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煤化工工艺考试试题 一、问答题每空2分 A.煤直接液化是通过裂解、加氢、脱杂等过程将煤变成类似于石油组成的液体燃料。 B.中国化石能源结构的特点富煤、缺油、少气 A在植物转化为泥炭的过程中,当水体较深的还原环境中,植物残骸经化学生物作用分解成均一的物质,这个过程称为凝胶化过程,而当处于浅水氧化环境或经森林大火后发生的泥炭化作用称之为丝炭化过程 A 煤的大分子结构主要由芳香结构单元、桥键及结构单元周边连接的官能团或侧链三部分 组成 B植物的化学组成可概括为糖类及其衍生物木质素蛋白质脂类化合物四大类A煤热解干馏时按加热温度的不同可分为高温干馏、中温干馏、低温干馏三种形式 B干馏炉按供热方式的不同可分为内热式、外热式、内处热联合式三种形式 A.煤的液化过程中生成的液态物质根据分子量或在不同溶剂中溶解度的可以分为三类分子量 250400的为轻油、分子量500700的是沥青烯,分子量1000左右的是前沥青烯。 B.根据加氢液化反应的条件不同,煤直接液化工艺按反应器的多少以及段间是否有分离单元, 一般可以分为一段加氢法和两段加氢法两大类。 A 煤是有植物演化而来的,一般的,高等植物形成的煤称为腐植煤,低等植物形成的煤称为腐 泥煤 B煤直接液化原则性工艺流程可由煤浆制备单元、加氢液化反应单元、分离单元、提质加工四个单元组成 二、名词解释每个5分 A 煤化工FT合成胶质体直接液化 B 粘结性成煤过程煤干馏间接液化 三问答题每个10分 1AB.以煤为原料制液体燃料油有哪几种工艺路线,从投资、环保、效益等方面说明各自优缺点目前利用煤炭为原料制备液体燃料的工艺方法主要有以下四种 煤干馏焦油加氢裂化一般在常压及600℃以上进行,加压加氢可提高焦油产率。 溶剂萃取高温高压下,利用溶剂取代作用破坏煤分子氢键、范氏力,部分转化成液体 直接液化该工艺的特点是在高温、高压及催化剂的作用下,将煤的大分子化学结构破坏并 通过溶剂加氢和去除杂质转化成液态燃料的过程。 间接液化气化→合成气→FT合成、MTG转化→液态燃料 直接液化,制1吨油需3-4吨煤,水耗8吨以上,碳排6吨以上,投资1亿/万吨 简接液化制1 吨油需5-6吨煤,小耗12吨碳排 8-9吨投资1亿/万吨,工艺苛刻 溶剂萃取水耗碳排均小,但分离过程复杂,适宜从煤中提取化学品 通过干馏的煤焦加氢制油,干馏过程水循利用2千万元/万吨,投资小,设备工艺简单成熟。2A.分阶段简述成煤过程 植物在泥炭沼泽中持续地生长和死亡,其残骸不断堆积,经过长期而复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用和地质化学作用,在上覆岩层的温度和压力作用下逐渐演化成泥炭、褐煤、烟煤和无烟煤的过程,称为成煤作用。可表示为 2B.分阶段简述煤直接液化的基本过程 1热解裂解煤经热作用后,大分子结构间的共价镀首先发生热裂解并形成自由基“碎 片”; 2氢转移加氢稳定煤热解产生的自由基“碎片”与催化剂所吸附的活性氢或供氢溶剂提 供的氢原子相结合而形成稳定的小分子液体或气体产物; 3脱杂通过进一步的加氢对液化油进行杂原子脱除及改质; 3A.