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