煤炭焦化又稱煤炭高溫干餾。以煤為原料，在隔絕空氣條件下，加熱到1000℃左右，經高溫干餾生產焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油并回收其它化工產品的一種煤轉化工藝。 為保證焦炭質量，選擇煉焦用煤的最基本要求是揮發分、粘結性和結焦性；絕大部分煉焦用煤必須經過洗選，以保證盡可能低的灰分、硫分和磷含量。選擇煉焦用煤時，還必須注意煤在煉焦過程中的膨脹壓力。用低揮發分煤煉焦，由于其膠質體粘度大，容易產生實高膨脹壓力，會對焦爐砌體造成損害，需要通過配煤煉焦來解決。

產品和用途

煤經焦化后的產品有焦炭、煤焦油煤氣和化學產品3類。

　　（1）焦炭。煉焦最重要的產品，大多數國家的焦炭90%以上用于高爐煉鐵，其次用于鑄造與有色屬冶煉工業，少量用于制取碳化鈣、二硫化碳、元素磷等。在鋼鐵聯合企業中，焦粉還用作燒結的燃料。焦炭也可作為制備水煤氣的原料制取合成用的原料氣。

　　（2）煤焦油。焦化工業的重要產品，其產量約占裝爐煤的3%~4%，其組成極為復雜，多數情況下是由煤焦油工業專門進行分離、提純后加以利用

（3）煤氣和化學產品。氨的回收率約占裝爐煤的0.2%~0.4%，常以硫酸銨、磷酸銨或濃氨水等形式作為最終產品。粗苯回收率約占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有機合成工業的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但為了經濟效益，也是為了環境保護的需要。經過凈化的煤氣屬中熱值煤氣，發熱量為17500kj/Nm3左右，每噸煤約產煉焦煤氣300~400 m3，其質量約占裝爐煤的16%~20%，是鋼鐵聯合企業中的重要氣體燃料，其主要成分是氫和甲烷，可分離出供化學合成用的氫氣和代替天然氣的甲烷。

煤焦化工藝

焦化廠主要生產車間：

備煤車間（煤倉、配煤室、粉碎機室、皮帶機運輸系統、煤制樣室）

煉焦車間（煤塔、焦爐、裝煤設施、推焦設施、攔焦設施、熄焦塔、篩運焦工段(包括焦臺、篩焦樓)）

煤氣凈化車間（冷鼓工段(包括風機房、初冷器、電捕焦油器等設施)

脫氨工段(包括洗氨塔、蒸氨塔、氨分解爐等設施) 

粗苯工段(包括終冷器、洗苯塔、脫苯塔等設施)）

公輔設施（廢水處理站、供配電系統、給排水系統、綜合水泵房、備煤除塵系統、篩運

焦除塵系統、化驗室等設施、制冷站）等。

一、原料煤的準備

備煤車間的生產任務是給煉焦車間提供數量充足、質量合乎要求的配合煤。其工藝流程為：原料煤→受煤坑→煤場→斗槽→配煤盤→粉碎機→煤塔。

1、煤原料的特性及配煤原則

①氣煤 氣煤的煤化程度比長焰煤高，煤的分子結構中側鏈多且長，含氧量高。在熱解過程中，不僅側鏈從縮合芳環上斷裂，而且側鏈本身又在氧鍵處斷裂，所以生成了較多的膠質體，但黏度小，流動性大，其熱穩定性差，容易分解。在生成半焦時，分解出大量的揮發性氣體，能夠固化的部分較少。當半焦轉化成焦炭時，收縮性大，產生了很多裂紋，大部分為縱裂紋，所以焦炭細長易碎。

在配煤中，氣煤含量多，將使焦炭塊度降低，強度低。但配以適當的氣煤，可以增加焦炭的收縮性，便于推焦，又保護了爐體，同時可以得到較多的化學產品。由于中國氣煤儲存量大，為了合理的利用煉焦煤的資源，在煉焦時應盡量多配氣煤。

