用于冶金焦生产的煤的干馏

用于冶金焦生产的煤炭碳化

煤的碳化也称为煤的焦化。该过程包括在没有空气的情况下或在受控气氛中对煤进行热分解以产生称为焦炭的含碳残渣。

煤的碳化可在以下三个温度范围内进行。

• 低温干馏一般在500℃～700℃的温度范围内进行。在这种干馏中，液态产品的收率较高，而气态产品的收率较低。生成的焦炭挥发分较高，可自由燃烧。
• 中温碳化在 800 摄氏度左右的温度范围内进行。这种碳化产生无烟软焦。产生的副产物与高温碳化具有相似的特性。现在很少进行中温碳化。
• 高温碳化是在900摄氏度以上的温度下进行的。这种碳化使气态产品的产率更高，而液态产品的产率更低。这种碳化产生硬焦，通常用于从炼焦煤生产冶金焦。

煤的碳化过程

煤到焦炭的转变在煤被加热时发生。当达到熔化状态时，受热煤层软化并熔化。从大约 375 摄氏度到 475 摄氏度，煤分解形成塑料层。破坏性蒸馏反应在塑料层中迅速进行，并产生挥发性产物。在大约 475 摄氏度到 600 摄氏度时，焦油和芳香烃化合物的析出明显。气体和可冷凝蒸汽被截留在塑料块中，随着它们的膨胀，它们往往会膨胀。随着反应的进行和熔融区温度的升高，煤的可塑性降低。随着气体的持续加热和放出，熔融层逐渐重新凝固成具有典型蜂窝状焦炭结构的半焦炭。这个阶段的焦炭仍然含有大量的挥发物。随着温度进一步升高到 600 摄氏度以上，干馏反应继续进行，同时释放出气体和少量焦油。随着温度从 600 摄氏度升高到 1100 摄氏度，焦炭稳定化发生。其特征在于焦炭质量的收缩、焦炭的结构发展和最终的氢析出。在这个阶段，最后的反应发生。这些反应将氢从极其复杂的高分子量烃中分离出来。随着温度的升高，焦块随着收缩裂纹的发展而收缩.

结块机制

当焦煤碳化时，首先形成光学各向同性的塑性体，然后逐渐形成层状向列液晶。这种聚合物相称为中间相。这是各向同性流体煤和最终由中间相形成的固体各向异性半焦之间的中间相，具有介于固体和液体之间的特性。如果中间相的流动性很高，那么中间相会立即合并成一个更大的单元。在温度升高的范围内，中间相不断形成，尺寸增大并最终相互接触。因此中间相可以凝固并由焦煤转化为焦炭的光学各向异性织构。

炼焦煤的历史

根据可追溯到四世纪的历史资料，可乐是在中国古代生产的。中国人最早用焦炭取暖做饭的时间不晚于九世纪。 1709 年，英国建立了一座生产铸铁的焦炭高炉。 , 在 18 世纪初期，焦炭是通过在地面上成堆燃烧煤炭来制造的，这种方式只有外层燃烧，而煤堆的内部则处于碳化状态。

在 19 世纪上半叶，许多地区继续使用块煤制造焦炭的“炉膛”工艺。这个过程类似于烧木炭，但使用的是一堆覆盖着焦炭粉的煤，而不是一堆准备好的木头，上面覆盖着树枝、树叶和泥土。

这些导致随后开发了不同形状和尺寸的蜂窝炉，以满足炼铁对硬焦日益增长的需求。

蜂巢式烤箱

蜂巢炉是一个简单的耐火砖房，带有拱形屋顶，因此里面的形状是老式蜂巢的形状。它的尺寸通常为 4 m 宽和 2.5 m 高。蜂巢式烤箱通常成排建造，一个烤箱并排放置，相邻烤箱之间有共同的墙壁。这样一排烤箱被称为电池。一个电池通常由许多连续的烤箱组成，有时是数百个。典型的蜂巢式烤箱横截面如图1所示。

图 1 典型的蜂巢烤箱横截面

将煤运到烤炉的铁轨沿着顶部延伸；和其他处理焦炭车的轨道在烤炉旁边。屋顶有一个孔，用于从顶部装煤或其他引火物。出料口设在墙体下部的圆周上。

煤通过圆顶顶部的孔被装入空炉中。它形成一个锥形桩，通过耙子穿过门，将其平整成均匀的层，产生约600毫米至900毫米深的均匀层。

碳化过程是通过先前装煤的炉壁中保留的热量开始的。装料后几乎立即从煤中产生由挥发性物质组成的气体。用于燃烧的空气通过烤箱门顶部的开口或侧门进入。碳化开始产生挥发性物质，在部分关闭的侧门内燃烧。碳化从上到下进行。热量由燃烧的挥发性物质提供，因此不会回收副产品。废气可以排放到大气中。

焦化时间很大程度上取决于煤层的深度，范围为 48 至 72 小时。随着焦化的进行，放出的气体量减少，门的开口尺寸相应减小或在顶部开口处引入砖块。这可以调节空气量并防止过多的空气进入，否则会燃烧部分焦炭，也可能足以冷却烤箱。

热焦炭用水骤冷并通过侧门手动排出。当焦化完成时，门打开，白热的焦炭被通过开口的水流熄灭。然后手动将熄焦的焦炭从炉中耙出并装入火车车厢进行运输。墙壁和屋顶保留了足够的热量来启动下一次充电的碳化。

当煤在焦炉中燃烧时，煤中的杂质还没有被赶走，因为气体积累形成炉渣，这实际上是被去除的杂质的聚集体。由于它不是理想的焦炭产品，因此矿渣要么被丢弃，要么被用作制砖、混合水泥甚至肥料的成分。

新烤箱在充电前先用煤或木头加热。

蜂巢焦化现在是一种过时的工艺，因为它制造的数量很少，而且它产生的污染量很大。但是它仍在使用中。

副产品焦炉电池

全球最大的焦炭产量来自这些电池。这些电池中的煤在没有空气的情况下碳化，这些电池在烤箱中以正压运行。这些焦炉电池中的炼焦过程称为副产品炼焦，因为废气被收集并送到副产品厂，在那里回收各种副产品。大多数副产品焦炉电池都集成在钢铁厂中，用于焦炉煤气。

在链接 http://www.ispatguru.com/coke-making-in-byproduct-coke-oven-batteries/ 和 http:// www.ispatguru.com/coke-oven-by-product-plant/。

非回收焦炉电池

  在非回收焦炉电池中，煤在大型炉室中碳化。碳化过程从顶部通过辐射传热进行，从底部通过通过鞋底的热传导进行。用于燃烧的初级空气通过位于烤箱推门和焦炭侧门中的装料水平上方的几个端口引入烤箱室。部分燃烧的气体通过烤箱壁中的“下角”通道离开顶部腔室并进入唯一的烟道，从而加热烤箱的底部。燃烧后的气体收集在一个共同的隧道中，并通过烟囱排出，从而在烤箱中形成自然通风。由于副产品不回收，该过程称为非回收焦制造。在这些电池中，废气通常进入废热回收锅炉，将多余的热量转化为蒸汽用于发电，因此该过程也称为热回收焦炭制造。在链接 http://www.ispatguru.com/non-recovery-coke-ovens-battery/ 下的单独文章中给出了在非回收焦炉电池中制造焦炭的详细信息。