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第13章 低温热解技术 1

13.1 前言 1

13.2 热力学数据 2

13.3 工程计算 6

13.4 热量传递 7

13.4.1 稀相悬浮床中的流体与单颗粒之间的传热 8

13.4.2 流化床中颗粒与流体间的传热 8

13.4.3 流化床与器壁间的传热 10

13.5 传质 13

13.5.1 单个球体与流体间的传质 13

13.5.2 流化床中的传质 13

13.6 颗粒系统的动力学 13

13.6.1 流态化 13

13.7 干馏方法 19

13.7.1 型焦法 19

13.7.1.1 FMC型焦法 20

13.7.2 COED法 22

13.7.3 美国钢铁公司洁净焦炭法 25

13.7.4 西方研究公司热解法 29

13.7.5 鲁奇－鲁尔煤气公司法 31

13.7.6 其它快速热解方法 35

13.7.7 联合煤炭公司的研究工作 35

13.7.8 CSIRO法 36

13.8 加氢热解法 37

13.8.1 Coalcon法 37

13.8.2 Schroeder法 42

13.8.3 城市服务公司短停留时间(CS-SRT)氢解法 45

13.9 腐蚀和磨蚀 48

术语符号 53

参考文献 55

第14章 高温焦化 59

14.1 水平室式焦炉的近代设计 59

14.1.1 焦炉结构的发展 59

14.1.2 焦炉机械的发展 74

14.1.3 环境保护设施 75

14.2.1 原料煤 88

14.2 焦炉的备煤 88

14.2.2 备煤 89

14.2.3 配煤 91

14.2.4 煤的压型 95

14.2.5 煤预热 95

14.2.5.1 Coaltek法 96

14.2.5.2 Precarbon法 97

14.3.1 焦炉加热的影响 98

14.2.5.3 Simear法 98

14.3 焦炉中的焦化条件 98

14.3.2 煤性质的影响 100

14.3.3 数学模型 104

14.4 以实验研究为基础对焦炉技术发展的预测 105

14.5 型焦法 114

参考文献 120

15.1 前言 124

第15章 热解的固体产物 124

15.2 化学性质 126

15.2.1 工业分析 126

15.2.1.1 水份 126

15.2.1.2 挥发份 127

15.2.1.3 灰份 128

15.2.2 元素分析 129

15.2.2.1 碳和氢 129

15.2.2.2 硫 130

15.2.3 发热量 131

15.2.4 其它性质 132

15.2.4.1 反应性 132

15.2.4.2 可燃性 133

15.2.4.3 电阻率 135

15.3 物理性质 136

15.3.1 X射线衍射 136

15.3.2 光学性质 136

15.3.3 孔结构 137

15.3.4 真比重和表观比重 138

15.3.5 堆密度和透气性 139

15.3.6 粒度分析 143

15.3.7 焦炭强度 144

15.3.7.1 试验方法 144

15.3.7.2 热态试验 147

15.3.7.3 抗张强度 148

15.3.7.4 普通焦炭的强度 149

15.3.7.5 高炉中焦炭的强度 149

15.4 焦炭性质和制造 150

15.4.1 煤性质的影响 150

15.4.2 焦化条件的影响 155

15.5 特殊的固体焦化产物 159

15.5.1 焦粉 159

15.5.2 半焦 160

15.5.4 型焦 162

15.5.3 铁焦 162

15.5.5 由热解焦油制造的焦炭 163

15.6 焦炭的评价和规格 165

15.6.1 化学和物理性质 165

15.6.2 焦炭在高炉中的性能 167

15.6.3 焦炭在化铁炉中的性能 174

参考文献 176

16.1.1 Seacoke项目 183

16.1 煤焦油的生产 183

第16章 低温焦油 183

16.1.2 其它干馏研究 185

16.2 低温焦油的性质、分析和组成 188

16.3 焦油的加工和转化 194

16.3.1 模型化合物的研究 195

16.3.2 焦油的加氢精制 195

16.3.3 焦油的加氢裂化 196

16.3.4 焦油的热解和裂化 197

16.4 低温焦油的利用 198

参考文献 199

第17章 高温煤焦油 201

17.1 前言 201

17.2 生产和经济 201

17.3 高温焦油的化学性质 203

