煉焦工業(yè)

煉焦工業(yè)的原料是煉焦煤，由丁煉焦方式和焦炭質(zhì)量的限制，只有煙煤類別中具有一定粘結(jié)性的煤才能用于煉焦。工業(yè)國家的煤炭產(chǎn)量中約有10~20%用于煉焦。但各國強粘結(jié)性煤的貯存址不同，資源貧乏的國家往往依賴進口煤或改進配煤幾藝以擴大本國煤資源利月和改善焦炭質(zhì)量。

裝爐煤經(jīng)過高溫干餾轉(zhuǎn)化為焦炭、焦爐煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的工藝過程。即煤炭焦化，指主要從硬煤和褐煤中生產(chǎn)焦炭、煤氣、干餾炭及煤焦油或瀝青等副產(chǎn)品的煉焦爐的操作活動。

根據(jù)最終溫度，有高溫?zé)捊?900~1100℃)、中溫?zé)捊?660~750℃)和低溫?zé)捊?500~580℃)。通常指高溫?zé)捊埂?

現(xiàn)代煉焦生產(chǎn)在焦化廠煉焦車間進行。煉焦車間一般由一座或幾座焦爐及其輔助設(shè)施組成，焦爐的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦爐操作的全過程，每個爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機、熄焦車和電機車，一側(cè)還應(yīng)設(shè)有焦臺和篩焦站。開發(fā)的煉焦新工藝還有:配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預(yù)熱工藝等 。

煤的有機質(zhì)基本結(jié)構(gòu)單元，是以芳香族稠環(huán)為主體，周圍連接側(cè)鏈雜環(huán)和官能團的大分子。煤在結(jié)焦過程中受熱到350~480℃，大分子劇烈分解，斷裂后的側(cè)鏈繼續(xù)裂解，其中分子量小的呈氣態(tài)，分子量適中的呈液態(tài)，分子量大的和不熔組分呈固態(tài)，相互滲透的三相物組成膠質(zhì)體。煤的粘結(jié)性強弱，取決于膠質(zhì)體的數(shù)量以及流動性和熱穩(wěn)定性。當溫度繼續(xù)升高到 450~550℃時，液相產(chǎn)物進一步分解，其中一部分又呈氣態(tài)析出，剩余部分逐漸變稠，與分散的固相顆粒融成一體，最后縮聚并固化，形成半焦。在這過程中，氣態(tài)產(chǎn)物通過膠質(zhì)體逸出，產(chǎn)生膨脹壓力，使固體顆粒結(jié)合得更加牢固。聚積在膠質(zhì)體中的氣態(tài)產(chǎn)物則形成氣孔。當溫度進一步升高到700~1000℃時，半焦主要析出氣體，碳網(wǎng)繼續(xù)縮聚，體積變小，焦質(zhì)變硬，形成多孔的焦炭。這時，熱解產(chǎn)物已無液相出現(xiàn)。由于半焦的收縮，各點的溫度和升溫速度不同，使收縮量和收縮速度不均，產(chǎn)生焦炭裂紋 。

煉焦工業(yè)(coking industry)是指以煤為原料，經(jīng)過高溫干餾生產(chǎn)焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油，并回收其他化工產(chǎn)品的工業(yè)。煉焦工業(yè)中高溫干餾是在水平的室式焦爐中進行的。立式爐也可將煤干餾，但它以煤氣為主要產(chǎn)品，它生產(chǎn)的焦炭不能用于高爐煉鐵，且在整個焦炭產(chǎn)量中的比重很小 。

