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《煤化工工艺学》教案中文名称：煤化工工艺学英文名称：Chemical Technology of coal授课专业：化学工艺学时：32一、课程的性质和目的：煤化工工艺学是煤化工专业学生的专业课，是为了适应现代化工行业的发展需要，培养具有化工设计基本思想和产品开发能力的专门人才，为毕业生尽快适应就业后工作要求、今后进一步的学习而设立的。
可供从事煤化工利用专业设计、生产、科研的技术人员及有关专业师生参考。
通过对煤低温干馏、炼焦、炼焦化学产品回收和精制、煤的气化、煤的间接液化、煤的直接液化、煤的碳素制品和煤化工生产的污染和防治等的生产原理、生产方法、工艺计算、操作条件及主要设备等的介绍，使学生具备煤化工工艺学的坚实基础，对煤化学工业的原料选择、工艺路线的选择、典型单元操作及化工工艺的实现等有深刻的理解，具备对工艺过程进行分析、改进、开发新产品等能力，以掌握煤化工工艺的开发思想和思路为重点，增强其独立思考的能力、分析问题、解决问题的能力，为学生就业和进一步的发展奠定良好基础。
二、课程的教学内容、各章内容及相应学时数本课程由下列7章组成：1章绪论1学时2章煤的低温干馏5学时3章炼焦8学时4章炼焦化学产品的回收与精制6学时5章煤的气化6学时6章煤间接液化4学时7章煤直接液化2学时根据本课程的特点，组成为下列内容：1绪论§1．1 煤炭资源§1．2 煤化工发展简史§1．3 煤化工的范畴§1．4 本书简介了解煤化工工业发展历史、煤化工工业在国民经济中的地位，煤化工发展趋势。
掌握化学加工工业的基本概况、特点，掌握石油、煤、天然气等能源概况。
重点：煤化工的范畴。
引言：煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工。
煤化工包括炼焦化学工业、煤气工业、煤制人造石油工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。
、煤化工行业发展现状：1.煤炭逐步由燃料为主向燃料和原料并举过渡;2.近些年来，基于煤炭气化的新型煤化工得到了快速发展;3."十一五"期间，在煤炭液化、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气等方面的示范工程取得了阶段性成果。
煤化工工艺学煤化工工艺学第一章绪论1.化学工业；（1）石油化工（2）氯碱化工（3）煤化工（4）天然气化工（5）精细化工2.煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工；煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体和固体燃料以及化学品的过程3.煤化工包括；（1）炼焦化学工业{煤的中高低温干馏}（2）煤气工业（3）煤制人造石油工业（4）煤制化学品工业（5）煤加工制品工业4.中国能源现状，多煤，贫油，少气5.煤的种类，根据煤化作用可以分为，泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤6.从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏，气化，液化和合成化学品等7.煤化工分类及产品示意图第二章煤的低温干馏1.煤在隔绝空气的条件下，受热分解成煤气，焦油，粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（炼焦，焦化）2.按加热温度的不同分类（1）低温干馏{500℃-600℃}（2）高温干馏{900℃-1100℃}（3）中温干馏{700-900℃}3.低温干馏的特点（1）仅是加热过程（2）常压操作（3）不用加氢，不用氧气4.煤的性质，物理性质；孔隙率，粒度，机械强度。
