現(xiàn)代煤化工技術叢書

前言

現(xiàn)代煤化工技術叢書編委會主編:叢書序前言近幾年來，由于我國國民經(jīng)濟快速發(fā)展，對能源需求不斷增加，同時國際原油價格節(jié)節(jié)攀升，給我國煤炭生產(chǎn)和加工帶來前所未有的發(fā)展機遇。2006年我國原煤年產(chǎn)量已達到23億噸，居世界第一，焦炭產(chǎn)量為298億噸，超過當年世界總產(chǎn)量的50%，煤氣化制合成氨規(guī)模也是全球最大，而煤制油、甲醇、醇醚燃料和低碳烯烴的發(fā)展勢頭近幾年更加迅猛。 由于迄今為止的煤化工基本上都屬于熱化學加工，故煤的熱解可說是各種工藝的基礎，新的熱解技術正在大力開發(fā)中，煉焦則是煤化工行業(yè)中歷史最長、規(guī)模最大的部門，而煤焦油則是煉焦的主要化學副產(chǎn)品，在化工和材料領域應用廣泛。本書作為《現(xiàn)代煤化工技術叢書》中的分冊，以煤的熱解為主線，將熱解、煉焦和煤焦油加工這三個重要方面匯集于一體。全書以科學發(fā)展觀為指導，促進現(xiàn)代煤化工的可持續(xù)發(fā)展為目標，內(nèi)容力求現(xiàn)代、實用和新穎，注重21世紀的有關新技術，希望能為改變傳統(tǒng)煤化工的落后形象，實現(xiàn)煤炭清潔高效利用做出貢獻。 本書第1章由中科院山西煤炭化學研究所白宗慶博士和李文研究員編寫，第2章由安徽工業(yè)大學鄭明東教授編寫，第3章由華東理工大學張德祥教授編寫。全書由華東理工大學高晉生教授主編。本書編寫過程中得到許多國內(nèi)同行的幫助，吳詩勇博士和顧菁、任英杰二位博士生協(xié)助文字加工和格式化工作，在此謹向他們表示衷心感謝。

內(nèi)容概要

本書為《現(xiàn)代煤化工技術叢書》分冊之一，全書共3章。第1章針對煤化學轉(zhuǎn)化的共性過程，介紹了煤熱解化學的基礎和新技術開發(fā)進展；第2章詳細介紹了煉焦技術，包括焦炭質(zhì)量、資源與配煤技術、現(xiàn)代焦爐的技術進步與現(xiàn)代化管理、擴大煉焦煤資源的預處理技術、21世紀新煉焦技術和節(jié)能減排等；第3章介紹了煤焦油加工，包括焦油化學基礎、焦油蒸餾、餾分油加工、瀝青提質(zhì)和焦油產(chǎn)品深加工，此外還介紹了粗苯精制和非高溫干餾焦油的加工技術。全書以化學—工藝—工程—環(huán)境—技術經(jīng)濟為主線。    本書適合于從事煤炭能源開發(fā)轉(zhuǎn)化，特別是煤化工領域的工程技術人員及科研人員使用，也可作為大學有關專業(yè)本科生與研究生的教學用書。

