焦炭反應(yīng)
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-29
焦炭反應(yīng)的實(shí)例教程
一、煤的性質(zhì)
原料煤性質(zhì)：一般中等煤化度的煤，煉制的焦炭有較低的反應(yīng)性。尤其是煤料的流動(dòng)度較大時(shí),易使焦炭中生成較多的光學(xué)各向異性組織，可降低焦炭反應(yīng)性。而煤料中灰分常含有堿金屬和堿土金的氧化物，它們對(duì)焦炭和二氧化碳的反應(yīng)有催化作用，因此，煤料灰分高或灰分中堿金屬、堿土金屬含量高，均會(huì)使焦炭反應(yīng)性增大。
1.單種煤值揮發(fā)份過高或過低，其反應(yīng)性較高。在24％左右時(shí)，焦炭的反應(yīng)性最小。
2.單種煤平均最大反射率過高或過低，其反應(yīng)性較高。
3.灰分對(duì)熱性質(zhì)影響，尤其是堿性金屬氧化物的存在。
二、煉焦工藝條件：
1）、增大裝煤堆比重；堆密度越高，焦炭的熱反應(yīng)性越低，反應(yīng)后強(qiáng)度越高（明顯）。
2）、提高煉焦溫度；
3）、采取燜爐等措施；一般4.3米以上焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間普遍長(zhǎng)。可使焦炭結(jié)構(gòu)致密，減少氣孔表面積，使焦炭反應(yīng)性降低。
三、熄焦方式：采用干熄焦，可避免水蒸汽對(duì)焦炭表面的活化，有利于降低焦炭的反應(yīng)性。
四、備煤工藝條
1.采用先粉弱粘煤、再配煤、在粉碎的工藝能使焦炭的熱反應(yīng)性下降，反應(yīng)后強(qiáng)度提高。
2.配煤中添加軋機(jī)廢油不僅可以提高煤料的堆密度，而且可以改善焦炭的冶金性能指標(biāo)。
3、細(xì)度要求：
配合煤是由各種不同牌號(hào)和不同粒度的煤料組成的，煉焦前必須經(jīng)過粉碎處理，使煤質(zhì)和粒度組成較為均勻，才能保證焦炭質(zhì)量。
煤的粉碎細(xì)度(小于3mm粒級(jí)占煤料的百分?jǐn)?shù))對(duì)焦炭質(zhì)量有很大影響，煤料的細(xì)度是配煤質(zhì)量指標(biāo)之一，應(yīng)根據(jù)煤質(zhì)和煉焦工藝等因素綜合考慮。生產(chǎn)中，在確定煤料細(xì)度時(shí)，應(yīng)從煤料的質(zhì)量均勻性和生產(chǎn)操作兩方面考慮。
從煤料的均勻性來(lái)看，煤料粉碎得越細(xì)越好。但如果煤料細(xì)度小，則因存在有較大顆粒的弱粘結(jié)性煤及灰份而使焦炭裂紋增多，均勻性變壞。
展開 3、討論
本文通過實(shí)驗(yàn)分析的方式驗(yàn)證了焦?fàn)t加熱制度相對(duì)于焦炭熱性質(zhì)的影響情況，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出如下結(jié)論：（1）在焦?fàn)t加熱制備焦炭的過程當(dāng)中，每延長(zhǎng)1.0h結(jié)焦時(shí)間，則所對(duì)應(yīng)的生成焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)下降0.42%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)則下降0.58%；（2）在焦?fàn)t加熱狀態(tài)下所生成焦炭中，其反應(yīng)性水平與反應(yīng)后強(qiáng)度水平存在一定反向相關(guān)關(guān)系，且提高加熱溫度可提高反應(yīng)后強(qiáng)度水平；（3）隨著配合煤水分的提升，需適當(dāng)提高焦?fàn)t加熱溫度或延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間，避免煤料出現(xiàn)受熱不足、受熱不均勻的問題。以上結(jié)論望作用于實(shí)踐。
展開 3、討論
