焦爐煤氣主組分分析方法研究

1、焦爐煤氣主組分分析方法研究焦爐煤氣主組分分析方法研究 前言 焦爐煤氣是在生產(chǎn)焦炭的過程中，煤在煉焦爐炭化室受熱分解，產(chǎn)生多種氣體，其中大部分碳氫化合物和氨被回收，余下的氣體、化學物質(zhì)的蒸氣和懸浮霧滴的混合物稱為焦爐煤氣。隨著我國對能源循環(huán)利用的日益重視，焦爐煤氣的利用越來越廣泛。煉焦工藝的不同，產(chǎn)生的焦爐煤氣的組分有很大差異。因此，正確測定焦爐煤氣各組分構(gòu)成，對高效利用焦爐煤氣，在經(jīng)濟建設(shè)中發(fā)揮重要作用至關(guān)重要。 第一章焦化工業(yè)生產(chǎn)概述 將各種經(jīng)過洗選的煉焦煤按一定比例配合后，在煉焦爐內(nèi)進行高溫干餾，可以得到焦炭和荒煤氣。將荒煤氣進行加工處理，可以得到多種化工產(chǎn)品和焦爐煤氣。焦炭是煉鐵的燃料和

2、還原劑，它能將氧化鐵（鐵礦）還原為生鐵。焦爐煤氣發(fā)熱值高，是鋼鐵廠及民用的優(yōu)質(zhì)燃料，又因其組分眾多，用途更加廣泛。 焦炭主要用于高爐冶煉，其次供鑄造、氣化、有色金屬生產(chǎn)和制電石，它們對焦炭有著不同的要求，其中高爐煉鐵對其用焦（冶金焦）的質(zhì)量要求是相當高的。 冶金焦在高爐冶練過程中起著熱源、還原劑、支承物三大作用。高爐煉鐵過程發(fā)生一系列復雜的物理、化學變化。最主要是鐵礦石（氧化鐵）轉(zhuǎn)化為金屬鐵。高爐狀況的順行、焦比、冶煉強度的高低，生鐵含硫、磷、硅成分的多少等等，冶金焦都起著很重要的作用，冶金焦是高爐生產(chǎn)不可缺少的主要原料之一。要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)冶金焦，必須合理地選擇和準備煉焦用煤，正確地掌握煉焦操作。

3、 一、煉焦原理及方法 （一）煉焦原理 煉焦原理 煉焦生產(chǎn)，基本原料是煉焦煤。將煉焦煤在密閉的焦爐內(nèi)隔絕空氣高溫加熱放出水分和吸附氣體，隨后分解產(chǎn)生煤氣和焦油等，剩下以碳為主體的焦炭。這種煤熱解過程通常稱為煤的干餾。 煤的干餾分為低溫干餾、中溫干餾和高溫干餾三種。它們的主要區(qū)別在于干餾的最終溫度不同，低溫干餾在500600，中溫干餾在700800，高溫干餾在9001000。目前的煉焦爐絕大多數(shù)屬于高溫煉焦爐，主要生產(chǎn)冶金焦、煉焦煤氣和煉焦化學產(chǎn)品。這種高溫煉焦過程，就是高溫干餾。 煉焦煤的熱解過程 煉焦煤在隔絕空氣高溫加熱過程中生成焦炭，它具有下列特性：當被加熱到400左右，就開始形成熔融的膠質(zhì)

4、體，并不斷地自身裂解產(chǎn)生出油氣，這類油氣經(jīng)過冷凝、冷卻及回收工藝，得到各種化工產(chǎn)品和凈化的焦爐煤氣。 當溫度不斷升高，油氣不斷放出，膠質(zhì)體進一步分解，部分氣體析出，而膠質(zhì)體逐漸固化成半焦，同時產(chǎn)生出一些小氣泡，成為固定的疏孔。溫度再升高，半焦繼續(xù)收縮，放出一些油氣，最后生成焦炭。 （二）煉焦方法 機械化焦爐生產(chǎn) 煤料從爐頂部的裝煤孔或機側(cè)（搗固焦）裝入炭化室，由兩側(cè)燃燒室傳來的熱量，將煤料在隔絕空氣的條件下加熱至高溫。加熱過程中，煤料熔融分解，所生成的氣態(tài)產(chǎn)物由炭化室頂端部的上升管逸出，導入煤氣凈化處理系統(tǒng)，可得到化學產(chǎn)品及煤氣；殘留在炭化室內(nèi)的固化成焦炭。煤料分解固化過程完成后，將炭化室兩側(cè)

5、的爐門打開，用推焦機將焦炭推出，落入熄焦車（或干法熄焦裝置）。赤熱的焦炭可用水熄滅，或用惰性氣體將余熱導走，冷卻后即得到可使用的焦炭。機械化焦爐（頂裝）目前國內(nèi)采用爐型主要有 JN型、 JNX型、以及58型、66型、70型。另外還有一種3號簡易焦爐。 土法煉焦 煉焦煤（多為單種焦煤、配煤、焦肥煤）在普通粘土磚窯爐內(nèi)（目前國內(nèi)多用75型、89型、91型、95型、96型、趙城連體爐）以土法煉焦工藝生產(chǎn)的可燃固體產(chǎn)物。 在爐窯內(nèi)不隔絕空氣的條件下，借助窯爐邊墻的點火孔人工點火，將堆放在窯內(nèi)的煉焦煤點燃，靠煉焦煤自身燃燒熱量逐層將煤加熱（直接火加熱部分）；煤燃燒產(chǎn)生的廢氣與未燃盡的大量煤裂解產(chǎn)物形成的

