资源、环境和人口是当前困扰人类社会发展的三大问题，这三大问题与能源都有密切的关系。迄今为止，我国能源一直是以煤为主的多元化结构。
一次能源主要包括石油、天然气、煤、核电和水电，我国则以煤为主，煤占66.1%，石油24.6%，天然气2.5%，水电6.8%。所以中国形成了富煤少油缺气的能源格局。
1.1煤的形成
煤是由一定地质年代生长的繁茂植物在适宜的地质环境下，经过岁月漫长的煤化过程而形成的可燃矿物，属于化石燃料。占我国一次能源消费的66.1%;根据成煤植物的不同，煤可分为两大类，既腐植煤 和腐泥煤。前者起源于高等植物，在自然界中储量大，分布广。我们通常讲的煤都是腐植煤；后者起源于低等植物和浮游生物，储量很少。由于腐植煤在自然界中分布最广，储藏量最大，而且在煤炭利用和化学加工方面占有主要地位，我们炼焦用的煤都是腐植煤。
植物在整个成煤过程主要经过泥炭化作用和变质作用两个过程，不同的煤是不同的泥炭发展
到不同变质阶段的产物。因此，煤的性质和煤的生产过程密切相关。
根据变质程度的高低，腐植煤依次分为褐煤、烟煤和无烟煤。烟煤是炼焦生产的主要用煤，随着变质程度的加深，烟煤又分为长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、廋煤和贫煤。总体上根据变质程度的不同，植物演变成煤大致经过植物、泥炭、褐煤、烟煤、无烟煤五个阶段。
煤的低温干馏工业和干馏原理
一、煤的低温干馏概念
煤的低温干馏是除了煤的直接液化和间接液化意外，由煤制取清洁燃料的又一最为可行的技术路线。通过煤的低温干馏不仅可以获得洁净的液体和气体燃料，而且可以得到清洁的固体燃料及固体或液体化学品，同时从根本上实现了煤的分级和梯级深加工和利用，是发展循环经济和低碳经济的最佳技术途径之一。
二、焦化工业历史与革新
随着焦化工业的快速发展，中国也成为世界焦炭生产、消费及贸易大国。中国第一座机械化焦炉建于20世纪20年代，自50年代开始，自主设计，建设的焦炉成为产业发展的主流。陕北兰炭产业的起源可追述到上世纪八十年代中期，神府东胜煤矿开始建设，由于运输困难，煤炭加工利用的水平较低，为了提高煤的附加值，当地老百姓发明了堆烧生产兰炭的方法。由于生产工艺简单，投资小，产品应用领域广、价值高，因此，土法兰炭厂在本地得到了迅猛发展。但是，与此同时造成了严重的资源浪费和环境污染问题。上世纪九十年代中后期，通过技术改造和新工艺新方法的应用，陕北的土法兰炭生产逐渐被干馏炉炼焦工艺所取代，但由于兰炭生产企业分散、规模小、技术人才缺乏、无配套废水处理及自动化程度低等原因，导致这些兰炭企业仍存在煤气利用率低，废气、废水污染严重等问题。神木县委县政府为促进兰炭生产技术水平的提高，改善当地环境，实现煤炭高效转化和可持续发展，于2007年下大力气关闭所有小型兰炭企业，推广年产60万吨以上的大型兰炭生产新技术新工艺。 三、煤的干馏过程与干馏产物的应用
1、煤的干馏过程
干馏是指煤或油页岩等固体燃料在隔绝空气条件下进行加热分解成气、液、固三相产物的过程。按照干馏终温的不同，煤的干馏一般分为以下三类 :
1) 低温干馏 干馏温度：500-700℃，主要产品为煤气、焦油和半焦； 2）中温干馏 干馏温度：700-900℃，主要产品为城市煤气生产；
3）高温干馏 干馏温度：1000℃左右法律法规查询系统，主要产品为焦炭。
当煤料的温度高于100℃时，煤中的水分蒸发出；温度升高到200℃以上时，煤中结合水释出；高达350℃以上时,粘结性煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体（泥煤、褐煤等不发生此现象）；至400～500℃大部分煤气和焦油析出，称一次热分解产物；在450～550℃，热分解继续进行，残留物逐渐变稠并固化形成半焦；高于550QDFILM℃，半焦继续分解,析出余下的挥发物（主要成分是氢气），半焦失重同时进行收缩，形成裂纹；温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时，一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触，发生二次热分解，形成二次热分解产物（焦炉煤气和其他炼焦化学产品）。