②肥煤

肥煤的煤化程度比氣煤高，屬于中等變質程度的煤。從分子結構看，肥煤所含的側鏈較多，但含氧量少，隔絕空氣加熱時能產生大量的相對分子質量較大的液態產物，因此，肥煤產生的膠質體數量最多，其最大膠質體厚度可達25mm以上，并具有良好的流動性，且熱穩定性也好。肥煤膠質體生成溫度為320℃，固化溫度為460℃，處于膠質體狀態的溫度間隔為140℃。如果升溫速度為3℃/min，膠質體的存在時間可達50min，因此決定了肥煤黏結性最強，是中國煉焦煤的基礎煤種之一。由于揮發性高，半焦的熱分解和熱縮聚都比較劇烈，最終收縮量很大，所以生成焦炭的類問較多，又深又寬，且多以橫裂紋出現，故易碎成小塊，耐磨性差，高揮發性的肥煤煉出的焦炭的耐磨強度更差一些。肥煤單獨煉焦時，由于膠質體數量多，又有一定的黏結性，膨脹性較大，導致推焦困難。

在配煤中，加入肥煤后，可起到提高黏結性的作用，所以肥煤是煉焦配煤中的重要組分，并為多配入黏結性較差的煤提供了條件。

③焦煤

焦煤的變質程度比肥煤稍高，揮發性比肥煤低，分子結構中大分子側鏈比肥煤少，含氧量較低。熱分解時產生的液態產物比肥煤少，但熱穩定性更高，膠質體數量多，黏性大，固化溫度較高，半焦收縮量和收縮速度均較小，所以煉焦出的焦炭不僅耐磨強度高、焦塊大、裂紋少，而且抗碎強度也好。就結焦性而言，焦煤是最好的能煉制出高質量焦炭的煤。

配煤時，焦煤的配入量可在較寬的范圍內波動，且能獲得強度較高的焦炭。所以配入焦煤的目的是增加焦炭的強度。

④瘦煤

瘦煤的煤化程度較高，是低揮發性的中等變質程度的黏結性煤，加熱時生成的膠質體少，黏度大。單獨煉焦時，能得到塊度大、裂紋少、抗碎強度高的焦炭，但焦炭的熔融性很差，焦炭的耐磨性也差。在配煤時配入瘦煤可以提高焦炭的塊度，作為煉焦配煤效果較好。

為了保證焦炭的質量，利于生產操作，配煤應遵循以下原則：

①配合煤的性質與本廠的煤料預處理工藝以及煉焦條件相適應，保證煉出的焦炭質量符合規定的技術質量指標，滿足用戶的需求。

②焦爐生產中，注意不要產生過大的膨脹壓力，在結焦末期要有足夠的收縮度，避免推焦困難和損壞爐體。

③充分利用本地區的資源，做到運輸合理，盡量縮短煤源的平均距離，便于車輛的調配，降低生產成本。

④在盡可能的情況下，適當多配一些高揮發性的煤，以增加化學產品的產率。

⑤在保證煤炭質量的前提下，應多配氣煤等弱黏結性煤，盡量少用優質焦煤，努力做到合理利用中國的煤炭資源。

褐煤 褐煤是煤化程度最低的煤，變質程度只比泥炭高，在隔絕空氣加熱時不產生膠質體，也沒有黏結性。不能單獨煉成焦炭，但在配煤中加入少量褐煤以增加配煤的揮發分，以取得一定的成果。如果采用特殊的工藝處理，褐煤也可以煉焦，但是工藝復雜。

長焰煤 長焰煤是煙煤中煤化程度最低的煤，變質程度比褐煤高。其含氧量高，高沸點液態產物少，膠質層厚度小于5mm，因此結焦性能很差，在普通焦爐中不能煉出合格的焦炭。若采用壓緊、薄裝及快速加熱的方法等，可在土焦爐中煉制出細長條的焦炭。