化学性质；水分；灰分{完全燃烧后的余物}；挥发分{煤在隔绝空气加热后溢出的物质，（煤气，煤焦油）}固定碳（FC）灰熔点（1000-1700℃），反应性5.煤低温干馏产物的产率和组成取决于原料煤性质，干馏炉结构和加热条件6.焦油产率（6％-25％）半焦产率（50％-70％）煤气产率（80-200）7.半焦的用途（1）民用和动力用煤（2）炼铁（3）生产冶金型焦8.低温干馏煤焦油是黑褐色液体，主要成分；轻酚萘洗蒽沥9.低温煤焦油用途（1）制取液体燃料（2）提取酚{制药，塑料，合成纤维}（3）生产表面活性剂和洗涤剂10.煤气密度0.9-1.2㎏/，用途（1）民用煤气（2）化工原料气（3）发电11.干馏产品的影响因素（1）原料煤性质；煤化作提高，焦油量下降，煤气减少，半焦产率提高（2）加热条件，低温时焦油多，煤气少，甲烷多，高温时相反（3）加热速度；加热速度提高，半焦减少，焦油增加，煤气减少（4）压力压力提高，半焦增多，焦油减少，煤气提高12.干馏炉的供热方式（1）外热式（2）内热式13.内热式低温干馏与外热式相比，优点（1）热载体向煤料直接传热，热效率高，低温干馏耗热量低（2）所有装入料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象（3）内热式炉没有加热的燃室或火道，简化了干馏炉结构，没有复杂的加热调节设备。
煤化工工艺学煤化工工艺学是研究将煤及其副产品进行化学加工转换的一门学科。
煤是一种重要的能源资源，而煤化工工艺学则是利用化学方法对煤进行处理，分离出有用的化学物质，从而提高煤的综合利用价值。
煤化工工艺学的发展可以追溯到20世纪初。
在那个时候，煤在生活和工业生产中扮演着重要角色，但人们面临着煤资源的枯竭和环境污染等问题。
为了解决这些问题，煤化工工艺学崭露头角。
研究者通过在实验室中进行煤的热解、气化和液化等反应，成功地开发出了一系列煤化工工艺，并实现了工业化应用。
煤化工工艺主要包括煤气化技术、煤直接液化技术、煤间接液化技术和煤聚合物材料技术等。
其中，煤气化技术是将煤在高温和缺氧条件下进行气化反应，生成合成气体（CO和H2），然后制取液体燃料或化学原料。
煤直接液化技术是通过直接在高温和高压条件下将煤转化为液体燃料，如柴油和重质油。
煤间接液化技术是指先将煤进行气化反应，然后将合成气体转化为液体燃料。
煤聚合物材料技术是将煤的分子结构进行改变，生成新型的聚合物材料，用于制备高性能的材料。
煤化工工艺学的研究内容非常广泛，涉及到的知识领域包括煤的地质学、热学、动力学、催化学、工程学等。
研究者需要掌握煤的基本性质，如煤的组成、结构和性质，以及煤在不同条件下的热解、气化和液化反应规律。
此外，研究者还需要了解催化剂的性质和应用，以及各种反应器的设计和操作。
煤化工工艺学的研究意义重大。
一方面，煤化工工艺可以将煤转化为液体或气体燃料，解决能源供给问题。
另一方面，煤化工工艺可以从煤中提取出有机化学原料，制备化学产品，满足人们对化学品的需求。
此外，煤化工工艺还可以减少煤燃烧所产生的污染物排放，提高煤的利用效率，促进能源的可持续发展。
然而，煤化工工艺学也面临一些挑战和难题。
一方面，煤的性质复杂多样，不同种类的煤在热解、气化和液化过程中表现出不同的反应规律，因此需要深入研究煤的基本性质和反应机理。
