1.2.1 煤炭资源(课件）-《化学工艺》同步教学（化学工业出版社）

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