煤化工工藝學

煤化工工藝學

《煤化工工藝學》是在全國高校化工工藝類專業教學指導委員會確定的“煤化工工藝學教材編寫大綱”的基礎上，結合目前煤化工專業的教學實際與新技術、新工藝發展趨勢來編寫的，建議教學時數為60~120學時，可根據本專業的實際需求進行學時調整。

《煤化工工藝學》重點闡述了煤的低溫乾餾、煉焦、煉焦產品回收與精製、氣化、液化及碳素材料的製備與應用，同時對煤炭資源、性質特點及煤化工生產過程中的污染與防治進行了介紹。全書共分為10章，其中主要章節都根據行業的發展豐富了數據並增加了相關工藝與設備等的最新成果，以更好地適應能源化工(煤化工)行業的發展和相關專業教學的需要。本書既考慮了先期開設《煤化學》課程的專業教學，同時也充分考慮了部分先期沒有開設相關課程的專業教學，適應面比較廣。

第1章緒論1

1.1煤在社會發展中的地位1

1.2煤化工的發展歷程2

1.3煤化工的範疇3

1.3.1煤的乾餾4

1.3.2煤的氣化4

1.3.3煤的液化4

1.3.4煤基碳素材料5

1.4主要教學內容5

習題6

第2章煤炭資源特點及性質7

2.1煤炭資源概況7

2.1.1世界煤炭資源7

2.1.2中國煤炭資源8

2.2煤的形成10

2.3煤岩學基礎12

2.3.1宏觀特徵12

2.3.2顯微組成13

2.3.3煤中的礦物質14

2.4煤的分類及用途14

2.4.1煤的分類14

2.4.2主要煤類特徵和用途15

2.4.3煤的質量分級17

2.5煤的組成和性質17

2.5.1煤的化學組成17

2.5.2煤的物理性質18

2.5.3煤的化學性質20

2.5.4煤的工藝性質22

2.6煤的工業分析與元素分析25

2.6.1煤炭分析的基準25

2.6.2工業分析26

2.6.3元素分析29

習題31

第3章低溫乾餾32

3.1概述32

3.2煤的炭化熱解原理32

3.2.1煤中的官能團33

3.2.2炭化熱解機理33

3.2.3煤炭化熱解中的化學反應34

3.2.4低變質煤的炭化熱解過程35

3.3低溫乾餾產品36

3.3.1半焦/蘭炭36

3.3.2煤焦油37

3.3.3煤氣39

3.4低溫乾餾產品的影響因素39

3.4.1原料煤的影響39

3.4.2加熱條件的影響43

3.4.3壓力45

3.4.4停留時間45

3.5低溫乾餾主要爐型46

3.5.1內熱式與外熱式爐的特點47

3.5.2典型爐型47

3.6國外典型工藝52

3.6.1COED工藝52

3.6.2魯奇魯爾工藝53

3.6.3Coalcon加氫乾餾工藝54

3.6.4Toscoal工藝54

3.6.5美國的LFC技術55

3.7國內典型工藝57

3.7.1固體熱載體乾餾工藝57

3.7.2SJ型系列內熱式直立爐乾餾工藝57

3.7.3流化床熱解熱電氣焦油聯產工藝59

3.7.4多段迴轉爐溫和氣化工藝59

習題60

第4章煉焦62

4.1概述62

4.2焦炭的性質及其用途62

4.2.1物理性質及力學性能62

4.2.2焦炭的化學組成64

4.2.3焦炭的反應性及反應后強度64

4.2.4焦炭的用途及其質量指標64

4.3煉焦用煤及其成焦理論67

4.3.1煉焦用煤及其特點67

4.3.2配煤煉焦68

4.3.3煤的黏結成焦機理70

4.4煉焦爐及其設備72

4.4.1焦爐結構72

4.4.2焦爐爐型79

4.4.3築爐材料86

4.4.4護爐設備89

4.4.5焦爐機械90

4.5焦爐加熱理論92

4.5.1煤氣的燃燒與熱工評定92

4.5.2焦爐傳熱97

4.5.3焦爐的流體力學基礎及其應用98

4.6煉焦新技術102

4.6.1配煤的預處理技術102