17.3.1 气相色谱法用于高温焦油和焦油馏分的分析 203

17.3.1.1 气相色谱法及其发展 203

17.3.1.2 高温焦油和焦油馏分的气相色谱定性分析 207

17.3.1.3 高温焦油和焦油馏分的气相色谱定量分析 207

17.3.1.4 气相色谱法用于煤焦油沥青的化学结构分析 215

17.3.2 研究煤焦油沥青的低电离电压质谱 216

17.3.3 分析煤焦油沥青的柱色谱和薄层色谱法 217

17.3.4 分析煤焦油沥青的高压液相色谱法 218

17.3.5 煤焦油沥青化学结构研究中的统计结构分析 222

17.3.6 n－d－M法 229

17.3.7 高温沥青级分的分子量 231

17.3.8.1 含氧化合物 232

17.3.8 焦油和焦油馏分的官能团测定 232

17.3.8.2 沥青和沥青馏分中的碱性含氮官能团 234

17.3.8.3 沥青级分中的含硫官能团 234

17.3.9 高温焦油中不溶物的性质 234

17.3.10 焦化条件对煤焦油收率和性质的影响 235

17.4 焦油的结构和煤的结构 238

17.5 高温焦油和焦油馏分的毒性 242

17.6.1 密度和密度随温度的变化 247

17.6 高温焦油和焦油馏分的物理性质 247

17.6.2 粘度和粘度随温度的变化 250

17.6.3 表面张力 254

17.6.4 比热和热含量 255

17.6.5 气化潜热 256

17.6.6 导热系数 256

17.6.7 煤焦油沥青的结构和粘弹性质 256

17.7 高温煤焦油的加工 257

17.7.1 初级蒸馏 258

17.7.2.2 酚油 261

17.7.2 馏出油的进一步加工 261

17.7.2.1 轻油 261

17.7.2.3 苯并呋喃－茚树脂 262

17.7.2.4 吡啶碱类 262

17.7.2.5 萘油 262

17.7.2.6 洗油 264

17.7.2.7 蒽油 264

17.7.3 煤焦油的大宗产品 264

17.7.3.1 杂酚油 264

17.7.3.2 煤焦油沥青 265

17.7.3.3 沥青焦 266

17.7.3.4 精制焦油 267

参考文献 268

第18章 焦炉煤气和废水的处理 274

18.1 前言 274

18.1.1 概论 274

18.1.1.1 美国的做法 275

18.1.1.2 欧洲的做法 276

西欧的做法 276

东欧的做法 276

18.1.2 小结 276

18.1.3 环境的控制 277

18.2 煤气冷却 279

18.2.1 煤气的初冷 279

18.2.1.1 直接初冷器 279

18.2.1.2 间接初冷器 279

18.2.1.3 间接-直接相结合的冷却器 281

18.2.2 煤气终冷 281

18.2.2.1 直接水终冷器 281

喷淋型直接水终冷器 282

底部型终冷器 282

18.2.2.2 直接循环油型 282

18.2.3 闭路冷却水系统 283

18.3.1 轻油 284

18.3 煤化学产品 284

18.3.1.1 轻油精制 285

18.3.2 萘的脱除 288

18.3.2.1 用油型终冷器脱除萘 288

有轻油回收装置的油型终冷器 288

没有轻油回收装置的油型终冷器 289

18.3.2.2 用萘洗涤器脱除萘 289

有轻油回收装置的萘洗涤器 289

没有轻油回收装置的萘洗涤器 290

18.3.3 氨 290

18.3.3.1 硫铵和磷酸二铵 290

18.3.3.2 无水氨——美国钢铁公司的Phosam法 290

18.3.3.3 氨的焚烧 291

Koppers 焚烧法 291

Carl Still公司的氨分解法 291

采用Phosam法的氨焚烧 291

18.4.1 深冷分离法 293

18.4 煤气净化 293

18.4.2 硫化氢的脱除 294

18.4.2.1 吸收-解吸法 294

Koppers两段真空碳酸盐法 294

Sulfiban法 295

脱除H2S的氨法 298

18.4.2.2 采用氧化的H2S脱除法 299

Stretford法 299

Fumaks-Rhoc acs法 301

Takahax法 301

Giammarco-Vetrocoke法 302

18.4.2.3 脱除H2S的其它方法 303

18.4.3 H2S的处理 304

18.4.3.1 改进的Claus法 304

18.4.3.2 接触法生产硫酸 305

18.4.4 HCN的脱除 305

18.4.4.1 催化转化 305