焦炭的生產(chǎn)起源于煤的成堆干餾。1709年英國試驗在高爐中以焦炭代替木炭煉鐵成功以后，到18世紀末歐洲大部分高爐都已使用焦炭煉鐵，促進了焦炭生產(chǎn)向較大規(guī)模發(fā)展，但由于技術(shù)水平所限，焦炭的生產(chǎn)仍分散在煤礦附近，以成堆干餾方式進行，這是煉焦工業(yè)初始的狀態(tài)。19世紀中葉，世界生鐵年產(chǎn)量已接近1000萬t，主要集中于歐洲。焦炭年需要量則在2000萬t以上，與此同時，煉焦副產(chǎn)的氨、苯、煤焦油等都成了正在興起的化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)所不可缺少的原料。對焦炭的大量需要促使煉焦技術(shù)發(fā)生一系列變革，形成大規(guī)模生產(chǎn)所必需的工業(yè)結(jié)構(gòu)。世界生鐵年產(chǎn)量達6600萬t，焦炭需要量達1億t以上，僅用于煉焦的原煤就達2億t，這一生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品的社會需要使煉焦工業(yè)成為當時一個重要行業(yè) 。

煉焦煤料的制備簡稱備煤，是將煤礦運來的各種精煤(或低灰分原煤)制備成配比準確、粒度適當、質(zhì)量均一、符合煉焦要求的煤料。一般包括:卸煤、貯存和混勻、配合、粉碎和混合，并將制備好的煤料送到焦爐貯煤塔。嚴寒地區(qū)，還應(yīng)有解凍庫和破凍塊設(shè)備。煉制優(yōu)質(zhì)焦炭，必須對備煤操作給予足夠的重視。把煤混勻好，提高配煤的準確度，使煤質(zhì)波動最小，保證焦炭的化學(xué)成分和物理機械性能的穩(wěn)定，以穩(wěn)定焦炭質(zhì)量。因此配煤設(shè)備必須準確地按給定值配煤;配煤槽要均勻連續(xù)下煤。煤中雜物要除凈，水分不能過高。煤料的合理粉碎，可以有效地提高焦炭的機械強度。必須根據(jù)具體情況對不同的煤料確定最適宜的粉碎粒度。

改進備煤流程，是擴大煉焦煤源和改善焦炭質(zhì)量的途徑。中國絕大多數(shù)焦化廠都采用先按規(guī)定比例配合的混合粉碎流程。這種流程不能根據(jù)各種煤的硬度差異分別進行處理，因此只適用于粘結(jié)性較好、煤質(zhì)較均勻的煉焦煤料。較新的備煤流程有三種：①單獨粉碎流程，是將各種煤先單獨進行粉碎，然后按規(guī)定的比例配合，再進行混合；②分組粉碎流程，是先將硬度相近的各煤種，按比例配合成組，各組分別送往各自的粉碎機粉碎到要求的粒度，再進行混合；③選擇粉碎流程，是將粉碎到一定程度的煤過篩，將篩出的粗粒級組分進行再粉碎，這樣可使粘結(jié)性差、惰性物含量高的粗粒級組分粉碎得較細，避免粘結(jié)性好的巖相組分過度粉碎。

已經(jīng)制備好的煤料從煤塔放入裝煤車，分別送至各個炭化室裝爐。干餾產(chǎn)生的煤氣經(jīng)集氣系統(tǒng)，送往化學(xué)產(chǎn)品回收車間加工處理。經(jīng)過一個結(jié)焦周期(即從裝爐到推焦所需的時間，一般為14~18小時，視炭化室寬度而定)，用推焦機將煉制成熟的焦炭經(jīng)攔焦機推入熄焦車；熄焦后，將焦炭卸入涼焦臺；然后篩分、貯藏。

煉焦車間一般由兩座煉焦爐組成一個爐組。兩座煉焦爐布置在同一中心線上，中間設(shè)一個煤塔。一個爐組配有相應(yīng)的焦爐機械──裝煤車、推焦機、攔焦機、熄焦車和電機車；還配備一套熄焦設(shè)施，包括熄焦塔、熄焦泵房、粉焦沉淀池及粉焦抓斗等，布置在爐組的端部。熄焦塔中心與爐端炭化室中心的距離一般不小于40米。如采用干法熄焦，則需設(shè)干熄焦站。煉焦車間還裝備有必要的管道和換向系統(tǒng) 。2100433B

