煉焦
煤在隔絕空氣的條件下,加熱到9500C~10500C經過干燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段,最終制得焦炭,這一過程稱高溫煉焦或高溫干餾,簡稱煉焦。
煉焦產品
煉焦的主要產品是焦炭(約占78 % ,質量分數(shù),以下同),另外還有焦爐煤氣(占15%~18%)和煤焦油(2.5%~4.5%),這兩種副產品中含有大量的化工原料,可廣泛用于醫(yī)藥、染料、化肥、合成纖維、橡膠等生產部門?;厥者@些化工原料,不僅能實現(xiàn)煤的綜合利用,而且也可減輕環(huán)境污染。
焦炭
焦炭90%以上用于冶金工業(yè)的高爐煉鐵,其余的用于機械工業(yè)、鑄造、電石生產原料、氣化及有色金屬冶煉等。因此,煉焦是伴隨著鋼鐵工業(yè)發(fā)展起來的。
焦爐煤氣
煤在焦爐中加熱,由于煤分子的熱解,析出大量的氣態(tài)物質,即為焦爐煤氣。焦爐煤氣的熱值高,是冶金工業(yè)重要的燃料。經過凈化后,可作為工業(yè)燃料和民用煤氣。從焦爐煤氣中提取的物質主要有:氨(產率為0.25%~0.4%),可生產硫銨和無水氨等;粗苯(產率為0.8%~1.1%)和酚類產品,粗苯經過精制可得苯、甲苯、二甲苯,還有古馬隆一茚樹脂等;硫化物(產率為0. 2%~1.5%),可生產硫黃、吡啶等。
煤焦油 荒煤氣經過冷卻析出的煤焦油,分兩步進行處理。首先用蒸餾的方法,將沸點相近的組分集中在各種混合餾分中,然后再對各混合餾分進一步精制得純產品,焦油蒸餾所得的餾分如下。
1.輕油餾分可提取苯、甲苯、二甲苯、重苯等。
2.酚油餾分可提取酚、甲酚、二甲酚等。
3.萘油餾分生產萘、精萘、工業(yè)喹琳等。
4.洗油餾分主要用作苯類吸收劑。我國自己開辦的第一座焦化廠.是1914年開始修建的石家莊焦化廠。至今我國焦化工業(yè)已伴隨鋼鐵工業(yè)發(fā)展成煤化工領域中較大的部門,達到了較高水平?,F(xiàn)在中國是世界第一大焦炭生產國和出口國,從1993年起,中國焦炭產量居世界第一位;2010年焦炭產量3.87億噸,占世界焦炭產量的61%;我國焦炭出口量一直占據(jù)世界焦炭市場的半壁江山。
近年來,煉焦工藝正向著大型化、智能化方向發(fā)展,“大容積焦爐”、“搗固煉焦”、“干熄焦”、“型煤煉焦”、“煤調濕”、“配煤專家系統(tǒng)”等新技術得到了快速的發(fā)展與應用。
焦炭廣泛用于高爐煉鐵、沖天爐熔鐵、鐵合金冶煉和有色金屬冶煉等生產,作為還原劑、能源和供碳劑,也用于電石生產、氣化和合成化學等領域作為原料。對于不同用途的焦炭,均有其特定的要求。其中,冶金焦的用量最大,占90%,對焦炭的質量要求也最高。
冶金焦
冶金焦的作用
高爐煉鐵用焦炭主要是供熱燃料和還原劑。焦炭燃燒產生的熱能是高爐煉鐵過程中的主要供熱熱能,反應生成的CO作為高爐冶煉過程的主要還原劑。
高爐內,焦炭燃燒生成CO2并放出大量的熱,溫度可達1500~18000C,使鐵、渣完全熔化而分離:
C + O2 = CO2 ΔH = -399.4MJ
煤氣中的CO2與焦炭作用,生成CO,并吸收熱量:
C + CO2 = 2CO ΔH = +165.6MJ
高爐內的還原反應有兩類,一是直接還原反應:
C + FeO = Fe + CO ΔH = +152.0MJ
二是間接還原反應:
CO + FeO = Fe + CO2 ΔH = -13.6MJ
冶金焦的質量要求
對冶金焦的要求主要有以下幾方面(我國冶金焦的技術指標見表)
① 強度。
