资源简介

(共14张PPT)
第一节 化学工艺学和化学工业
第二节 煤炭化工
第三节 石油化工
第四节 无机原料
第一章 绪论
第二节 煤炭化工
1.2.1 煤炭资源
1.2.2 炼焦化学品
1.2.3 乙炔化工
1.2.4 煤气化制合成气
1.2.1 煤炭资源
煤是自然界蕴藏量最丰富的一种可燃性矿物资源
21世纪，世界能源供需：
石油的消费比重有所下降
（1990年40％→2010年35～38％）
天然气的消费比重有所增加
（1990年20％→2010年21～22％）
煤炭的消费比重基本维持在1/4强（28％～29％）
我国能源消费结构与世界迥然不同，煤炭比重极大
据统计，2011年我国煤炭产量35.2亿吨，约占一次能源生产总量78.6%；煤炭消费总量35.7亿吨，约占一次能源消费总量72.8%。
据统计，我国的煤炭剩余可采量0.1145Tt，占世界可采量的12.6%。
1.2.1 煤炭资源
在化学工业中，可燃性矿物资源既是燃料又是原料
以煤为原料的合成氨产量占合成氨总产量的65％
在合成甲醇、聚氯乙烯和其他某些有机化工原料方面，以煤为初始原料的生产工艺也占有相当大的比重。
合理利用煤炭资源对我国具有非常重要的意义
根据煤的炭化过程将其分为四种：
泥煤：是植物炭化的第一步产物，燃烧热值较小；
褐煤：是植物炭化的第二步产物，易燃，燃烧热值小；
烟煤：炭化程度比褐煤高，燃烧时有浓烟；
无烟煤：炭化程度最高，不易燃烧，燃烧热值最高。
1.2.1 煤炭资源
煤是古代高等植物在地层中经过一系列生物化学、物理化学和地球化学作用（炭化或称煤化）而成的可燃性矿物。
图1-1 设想的煤模型分子结构
1.2.1 煤炭资源
由图可知:
煤的结构极其复杂，具有大分子的特性
由若干结构相似，但又不完全相同的基本结构单元通过桥键联结而成
基本结构单元的主体为缩合的芳香核
单元中非芳香碳部分为:氢化芳环、环烷环、烷基侧链、含氧官能团和氮、硫杂原子
用以模型结构研究的高挥发分烟煤的组成，以100碳为基础,可表为C100H70O7NS，芳香碳原子的分数(芳香碳原子数与总碳原子数之比)fa=0.70
煤具有稳定的稠环结构，氢碳比很低
煤要转化为有用的化学品，需要进行深度加工(Why )
结 论
1.2.1 煤炭资源
煤为初始原料获取化学工业产品的三种主要途径：
从煤焦油中分离提取以芳香族有机化合物为主的化学品
以电石乙炔为基础的基本有机合成工业
由煤气化制得合成气（CO和H2的混合气体），合成气转化为氨、甲醇等
以下围绕这三个途径分别讲述
粗煤气
焦炭
焦化
焦炉煤气（H2 ﹑ CH4 ﹑ C2H4等）
粗苯（苯﹑甲苯﹑二甲苯）
煤焦油（苯酚﹑甲酚﹑萘等）
生石灰
2600℃
气化
电石
乙炔
乙炔加工
氨﹑甲醇等
合成气
气化
煤
第二节 煤炭化工
1.2.1 煤炭资源
1.2.2 炼焦化学品
1.2.3 乙炔化工
1.2.4 煤气化制合成气
1.2.2 炼焦化学品
焦化过程——煤干馏（coal carbonization)
煤在高温炉内隔绝空气受热分解而生成煤气、焦油和焦炭的过程称为煤的干馏。
按煤干馏温度高低可分为:
高温干馏，又称焦化，温度为900～1100℃
主要目的是制取冶金用的焦炭，同时副产煤气和煤焦油。
中温干馏，温度为700～900℃
低温干馏，温度为500～600℃
其中最重要的是煤的高温干馏，即焦化
1.2.2 炼焦化学品
煤的焦化大致可分为以下四个阶段：
干燥预热阶段（<350℃）
当煤料温度高于100℃时，煤中的水分蒸发；温度升高到260℃以上时，煤开始分解，释放出结合的水、CH4、CO等气体；
胶质体形成阶段（350～480℃）
温度高于350℃时煤开始软化，形成粘稠的胶质体；
半焦形成阶段（480～650℃）
400～500℃时大部分煤气和焦油析出，称为一次热分解；450～550℃，热分解继续进行，物料逐渐变稠并固化形成半焦；
1.2.2 炼焦化学品
焦炭形成阶段（650～950℃）
高于550℃，半焦继续分解，析出剩下的挥发性组分，同时半焦收缩，形成裂纹；温度高于800℃，半焦体积缩小变硬形成多孔性的焦炭。在高温焦化炉内，一次热分解产物与高温的焦炭、炉壁接触发生二次热分解，产生二次热分解产物。
煤的焦化是一个非常复杂的过程！
一次热分解　
　热解前期的反应，以裂解为主。
二次热分解
　在更高温度下发生的反应，有裂解、芳构化、加氢等，也有焦化后期以缩聚为主的反应。
1.2.2 炼焦化学品
焦化产品——粗煤气
炼焦过程中析出的挥发性产物
其产率和组成与原料煤性质和炼焦工艺条件有关
粗煤气中含有许多种化合物
水分
常温下的气态物质，如H2、CO和CO2等
烃类，如CH4等
含氧化合物，如酚类
含氮化合物，如氨、氰化氢、吡啶类和喹啉类等
含硫化合物，如硫化氢、二硫化碳和噻吩等
这些化学品的产率和组成明显地受煤热解温度的影响，通过比较低温干馏和高温炼焦的数据可得知。
低温干馏和高温炼焦的数据
按一定顺序对高温粗煤气进行处理，可以回收和精制上述各种化学品，并得到净化了的煤气。
炼焦化学品回收与精制流程示意图
终冷塔
洗苯
粗苯精制
捕集油雾
脱萘
洗氨
粗煤气
焦炉
焦炭
初冷器
分离槽
氨水
焦油
焦油精制
酚类
吡啶碱
洗油
萘
蒽
沥青
硫酸铵
苯
甲苯
二甲苯
净煤气

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