本文通過實(shí)驗(yàn)分析的方式驗(yàn)證了焦?fàn)t加熱制度相對(duì)于焦炭熱性質(zhì)的影響情況，綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得出如下結(jié)論：（1）在焦?fàn)t加熱制備焦炭的過程當(dāng)中，每延長(zhǎng)1.0h結(jié)焦時(shí)間，則所對(duì)應(yīng)的生成焦炭反應(yīng)性CRI指標(biāo)下降0.42%，反應(yīng)后強(qiáng)度CSR指標(biāo)則下降0.58%；（2）在焦?fàn)t加熱狀態(tài)下所生成焦炭中，其反應(yīng)性水平與反應(yīng)后強(qiáng)度水平存在一定反向相關(guān)關(guān)系，且提高加熱溫度可提高反應(yīng)后強(qiáng)度水平；（3）隨著配合煤水分的提升，需適當(dāng)提高焦?fàn)t加熱溫度或延長(zhǎng)結(jié)焦時(shí)間，避免煤料出現(xiàn)受熱不足、受熱不均勻的問題。以上結(jié)論望作用于實(shí)踐。
展開 通常將預(yù)存室壓力值控制在微正壓（0—50Pa），既可提高鍋爐入口循環(huán)氣體溫度，降低干熄焦系統(tǒng)的熱損失，又提高了循環(huán)氣體可燃成分，降低焦炭燒損，保證安全生產(chǎn)。
（6）加強(qiáng)工藝控制，保持排焦溫度的穩(wěn)定
首先是做好與煉焦工序的生產(chǎn)協(xié)調(diào)，盡可能保證生產(chǎn)穩(wěn)定，均勻裝焦，減少趕爐；其次是安排好煉焦、運(yùn)焦系統(tǒng)的檢修計(jì)劃，提前調(diào)節(jié)干熄爐料位，避免排焦溫度短時(shí)間內(nèi)急劇升高。（7）控制焦炭成熟度控制
相對(duì)較低的焦炭成熟度，充分利用干熄爐預(yù)存室的燜爐效果，在保證焦炭質(zhì)量的前提下，降低煉焦工序能耗是可行的，但由于揮發(fā)分的析出，卻會(huì)對(duì)干熄焦系統(tǒng)帶來(lái)一定影響。焦炭燒損率的增加就是影響之一，為此有必要在降低煉焦工序能耗和減少焦炭燒損率之間尋找平衡點(diǎn)。干熄焦系統(tǒng)設(shè)計(jì)裝焦溫度為 950～1050℃，考慮測(cè)溫的偏差等因素，焦餅中心溫度應(yīng)控制在 1000℃以上。
通過上述治理措施，會(huì)部分減少焦炭的燒損，但是要達(dá)到控制焦炭燒損，還是不能解決主要問題。我們認(rèn)為，在系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行、操作以及工藝指標(biāo)控制等正常的情況下，焦炭燒損的反應(yīng)主要還是與二氧化碳的炭熔反應(yīng)，即 C + CO2 = 2CO。
在氣體循環(huán)過程中，由于焦炭揮發(fā)分的不斷析出和空氣導(dǎo)入量增加，造成循環(huán)氣體中 CO 及CO2 含量逐漸升高，CO 經(jīng)過燃燒也轉(zhuǎn)化為 CO2，由于二氧化碳相對(duì)來(lái)講是惰性氣體，故造成循環(huán)系統(tǒng)中二氧化碳的逐漸升高。
C02 與焦炭在高溫下也會(huì)發(fā)生反應(yīng)，下表列出了不同溫度下 C02 反應(yīng)的吉布斯自由能。C02 反應(yīng)的吉布斯自由能在 730℃時(shí)為-6.6kJ／mol，即在此溫度下就可以與焦炭自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)。在干熄焦的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，循環(huán)氣體從干熄爐底部進(jìn)入，與自上而下的熾熱焦炭進(jìn)行逆流接觸和換熱，在此過程中當(dāng)溫度達(dá)到 730℃以上時(shí)，C02 就會(huì)與熾熱的 C 反應(yīng)生成 CO，造成焦炭質(zhì)量的燒損，隨著溫度的升高，反應(yīng)會(huì)逐漸劇烈。