18.4.5.3 Beavon法 306

18.4.5.2 IFP法 306

18.4.5.4 Shell Claus Off-GasTreating法(SCOT) 306

18.4.4.3 其它方法 306

18.4.5 尾气净化 306

18.4.4.2 水洗法脱除HCN 306

18.4.5.1 SNPA法(Sulfreen) 306

18.4.5.5 Wellman-Lord法 307

18.4.5.6 尾气净化的其它方法 307

18.5 排放物处理 307

18.5.1 粗氨水和煤化学产品车间的其它液体排放物 307

18.5.1.1 粗氨水的蒸馏 308

用石灰水或苛性钠的常规蒸馏 308

美国钢铁公司的CyAM法 308

空气分离法 309

18.5.1.2 生物处理 309

活化淤泥法 310

污染物质的影响 311

细菌生长促进剂的影响 311

淤泥情况 311

废水的最后处理 313

多段活化淤泥法 313

氧化法 314

化学和物理吸附 314

其它处理方法 315

18.5.1.3 化学-物理吸着法 315

18.5.1.4 化学氧化法 316

18.5.1.6 共和钢铁公司系统法 318

18.5.1.5 土壤渗滤法 318

18.5.1.7 深井处理 320

18.5.1.8 废水处理的经济性 320

参考文献 322

第19章 煤燃烧的基础理论 330

19.1 前言 330

流化床燃烧 331

19.2.1.1 小颗粒尺寸 331

块煤燃烧 331

19.2 量值 331

19.2.1 实际系统中的量值 331

粉煤燃烧 332

19.2.1.2 加热速度 332

19.2.1.3 颗粒燃烧时间 333

19.2.2 基础量值 336

19.2.2.1 物理量:密度,内表面积和孔结构 336

19.2.2.2 比较量值:平均自由程,颗粒尺寸,石墨晶胞 337

从吸附时间计算 338

19.2.2.3 化学量:近似碳反应速度和燃烧时间 338

从分子碰撞速度计算 340

19.3 燃烧的定性性能 341

19.3.1 石墨反应和碳反应 341

19.3.1.1 表面反应 341

活性表面反应 341

基面反应与催化作用 344

内反应 345

19.3.1.2 扩散影响 345

内表面变化 346

19.3.2 煤反应 350

19.3.2.1 煤的结构 350

19.3.2.2 挥发物的生成:“真”挥发物的定义和Q因子 351

19.3.2.3 热处理与反应性 352

19.3.2.4 煤中杂质的催化作用 354

19.3.2.5 加热速度和挥发物裂解对反应性的影响 354

19.3.2.6 热解过程中的膨胀和煤胞的形成 355

19.3.3 煤的燃烧 356

19.3.3.1 着火 356

19.3.3.2 热解对着火的影响 357

19.3.3.3 小(扩散)火焰 358

19.3.3.4 半焦的燃烧 358

19.4 机理 361

19.4.1 半焦燃烧机理 361

19.4.1.1 总反应 361

19.4.1.2 基元反应 362

19.4.2 挥发物机理 364

19.4.2.1 热解速度 364

19.4.2.2 燃烧机理 365

19.5 速度方程 365

19.5.1 碳反应的普遍假设 365

19.5.2 Langmuir-Hinshelwood (L-H)动力学 366

19.5.2.1 总速度方程 366

仅有吸附 367

仅有脱附 367

19.5.2.2 时间依存方程的解 367

兼有脱附和吸附 368

方程解的评议 370

19.5.2.3 稳态条件 370

一般结果 370

H2吸附 371

C/CO2反应 371

C/O2反应 373

C/H2O反应 373

反应的抑制 373

19.5.3 Elovich 动力学 374

19.5.3.1 经验式 374

19.5.3.2 与其它等温方程的比较 374

19.5.3.3 其它推导式 375

Boudart推导式 375

Taylor和Thon推导式 375

19.5.4 内扩散动力学 376

19.5.4.1 模型 376

概述和参数定义 376

流体通过多孔体并伴有反应的扩散流动的一般方程 378

含反应效应的简化扩散速度方程 378

19.5.4.2 方程解 379

平板:外形因子s＝0 379

球:外形因子s=2 380

效率因子和Thiele模数 381

19.5.4.3 各种速度方程 381

