于机前。,负压不宜密封，空气容易进入，易爆炸。,1、氨必须回收的原因氨被终冷水吸收，在凉水架喷洒冷却时又解吸进入到大气，造成污染。氨与氰化氢化合，生成溶解度高的复合物，加剧了腐蚀作用。煤气中氨在燃烧时生成有毒的、有腐蚀的氧化氮。氨在粗苯回收中能使油和水形成稳定的乳化液，妨碍油水分离。2.氨回收的原理 水洗吸收NH3+H2O NH3H2O NH4+OH-,4.3氨和吡啶的回收,达标：煤气中氨含量不超过0.03g/m3注意：完全回收条件：化学吸收溶液上氨的平衡蒸气压接近于零；吸收速度由煤气的扩散速度决定；吸收温度低于60，防止高温下吸收形成盐类的水解促进吸收反应平衡向正反应方向移动，采用酸性溶液吸收；酸性溶液：硫酸（75%-76%或90%-93%）和磷酸,3.回收氨的方法 磷酸吸收法（无水氨的生产产品：液氨）,一、饱和器法生产硫酸铵:1、工艺特点原理：用硫酸过饱和过程吸收氨，饱和器内就析出结晶，结晶在结晶槽成长。产品特点：饱和器法生产硫酸铵颗粒小。饱和器特点:一器两用：一是吸收氨和吡啶碱；二是硫铵结晶。硫酸浓度为75%-76%或90%-93%2、简述流程,使煤气（60-70oC或更高）能蒸发掉多余水分，保持水平衡。采用列管式换热器，煤气走管内，管外为蒸气,母液：饱和器中被硫酸铵和硫酸氢铵所饱和的硫酸溶液。,分为：鼓泡式和喷淋式,煤气泡沸伞：使煤气均匀分布并呈泡沸状穿过母液，同时增大气液接触面积,泡沸伞浸入母液深度：泡沸伞煤气出口上缘至饱和器满流口下缘的垂直距离一般200-300mm，保证煤气和母液有足够的接触体积和时间，满足含氨量低于0.03g/m3,液封高度：泡沸伞浸没深度与满流口内液面高度（与母液循环量和饱和器结构有关）之和。是影响吸收效率和饱和器阻力的主要因素。,强制喷出母液循环溶液，进行循环搅拌,防止煤气夹带过多的酸雾,母液搅拌程度结晶成长条件好母液循环量 满流口液面高度液封高度气液吸收效率 缺点：煤气阻力增加一般控制为饱和器有效容积的2-3倍,3、操作条件（酸洗条件）a:温度（5055）为得大结晶颗粒，在较低温度下操作适宜。但为了保持水平衡应高于4550.b:酸度 饱和器的酸度要保持过量，以防止水解和改善氨的回收，但酸度高结晶颗粒小，需要综合考虑。C:杂质 母液中杂质对饱和器操作不利。d:搅拌 搅拌利于获得大的结晶颗粒搅拌方式 通过泡沸伞和母液循环泵搅拌饱和器晶粒小的原因：a、结晶在饱和器底部停留时间短 b、搅拌作用不充分,二、无饱和器法生产硫酸铵1、工艺特点原理：利用硫酸做吸收剂，在喷洒式酸式塔内，不饱和过程吸收氨，不饱和硫酸铵溶液在结晶槽中结晶。特点：结晶颗粒比饱和器法生产的硫酸铵颗粒大；煤气 阻力小2、工艺流程,含4个单喷头，用2-3%的循环母液喷洒，大部分氨在此吸收。,含5个单喷头，用3-4%的循环母液喷洒,含氨量低于0.1g/m3,存在浓度梯度控制母液不达到饱和,保持水平衡,硫酸铵含量达40-42%,结晶槽（2）：母液三层：最上部：不含结晶的母液（进入满流槽，再用泵送回到母液循环槽）中部：含小结晶颗粒的母液（经循环泵送到加热器再经蒸发器，浓缩后流回结晶槽）下部：含大结晶颗粒的母液（结晶长大并沉于底部用结晶泵送到供料槽，流入离心机）,三、无水氨的生产（弗萨姆法）工艺特点：产品：液氨设备简单，但氨气腐蚀性强，材质要求高。原理：利用磷酸铵的选择吸收的特点：,原理：,弗萨姆法原理图：,工艺流程图,无水氨工艺特点：克服硫酸铵耗电耗水，硫酸短缺价高的缺点；设备简单缺点：材质要求高，耐氨气腐蚀。,作业：1）鼓风机在初冷流程中安装位置？说明原因2）无饱和器法生产硫酸铵的原理？3）无水氨生产的原理？,煤的液化：,是把煤转化成液体燃料的过程。,（间接液化）,（直接液化）,煤的直接液化的原理,煤干燥-粉碎-制浆-入高压反应器,高温（450）高压（10-30MPa）,催化剂,油,煤炭直接液化技术的特点是工艺路线较短、原料煤消耗量较少、建厂投资及生产成本相对较低,有较好的经济竞争力。直接液化以褐煤、长焰煤、低阶烟煤等较低变质程度的煤为原料。,煤的间接液化,煤的间接液化是以煤基合成气（CO+H2)为原料,在一定的温度和压力下,充分地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺。包括煤炭气化制取合成气、气体净化与变换、催化合成烃类产品及产品分离和改质加工等过程。间接液化技术是1923年由德国的FranzFicher和HanbsTropsch提出的,故称为F-T合成。,煤间接液化合成油的典型工艺:煤经气化炉气化后转化为粗合成气,合成气经脱硫、脱氧净化后,依据采用的-合成反应器,经水汽变换反应调整为2/比为(1.52.1)进入固定床反应器合成烃;不同链长的烃经加工改质后即可得到汽油、柴油、煤油等,并可副产硬蜡;尾气可深冷分离得到低碳烯烃,或经齐聚反应增加油品收率,或重整为合成气返回用于合成烃;弛放气可用于供热、发电或合成氨等。,煤制油工业化的关键：开发出廉价高性能的合成工业催化剂；开发高效可靠的合成工业反应器；与现有成熟的或半成熟的配套工艺技术相结合,使全流程工艺集成优化,提高过程的效率和经济性。,