分阶段简述煤直接液化的基本过程 1热解裂解煤经热作用后,大分子结构间的共价镀首先发生热裂解并形成自由基“碎 片”; 2氢转移加氢稳定煤热解产生的自由基“碎片”与催化剂所吸附的活性氢或供氢溶剂提 供的氢原子相结合而形成稳定的小分子液体或气体产物; 3脱杂通过进一步的加氢对液化油进行杂原子脱除及改质; 3B 分阶段描述煤热解干馏至成焦的过程 第一阶段室温300 ℃,从室温到300 ℃为炼焦初始阶段,煤在这一阶段一般没什么变化,主要从煤中析出蓄存的气体和非化学结合水。脱水主要发生在120℃前,脱气CH4 、CO2 和N2 大致在200 ℃前后完成。 第二阶段300 600 ℃,这一阶段以解聚和分解反应为主,煤黏结成半焦,并发生一系 列变化。煤在300 ℃左右开始软化,强烈分解,析出煤气和焦油,煤在450 ℃前后焦油量最大,在450 600 ℃气体析出量最多。煤气成分除热解水,一氧化碳和二氧化碳外,主要是气态烃,故热值较高。 第三阶段600 1000 ℃,这是半焦变成焦炭的阶段,以缩聚反应为主。焦油量极少,温度的升高,促进了半焦脱气体挥发分,700 ℃后煤气成分主要是氢气。焦炭挥发分小于2 ,芳香晶核增大,排列规则化,结构致密,坚硬并有银灰色金属光泽。从半焦到焦炭,一方面析出大量煤气,挥发分降低,另一方面焦炭本身的重量损失,密度增加,裂纹及裂缝产生,形成碎块。焦炭的块度和强度与收缩情况有直接关系。 4A.随变质程的提高,煤的性有哪些变化规律 4B.煤通过化学转化的方式转化为气液固产品的转化途径 5A 固定床加压气化对气化过程有哪些影响 加压气化是强化煤气化的一种方法,但它对煤气组成、煤的部分气化性也会带来影响。 1一般来讲,在加压的情况下,气体密度增大,化学反应速度加快,有利于单炉生产能力的提 高;从气化反应平衡来讲,加压有利于甲烷的形成,不利于二氧化碳的还原和水蒸气的分解,从而导致水耗量增大,煤气中二氧化碳浓度有所增加。 2从化学平衡方面讲,在煤炭气化的一次反应中,所有反应均为增大体积的反应,故增加压力, 不利于反应进行。 3煤的粘结性随压力的增加而增加,因而结渣率随系统压力的增加而减少。 4压力提高后,有利于甲烷化反应进行,在气化炉还原区的上方会形成一个较厚的甲烷化反应 区,使得CH4产率随压力提高迅速增加. 5B 论述不同煤气化方式的特点及其优劣性 1固定床加压气化Lurgi热效率或冷煤气效率最高,氧耗量最低,但由于必须使用弱 粘或不粘块煤为原料,煤气中含焦油、酚等物质,净化处理流程长、投资高,新建气化项目较少采用。 2气流床气化以粒径0.1mm的细粉煤为原料,煤粉可以干态Shell或浆态水煤浆,Texaco 进料,操作温度高,煤气中不含焦油、酚和烃类,气化强度最高。但同时投资高,氧耗量高, 必须采用较低灰熔点和低灰含量煤作原料,否则需加助熔剂而进一步增加氧耗。 3流化床气化以碎煤为原料小于6mm,煤气中几乎不含焦油、酚和烃类,传统流化床为防止 床内物料因灰含量高而烧结,必须控制在较低的操作温度低于950℃,因而只适用于高活性的褐煤或次烟煤。我国开发的灰熔聚流化床气化技术,借选择性排灰提高了床内碳浓度,降低了结渣风险,提高了操作温度达1100℃,适用煤种已拓宽到烟煤甚至无烟煤。流化床操作温度适中,投资低,原料适应性宽,因此愈来愈受到重视。其不足之处在于目前的技术操作压力低、单台处理能力与气流床相比较小,同时由于细粉的带出,碳转化率还有待提高。