配煤時，加入少量長焰煤可起到瘦化作用。但長焰煤的配入量較高時，會使焦炭的耐磨強度降低，特別當配煤中肥煤含量低的時候，焦炭質量會顯著變壞，因此在配入長焰煤時鹽注意dui焦炭質量的影響。長焰煤的脆性小，一般難以粉碎，若配入長焰煤時，最好將其單獨粉碎，以免影響焦炭質量的均勻性。

 

 

2、配煤過程

配煤煉焦的定義

將兩種或兩種以上的單獨煤，均勻地按適當的比例配合，使各種煤之間取長補短，生產出優質焦炭，并能合理利用煤炭資源，增加煉焦化學產品。

配煤原則

以氣、肥煤為基礎煤種，適當的配入焦炭，使粘結成分、瘦化成分比例適當，并盡量多配高揮發分弱黏結煤。

當需要哪種煤時，用堆取料機通過皮帶把煤輸送到斗槽里，斗槽里的煤再次通過皮帶送向配煤盤按要求進行配煤。焦化廠配煤比一般為：氣煤28%，焦煤45%，肥煤18%，瘦煤9%。在進行配煤時，焦化廠采用的是利用核子秤進行衰減，通過信號的轉換傳到電腦上進行控制的。信號控制流程為：Cs-137→煤料→（衰減）電離室→（惰性氣體）電流→放大器、變送單元→稱重頻率信號、變速信號→電腦系統。

3、煤的粉碎

焦化廠備煤車間的原料煤的精細度為70%～80%，含義為＜3mm的煤料占總重量的百分數。在進入粉碎機之前，一部分達到原料煤細度的煤直接由皮帶運往煤塔，另一部分未達標的由配煤工段運來的配合煤則先經除鐵裝置將煤料中的鐵件吸凈后進入粉碎機，再由皮帶運往煤塔。在焦化廠的配煤車間用的是可逆錘式粉碎機，在粉碎機旁還設有除塵裝置。

二、煉焦

所謂高溫煉焦，就是煤在隔絕空氣加熱到950-1050℃，經過干燥、熱解、熔融、黏結、固化、收縮等過程最終得到焦炭。

1、煉焦生產工藝流程

由備煤車間送來的配合煤裝入煤塔，裝煤車按作業計劃從煤塔取煤，經計量后裝入炭化室內。煤料在炭化室內經過一個結焦周期的高溫干餾制成焦炭并產生荒煤氣。

炭化室內的焦炭成熟后，用推焦車推出，經攔焦車導入熄焦車內，并由電機車牽引熄焦車到熄焦塔內進行熄焦。熄焦后的焦炭卸至涼焦臺上，冷卻一定時間后送往篩焦工段，經篩分按級別貯存待運。

煤在炭化室干餾過程中產生的荒煤氣匯集到炭化室頂部空間，經過上升管、橋管進入集氣管。約700℃左右的荒煤氣在橋管內被氨水噴灑冷卻至90℃左右。荒煤氣中的焦油等同時被冷凝下來。煤氣和冷凝下來的焦油等同氨水一起經過吸煤氣管送入煤氣凈化車間。

焦爐加熱用的焦爐煤氣，由外部管道架空引入。焦爐煤氣經預熱后送到焦爐地下室，通過下噴管把煤氣送入燃燒室立火道底部與由廢氣交換開閉器進入的空氣匯合燃燒。燃燒后的廢氣經過立火道頂部跨越孔進入下降氣流的立火道，再經蓄熱室，又格子賺把廢氣的部分顯熱回收后，經過小煙道、廢氣交換開閉器、分煙道、總煙道、煙囪排入大氣。

2、焦爐結構分析

現代焦爐爐體最上部是爐頂，爐頂之下為相間配置的燃燒室和炭化室，爐體下部有蓄熱室和連接蓄熱室和燃燒室的斜道區，每個蓄熱室下部的小煙道通過交換開閉器與煙道連接。煙道設在焦爐基礎內或基礎兩側，煙道末端通向煙囪。因此焦爐由三室兩區組成，即炭化室、燃燒室、蓄熱室、斜道區、爐頂區和基礎部分。