速度方程 382

19.5.5 存在边界层扩散的动力学 382

19.5.5.1 总速度方程 382

19.5.5.2 气流速度的影响 383

19.5.5.3 扩散和化学动力学的结合 383

19.5.6 挥发物动力学 385

19.5.6.1 热解动力学 385

大颗粒 385

小颗粒 386

19.5.6.2 燃烧动力学 389

19.6 实验结果 389

19.6.1 实验方法和数据汇总 391

19.6.1.1 实验技术和数据造表 391

19.6.1.2 测试技术 391

19.6.1.3 数据评价的判断准则 403

总反应时间法 403

各法并用 403

表面收缩率法 403

失重法 403

气体分析法 403

实验设计方面 404

速度方程的判断因素 405

反应的温度系数 405

反应级数 405

气流速度的影响 405

作为误差根源的方程近似 405

作为误差根源的实验特征 406

19.6.2 反应速度的测定 407

19.6.2.1 活化能和反应级数 407

氢 407

水 407

二氧化碳 407

氧化膜C(O) 407

氧 408

19.6.2.2 加压反应 410

燃烧 410

气化 411

通性 411

速度常数 411

19.6.2.3 催化作用 414

19.6.2.4 内表面效应 415

表面积测量 415

伴随热处理的表面积变化 416

伴随反应的表面积变化 416

“基本原则”法或机械模拟法 417

“指定参数”法 418

19.6.2.5 速度数据的比较 423

C/O2反应 423

C/CO2和C/H2O反应 424

19.6.2.6 负温度系数 426

19.6.3 火焰性能种种:颗粒着火、熄火和燃烧 432

19.6.3.1 着火和熄火 433

热爆炸燃烧理论 433

稳态燃烧 433

着火 434

颗粒的着火 434

火焰中的着火 438

活塞流火焰 438

实验条件对着火温度和着火时间的影响 438

着火机理 440

熄火 441

19.6.3.2 燃烧时间测定 442

燃烧时间方程 442

无内部反应(σ=0) 442

无外部反应(a?=0) 442

与实验对照:大颗粒 443

固定颗粒 443

流化床中的反应 445

灰分影响 445

膨胀影响 445

双膜燃烧 447

与实验对照:小颗粒 448

早期工作 448

火焰中的测定 448

发动机中的测定 448

烟黑燃烧 449

量值对比 450

火焰中氧耗减的影响 452

19.7 结束语 453

参考文献 455

第20章 燃烧过程技术 476

20.1 基本原理 476

20.1.1 固定床和悬浮床燃烧 477

20.1.2 流化床燃烧 482

20.1.3 常压流化床燃烧 483

20.1.4 加压流化床燃烧 488

20.1.5 加压粉煤燃烧 489

20.2 燃烧原理的实际应用 490

20.2.1 层式燃烧 491

20.2.1.1 设备分类 491

20.2.1.2 燃煤加热炉 493

20.2.1.3 小型层燃炉 497

20.2.1.4 大型层燃炉 499

20.2.2.1 设备分类 505

20.2.2 粉煤燃烧 505

20.2.2.2 固态排渣燃烧 506

水平和水平对喷燃烧 507

切向和倾斜对喷燃烧 508

单U形火炬和双U形火炬燃烧 509

顶棚下喷燃烧 509

20.2.2.3 液态排渣燃烧 510

20.2.2.4 煤浆燃烧 513

水煤浆燃烧 513

油煤浆燃烧 515

20.2.3 旋风炉燃烧 516

20.3 燃烧系统的应用开发 519

20.3.1 磁流体发电系统燃烧室的开发 519

20.3.2 常压流化床燃烧系统 522

20.3.3 加压流化床燃烧系统 529

20.4 结构材料 531

20.4.1 新材料开发 532

参考文献 532

第21章 煤灰及其对燃烧系统的影响 538

21.1 煤中的矿物质 538

21.1.1 通过选煤控制灰熔融性 538

21.1.1.1 黄铁矿 539

21.1.1.2 矿物质 540

21.1.2 矿物质在加热下的性能 541

21.1.3 碱金属的作用 542

21.1.4 灰渣的利用 545

21.1.5 灰渣中有用物质的回收 546

21.2 燃烧时煤中硫的反应 547

21.2.1 硫形态的影响 547

21.2.1.1 黄铁矿 547

21.2.1.2 有机硫 549

21.2.1.3 硫酸盐硫 549