2、煤干馏产物
煤干馏的产物主要是煤炭、煤焦油和煤气。
煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件（主要是温度和时间）。随着干馏终温的不同，煤干馏产品也不同。低温干馏固体产物为结构疏松的黑半焦，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焦炭，煤气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率，则介于低温干馏和高温干馏之间。煤干馏过程中生成的煤气主要成分为氢气和甲烷，可作为燃料或化工原料。高温干馏主要用于生产冶金焦炭，所得的焦油为芳香烃、杂环化合物的混合物，是工业上获得芳香烃的重要来源；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。
3、干馏产物的利用
1）煤气的利用
煤气可作为工业燃料气用于冶金、建筑行业等的加热炉，供燃气汽轮机发电、焦炉、干馏炉等用；还可作居民燃气用。
2）焦油的利用
煤焦油是焦化工业的重要产品之一，其产量约占装炉煤的3%~4%，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用。焦油各馏分进一步加工，可分离出多种产品，目前提取的主要产品有：
（1金刚石复合片钻头）萘 用来制取邻苯二甲酸酐，供生产树脂、工程塑料、染料。油漆及医药等用。
（2）酚 及其同系物生产合成纤维、工程塑料、农药、医药、燃料中间体、等。
（3）蒽 制蒽醌燃料、合成揉剂及油漆。
（4）菲 是蒽的同分异构体，含量仅次于萘，有不少用途，由于产量大，还待进一步开发利用。
（5）咔唑 是染料、塑料、农药的重要原料。
（6）沥青 是焦油蒸馏残液，为多种多环高分子化合物的混合物。用于制屋顶涂料、防潮层和筑路、生产沥青焦和电炉电极等。
四、陕北60万吨兰炭生产工艺介绍
第一章 陕北60万吨兰炭生产工艺
1.1 SJ-Ⅶ型低温干馏炉
SJ低温干馏炉是1996年成立的三江煤化工研究所在复热立式炉和山西晋城三八方炉的基础上设计完成的。目前已在陕北榆林地区和内蒙的东胜地区广泛使用,炉型也由开始的SJ-Ⅰ型发展到现在的SJ-Ⅶ型。SJ-Ⅶ型低温干馏炉是目前兰炭生产的优良炉型，不但投资少、产量大而且好操作，另外，在提高了焦油收率的同时，也解决了喷孔结疤和炉内挂渣的问题。
1.1.1 SJ-Ⅶ型低温干馏炉的结构
SJ-Ⅶ型低温干馏炉基本构造见图1.1。
1．辅助煤箱；2. 集气阵伞；3. 爬梯；4. 花墙；5.炉体；
6. 小拱墙；7. 排焦箱；8. 炉底平台；9. 推焦盘；10. 模结构刮板机；11.水封箱
图1.1 SJ-Ⅶ型低温干馏炉基本构造图
炉子截面：3000×5900mm，干馏段高（即花墙喷孔至阵伞边的距离)为7020mm，炉子有效容积91.1m3。距炉项1.1 m处设置集气阵伞，采用5条布气墙(四条完整花墙、二条半花墙)，花墙总高3210mm。考虑花墙太高稳定性不好，除了用异型砖砌筑外，厚度也从350mm加大至590mm。花墙间距为590 mm，中心距为1180mm。花墙顶部之间设置有小拱桥。干馏炉炉体采用粘土质异型砖和标准砖砌筑，硅酸铝纤维毡保温。采用工字钢护炉柱和护炉钢板结构，加强炉体强度并使炉体密封。
1.1.2 SJ-Ⅶ型低温干馏炉的特点
（1）炉内花墙顶部之间设置小拱桥；通过小拱桥的支撑作用，可以增加花墙的强度，防止花墙坍塌。
