煤化工工艺学(第四版)

本书的主要内容以煤的直接转化工艺过程为主，阐述煤化学工艺基本原理、重要工艺过程和设备以及有关煤化工进展，并以近年来公布的统计公告及新标准为依据更新了数据。全书共分为9章，可按48学时进行教学。介绍了煤炭资源、煤的低温干馏、炼焦及化学产品的回收与精制、煤的气化、煤间接液化、煤直接加氢液化、煤制碳素制品、煤化工生产的污染与防治等的生产原理、方法、工艺计算、操作条件及主要设备等。 本书可以作为高等学校化学工艺、能源化工（煤化工）专业教材，亦可供从事能源、煤炭、化工、电力、环境保护等专业设计、生产、科研的技术人员及相关专业师生参考。

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1　绪论 001 1.1　煤炭资源 001 1.2　煤化工发展简史 002 1.3　煤化工的范畴 003 1.4　本书简介 004 思考题 005 参考文献 005 2　煤的低温干馏 006 2.1　概述 006 2.2　低温干馏产品 007 2.2.1　半焦 007 2.2.2　煤焦油 008 2.2.3　煤气 009 2.3　干馏产品的影响因素 009 2.3.1　原料煤 009 2.3.2　加热终温 011 2.3.3　加热速度 012 2.3.4　压力 013 2.4　低温干馏主要炉型 013 2.4.1　沸腾床干馏炉 014 2.4.2　气流内热式炉 014 2.4.3　立式炉 017 2.5　立式炉生产城市煤气 018 2.6　固体热载体干馏工艺 019 2.6.1　托斯考工艺 019 2.6.2　ETCH粉煤快速热解工艺 021 2.6.3　鲁奇鲁尔煤气工艺 022 2.6.4　中国褐煤干馏试验 024 2.7　本章小结 026 思考题 026 参考文献 026 3　炼焦 027 3.1　概述 027 3.2　炼焦煤成焦过程 029 3.2.1　成焦过程基本概念 029 3.2.2　炼焦煤软化、黏结和半焦收缩 029 3.2.3　炭化室内煤料的热流动态 030 3.2.4　炭化室内成焦特征 032 3.2.5　气体析出途径 033 3.2.6　焦炉物料平衡 034 3.3　配煤和焦炭质量 035 3.3.1　配煤的目的和意义 035 3.3.2　炼焦用煤 036 3.3.3　配煤工艺指标 036 3.3.4　焦炭主要用途 038 3.3.5　焦炭质量 039 3.4　现代焦炉 042 3.4.1　焦炉概述 042 3.4.2　焦炉炉型 043 3.4.3　大容积焦炉 045 3.5　炼焦新技术 046 3.5.1　备煤炼焦技术改进基础 046 3.5.2　捣固炼焦 047 3.5.3　成型煤 048 3.5.4　选择粉碎 049 3.5.5　煤干燥和预热及调湿 051 3.5.6　干法熄焦 053 3.5.7　干法熄焦与煤预热联合 055 3.5.8　面向21世纪高效环保超级焦炉 056 3.5.9　热回收焦炉 057 3.6　煤气燃烧和焦炉热平衡 058 3.6.1　煤气燃烧 058 3.6.2　煤气燃烧物料计算 059 3.6.3　焦炉热量平衡 061 3.6.4　焦炉热效率 063 3.6.5　焦炉加热制度 063 3.7　焦炉传热基础 064 3.7.1　火道传热 064 3.7.2　煤料传热 066 3.7.3　蓄热室传热 069 3.7.4　炼焦耗热量 070 3.8　焦炉流体力学基础 071 3.8.1　气体流动的浮力 071 3.8.2　流体力学基本方程式 072 3.8.3　阻力计算 074 3.8.4　烟囱计算 076 3.8.5　立火道内废气循环 078 3.9　焦炉耐火砖、砌筑和烘炉 078 3.9.1　耐火砖 079 3.9.2　焦炉炉龄及砌筑 081 3.9.3　焦炉烘炉 081 3.10　型焦 081 3.10.1　冷压型焦 082 3.10.2　热压型焦 084 3.11　本章小结 086 思考题 087 参考文献 088 4　炼焦化学产品的回收与精制 090 4.1　炼焦化学产品 090 4.1.1　组成与产率 090 4.1.2　回收与精制方法 091 4.1.3　全负压回收与净化流程 092 4.2　粗煤气分离 093 4.2.1　粗煤气初步冷却 093 4.2.2　焦油与氨水分离 095 4.2.3　煤气输送 095 4.2.4　煤气脱焦油雾 096 4.2.5　煤气除萘 096 4.3　氨和吡啶的回收 097 4.3.1　回收氨和吡啶原理 098 4.3.2　饱和器法生产硫酸铵 099 4.3.3　无饱和器法生产硫酸铵 101 4.3.4　吡啶回收 102 4.3.5　无水氨生产 104 4.4　粗苯回收 105 4.4.1　煤气最终冷却和除萘 106 4.4.2　粗苯吸收 107 4.4.3　富油脱苯 111 4.5　粗苯精制 113 4.5.1　粗苯的组成、产率和用途 113 4.5.2　粗苯精制原理 114 4.5.3　初步精馏及深加工 114 4.5.4　硫酸法精制 115 4.5.5　古马隆-茚树脂生产 118 4.5.6　粗苯催化加氢精制 121 4.6　煤焦油蒸馏 