裝爐煤經(jīng)過高溫干餾轉(zhuǎn)化為焦炭、焦爐煤氣和化學(xué)產(chǎn)品的工藝過程。即煤炭焦化。指主要從硬煤和褐煤中生產(chǎn)焦炭、煤氣、干餾炭及煤焦油或瀝青等副產(chǎn)品的煉焦爐的操作活動。

根據(jù)最終溫度，有高溫?zé)捊?900～1100℃）、中溫?zé)捊?660～750℃）和低溫?zé)捊?500～580℃）。通常指高溫?zé)捊埂?

現(xiàn)代煉焦生產(chǎn)在焦化廠煉焦車間進行。煉焦車間一般由一座或幾座焦爐及其輔助設(shè)施組成，焦爐的裝煤、推焦、熄焦和篩焦組成了焦爐操作的全過程，每個爐組都配備有裝煤車、推焦車、攔焦機、熄焦車和電機車，一側(cè)還應(yīng)設(shè)有焦臺和篩焦站。開發(fā)的煉焦新工藝還有：配入部分型煤煉焦的配型煤工藝、用搗固法裝煤的煤搗固工藝、煤預(yù)熱工藝等。

煉焦產(chǎn)品

⑴焦炭。煉焦最重要的產(chǎn)品，大多數(shù)國家的焦炭90%以上用于高爐煉鐵，其次用于鑄造與有色金屬冶煉工業(yè)，少量用于制取碳化鈣、二硫化碳、元素磷等。在鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中，焦粉還用作燒結(jié)的燃料。焦炭也可作為制備水煤氣的原料制取合成用的原料氣。

⑵煤焦油。焦化工業(yè)的重要產(chǎn)品，其產(chǎn)量約占裝爐煤的3%~4%，其組成極為復(fù)雜，多數(shù)情況下是由煤焦油工業(yè)專門進行分離、提純后加以利用

⑶煤氣和化學(xué)產(chǎn)品。氨的回收率約占裝爐煤的0.2%~0.4%，常以硫酸銨、磷酸銨或濃氨水等形試作為最終產(chǎn)品。粗苯回收率約占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有機合成工業(yè)的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但為了經(jīng)濟效益，也是為了環(huán)境保護的需要。經(jīng)過凈化的煤氣屬中熱值煤氣，發(fā)熱量為17500kj/Nm3左右，每噸煤約產(chǎn)煉焦煤氣300~400 m3，其質(zhì)量約占裝爐煤的16%~20%，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)中的重要氣體燃料，其主要成分是氫和甲烷，可分離出供化學(xué)合成用的氫氣和代替天然氣的甲烷。

煉焦簡史

中國明代以前就已采用土窯煉焦，并用焦炭冶鐵。到20世紀初，經(jīng)過發(fā)展的土窯有圓窯和長窯兩種，前者適用于地下水位不高、煤結(jié)焦性較好的地區(qū)；后者因爐底高于地面，操作受地下水的影響較小，結(jié)焦時間較短，適用于多雨而煤結(jié)焦性略差的地區(qū)。土窯的特點是結(jié)焦室和燃燒室不分開，煉焦熱源靠煤干餾時產(chǎn)生的煤氣和部分煤料燃燒提供，因而成焦率低，焦炭灰分高，結(jié)焦時間長（約8～12晝夜），化學(xué)產(chǎn)品不能回收利用，對大氣污染嚴重。后經(jīng)改進，出現(xiàn)一種帶固定拱頂?shù)膱A窯，稱為蜂窩式煉焦爐（圖1）。每孔爐的裝煤量5～7噸，結(jié)焦時間48～72小時。焦炭在爐內(nèi)熄火，最初用人工出焦，后來改為機械化出焦。

