煤炭焦化的发展进程

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2018-03-14
简介
文中主要阐述了煤炭焦化的发展进程。发展中主要从煤炭主要加工方法到产品焦炭可作高炉冶炼的燃料以及到净焦炉煤气可供民用和作为工业燃料等,我国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品。由此看出煤炭焦化的发展进程。详细内容,请阅读全文!

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煤炭焦化的发展进程煤是地球早期储存的太阳能,是宝贵的有机碳资源。目前全球探明的煤炭可采储量约1.4万t。20世纪90年代以来,世界煤炭年产量一直徘徊于44亿t~48亿t之间,在世界一次能源生产和消费总量中占30%左右。煤炭是世界经济发展的重要支柱之一,燃煤电站提供世界电力的45%~50%。据统计,当前煤炭衍生物可生产2.5万种工业产品,除电力外,钢铁、化工和建材等都离不开煤炭的支持。煤炭生产是世界各主要产煤国家就业和社会稳定的重要保障。我国煤炭资源十分丰富,为我国煤化工发展提供了资源保证。由于煤化工是一种技术含量高,技术开发周期长,高投入的产业,所以我国煤化工比发达国家落后,产业没有形成规模,局限于传统行业内的单一产品。例如煤的碳化仅限于炼焦与化产回收,煤的气化主要用于化肥行业生产化肥。虽然70年代末引进了德国鲁奇气化80年代末引进了德士古水煤浆气化,90年代末引进壳牌公司干粉煤气化生产合成氨未改变我国化肥行业仍主要采用上世纪40年代常压固定床间歇气化生产合成氨的格局。煤制甲醇大都与合成氨联产,采用技术落后的高压法:先进的低压法生产甲醇最大仅有上海的三联供一个厂,规模是年产20万吨,其它规模均在10万吨/年左右。成焦机理研究的分类迄今为止有关成焦机理的研究结果大致可归纳为三类:第一类是基于烟煤的大分子结构及其在热解过程中由于胶质状塑性体的形成使固体煤粒粘结的塑性成焦原理,根据这个原理,不同烟煤由于胶质体的性质和数量的不同,导致粘结的强弱,并由于气体析出数量和速度的差异得到不同质量的焦炭。第二类是基于表面结合成焦原理,由于煤的岩相组成的差异,决定了煤粒有活性与非活性之分,并且由于煤粒之间的粘结是在其接触表面上进行的,以活性组分为主的煤粒,相互间的粘结呈流动结合型,固化后不再存在粒子的原形;而以非活性组分为主的煤粒间的粘结呈接触结合型,固化后保留粒子的轮廓,从而决定最后形成的焦炭质量。第三类即60年代以来发展起来的中间相成焦机理,这是一种相对较新的理论。中间相成焦机理的形成与发展煤在受热炭化时,煤中小分子物首先脱离非共价键的束缚而逸出,与随后共价键裂解产生的其它小分子物一起组成塑性流动相,裂解后产生的大分子自由基发生缩合反应,形成缩合稠环芳烃,分子量可达1500左右,在各向同性的液相体系中形成新相—圆球状的可塑性物质,这就是所谓的中间相小球体(mesophasesphere),初生的小球体仅百分之几微米,当长大到零点几微米时,用光学显微镜就可以分辨出来。小球体的结构模型最初是由Tavlor[v1提出,后来Brooks和Taylor[81用电子衍射技术进行证实。小球体由大致平行的分子层片堆集而成,存在着一条极轴,各层分子层片在其中心处与极轴垂直,所有的层片中,实际上仅有包含着“赤道”的最大的层片是完全平面的,其它层片在从中心伸向边缘时发生弯曲,成为曲面,越往两极,弯曲的越厉害,以达到层片在边缘处与小球体表面正交。对于中间相的发展过程,以沥青和芳烃化合物为原料的研究较多,一般规律是:a)裂解,原料分子因加热而发生热分解;b)缩聚,分解产物再次缩聚成大的平面稠环大分子;c)成球,稠环大分子在流动相中因扩散而相互平行堆砌,形成初生小球体;d)长大,小球体作为新相不断地吸附周围的流动相而发生体积的扩大;e)接触,新球不断涌现,原来的小球不断地长大,使流动相中小球体的浓度增加,球间的距离缩小,直到球与球相接触:0融并,相邻的相互接触的两个小球合并在一起,成为一个复球;g)重排,融并后的复球内部分子不断重排而规则化;h)聚集,很多复球与单球结合在一起,成为中间相体;i)增粘,中间相体进一步吸收周围的流动相而长大,基质消耗殆尽,系统的粘度迅速增加;j)变形,由于流动相中逸出的气体压力和剪切力的作用,使高度聚集相弯曲的层片分子变形,排列更规则化;k)固化,系统固化形成各种类型的光学组织。当然,上述过程也不是孤立进行的,往往相互穿插着发生。weishauPtova和medek[l0]用sEM观测了煤焦油沥青由两种不同制备方法中间相的成长过程,表明都出现有三个微组织特征:芳香层的定向垂直于表面,芳香层束厚度为0.1pm;他们的横向裂缝角为l04’。srinivasan和mcknight〔川提出焦炭中的流动区域组织是由两种机理形成:一为传统的中间相机理,即在反应体系中均相成核,形成中间相球体,然后变形生成流动区域组织;第二种机理认为通过一个相分离,形成各向同性分散相,而后在延长时间或更高温度下,经历结构变形导致中间相和流动区域组织的形成。
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