1）炭化室

炭化室是接受煤料并對裝爐煤料隔絕空氣進行干餾焦碳的爐室，一般由硅質耐火材料砌筑而成。炭化室位于兩側燃燒室之間，頂部由3-4個加煤孔，并有1-2個導出干餾煤氣的上升管，它的兩端為內襯耐火材料的鑄鐵爐門。

2）燃燒室

燃燒室位于炭化室兩側，是煤氣燃燒的地方，煤氣與空氣在其中混合燃燒，產生的熱量傳給爐墻，間接加熱炭化室中煤料，對其進行高溫干餾。燃燒室一般用硅磚砌筑。其中成對的隔墻上部有跨越孔，下部取消了邊火道的循環孔，防止了短路。立火道底部的兩個斜道區出口設置在燃燒室中心線的兩側，

3）蓄熱室

蓄熱室作用就是利用蓄積廢氣的熱量來預熱燃燒所需的空氣和貧煤氣。燃燒室正下方為主墻，主墻內有垂直磚煤氣道，焦爐煤氣由地下室煤氣與主管經此道送入立火道底部與空氣混合燃燒。由于主墻兩側氣流導向，中間又有磚煤氣道，壓差大容易串漏。為使蓄熱室長向氣流均勻分布，采用擴散式箅子磚，配置不同孔徑的擴散或收縮孔型，蓄熱室隔墻均用硅磚砌筑，且其內表面襯有黏土磚。

4）斜道區

連接蓄熱室和燃燒室的通道為斜道區，它位于蓄熱室頂部和燃燒室底部之間，用于導入空氣和煤氣，并將其分配到每個立火道中，同時排除廢氣。燃燒室的每個立火道與其相應的斜道相連，當用焦爐煤氣加熱時，由兩個斜道送入空氣和導出廢氣，而焦爐煤氣由垂直磚煤氣道進入。當用貧煤氣加熱時，一個斜道送入煤氣，另一個斜道送入空氣，換向后兩個斜道均導出廢氣。斜道口布置調節磚，在確定斜道斷面尺寸時，一般應使斜道口阻力占上升氣流斜道總阻力的2/3-3/4；為了保持爐頭溫度，應使爐頭斜道出口斷面比中部大50%-60%；斜道口的傾斜角一般不應低于30°，斜道斷面逐漸縮小的夾角一般小于7°等等。

3、護爐機械設備

焦爐四大車有：裝煤車、推焦車、攔焦車和熄焦車。其中裝煤車是在焦爐爐頂上由煤塔取煤并往炭化室裝煤的焦爐機械，推焦車的作用是完成啟閉機械爐門、推焦、平煤等操作，攔焦車的作用是啟閉焦側爐門將炭化室推出的爐餅通過導焦槽導入熄焦車中以完成出焦操作，熄焦車的作用是用以接受炭化室推出的弘叫，并送往熄焦塔通過水噴灑而將其熄滅，然后再把焦炭卸至涼焦臺上。

加熱煤氣供入設備，大型焦爐一般為復熱式，可用兩種煤氣加熱，作用是向焦爐輸送和調節加壓煤氣。

荒煤氣導出設備包括：上升管、橋管、水封閥、集氣管、吸氣管、焦油盒以及相應的噴灑氨水系統。其作用為：一是將出爐荒煤氣順利導出，不致因爐門刀邊附近煤氣壓力過高而引起冒煙冒火，但又要保持和控制炭化室在整個結焦過程中為正壓；二是將出爐荒煤氣適度冷卻，不致因溫度過高而引起設備變形，阻力聲高和鼓風、冷凝的負荷增大，但又要保持焦油和氨水良好的流動性。

