煤炭干馏及其应用

华中科技大学，徐长发，2018.1.10

石油和煤炭的主要成分都是烃（碳氢化合物）。石油是液态的，用高温就可气化，石油分馏可将不同性质的烃大致分开，石油精馏又可得到各种纯正的化工原料。煤炭虽然是固态的，但用高温技术也可气化，也可以把煤炭中的烃类物质分离出来，再用类似于石油精馏的方法，就可以实现用煤炭生产出纯正的化工原料。煤炭和石油无论是从内涵成分方面还是加工方法方面都存在着必然的联系。

一．煤炭干馏的产物

煤在隔绝空气条件下加热分解，生成焦炭、煤焦油、烃类煤气等，这个过程称为煤干馏。煤的干馏是化学变化过程。

按加热温度的不同，煤干馏分为三种情形：500～600℃为低温干馏，700～900℃为中温干馏，900～1100℃为高温干馏。

低温干馏，固体产物为结构疏松的黑色半焦，煤气产率较低，焦油产率较高。

高温干馏，固体产物则为结构致密的银灰色焦炭，煤气产率较高，而焦油产率较低。

低温干馏的主要目的是为了获取更多的煤焦油，这种煤焦油比高温焦油含有较多烷烃，是生产烯烃的原料，也是人造石油的原料。

高温干馏主要目的是生产冶金焦炭，焦炭的主要成分是固定碳，所得的焦油中也含有400余种芳香烃、杂环类碳氢化合物，很多烃是石油中没有的。

无论是低温还是高温干馏，都有煤气产品，其主要成分为氢气和甲烷，可作燃料也可以作化工原料。

二．煤干馏发生的主要变化

当煤料的温度高于100℃时，煤中所含有的水分被蒸发出来。

温度升高到200℃以上时，煤中的结晶水就释出。

温度高达350℃以上时,固态煤开始软化，并进一步形成粘稠的胶质体。

温度达到400～550℃时，大部分煤气和焦油析出，这是煤的第一次热分解产物；残留物也逐渐变稠并固化形成半焦。

温度高于550℃，半焦继续分解,继续析出挥发物（主要成分是氢气）；同时，半焦出现收缩，并出现裂纹。

温度高于800℃,半焦体积进一步缩小变硬，形成多孔焦炭。此时，第一次热分解产物（煤气和焦油）又发生二次热分解。此时的产物是焦炭、煤焦油和煤热解气；其中煤焦油中含有很多石油中所没有的烃类物质；煤热解气中含有氢气、烷烃，烯烃和多种芳香烃。

三．煤炭的高效应用

煤含有很多宝贵的化工原料，如果煤只简单地用于燃烧，真是太浪费了。随着经济和工业的发展，除了煤干馏技术之外，煤的气化技术和煤的液化技术都已经得到越来越广泛的应用。

1.煤干馏技术及其应用

低温干馏的原料可以用褐煤和部分年轻烟煤，也可用泥炭，这些燃烧效果不好的煤炭都可以派上用场。低温干馏的煤焦油比高温焦油含有较多烷烃，是人造石油重要来源之一。低温干馏的热解气，可用于燃烧，也可用于化工。

高温干馏的原料可以用烟煤，那些劣质煤和煤粉也得到了合理利用，能够创造出可贵的经济效益。

高温干馏主要产物之一是焦炭。焦炭的主要成分是碳。焦炭主要用于冶金工业，其中又以炼铁为主，它在生铁成本中约占1／3到1／2。焦炭还可应用于化工生产，例如，以焦炭与水蒸汽和空气作用制成半水煤气，制造合成氨，还可与石灰石高温反应制取电石，少量焦炭和沥青配合制造碳精电极等。

高温干馏主要产物之二是焦炉气，含有氢气、甲烷气和煤气等，燃烧热值高，燃烧方便，多用作冶金工业燃料或城市煤气，还可用于合成氨、甲醇、塑料合成纤维等。

 高温干馏主要产物之三是焦油，焦油的主要成分是芳烃和多种杂环碳氢化合物。工业上应用最广泛最常用的，就是利用高温干馏焦油，来生产化肥、塑料、合成材料、合成橡胶、合成纤维、炸药、染料、医药等。

高温干馏主要产物之四是沥青，沥青主要组份是碳，还有一些更加复杂、更加难以分解的有机物。沥青现在也有很多用途，可以加氢进一步裂解，也可以用于作碳素电极，也可以做筑路材料。

2.煤的气化技术及其应用

煤的气化：是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下，使煤中的有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有煤气、氢气、甲烷等可燃气体。煤炭气化用作燃气，既高效又环保。

3.煤的液化技术及其应用

煤的液化：就是在一定条件下（温度、压力、催化剂、溶剂、氢气等）将固体煤炭转化为烃类的液体原料。石油和煤中都主要含有烃（碳氢化合物），但煤的平均分子量大于石油，且氢元素含量较低。要做煤的液化产品，先要通过加热、催化、加氢一系列工序，把煤的大分子变小，就得到液化煤了，液化煤和石油“差不多”。煤炭液化油也叫人造石油，可以像石油一样进行再加工。

总之，煤化工的发展，解决了节能减排的问题，解决了环境污染问题，解决了工业原料问题，一举多得。

值得一提的是，以上知识告诉我们，煤炭和石油是同源的。这对我们认识煤炭的生产是非常有启发性的。

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