另一方面，煤化工工艺需要大量的能源输入，而且涉及到高温、高压和有毒物质等工艺条件，对设备和催化剂的要求较高。
煤化工工艺学第一章绪论1.化学工业；（ 1）石油化工（ 2）氯碱化工（ 3）煤化工（ 4）天然气化工（ 5）精细化工2. 煤化学工业是以煤为原料经过化学加工实现煤综合利用的工业，简称煤化工；煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体和固体燃料以及化学品的过程3. 煤化工包括；（1）炼焦化学工业{ 煤的中高低温干馏工业（ 4）煤制化学品工业（5）煤加工制品工业} （ 2）煤气工业（3）煤制人造石油4.中国能源现状，多煤，贫油，少气5.煤的种类，根据煤化作用可以分为，泥煤，褐煤，烟煤，无烟煤6.从煤加工过程区分，煤化工包括煤的干馏，气化，液化和合成化学品等7.煤化工分类及产品示意图第二章煤的低温干馏1.煤在隔绝空气的条件下，受热分解成煤气，焦油，粗苯和焦炭的过程，称为煤干馏（炼焦，焦化）2.按加热温度的不同分类（ 1）低温干馏 {500 ℃ - 600℃} （ 2）高温干馏 {900 ℃ - 1100℃} （ 3）中温干馏 {700- 900℃}3.低温干馏的特点（ 1）仅是加热过程（ 2）常压操作（ 3）不用加氢，不用氧气4. 煤的性质，物理性质；孔隙率，粒度，机械强度。
化学性质；水分；灰分余物 } ；挥发分 { 煤在隔绝空气加热后溢出的物质，（煤气，煤焦油）（1000- 1700℃），反应性{ 完全燃烧后的 } 固定碳（ FC）灰熔点5.煤低温干馏产物的产率和组成取决于原料煤性质，干馏炉结构和加热条件6.焦油产率（ 6％ -25 ％）半焦产率（ 50％-70 ％）煤气产率（ 80-200 ）7.半焦的用途（ 1）民用和动力用煤（ 2）炼铁（ 3）生产冶金型焦8.低温干馏煤焦油是黑褐色液体，主要成分；轻酚萘洗蒽沥9.低温煤焦油用途（ 1）制取液体燃料（ 2）提取酚 { 制药，塑料，合成纤维 } （ 3）生产表面活性剂和洗涤剂10.煤气密度 0.9-1.2 ㎏ / ，用途（ 1）民用煤气（ 2）化工原料气（ 3）发电11.干馏产品的影响因素（ 1）原料煤性质；煤化作提高，焦油量下降，煤气减少，半焦产率提高（ 2）加热条件，低温时焦油多，煤气少，甲烷多，高温时相反（3）加热速度；加热速度提高，半焦减少，焦油增加，煤气减少（4）压力压力提高，半焦增多，焦油减少，煤气提高12.干馏炉的供热方式（ 1）外热式（ 2）内热式13.内热式低温干馏与外热式相比，优点（1）热载体向煤料直接传热，热效率高，低温干馏耗热量低（ 2）所有装入料在干馏不同阶段加热均匀，消除了部分料块过热现象（3）内热式炉没有加热的燃室或火道，简化了干馏炉结构，没有复杂的加热调节设备。
缺点（1）只能用块煤（ 2）降低了煤气质量（3）不适合处理黏结性较高的煤块14. 由于加煤和煤料移动方向不同，低温干馏炉分成（1）立式炉（ 2）水平炉（ 3）斜炉（ 4）转炉15.沸腾床干馏炉，煤料：粒度小于6 ㎜的粉煤，沸腾目的；加热均匀，强化传热16.气流内热式炉，煤料；块度为20-80 ㎜的不黏结性煤17.鲁奇三段炉；（ 1）干燥段（ 2）干馏段（ 3）焦炭冷却段18.立式炉；原料煤要求；有一定的黏结性，块度19.固体热载体干馏工艺，优点；外热式干馏炉传热慢，生产能力小。
气流内热式炉只能处理块状煤料，粉煤流化床干馏装置的干馏气态产物中混入惰性气体，降低了煤气质量。