（2）拉焦盘浸入水封内；SJ-Ⅶ型低温干馏炉的花墙下面是水冷排焦箱和出焦漏斗，出焦漏斗下面又设置有拉焦盘，最下面是出焦刮板机。拉焦盘和刮板机均泡在水封内，这样的好处是不但拉焦盘不会变形，保证了炉子的均匀出焦，而且在没有冷却煤气的情况下也可以正常运转，同时还可以避免半焦堵馏子。
（led日光灯灯座3）取消了冷却煤气冷却段，改为炉底水冷夹套式冷却排焦箱；老式方炉中给冷却煤气的主要作用是为了保护拉焦盘。并回收半焦的显热，但通冷却煤气会增加循环煤气量，因而增加电耗，加大成本。把拉焦盘浸入水封后，可不需要用冷却煤气来保护。另外，能够从半焦中回收的热量也较少，经济意义不是很大，因此取消冷却煤气是比较合理的。
（4）文丘里塔选用11根文丘里管；文丘里管的作用是增加气液之间的接触，达到提高焦油回收率的目的。选用11根文丘里管不但可以简化文丘里塔的结构，而且只需用一台水泵进行热水循环。一般，文丘里文氏管的喉管气速取15-20m/s为宜。喷头安装位置距喉管2 00mm，喷头的水压>14.7Pa(1.5Kg/)，每个文丘里管的喷水量5.2 m3/h。通过生产实践证明，在文丘里管塔内大约80%焦油被洗脱。
1.2 陕北60万吨兰炭生产工艺
1.2.1 工艺流程
陕北60万吨兰炭生产工艺包括备煤工段、炭化工段、筛焦工段、煤气净化工段和污水处理工段。总工艺流程及30万吨兰炭厂三维效果图分别见下图。
原料煤通过二级破碎后，块度20-80mm，通过运煤皮带送入位于干馏炉上方的储煤仓，由加煤工按照干馏炉的处理量添加加煤，加入的量以炉顶不亏料为原则。原料煤在干馏炉内逐渐下降，依次经过干燥段、干馏段和冷却段，最后经推焦机推落至熄焦池内，经刮扳机将兰炭送至烘干机内进行干燥，干燥后经皮带运输机送至筛分机，筛分得兰炭成品。
焦炉煤气从干馏炉顶部上升管和桥管进入煤气集气箱，在桥管设有热环喷淋水，将煤气进行初冷，初冷后煤气从塔顶进入文丘里塔，来自热水循环系统热循环水从塔顶喷淋而下，煤气与下降的热循环水在文丘里管充分接触，大约80%的焦油被冷却水带入塔底，冷却并除去大部分焦油的煤气从文丘里塔底导出，进入旋流板塔。在旋流板塔内，来自冷水循环系统的冷循环水与煤气逆流接触，煤气被继续冷却并除去其中所含焦油。经过两级冷却和除焦油处理的煤气继续下行，进入电捕焦油器，进一步除去煤气中的焦油后进入煤气风机。通过煤气风机，一部分煤气被送至干馏炉，一部分被送至兰炭烘干机，剩余部分至事故火炬放空或送至发电厂发电。配送到煤气烘干机和干馏炉的煤气总量与送至事故火炬煤气量之比大约为4:6。
食品电烤箱 图1.2 陕北60万吨兰炭生产工艺总流程图
该工艺中各部分去除的焦油在各循环池内静止分层后，通过焦油泵送入焦油储罐。
1.备煤楼；2. 干馏炉；3. 文丘里塔；4. 旋流板塔；5. 电捕焦油器；6. 煤气风机；
7. 煤气烘干机；8. 剩余煤气总管；9. 列管式换热器；10. 主控制室
图1.3 30万吨兰炭厂三维效果图
1.2.2 各工段简介
1.2.2.1 备煤工段
1. 备煤工段主要设施和设备：
备煤场、装载机、受煤地坑、输送皮带、震动筛、面煤仓、料斗、地磅。
2. 备煤工段的工序和特点：
原料煤经由煤地坑下皮带机输送到筛煤楼，在震动筛中进行筛选。筛下的面煤由皮带送到面煤仓密封储存，通过放料装置装车外运。块度在20-150mm的块煤由皮带机送到干馏炉顶的辅助煤箱，确保炉顶辅助煤箱常满和煤斗存煤不低于设定的料位最低线。
皮带全高架走廊式封闭，筛煤楼采用封闭式。
1.2.2.2 炭化工段
1. 炭化工段主要设施和设备
SJ-Ⅶ低温干馏方炉、集气阵伞、钢结构炉顶盖、辅助煤箱、上升管、桥管、煤气水封箱、排焦箱、推焦机、刮板机、水封槽、回炉加热设施、熄焦清水池、清水泵。
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