展開 循環(huán)氣體中的易爆氣體增多，濃度達(dá)到爆炸極限，遇到灼熱的紅焦炭或違章動(dòng)火作業(yè)，易爆氣體泄漏區(qū)域有明火，會(huì)發(fā)生爆炸事故。循環(huán)氣體中的易燃?xì)怏w增多的主要原因：
1).空氣進(jìn)入循環(huán)氣體，空氣中的氧氣與焦炭反應(yīng)生成一氧化碳，一氧化碳濃度增高。空氣進(jìn)入循環(huán)氣體有以下幾個(gè)主要原因：
①干熄槽頂部水封高度過低，空氣漏入干熄槽內(nèi)。
②系統(tǒng)循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段吸入一定量空氣。
③一次除塵與二次除塵器中焦粉料位計(jì)失靈，控制不當(dāng)，焦粉料位達(dá)到下限時(shí)未停止排灰動(dòng)作，造成空氣從負(fù)壓排灰口進(jìn)入循環(huán)氣體系統(tǒng)。
④干熄焦的焦炭處理量增加，循環(huán)氣體增大，氣體循環(huán)系統(tǒng)負(fù)壓段負(fù)壓增大，漏入負(fù)壓段的空氣及空氣中的水分與焦炭反應(yīng)生成更多的氫氣和一氧化碳，使氫氣和一氧化碳濃度增高。
⑤干熄焦系統(tǒng)密封性不好，空氣進(jìn)入。
2).水進(jìn)入干熄焦系統(tǒng)內(nèi)，水與紅焦炭反應(yīng)生成氫氣，氫氣濃度增高。水進(jìn)入干熄焦系統(tǒng)有以下幾個(gè)原因：
①水隨空氣進(jìn)入循環(huán)氣體內(nèi)。
②干熄槽頂部水封漏水。
③鍋爐爐管破裂、給水預(yù)熱器漏水。
④緊急放散閥水封漏水。
⑤干熄爐預(yù)存段負(fù)壓大，水封槽被吸入干熄爐內(nèi)。
3).紅焦炭在干熄槽預(yù)存室進(jìn)一步熱解成氫氣和甲烷。
4).循環(huán)氣體中的二氧化碳與熾熱焦炭反應(yīng)生成一氧化碳。一氧化碳濃度增高。
5).氣體循環(huán)系統(tǒng)未設(shè)一氧化碳、氫氣等可燃?xì)怏w濃度在線分析儀，無(wú)報(bào)警裝置，在線分析儀失靈，報(bào)警裝置失效。在循環(huán)氣體系統(tǒng)負(fù)壓段未設(shè)計(jì)防爆口，發(fā)生爆炸時(shí)不能及時(shí)、快速泄壓。
2.粉塵爆炸:
干熄焦生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的焦粉粉塵具有可燃性，爆炸濃度為37-50g/m3，當(dāng)某個(gè)通風(fēng)不暢的區(qū)域內(nèi)如排焦地下室、皮帶通廊等或除塵裝置、循環(huán)氣體正壓段膨脹節(jié)泄漏發(fā)生焦粉泄漏時(shí)焦粉濃度達(dá)到爆炸極限，空氣漏入集塵室或煙道中，遇到明火、非防爆電氣產(chǎn)生的火花等會(huì)發(fā)生粉塵爆炸。
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焦炭反應(yīng)的最新內(nèi)容
表3 IGCC與多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的性能對(duì)比Tab.3 Performance comparison between IGCC and polygeneration systems
3.3.2 分級(jí)氣化技術(shù)
碳?xì)浣M分解耦的分級(jí)氣化方法將氣化分為3步進(jìn)行：1）將煤炭通過熱解過程實(shí)現(xiàn)碳?xì)浣M分的分離，獲得了富氫的焦?fàn)t煤氣和碳含量更高的焦炭；2）采用CO2作為氣化劑，與焦炭反應(yīng)，生成高濃度的CO合成氣；3）
原料在焦炭塔內(nèi)反應(yīng)生成焦炭聚積在焦炭塔內(nèi)，油氣從焦炭塔頂出來(lái)進(jìn)入分餾塔，與原料油換熱后，經(jīng)過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。塔底循環(huán)油和原料一起再進(jìn)行焦化反應(yīng)。