采用固体热载体进行煤干馏，加热速度快，载体与干馏气态产物分离容易，单位设备生产能力大，焦油产率高，煤气热值高，适合粉煤干馏20.托考斯工艺，热载体 - 瓷球，适于非粘结性和弱黏结性煤的低温干馏，黏结性煤需要先氧化破黏21.ETCH 粉煤快速热解工艺，热载体- 粉焦，原料煤 - 褐煤22.鲁奇鲁尔煤气工艺。
热载体 - 热半焦23.中国褐煤干馏试验，热载体 - 半焦，煤种 - 褐煤，粒度 0-5 ㎜焦油产率有极值温度，低于极值温度时焦油产率随温度升高而增加，高于极值温度时，随温度升高而降低，干馏煤气产率均随干馏温度提高而增加24.适于低温干馏加工的煤，褐煤，长焰煤和高挥发分的不粘结煤等低阶煤第三章炼焦1. 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，此过程称为高温干馏，简称炼焦2.煤气用途，燃烧，发电，合成氨，尿素，肥料焦炭用途，高炉炼铁（供热燃料和还原剂）铸造，气化，电石和有色金属冶炼。
化学产品，硫酸铵，吡啶碱， BTX（粗苯）酚萘蒽沥3.焦炭分类（ 1）高炉焦（ 2）铸造焦（ 3）铁合金焦（ 4）有色金属冶炼用焦4.成焦过程；（ 1）干燥预热阶段（小于 350℃）（ 2）胶质体形成阶段（ 350- 480℃）软化，膨胀（ 3）半焦形成阶段（ 480- ℃）固化，收缩（ 4）焦炭形成阶段（ 650- 950℃）5.没有粘结性的煤不能形成胶质体，镜质组结焦性好，丝质组和惰性组不能形成胶质体6. 炉墙和焦饼温度是由火道温度决定的，芳烃最适宜温度为700- 800℃7.配煤的意义；降低煤料的膨胀压力，增加收缩，利于推焦，提高化学产品产率8.炼焦用煤；焦煤，肥煤，气煤，瘦煤以及中间过渡性牌号煤类构成的9.焦炭质量，可燃性好，发热值高，化学成分稳定，灰分低，硫和磷等杂质少，粒度均匀，机械强度高，耐磨性好及有足够气孔率10.化学成分（ 1）灰分 Ad, 灰分越低越好（ 2）馏分（ 3）挥发分 - 焦炭在一定温度下，隔绝，空气加热，溢出物质减去水分的质量（4）水分， 2-6 ％水分不稳定，引起高炉的炉温波动增加结焦时间按；消耗额外热量；影响粘结率（ 5）碱性成分11. 焦炭强度，耐磨强度M10（7-8 ％）粒度小于10 ㎜的焦粉所占总质量分数抗碎强度M40（70-80 ％）12.在高炉冶炼中希望焦炭反应性要小，反应强度要高13.影响焦炭反应性的因素，（ 1）原谅的性质（ 2）炼焦工艺的因素（ 3）高炉冶炼条件14.焦炉的组成及用途，三大室，四大车炭化室 - 煤干馏的场所；燃烧室 - 煤和空气燃烧为炭化室提供热量的地方；蓄热室 - 回收燃气室废气的热量来预热空气和贫煤气；加煤车 - 从煤塔取出一定的煤料，起送煤料的作用；导焦车 - 将焦炭转移到熄焦车；熄焦车 - 将冷却的焦炭卸至焦台；焦台 - 储焦，散热15.现代焦炉的生产目的；练的优良焦炭，获得多的煤气和焦油副产物16.常用焦炉（ 1）下喷式焦炉（ 2）中国 JN60-87J 焦炉（ 3）分段燃烧式焦炉（ 4）大容积焦炉17.现行焦炉生产的主要缺点；在于用炭化室炼焦，煤料加热速度不均匀，煤料堆密度在炭化室的上下方向有差异，故所得焦炭的块度，强度，气孔率和反应性都不均匀18.该进方法（ 1）在煤料中加入炼焦煤 { 合理配煤 } 目的；增加焦炭的强度（ 2）煤破碎优化目的；改善炼焦用煤的堆密度19 新工艺；（ 1）捣固煤炼焦（2）成型煤（日本）捣固煤优点，提高煤粉碎细度而不降低焦炉生产能力，捣固与预热联合炼焦与湿煤捣固相比优点，大大改善了焦炭质量，块焦率增加5％，原料煤便宜，生产成本低，焦炉生产能力大。