書籍目錄

1  煤的熱解  1.0  概述1  1.1  煤熱解在煤轉(zhuǎn)化中的重要性2    1.1.1  煤熱解在煤轉(zhuǎn)化過程中的理論指導意義2    1.1.2  煤熱解產(chǎn)物在煤轉(zhuǎn)化中的重要性2    1.1.3  熱解在煤結構與反應性關系研究中的應用3  1.2  煤熱解研究的新進展和動向4    1.2.1  煤低溫熱解技術的新進展和動向4    1.2.2  煤加氫熱解9    1.2.3  煤與其他物質(zhì)的共熱解10    1.2.4  以煤熱解為基礎的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)14  1.3  煤的化學結構和鍵能分析17    1.3.1  煤結構單元核心結構17    1.3.2  煤中的官能團17    1.3.3  煤的化學結構模型18    1.3.4  煤的物理結構模型21    1.3.5  煤結構綜合模型22    1.3.6  鍵能分析23  1.4  煤熱解的化學反應和影響因素23    1.4.1  煤熱解過程中的宏觀變化23    1.4.2  煤在熱解過程中的化學反應25    1.4.3  煤熱解的影響因素28  1.5  煤熱解過程的動力學研究31    1.5.1  膠質(zhì)體反應動力學31    1.5.2  脫揮發(fā)分動力學32    1.5.3  煤熱解動力學模型34  1.6  煤的熱解模型36    1.6.1  熱解機理36    1.6.2  熱解模型38  1.7  煤的加氫熱解41    1.7.1  煤加氫熱解機理42    1.7.2  加氫熱解的影響因素43    1.7.3  工業(yè)化開發(fā)工作45    1.7.4  加氫熱解在脫硫方面的應用45    1.7.5  近期研究進展47  1.8  煤在非常規(guī)條件下的熱解48    1.8.1  煤在等離子體中的熱解48    1.8.2  煤在亞臨界或超臨界水中的熱解52  1.9  煤的熱解產(chǎn)物53    1.9.1  固體產(chǎn)物53    1.9.2  液體產(chǎn)物54    1.9.3  氣體產(chǎn)物57  參考文獻582  煉焦  2.0  概述59  2.1  焦炭質(zhì)量與高爐冶煉的關系60    2.1.1  焦炭的結構組成與性質(zhì)61    2.1.2  焦炭在高爐中的作用與行為72    2.1.3  大高爐冶煉與焦炭質(zhì)量關系研究進展77    2.1.4  高爐冶煉新技術下的焦炭質(zhì)量評述80  2.2  煉焦煤資源與性能評價85    2.2.1  世界煉焦煤資源85    2.2.2  煉焦煤性質(zhì)與特點94    2.2.3  煉焦煤評價方法99  2.3  煉焦配煤與焦炭質(zhì)量預測103    2.3.1  配合煤質(zhì)量103    2.3.2  配煤技術與發(fā)展105    2.3.3  自動配煤與控制系統(tǒng)110    2.3.4  焦炭質(zhì)量預測與控制113    2.3.5  人工智能在煉焦配煤和焦炭質(zhì)量預測中的應用117  2.4  現(xiàn)代煉焦裝備及其發(fā)展124    2.4.1  煉焦爐125    2.4.2  焦爐的大型化及其發(fā)展128    2.4.3  異型煉焦反應器135    2.4.4  我國焦爐的發(fā)展方向與建議140  2.5  煉焦爐生產(chǎn)與現(xiàn)代化管理143    2.5.1  煉焦爐生產(chǎn)操作143    2.5.2  焦爐的加熱管理149    2.5.3  煉焦過程信息化管理151    2.5.4  焦爐熱工與節(jié)能155  2.6  焦爐加熱系統(tǒng)流體力學原理與燃燒控制162    2.6.1  焦爐加熱煤氣162    2.6.2  焦爐氣體力學原理166    2.6.3  焦爐加熱的調(diào)節(jié)原理與方法171    2.6.4  焦爐自動加熱系統(tǒng)172  2.7  煉焦煤預處理技術的開發(fā)與應用186    2.7.1  煉焦煤預處理技術特征186    2.7.2  裝爐煤搗固技術188    2.7.3  裝爐煤干燥與調(diào)濕技術196    2.7.4  配型煤技術204    2.7.5  煉焦煤與非煤的共炭化技術209  2.8  21世紀新型煉焦技術214    2.8.1  SCOPE21煉焦新技術215    2.8.2  連續(xù)煉焦新技術219  2.9  干熄焦與能源循環(huán)利用224    2.9.1  干熄焦技術與發(fā)展224    2.9.2  干熄焦系統(tǒng)的物流、能流與流230    2.9.3  干熄焦質(zhì)量解析233  2.10  煉焦污染物控制與清潔生產(chǎn)237    2.10.1  國內(nèi)外焦化環(huán)境治理現(xiàn)狀與發(fā)展238    2.10.2  焦化煙塵控制與治理239    2.10.3  焦化廢水與污染物控制243    2.10.4  焦化廢渣與廢液處理251    2.10.5  焦化清潔生產(chǎn)技術與展望253  參考文獻2563  煤焦油加工  3.0  概述259  3.1  煉焦中煤焦油和粗苯的產(chǎn)率與回收技術260    3.1.1  煉焦煤氣組成及化學產(chǎn)品產(chǎn)率和回收率260    3.1.2  煤焦油的回收技術261    3.1.3  粗苯的回收技術265    3.1.4  氨與輕吡啶的回收技術269  3.2  煤焦油的化學組成與性質(zhì)271    3.2.1  煤焦油的化學組成271    3.2.2  煤焦油中各個餾分的化學與利用273  3.3  煤焦油的蒸餾技術和加工方案評述274    3.3.1  焦油蒸餾前的準備275    3.3.2  焦油蒸餾276  3.4  粗苯和輕油的加工精制285    3.4.1  粗苯酸法精制286    3.4.2  粗苯加氫精制289    3.4.3  初餾分加工293    3.4.4  古馬隆?茚餾分的加工293  3.5  酚類化合物的提取與精制294    3.5.1  焦油酚的性質(zhì)及分布294    3.5.2  酚類化合物的提取295    3.5.3  粗酚的精制299    3.5.4  酚類同系物的分離301  3.6  工業(yè)萘和精萘的生產(chǎn)306    3.6.1  萘的性質(zhì)及分布306    3.6.2  精餾法生產(chǎn)工業(yè)萘和精萘309    3.6.3  熔融結晶法生產(chǎn)工業(yè)萘或精萘311    3.6.4  萘的催化加氫精制316  3.7  蒽、咔唑和菲的分離與精制318    3.7.1  蒽、咔唑和菲的物理化學性質(zhì)與分離精制原理318    3.7.2  粗蒽的生產(chǎn)326    3.7.3  精蒽的生產(chǎn)330    3.7.4  咔唑的生產(chǎn)338    3.7.5  菲的生產(chǎn)342  3.8  其他煤焦油產(chǎn)品344    3.8.1  吲哚的分離精制345    3.8.2  苊的分離精制349    3.8.3  氧芴的分離精制355    3.8.4  芴的分離精制356    3.8.5  焦油鹽基化合物的分離357  3.9  瀝青的提質(zhì)加工363    3.9.1  概述363    3.9.2  工藝參數(shù)對改質(zhì)瀝青性能的影響365    3.9.3  改質(zhì)瀝青的生產(chǎn)工藝370  3.10  煤焦油產(chǎn)品的深加工375    3.10.1  二甲酚異構體的分離精制375    3.10.2  蒽氧化制備蒽醌和蒽醌的利用378    3.10.3  吡啶同系物的分離精制387    3.10.4  喹啉同系物的分離精制390    3.10.5  針狀瀝青焦392    3.10.6  碳纖維399    3.10.7  乳化瀝青403  3.11  非高溫干餾煤焦油的加工406    3.11.1  非高溫干餾煤焦油的基本組成406    3.11.2  非高溫干餾煤焦油的加工利用408  3.12  結束語412  參考文獻413