4加氫裂化
重油輕質(zhì)化基本原理是改變油品的相對(duì)分子質(zhì)量和氫碳比，而改變相對(duì)分子質(zhì)量和氫碳比往往是同時(shí)進(jìn)行的。
焦炭M40提高3％-8％，Ml0降低0.3％-0.8％，且焦炭的熱反應(yīng)性(CSR、CIR)均有所改善，焦炭M40提高1％，這對(duì)降低煉鐵成本，提高生鐵產(chǎn)量極為有利，尤其對(duì)采用噴煤粉技術(shù)的大型高爐效果更加明顯。煉鐵焦比下降5千克/噸，產(chǎn)量則提高4％。在保持原焦炭質(zhì)量不變的情況下，采用干熄焦可以降低強(qiáng)粘結(jié)性的焦、肥煤配入量10-20%，有利于保護(hù)資源，降低煉焦成本。
C02 反應(yīng)的吉布斯自由能在 730℃時(shí)為-6.6kJ／mol，即在此溫度下就可以與焦炭自發(fā)進(jìn)行反應(yīng)。在干熄焦的生產(chǎn)運(yùn)行過程中，循環(huán)氣體從干熄爐底部進(jìn)入，與自上而下的熾熱焦炭進(jìn)行逆流接觸和換熱，在此過程中當(dāng)溫度達(dá)到 730℃以上時(shí)，C02 就會(huì)與熾熱的 C 反應(yīng)生成 CO，造成焦炭質(zhì)量的燒損，隨著溫度的升高，反應(yīng)會(huì)逐漸劇烈。
6、降低焦炭反應(yīng)性。干熄焦工藝當(dāng)中很多過程都對(duì)降低焦炭 的反應(yīng)性產(chǎn)生了影響。干熄焦中的塊焦本身具有不沉積堿性金屬 的鹽基物的性質(zhì)，因此反應(yīng)性較低。
但反應(yīng)殘留的部分氧氣隨循環(huán)氣體再次回到干熄爐內(nèi)，與焦炭發(fā)生反應(yīng)，與此同時(shí)，循環(huán)氣體中的二氧化碳在730℃以上時(shí)能與焦炭發(fā)生碳溶反應(yīng)，因此在干熄爐的上部高溫區(qū)，焦炭由于碳溶反應(yīng)發(fā)生了一定燒損。由氣體固體的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可知，干熄爐內(nèi)的焦炭粒徑越小，與氧和二氧化碳的反應(yīng)速率越快。
原料在焦炭塔內(nèi)反應(yīng)生成焦炭聚積在焦炭塔內(nèi)，油氣從焦炭塔頂出來(lái)進(jìn)入分餾塔，與原料油換熱后，經(jīng)過分餾得到氣體、汽油、柴油和蠟油。塔底循環(huán)油和原料一起再進(jìn)行焦化反應(yīng)。
焦炭反應(yīng)性可降低30%—50%。
4）減少堿金屬在高爐內(nèi)的循環(huán)，可以降低焦炭中的鉀鈉富集量，降低高爐爐身上部溫度可減緩焦炭在進(jìn)入軟融帶前發(fā)生過多的碳溶反應(yīng)。從而使焦炭能承受更劇烈的反應(yīng)而不致使強(qiáng)度過早變差。
二、煉焦工藝條件：
1）、增大裝煤堆比重；堆密度越高，焦炭的熱反應(yīng)性越低，反應(yīng)后強(qiáng)度越高（明顯）。
2）、提高煉焦溫度；
3）、采取燜爐等措施；一般4.3米以上焦?fàn)t結(jié)焦時(shí)間普遍長(zhǎng)。可使焦炭結(jié)構(gòu)致密，減少氣孔表面積，使焦炭反應(yīng)性降低。
三、熄焦方式：采用干熄焦，可避免水蒸汽對(duì)焦炭表面的活化，有利于降低焦炭的反應(yīng)性。
1、實(shí)驗(yàn)方法
實(shí)驗(yàn)分析樣品來(lái)源于唐山鋼鐵股份公司生產(chǎn)焦炭，按現(xiàn)行《焦炭試樣的采取和制備》進(jìn)行取樣，實(shí)驗(yàn)期間按現(xiàn)行《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)方法》展開各項(xiàng)操作，同時(shí)使用專業(yè)焦炭反應(yīng)性以及反應(yīng)后強(qiáng)度測(cè)定裝置對(duì)相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。