焦炭在高爐中下降時,受到摩擦和沖擊作用,而且高爐越大,此作用也越大。所以,越大的高爐,要求焦炭的強度也越高。
② 粒度
焦炭和礦石是粒度不均一的散狀物料,散料層的相對阻力隨著散料的平均當量直徑和粒度均勻性的增加而減少。所以,爐料粒度不能太小,礦石應篩除小于5mm的礦粉,焦炭應篩除小于10mm的焦粉。焦炭粒度不應比礦石粒度大得太多。一般認為,入爐焦炭的平均粒度以50mm左右為合適。
③ 反應性
高爐內焦炭降解的主要原因是碳溶反應:
C + CO2 = 2CO
因此,在高爐冶煉中,希望焦炭的反應性要小,反應后強度要高。
④ 灰分和硫分
焦炭的灰分和硫分高會給高爐煉鐵帶來種種不利影響,其結果是:焦炭灰分每升高1%,則高爐熔劑消耗量將增加4 %,爐渣量將增加約1.8%,生鐵產量約降低2.6%;焦炭硫分每增加0.1%,焦炭消耗量增加約1.6%,生鐵產量減少2%,所以要盡可能地降低焦炭中的灰分和硫分。
冶金焦的技術指標(GB/T1996-2003)

鑄造焦
鑄造焦是沖天爐熔鐵的主要燃料,用于熔化爐料,并是鐵水過熱,還起支撐料柱保證良好透氣性和供碳等作用。要求鑄造焦有如下性能:
(1)粒度適宜 為使沖天滬熔融金屬的過熱溫度足夠高,流動性好,應使焦炭粒度不致過小,否則,會使碳的燃燒反應區(qū)降低,進而使過熱區(qū)溫度過低。鑄造焦粒度過大,使燃燒區(qū)不集中,也會降低爐氣溫度,一般,鑄造焦粒度為50~100mm。
(2)硫分較低 硫是鐵中有害元素,通常控制在0.1%以下。
(3)強度較高 鑄造焦除了在入爐前運輸過程中受到破碎損耗外,主要在沖天爐內承受金屬爐料的沖擊破壞,因此,要求有足夠高的機械強度,以保證爐內焦炭的塊度和均勻性。
(4)灰分和揮發(fā)分 鑄造焦的灰分盡可能低。一般,鑄造焦灰分減少1%,焦炭消耗約降低4%,鐵水溫度約提高10℃。鑄造焦的揮發(fā)分含量應低,因為揮發(fā)分含量高的焦炭,固定碳含量低,熔化金屬的焦比高,一般焦炭強度也低。
(5)氣孔率和反應性 鑄造焦要求氣孔率小、反應性低,這樣可以制約沖天爐的氧化、還原反應,使底焦高度不會很快降低,減少CO的生成,提高焦炭的燃燒效率、爐氣溫度和鐵水溫度,并有利于降低焦比。
目前我國鑄造焦的質量標準見表。

氣化焦
氣化焦是用于生產發(fā)生爐煤氣或水煤氣的焦炭。氣化的基本反應是:
2C + O2 = 2CO
C + H2O = CO + H2
對氣化焦的要求如下:
由上述反應可知,為提高氣化效率,氣化焦應盡量減少雜質以提高有效成分含量。因此,灰分要低;焦炭灰分應有較高的灰熔點,一般應在1300℃以上,以免造成煤氣發(fā)生爐內形成液態(tài)爐渣而使氣流難以均勻分布;力求粒度均勻,改善料層的透氣性;揮發(fā)分可以高些,甚至半焦也可選用;硫含量要低,因為煤氣中的硫含量正比于焦炭硫分。
電石焦
電石焦是生產電石(CaC2)的原料。每生產1噸電石約需0.5噸焦炭。電石生產過程是在電爐內將生石灰熔融,并在小于1200℃下,將其與電石焦中的C發(fā)生如下反應
CaO + 3C = CaC2 + CO
對電石焦的要求如下:
①粒度為3~20mm;
②含碳量要高(>80%),灰分要低(<9%);
③水分應控制在6%以下,以免生石灰消化;
④硫分<1.5%,磷分<0.04%。焦炭中的硫和磷在電爐中與生石灰作用,會生成硫化鈣和磷化鈣混入電石中。
電石焦的質量要求不太嚴格,所以煉焦用煤的要求也就不太嚴格,只要按照上述焦炭要求進行簡單計算就可求出對煤的要求?,F(xiàn)在有的電石廠所用焦炭往往用半焦代替,這樣生產成本將會大大降低。