19世紀中葉出現(xiàn)了倒焰式煉焦爐。倒焰爐的炭化室和燃燒室用磚墻分開，但上部相通，使炭化室發(fā)生的煤氣轉(zhuǎn)入燃燒室，并從燃燒室上部引入空氣，使煤氣燃燒，火焰由上“倒焰”而下，經(jīng)爐底煙道排入煙囪。這種煉焦爐不回收化學(xué)產(chǎn)品，加熱用煤氣量不能調(diào)節(jié)，結(jié)焦末期煤氣產(chǎn)量小，供熱不足。

煤按其在煉焦過程中的性狀，可分為煉焦煤和非煉焦煤。

（1）煉焦煤是指用單種煤煉焦時，可以生成具有一定塊度和機械強度的焦炭的煤。這類煤具有粘結(jié)性，主要供煉焦用。煙煤中的氣煤、肥煤、氣肥煤、1/3焦煤、焦煤和瘦煤都屬于煉焦煤。煉焦煤中的焦煤可以單獨煉焦，生產(chǎn)出符合要求的高爐焦。但是焦煤的資源從世界范圍來說，都是匱乏的。因此，通常把兩種或兩種以上煤牌號的煉焦煤。以適當比例進行配煤，然后煉焦，以滿足對焦炭質(zhì)量的各種要求。

（2）非煉焦煤在單獨煉焦時不軟化、不熔融、不能生成塊狀焦炭。這類煤沒有或僅有極弱的粘結(jié)性，一般不作為煉焦用煤。但當配煤中粘結(jié)組分過?；蛐枰a(chǎn)特殊焦炭(如鑄造焦)時，可以配入少量非煉焦煤，作為瘦化劑用。非煉焦煤也可以作為生產(chǎn)型煤或型焦的原料。褐煤、無煙煤以及煙煤中的長焰煤、不粘煤和貧煤，都屬于非煉焦煤。

為了擴大煉焦用煤資源，在中國煤炭分類國家標準中，還劃分一些過渡性煤種如貧瘦煤、1/2中粘煤和弱粘煤等.根據(jù)各地資源特點以及配煤和煉焦技術(shù)的發(fā)展水平，有的焦化廠可在配合煤中配入部分過渡煤;如在有一定量強肥煤的情況下，配用一些低灰低硫的弱粘煤，以降低焦炭的灰分和硫分。根據(jù)中國冶金系統(tǒng)主要焦化廠1990年的統(tǒng)計，煉焦用煤的煤種比例(%)為:瘦煤9.8，焦煤31.2，肥煤16.9。氣煤25.9，1/3焦煤12.8，氣肥煤1.7，其他煤1.7。 2100433B

煉焦用煤是指煉焦爐煉焦條件下，用于生產(chǎn)一定質(zhì)量焦炭的原料煤。為保證焦炭質(zhì)量，選擇煉焦用煤的最基本要求是考察它的揮發(fā)分、粘結(jié)性和結(jié)焦件，保證盡可能低的灰分、硫分和磷含量。因此，絕大部分煉焦用煤必須經(jīng)過洗選。煉焦用煤必須具有良好的結(jié)焦性，通常用具有粘結(jié)性的氣煤、肥煤、焦煤和瘦煤（或其中的二、三種）按比例配成煉焦原料。隨著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，為擴大煉焦用煤資源，長焰煤、弱粘煤、不粘煤、貧煤和無煙煤等也可以少量地參與煉焦。除粘結(jié)性外，煉焦用煤要求低灰（Aad≤10%）、低硫（St,d<1.0%）和低磷（P<0.02%），以保證獲得高強度、低雜質(zhì)的優(yōu)質(zhì)焦炭。煉焦的副產(chǎn)品有焦爐煤氣和煤焦油，它們都是重要的化工原料。從煤焦油中分離和測定的化合物已經(jīng)近百種。