6、熱氣流，經(jīng)窯室側(cè)壁的導火道繼續(xù)燃燒，并將部分熱傳入窯內(nèi)（間接加熱部分）。高溫燃氣流（800則夾帶著未燃盡的煤裂解物化學產(chǎn)品排入大氣。這個過程延續(xù)天，焦炭成熟，從人工點火孔注水熄焦、冷爐、扒焦。 土法煉焦結(jié)焦周期長、成焦率低、煤耗高、焦炭灰分高（燃燒一部分煤造成的）。煉焦化學產(chǎn)品或被燒掉或隨高溫廢氣流排入大氣，不僅不能綜合利用煉焦煤，還對大氣造成嚴重污染。 型焦 型焦是由煤粉等型焦用料加壓成型煤，再經(jīng)炭化處理制成的，也有把型煤經(jīng)氧化熱處理或型焦炭化爐氧化處理或自熱硬化處理制成型塊稱為型焦。根據(jù)處理的工藝方式，可分為冷壓型焦和熱壓型焦。 其它工藝生產(chǎn) 其它工藝生產(chǎn)焦炭，主要有連續(xù)徊轉(zhuǎn)窯、立式爐等爐

7、型生產(chǎn)的焦炭。 二、焦爐煤氣的凈化 煉焦煤在焦爐炭化室內(nèi)進行干餾時，在高溫作用下，煤質(zhì)發(fā)生了一系列的物理化學變化，同時也析出了水蒸氣和煤氣（即荒煤氣）。煤氣由炭化室出來經(jīng)上升管到集氣管，以循環(huán)氨水噴淋使煤氣降溫、冷卻，而分離出焦油和氨水；經(jīng)吸氣管到回收車間的初冷器到鼓風機，煤氣經(jīng)過冷卻和用各種吸收劑處理，可提取出焦油、氨、粗苯等化工產(chǎn)品，并得到凈化的焦爐煤氣。 第二章焦爐煤氣的用途 焦爐煤氣的用途主要有以下四個方面：燃料氣、化工原料(包括還原劑)、制氫和多聯(lián)產(chǎn)利用。 1.焦爐煤氣用作燃料：焦爐煤氣作燃料的用途主要有工業(yè)燃氣，民用燃氣和發(fā)電。 工業(yè)燃氣：焦爐煤氣作為氣體燃料，可用于生產(chǎn)鋁礬土、金

8、屬鎂、水泥、建材、耐火材料和鋼鐵企業(yè)的軋鋼，在使用過程中可降低污染和提高產(chǎn)品質(zhì)量。 民用燃氣：上世紀80年代初期，我國建設(shè)了一批焦爐制氣廠，如北京焦化廠、上海焦化廠、昆明焦化制氣廠等等。隨著西氣東輸工程的實施，沿線大中城市作為民用燃料的焦爐煤氣將逐漸被天然氣替代。但是，焦爐煤氣用作城鎮(zhèn)民用燃料仍有一定需求量。 用于發(fā)電：焦爐煤氣發(fā)電有三種方式，即蒸汽發(fā)電、燃氣輪機發(fā)電和內(nèi)燃機發(fā)電。蒸汽輪機發(fā)電是一種傳統(tǒng)的技術(shù)，它利用鍋爐直接燃燒焦爐煤氣生產(chǎn)蒸汽，利用蒸汽輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，熱效率可達90%。 2.焦爐煤氣還可用作化工原料和還原劑。 用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品：焦爐煤氣中富含氫氣，甲烷含量亦較高。通過重整

9、反應(yīng)將甲烷轉(zhuǎn)化為氫氣和一氧化碳即合成氣,進而用于生產(chǎn)化工產(chǎn)品。 用于合成油：將焦爐煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣，以合成氣為原料用F-T技術(shù)可生產(chǎn)合成油。理論上合成油的最大產(chǎn)率為208g/m3(CO+H2)。生產(chǎn)合成油是焦爐煤氣利用的途徑之一。 用作還原劑生產(chǎn)海綿鐵：在焦爐煤氣轉(zhuǎn)化過程中，煤氣中CH4轉(zhuǎn)化成H2和CO，產(chǎn)品氣是以H2和CO為主要成分的還原性氣體。這種還原氣可以直接還原含雜質(zhì)較少的高品位鐵礦，以生產(chǎn)海綿鐵。近年來，國內(nèi)外電爐煉鋼迅猛發(fā)展，國外電爐鋼占總鋼產(chǎn)量的40%以上。電爐煉鋼的發(fā)展促進了直接還原鐵海綿鐵的快速發(fā)展。 3.焦爐煤氣還可以用于制氫 焦爐煤氣含氫54%-59%,采用變壓吸附技術(shù)(

10、PSA)可從焦爐煤氣中提取高純度(99.9%左右)的氫。也可將焦爐煤氣重整轉(zhuǎn)化為合成一氧化碳和氫氣，再通過水煤氣變換反應(yīng)將焦爐煤氣轉(zhuǎn)化成為氫氣。 4.以焦爐煤氣和氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng) 相比于傳統(tǒng)的煤炭利用工藝，多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)可以大幅度提高資源和能源的利用效率，因此，煤的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)已成為我國能源領(lǐng)域中的熱點。煤焦化和煤氣化為龍頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是煤熱解氣化、燃氣輪機發(fā)電、蒸汽輪機發(fā)電以及合成氣合成化學品單元過程的優(yōu)化集成，計算表明，該系統(tǒng)資源和熱能利用效率高，經(jīng)濟效益好。在多聯(lián)產(chǎn)模式中以焦爐煤氣和氣化氣為源頭的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)了焦爐煤氣的科學合理使用。 第三章焦爐煤氣的主要成分 焦爐煤氣的可燃成分多,高達90% ,主要成分是H