煤在隔絕空氣的條件下,加熱到9500C~10500C經過干燥、熱解、熔融、粘結、固化、收縮等階段,最終制得焦炭,這一過程稱高溫煉焦或高溫干餾,簡稱煉焦。
煉焦產品
煉焦的主要產品是焦炭(約占78 % ,質量分數(shù),以下同),另外還有焦爐煤氣(占15%~18%)和煤焦油(2.5%~4.5%),這兩種副產品中含有大量的化工原料,可廣泛用于醫(yī)藥、染料、化肥、合成纖維、橡膠等生產部門?;厥者@些化工原料,不僅能實現(xiàn)煤的綜合利用,而且也可減輕環(huán)境污染。
焦炭
焦炭90%以上用于冶金工業(yè)的高爐煉鐵,其余的用于機械工業(yè)、鑄造、電石生產原料、氣化及有色金屬冶煉等。因此,煉焦是伴隨著鋼鐵工業(yè)發(fā)展起來的。
焦爐煤氣
煤在焦爐中加熱,由于煤分子的熱解,析出大量的氣態(tài)物質,即為焦爐煤氣。焦爐煤氣的熱值高,是冶金工業(yè)重要的燃料。經過凈化后,可作為工業(yè)燃料和民用煤氣。從焦爐煤氣中提取的物質主要有:氨(產率為0.25%~0.4%),可生產硫銨和無水氨等;粗苯(產率為0.8%~1.1%)和酚類產品,粗苯經過精制可得苯、甲苯、二甲苯,還有古馬隆一茚樹脂等;硫化物(產率為0. 2%~1.5%),可生產硫黃、吡啶等。
煤焦油 荒煤氣經過冷卻析出的煤焦油,分兩步進行處理。首先用蒸餾的方法,將沸點相近的組分集中在各種混合餾分中,然后再對各混合餾分進一步精制得純產品,焦油蒸餾所得的餾分如下。
1.輕油餾分可提取苯、甲苯、二甲苯、重苯等。
2.酚油餾分可提取酚、甲酚、二甲酚等。
3.萘油餾分生產萘、精萘、工業(yè)喹琳等。
4.洗油餾分主要用作苯類吸收劑。我國自己開辦的第一座焦化廠.是1914年開始修建的石家莊焦化廠。至今我國焦化工業(yè)已伴隨鋼鐵工業(yè)發(fā)展成煤化工領域中較大的部門,達到了較高水平?,F(xiàn)在中國是世界第一大焦炭生產國和出口國,從1993年起,中國焦炭產量居世界第一位;2010年焦炭產量3.87億噸,占世界焦炭產量的61%;我國焦炭出口量一直占據(jù)世界焦炭市場的半壁江山。
近年來,煉焦工藝正向著大型化、智能化方向發(fā)展,“大容積焦爐”、“搗固煉焦”、“干熄焦”、“型煤煉焦”、“煤調濕”、“配煤專家系統(tǒng)”等新技術得到了快速的發(fā)展與應用。
焦炭廣泛用于高爐煉鐵、沖天爐熔鐵、鐵合金冶煉和有色金屬冶煉等生產,作為還原劑、能源和供碳劑,也用于電石生產、氣化和合成化學等領域作為原料。對于不同用途的焦炭,均有其特定的要求。其中,冶金焦的用量最大,占90%,對焦炭的質量要求也最高。
冶金焦
冶金焦的作用
高爐煉鐵用焦炭主要是供熱燃料和還原劑。焦炭燃燒產生的熱能是高爐煉鐵過程中的主要供熱熱能,反應生成的CO作為高爐冶煉過程的主要還原劑。
高爐內,焦炭燃燒生成CO2并放出大量的熱,溫度可達1500~18000C,使鐵、渣完全熔化而分離:
C + O2 = CO2 ΔH = -399.4MJ
煤氣中的CO2與焦炭作用,生成CO,并吸收熱量:
C + CO2 = 2CO ΔH = +165.6MJ
高爐內的還原反應有兩類,一是直接還原反應:
C + FeO = Fe + CO ΔH = +152.0MJ
二是間接還原反應:
CO + FeO = Fe + CO2 ΔH = -13.6MJ
冶金焦的質量要求
對冶金焦的要求主要有以下幾方面(我國冶金焦的技術指標見表)
① 強度。