4.6.2熄焦新技術109

4.6.3型焦112

習題115

第5章煉焦化學產品的回收與精製116

5.1煉焦化學產品116

5.1.1煉焦化學產品的產生、組成及產率116

5.1.2煉焦化學產品的用途118

5.1.3煉焦化學產品的回收與精製118

5.2粗煤氣的初冷、輸送及初凈化120

5.2.1粗煤氣的初步冷卻120

5.2.2焦油與氨水的分離125

5.2.3煤氣的輸送126

5.2.4煤氣的初凈化128

5.2.5焦爐煤氣的利用136

5.3氨和粗輕吡啶的回收138

5.3.1氨的回收138

5.3.2粗輕吡啶的回收143

5.3.3剩餘氨水的處理145

5.4粗苯的回收與精製150

5.4.1粗苯的回收150

5.4.2粗苯的精製159

5.5焦油的加工172

5.5.1焦油蒸餾前的準備174

5.5.2焦油蒸餾175

5.5.3焦油餾分的加工182

5.5.4焦油瀝青的加工187

習題189

第6章煤的氣化190

6.1概述190

6.1.1煤氣化技術分類190

6.1.2煤氣化設備191

6.1.3煤的氣化評價指標195

6.1.4裝料和排灰197

6.2煤的氣化原理198

6.2.1煤氣化的基本原理和過程198

6.2.2煤氣化工藝的原則流程199

6.3氣化過程相關計算及影響因素200

6.3.1煤的氣化產物200

6.3.2煤氣平衡組成200

6.3.3煤氣的熱值及計算202

6.3.4煤氣化過程的物料衡算與熱量衡算203

6.3.5煤氣化過程的影響因素206

6.4固定床氣化209

6.4.1常壓固定床氣化209

6.4.2加壓固定床氣化224

6.5流化床氣化231

6.5.1流化床氣化的特點231

6.5.2工藝過程232

6.5.3常壓溫克勒氣化232

6.5.4高溫溫克勒氣化234

6.5.5灰融聚流化床氣化235

6.5.6循環流化床氣化240

6.5.7恩德爐粉煤氣化242

6.6氣流床氣化243

6.6.1氣流床氣化的特點244

6.6.2氣流床氣化原理245

6.6.3常壓氣流床粉煤氣化245

6.6.4加壓氣流床粉煤氣化248

6.6.5其它干法粉煤加壓氣化工藝250

6.6.6水煤漿加壓氣化253

6.7煤的地下氣化258

6.7.1定義及特點259

6.7.2氣化原理259

6.7.3地下氣化技術261

6.7.4影響因素262

6.8煤氣化聯合循環發電265

6.8.1煤氣化聯合循環發電的特點265

6.8.2整體煤氣化聯合循環發電工藝流程266

6.8.3煤氣化聯合循環發電技術的發展266

6.9煤氣的凈化267

6.9.1煤氣中的雜質及其危害267

6.9.2煤氣中雜質的脫除方法268

6.10煤氣的甲烷化270

6.10.1甲烷化基本原理271

6.10.2甲烷化催化劑272

6.10.3甲烷化工藝流程272

習題273

第7章煤間接液化275

7.1費托合成275

7.1.1合成原理275

7.1.2催化劑276

7.1.3反應器277

7.1.4主要影響因素282

7.1.5FT合成的典型工藝283

7.1.6Sasol的煤間接液化工業化生產286

7.1.7兗礦集團FT合成技術289

7.2合成甲醇292

7.2.1合成原理293

7.2.2催化劑293

7.2.3反應條件294

7.2.4反應器294

7.2.5甲醇合成的典型工藝296

7.3甲醇轉化為汽油300

7.3.1合成原理300

7.3.2催化劑300

7.3.3反應器301

7.3.4典型工藝301

7.3.5紐西蘭工業化生產303

7.4甲醇利用進展304

7.4.1甲醇燃料304