章節(jié)摘錄

插圖：基于煤的成焦機理，迄今為止配煤原理大致歸納為三類。第一類是以煙煤的大分子結構及其熱解過程中由于膠質(zhì)狀塑性體的形成，使固體煤粒黏結的塑性成焦機理。據(jù)此，不同煙煤由于膠質(zhì)體的性質(zhì)和數(shù)量的不同，導致黏結的強弱，并隨氣體析出數(shù)量和速度的差異，得到不同質(zhì)量的焦炭。第二類是基于煤巖相組成的差異，決定煤粒有活性與非活性之分，由于煤粒之間的黏結是在其接觸表面上進行的，則以活性組分為主的煤粒，相互間的黏結呈流動結合型，固化后不再存在粒子的原形；而以非活性組分為主的煤粒間的黏結則呈接觸結合型，固化后保留粒子的輪廓，從而決定最后形成的焦炭質(zhì)量，此為所謂表面結合成焦機理。第三類是近年來發(fā)展起來的中間相成焦機理，該機理認為煙煤在熱解過程中產(chǎn)生的各向同性膠質(zhì)體中，隨熱解進行會形成由大的片狀分子排列而成的聚合液晶，它是一種新的各向異性流動相態(tài)，稱為中間相。成焦過程就是這種中間相在各向同性膠質(zhì)體基體中的長大、融并和固化的過程，不同煙煤表現(xiàn)為不同的中間相發(fā)展深度，使最后形成不同質(zhì)量和不同光學組織的焦炭。對應上述三種煤的成焦機理，派生出相應的三種配煤原理，即膠質(zhì)層重疊原理、互換性原理和共炭化原理。共炭化原理源于炭化過程氫的轉(zhuǎn)移理論，即傳氫機理。它認為煤在成焦過程中，塑性體的發(fā)展是一個傳氫液化過程，而傳氫媒介物是由煤本身或外部提供的。任何能夠改變傳氫媒介物的量和質(zhì)，都會改變被加熱煤的塑性。如煤和黏結劑共炭化時，黏結劑就起到傳氫媒介物的作用。（1）膠質(zhì)層重疊原理配煤煉焦時，除了控制配合煤的灰分、硫分以外，還要求配合煤中各單種煤的膠質(zhì)體的軟化區(qū)間和溫度間隔能較好地搭接，這樣可使配合煤在煉焦過程中，能在較大的溫度范圍內(nèi)煤料處于塑性狀態(tài)，從而改善黏結過程，并保證焦炭的結構均勻。不同牌號煉焦煤的塑性溫度區(qū)間不同，其中肥煤的開始軟化溫度最早，塑性溫度區(qū)間最寬，瘦煤軟化溫度最晚，塑性溫度區(qū)間最窄。氣煤、1／3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤適當配合可擴大配合煤的塑性溫度范圍。

編輯推薦

《現(xiàn)代煤化工技術叢書:煤的熱解、煉焦和煤焦油加工》為“十一五”國家重點圖書。以煤的熱解為主線，將熱解、煉焦和煤焦油加工有機結合，通過新技術的闡述，推動傳統(tǒng)煤化工的革新。

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