4、熄焦、篩焦過程和設備

焦化廠采用的是濕法熄焦，其熄焦系統包括熄焦塔、噴灑裝置、水泵、粉焦沉淀池及粉焦抓鉤等。熄焦過程為：熄焦車開進熄焦塔時，利用紅外線感受器，接收紅焦本身社出的紅外線而發出訊號電流，經電流放大觸發電路啟動熄焦水泵，并借助電子定時裝置控制熄焦時間。熄焦時大約有20%的水蒸發，未蒸發的水流入粉焦沉淀池，澄清后的水流入清水池循環利用。熄焦后的焦炭卸至涼焦臺上，停放30-40min,使其水分蒸發和冷卻，個別尚未全部熄滅的紅焦，再人工用水補充熄滅。

篩焦按粒度大小將焦炭分為60-80mm、40-60mm、25-40mm、10-25mm、﹤10mm等級別，主要設備有輥軸篩和共振篩。一般大型焦化廠均設有焦倉和篩焦樓，將大于40mm的焦炭用輥軸篩篩出，經膠帶機送往塊焦倉。輥軸篩下的焦炭經雙層振動篩分成其他三級，分別進入倉庫。

三、煉焦化學產品的回收

1、煤氣的初冷和焦油的回收

1）荒煤氣的主要成分有凈焦爐煤氣、水蒸氣、煤焦油氣、苯族烴、氨、萘、硫化氫、其他硫化物、氰化氫等氰化物、吡啶鹽等。

回收生產工藝的組成為：焦爐炭化室生成的荒煤氣在化學產品回收車間進行冷卻、輸送、回收煤焦油、氨、硫、苯族烴等化學產品，同時凈化煤氣。煤氣凈化車間由冷凝鼓風工段、HPF脫硫工段、硫銨工段、終冷洗苯工段、粗苯蒸餾工段等工段組成，其煤氣流程如下：荒煤氣→初冷器→電捕焦油器→鼓風機→預冷塔→脫硫塔→噴淋式飽和器→洗終冷塔→洗苯塔→凈煤氣。

回收煉焦化學產品具有重要的意義。煤在煉焦時，除有75%左右變成焦炭外，還有25%左右生成多種化學產品及煤氣。來自焦爐的荒煤氣，經冷卻和用各種吸收劑處理后，可以提取出煤焦油、氨、萘、硫化氫、氰化氫及粗苯等化學產品，并得到凈焦爐煤氣，氨可以用于制取硫酸銨和無水氨；煤氣中所含的氫可用于制造合成氨、合成甲醇、雙氧水、環己烷等，合成氨可進一步制成尿素、硝酸銨和碳酸氫銨等化肥；所含的乙烯可用于制取乙醇和三氯乙烷的原料，硫化氫是生產單斜硫和元素硫的原料，氰化氫可用于制取黃血鹽鈉或黃血鹽鉀；粗苯和煤焦油都是很復雜的半成品，經精制加工后，可得到的產品有：二硫化碳、苯、甲苯、三甲苯、古馬隆、酚、甲酚和吡啶鹽及瀝青等，這些產品有廣泛的用途，是合成纖維、塑料、染料、合成橡膠、醫藥、農藥、耐輻射材料、耐高溫材料以及國防工業的重要原料。           

來自焦爐82℃的荒煤氣，與焦油和氨水沿吸煤氣管道至氣夜分離器，氣夜分離后荒煤氣由上部出來，進入橫管式初冷器分兩段冷卻。上段用循環水，下段用低溫水將煤氣冷卻到21-22℃。由橫管式初冷器下部排出的煤氣，進入電捕焦油器，除掉煤氣中夾帶的焦油，再由鼓風機壓送至脫硫工段。

由氣夜分離器分離下來的焦油和氨水首先進入機械化氨水澄清槽，在此進行氨水、焦油和焦油渣的分離。上部的氨水流入循環氨水中間槽，再由循環氨水泵送到焦爐集氣管噴灑冷卻煤氣，剩余氨水送至剩余氨水槽。澄清槽下部的焦油靠靜壓流入焦油分離器，進一步進行焦油和焦油渣的沉降分解，焦油用焦油泵送往油庫工段焦油貯槽。機械化氨水澄清槽和焦油分離器底部沉降的焦油渣刮至焦油渣車，定期送往煤場，人工摻入煉焦煤中。