7.4.2甲醇裂解制烯烴306

7.4.3合成二甲醚309

7.5煤制醋酐312

7.5.1合成原理312

7.5.2工藝流程312

7.6合成氣兩段直接合成汽油313

7.6.1兩段固定床合成工藝313

7.6.2丹麥兩段組合合成工藝314

7.6.3漿態床FT與Mobil法組合工藝315

習題316

第8章煤直接液化317

8.1發展歷程317

8.2煤直接液化原理318

8.2.1過程反應318

8.2.2反應歷程321

8.3工藝過程及產物321

8.3.1基本工藝流程321

8.3.2直接液化產物322

8.4直接液化過程影響因素323

8.4.1原料煤323

8.4.2溶劑324

8.4.3工業催化劑325

8.4.4反應溫度326

8.4.5反應壓力327

8.4.6反應時間327

8.4.7氣液比328

8.5主要設備328

8.5.1高壓煤漿泵328

8.5.2煤漿預熱器與煤漿加熱爐328

8.5.3液化反應器329

8.6德國煤加氫液化老工藝330

8.6.1第一段液相加氫330

8.6.2第二段氣相加氫333

8.6.3主要工藝條件和產品收率334

8.7直接液化的其它典型工藝335

8.7.1溶劑精鍊煤法335

8.7.2氫煤法337

8.7.3埃克森供氫溶劑法339

8.7.4催化兩段液化工藝340

8.7.5液體溶劑萃取工藝341

8.7.6德國煤液化精製聯合工藝342

8.7.7我國神華煤直接液化工藝343

8.7.8中國煤炭直接液化工藝344

8.7.9煤油共處理技術345

8.8煤液化油的提質加工349

8.8.1液化油的組成及特點349

8.8.2液化粗油提質加工化學品350

8.8.3液化粗油提質加工工藝352

習題353

第9章煤的碳素製品355

9.1概述355

9.1.1碳素製品的性質355

9.1.2碳素製品的種類和用途355

9.2電極炭357

9.2.1原材料及其質量要求357

9.2.2石墨化過程359

9.2.3電極炭生產工藝過程360

9.2.4碳電極和不透性石墨材料363

9.3活性炭364

9.3.1概述364

9.3.2活性炭的種類365

9.3.3活性炭的結構與性質365

9.3.4活性炭的製備367

9.3.5活性炭的再生371

9.3.6活性炭的應用及發展372

9.4碳分子篩372

9.4.1碳分子篩分離原理373

9.4.2碳分子篩的特點373

9.4.3碳分子篩的製備373

9.4.4碳分子篩的應用375

9.5碳素纖維375

9.5.1碳素纖維的種類和性能375

9.5.2工藝流程376

9.5.3碳素纖維的應用377

習題378

第10章煤化工生產過程污染與防治379

10.1概述379

10.1.1環境污染379

10.1.2環境污染的嚴重性380

10.2煤化工主要污染物380

10.2.1大氣污染物380

10.2.2液態污染物381

10.2.3固態污染物383

10.3廢氣處理技術383

10.3.1煙塵治理384

10.3.2煙氣脫硫386

10.3.3煙氣脫硝387

10.3.4廢氣燃燒388

10.4廢水處理技術388

10.4.1廢水處理概述389

10.4.2焦化廢水處理390

10.4.3氣化廢水處理393

10.5二氧化碳減排和利用395

10.5.1提高能源利用率，實現CO2減排395

10.5.2CO2捕集與分離技術395

10.5.3二氧化碳埋存技術396

10.5.4氣驅採油技術397

10.5.5二氧化碳利用技術397

10.6潔凈煤技術的推廣應用398

習題398

參考文獻399