焦炭在高爐中下降時,受到摩擦和沖擊作用,而且高爐越大,此作用也越大。所以,越大的高爐,要求焦炭的強度也越高。
② 粒度
焦炭和礦石是粒度不均一的散狀物料,散料層的相對阻力隨著散料的平均當量直徑和粒度均勻性的增加而減少。所以,爐料粒度不能太小,礦石應篩除小于5mm的礦粉,焦炭應篩除小于10mm的焦粉。焦炭粒度不應比礦石粒度大得太多。一般認為,入爐焦炭的平均粒度以50mm左右為合適。
③ 反應性
高爐內焦炭降解的主要原因是碳溶反應:
C + CO2 = 2CO
因此,在高爐冶煉中,希望焦炭的反應性要小,反應后強度要高。
④ 灰分和硫分
焦炭的灰分和硫分高會給高爐煉鐵帶來種種不利影響,其結果是:焦炭灰分每升高1%,則高爐熔劑消耗量將增加4 %,爐渣量將增加約1.8%,生鐵產量約降低2.6%;焦炭硫分每增加0.1%,焦炭消耗量增加約1.6%,生鐵產量減少2%,所以要盡可能地降低焦炭中的灰分和硫分。
冶金焦的技術指標(GB/T1996-2003)

鑄造焦
鑄造焦是沖天爐熔鐵的主要燃料,用于熔化爐料,并是鐵水過熱,還起支撐料柱保證良好透氣性和供碳等作用。要求鑄造焦有如下性能:
(1)粒度適宜 為使沖天滬熔融金屬的過熱溫度足夠高,流動性好,應使焦炭粒度不致過小,否則,會使碳的燃燒反應區(qū)降低,進而使過熱區(qū)溫度過低。鑄造焦粒度過大,使燃燒區(qū)不集中,也會降低爐氣溫度,一般,鑄造焦粒度為50~100mm。
(2)硫分較低 硫是鐵中有害元素,通常控制在0.1%以下。
(3)強度較高 鑄造焦除了在入爐前運輸過程中受到破碎損耗外,主要在沖天爐內承受金屬爐料的沖擊破壞,因此,要求有足夠高的機械強度,以保證爐內焦炭的塊度和均勻性。
(4)灰分和揮發(fā)分 鑄造焦的灰分盡可能低。一般,鑄造焦灰分減少1%,焦炭消耗約降低4%,鐵水溫度約提高10℃。鑄造焦的揮發(fā)分含量應低,因為揮發(fā)分含量高的焦炭,固定碳含量低,熔化金屬的焦比高,一般焦炭強度也低。
(5)氣孔率和反應性 鑄造焦要求氣孔率小、反應性低,這樣可以制約沖天爐的氧化、還原反應,使底焦高度不會很快降低,減少CO的生成,提高焦炭的燃燒效率、爐氣溫度和鐵水溫度,并有利于降低焦比。
目前我國鑄造焦的質量標準見表。

氣化焦
氣化焦是用于生產發(fā)生爐煤氣或水煤氣的焦炭。氣化的基本反應是:
2C + O2 = 2CO
C + H2O = CO + H2
對氣化焦的要求如下:
由上述反應可知,為提高氣化效率,氣化焦應盡量減少雜質以提高有效成分含量。因此,灰分要低;焦炭灰分應有較高的灰熔點,一般應在1300℃以上,以免造成煤氣發(fā)生爐內形成液態(tài)爐渣而使氣流難以均勻分布;力求粒度均勻,改善料層的透氣性;揮發(fā)分可以高些,甚至半焦也可選用;硫含量要低,因為煤氣中的硫含量正比于焦炭硫分。
電石焦
電石焦是生產電石(CaC2)的原料。每生產1噸電石約需0.5噸焦炭。電石生產過程是在電爐內將生石灰熔融,并在小于1200℃下,將其與電石焦中的C發(fā)生如下反應
CaO + 3C = CaC2 + CO
對電石焦的要求如下:
①粒度為3~20mm;
②含碳量要高(>80%),灰分要低(<9%);
③水分應控制在6%以下,以免生石灰消化;
④硫分<1.5%,磷分<0.04%。焦炭中的硫和磷在電爐中與生石灰作用,會生成硫化鈣和磷化鈣混入電石中。
電石焦的質量要求不太嚴格,所以煉焦用煤的要求也就不太嚴格,只要按照上述焦炭要求進行簡單計算就可求出對煤的要求?,F(xiàn)在有的電石廠所用焦炭往往用半焦代替,這樣生產成本將會大大降低。