成型煤特点；（ 1）成本低（ 2）焦炭灰分少（ 3）焦炭质量高，增产铁和焦炭（4）增加设备，投资增加、20.煤料的预处理（ 1）煤的干燥，去除水分， 50- 70℃（ 2）煤的预热；提高装煤量，去除馏分150- 200℃21.干法熄焦；利用惰性气体将赤热焦炭冷却，得到的热惰性气体加热锅炉发生蒸汽，降了温的惰性气体，再循环使用22.干法熄焦的优缺点；优点（ 1）提高热效率（ 2）回收热能且焦炭质量高（ 3）无污水及有害气体缺点，装置复杂，技术要求高，基建投资大，操作耗电多23.湿法熄焦，优点，简便缺点（1）耗用大量熄焦用水，污染环境（2）损失能量24.焦炭处理25．干熄焦与煤预热联合的特点是能量综合利用。
26.煤干燥可用立管式流化加热法、沸腾床、转筒加热法。
27.焦炉加热用燃料：焦炉煤气、高炉煤气、发生炉煤气、脱氢焦炉煤气。
28．燃烧过程三阶段：煤气和空气混合；将混合物加热到着火温度；空气中的氧和煤气中的可燃成分起化学作用。
29.焦炉中传热的三种方式：传导、辐射、对流传热。
30.蓄热室传热：格子砖在加热期从废气吸收热量，在冷却期将热量传给冷气体。
格子砖是热量的传递者，实际进行换热的是废气和空气或贫煤气。
蓄热室的作用类似换热器。
31.耐火砖：硅砖导热性能好，但耐急冷急热性能差。
黏土砖抗急冷急热性能良好。
32.二氧化硅的三种结晶形态：石英、方石英、磷石英。
33. 焦炉烘炉的目的： 1. 去除水分。
2. 有利于晶形转变。
34.型焦工艺：非黏结性煤通过加压成型，制成具有一定形态、大小和强度的成型煤料，进一步制成型焦。
35.按煤料成型挤压条件为（ 1) 冷压成型 {1 ，无粘结成型 2. 加粘结剂成型 }（ 2）热压成型 {1. 气体热载体成型 2. 固体热载体成型} 热载体为 1. 热废气， 2. 高温无烟煤粉，焦粉或矿粉第四章炼焦化学产品的回收与精制1.炼焦过程析出的挥发性产物，简称为粗煤气。
2.粗煤气由煤气、焦油、粗苯和水构成。
3.影响粗煤气组成和产率的主要因素：炼焦温度、二次热解作用。
4.在低温干馏焦油中含有带长侧链的环烷烃和芳烃，高温炼焦的焦油则多为多环芳烃和杂环化合物的混合物。
低温焦油的酚馏分含有复杂的烷基酚混合物，而高温焦油的酚馏分中主要为酚、甲酚和二甲酚。
低温干馏煤气中几乎没有氨，而炼焦煤气中氨含量为8~12 克每立方米。
5. 炼焦化学产品回收的目的和意义： 1. 除去有害物质，便于输送煤气； 2. 经济效益，变废为宝； 3. 环境效益。
6.回收方法：焦油和水：冷凝和冷却；化学产品：吸收法。
7.粗煤气初步冷却的目的：将焦油和氨水进行分离。
方法：沉降。
8. 氯化铵难水解，加热时不分解，称固定铵。
易水解的碳酸氢铵以及氰化铵，加热时可分解，称挥发氨。
9.煤气冷却采用管壳式冷却器，有立管式和横管式。
10.煤气输送的目的：提高压头，减少阻力损失。
11.煤气输送设备：离心式鼓风机和罗茨鼓风机。
12.煤气脱焦油雾的目的：脱除焦油蒸汽。
设备：电补焦油器。
13.煤气除萘的目的：防止管道和设备堵塞。
方法：冷却冲洗法和油吸收法。
14. 氨和吡啶回收的目的和意义： 1. 氨水解吸，排入大气，形成污染； 2. 形成腐蚀性较高的物质；3. 氨燃烧生成 NO，污染环境；4. 影响粗苯的吸收，阻碍油水分离。
15. 氨和吡啶的回收原理： 1. 氨和吡啶易溶于水，用水吸收； 2. 氨和吡啶具有碱性，用酸吸收。
16.饱和器法：吸收剂是硫酸。
缺点是生产的硫酸铵颗粒小。
饱和器特点是一器兼有两个作用：一是吸收氨和吡啶；二是硫酸铵结晶。
17.饱和器法和无饱和器法的区别是硫酸铵结晶粒度不同。
18.无水氨生产：吸收剂是磷酸铵。