進入剩余氨水槽的剩余氨水用剩余氨水泵送入除焦油器，脫除焦油后自流到剩余氨水中間槽，再用剩余氨水中間泵送至硫銨工段剩余蒸氨裝置，脫除的焦油自流到地下放空槽。

2、脫硫工段（HPF脫硫法）

煤氣→預冷器→脫硫塔→液封槽→（脫硫液）反應槽→再生塔→泡沫塔→（清夜）反應槽

鼓風機后的煤氣進入預冷塔與塔頂噴灑的循環冷卻水逆向接觸，被冷至30℃，預冷后的煤氣進入脫硫塔，與塔頂噴淋下來的脫硫液逆流接觸以吸收煤氣中的硫化氫（同時吸收煤氣中的氨，以補充脫硫液中的堿源）。脫硫后煤氣被送入硫銨工段。

吸收了H2S、HCN的脫硫液自流至反應槽，然后用脫硫液泵送入再生塔，同時自再生塔底部通入壓縮空氣，使溶液在塔內得到氧化再生。再生后的溶液從塔頂經液位調節器自流回脫硫塔循環使用。

浮于再生塔頂部的硫磺泡沫，利用液位差自流入泡沫槽，硫泡沫經泡沫泵送入熔硫釜中，用中壓整齊熔硫，清夜流入反應槽，硫磺裝袋外銷。

為避免脫硫液鹽類積累影響脫硫效果，排出少量廢液送往配煤。

3、硫銨工段（噴淋式飽和器生產硫銨）

由脫硫及硫回收工段送來的煤氣經預熱器進入噴淋式硫銨飽和器上段的噴淋室，在此煤氣與循環母液充分接觸，使其中氨被母液吸收，然后經硫銨飽和器內的除酸器分離酸霧后送至洗脫苯工段。

在飽和器下部的母液，用母液循環泵連續抽出送至上段進行噴灑，吸收煤氣中的氨，并循環攪動母液以改善硫銨的結晶過程。飽和器母液中不斷有硫銨結晶生成，用結晶泵將其連同一部分母液送入結晶槽沉降，排放到離心機進行離心分離，濾除母液，得到結晶硫銨。離心分離出來的母液與結晶槽溢流出來的母液一同自流回飽和器。從離心機卸出來的硫銨潔凈，由螺旋輸送機送至沸騰干燥器。沸騰干燥器所需要的熱空氣是由送風機將空氣送入熱風器經蒸汽加熱后進行沸騰干燥，干燥后的硫銨進入硫銨儲槽，然后由包裝磅秤稱量、包裝送入硫銨倉庫。

4、終冷洗苯工段

自硫銨工段來的煤氣，進入終冷塔分二段用循環冷卻水與煤氣逆向接觸冷卻煤氣，將煤氣冷到一定溫度送至洗苯塔。同時，在終冷塔上段加入一定堿液，進一步脫除煤氣中的H2S。下段排出的冷凝液送至氰污水處理工段，上段排出的含堿冷凝液送至硫銨工段蒸氨塔頂。

從終冷塔出來的煤氣進入洗苯塔，經貧油洗滌脫除煤氣中的粗苯后送往各煤氣用戶。由粗苯蒸餾工段送來的貧油從洗苯塔的頂部噴灑，與煤氣逆向接觸吸收煤氣中的苯，塔底富油經富油泵送至粗苯蒸餾工段脫苯后循環使用。

5、粗苯蒸餾工段

從終冷洗苯裝置送來的富油進入富油槽，然后用富油泵依次送經油汽換熱器、貧富油換熱器，再經管式爐加熱后進入脫苯塔，在此用再生器來的直接蒸汽進行汽提和蒸餾。塔頂逸出的粗苯蒸汽經油汽換熱器、粗苯冷凝冷卻器后，進入油水分離器。分出的粗苯進入粗苯回流槽，部分用粗苯回流泵送至塔頂作為回流液，其余進入粗苯中間槽，再用粗苯產品泵送至油庫。
 

新澤儀器-hz