21.2.2 燃烧时的硫－氧反应 549

21.2.3 三氧化硫的催化生成 551

21.2.4 SO3与固体灰粒的反应 557

21.2.5 硫酸盐的形成及其性能 559

21.2.5.1 碱金属硫酸盐 559

21.2.5.2 焦硫酸盐 559

21.2.5.3 三硫酸铁碱 560

21.2.6 硫化反应 562

21.3 煤灰熔渣 563

21.3.1 粘度－温度－组份关系 563

21.3.2.1 密度 566

21.3.2 物理性质 566

21.3.2.2 表面张力 567

21.3.2.3 导热率和辐射率 567

21.3.2.4 热容量 569

21.4 灰在锅炉炉膛中的性能 569

21.4.1 粉煤燃烧炉 569

21.4.1.1 烟气侧积灰的形成 570

21.4.1.3 高温外部腐蚀 572

21.4.1.2 积灰对锅炉性能的影响 572

21.4.1.4 低温腐蚀 573

21.4.1.5 飞灰的组成 574

21.4.1.6 灰对于炉膛结构和性能的影响 575

21.4.1.7 添加剂 575

21.5 流化床燃烧 576

21.5.1 灰容许量 577

21.5.2 磨蚀和腐蚀 577

21.5.3 煤灰与石灰石或白云石的相互作用 577

21.6 气化时的灰性能 578

21.5.4 凝聚流化床系统 578

21.7 磁流体系统燃烧室中的灰性能 580

21.7.1 积渣速度 580

21.7.2 电特性 581

21.8 新型循环中的灰性能 583

21.8.1 直接燃煤的燃气透平 584

21.8.2 供燃气透平用的煤基燃料 584

参考文献 585

第22章 燃烧过程的污染控制 590

22.1 前言 590

22.2 颗粒物质 591

22.2.1 性质和生成量 591

22.2.2 收尘原理 593

22.2.3 除尘方法 593

22.2.3.1 旋风分离 593

22.2.3.2 静电沉积 594

原理 594

粉尘电阻率 595

电除尘器结构 595

热法电除尘器 596

低温操作 596

电除尘器的运行可靠性 596

设备改造 597

飞灰调理 597

预充电 598

22.2.3.3 布袋过滤 598

22.2.3.4 湿法洗涤 598

原理 599

应用 599

22.2.4 微尘问题 600

22.2.5 除尘方法的经济比较 601

22.3 硫氧化物 601

22.3.1 问题的范围 601

22.3.2.1 化学反应和动力学 602

22.3.2.2 常规锅炉 602

22.3.2 废弃法处理——干法转化 602

22.3.2.3 流化床燃烧 603

22.3.3 废弃法处理——湿法洗涤 603

22.3.3.1 发展沿革 603

22.3.3.2 化学反应和动力学 604

22.3.3.3 石灰或石灰石的直接使用 605

吸收刑的选择 605

结垢 606

软固体的沉积 606

涤气器的结构及操作 607

雾沫分离 609

再热 610

泥渣处理 611

水平衡 611

结构材料 612

22.3.3.4 石灰石的间接使用 612

化学原理 612

其他吸收剂 613

钠盐法 613

酸法 613

22.3.3.5 碱洗 614

22.3.4 回收法处理 614

22.3.4.1 碱洗 614

亚硫酸盐－亚硫酸氢盐平衡 614

钠盐洗涤 614

用硫化氢处理 615

用其它还原剂处理 615

22.3.4.2 镁氧洗涤法 616

氨洗涤 616

钾盐洗涤 616

22.3.4.3 活性炭吸附法 617

22.3.4.4 催化氧化法 617

22.3.4.5 金属氧化物吸收法 617

22.3.5 脱二氧化硫方法的经济比较 618

22.4.2.1 锅炉或喷燃器类型 619

22.4.2 控制燃烧条件以降低NOx生成量 619

22.4.1 问题的范围 619

22.4 氮氧化物 619

22.4.2.2 分段燃烧 620

22.4.2.3 烟气再循环 621

22.4.3 加氨分解 621

22.4.3.1 非催化还原 621

22.4.3.2 催化还原 622

催化剂外形 623

催化剂组分 624

氨泄 624

SO3的形成 625

22.4.4 湿法洗涤 625

22.4.4.1 NO直接吸收 625

22.4.4.2 氧化生成NO2 625

22.4.4.3 等摩尔比NO:NO2 626

22.4.5 脱NOx方法的经济比较 626

参考文献 626