126 4.6.1　焦油组成及主要产品用途 126 4.6.2　焦油蒸馏前的准备 129 4.6.3　焦油蒸馏工艺流程 129 4.6.4　焦油分离工艺主要设备 134 4.7　煤焦油馏分深加工 135 4.7.1　馏分脱酚和吡啶碱 136 4.7.2　粗酚的制取 137 4.7.3　精酚生产 138 4.7.4　吡啶精制 139 4.7.5　工业萘生产 141 4.7.6　精萘生产 142 4.7.7　粗蒽和精蒽 144 4.8　煤沥青利用与加工 146 4.8.1　沥青性质 146 4.8.2　改质沥青 147 4.8.3　延迟焦化 148 4.9　焦油加工利用进展 150 4.10　本章小结 150 思考题 151 参考文献 152 5　煤的气化 154 5.1　煤气化原理 155 5.1.1　煤气化过程及化学反应 155 5.1.2　化学当量计算 157 5.1.3　气化反应的化学平衡 159 5.1.4　气化反应动力学 165 5.1.5　气化反应机理 166 5.2　煤的气化方法 170 5.2.1　煤气化方法分类 170 5.2.2　气化过程热的产生和传递 174 5.2.3　气化反应器的生产能力 175 5.2.4　装料和排灰 177 5.2.5　煤质对气化的影响 178 5.3　固定床气化 181 5.3.1　常压气化炉制气原理 181 5.3.2　气化过程控制 183 5.3.3　煤气发生炉 184 5.3.4　加压气化原理与工艺 187 5.3.5　加压液态排渣气化炉 195 5.3.6　煤气化过程的物料与热量计算 196 5.4　流化床气化 205 5.4.1　常压流化床气化原理 205 5.4.2　常压流化床（温克勒炉）气化 205 5.4.3　高温温克勒气化 208 5.4.4　U-GAS气化 210 5.4.5　ICC灰熔聚气化 211 5.5　气流床气化 212 5.5.1　基本原理和特点 212 5.5.2　K-T气化 213 5.5.3　Shell煤气化 215 5.5.4　GSP粉煤气化 218 5.5.5　德士古气化 220 5.5.6　多喷嘴对置式水煤浆气化 224 5.5.7　非熔渣-熔渣分级气化 226 5.5.8　航天粉煤气化 227 5.5.9　SE-东方炉气化 228 5.5.10　两段式干煤粉气化 229 5.6　煤炭地下气化 230 5.6.1　地下气化的原理 230 5.6.2　地下气化方法 231 5.6.3　影响因素 231 5.7　煤的气化联合循环发电 232 5.7.1　煤气化联合循环发电过程 232 5.7.2　IGCC工艺操作条件对系统效率的影响 232 5.7.3　煤气联合循环发电工艺的评价 233 5.8　煤气的甲烷化 233 5.8.1　基本原理 234 5.8.2　催化剂 235 5.8.3　工艺流程 235 5.9　煤气的净化 236 5.9.1　脱除煤气中酸性气体的重要性 237 5.9.2　脱硫方法的分类 237 5.9.3　煤气的干法脱硫 238 5.9.4　改良A.D.A法脱硫 239 5.9.5　萘醌法脱硫 240 5.9.6　低温甲醇法 243 5.10　煤气化方法的分析比较与选择 245 5.10.1　煤气化方法比较 245 5.10.2　煤气化技术的选择 246 5.11　本章小结 247 思考题 247 参考文献 247 6　煤间接液化 249 6.1　费-托合成 249 6.1.1　概述 249 6.1.2　F-T合成原理 250 6.1.3　反应器类型 252 6.1.4　SASOL-Ⅰ的生产 254 6.1.5　SASOL-Ⅰ的固定床F-T合成 256 6.1.6　SASOL-Ⅰ的气流床F-T合成 257 6.1.7　SASOL的浆态床F-T合成 258 6.1.8　SASOL-Ⅱ和SASOL-Ⅲ的工艺流程 259 6.1.9　中国F-T合成技术发展 260 6.2　合成甲醇 261 6.2.1　概 述 261 6.2.2　甲醇合成化学反应 262 6.2.3　催化剂及反应条件 264 6.2.4　反应器 265 6.2.5　合成甲醇工艺流程 266 6.2.6　低温液相合成甲醇 268 6.3　甲醇转化成汽油 270 6.3.1　概述 270 6.3.2　化学反应 270 6.3.3　反应器 271 6.3.4　固定床工艺流程 271 6.3.5　新西兰工业化生产 272 6.3.6　流化床工艺流程 272 6.4　甲醇利用进展 274 6.4.1　甲醇燃料 274 6.4.2　甲醇制烯烃 276 6.5　煤制醋酐 279 6.5.1　化学反应 279 6.5.2　工艺流程 279 6.6　合成气两段直接合成汽油 280 6.6.1　MFT工艺 280 6.6.2　TIGAS工艺 281 6.6.3　浆态床F-T与Mobil法组合工艺 282 6.7　本章小结 283 思考题 283 参考文献 284 7　煤直接加氢液化 286 7.1　煤直接液化的意义和发展概况 286 7.2　煤直接加氢液化化学 287 7.2.1　煤与石油的比较 287 7.2.2　煤直接加氢液化的主要反应 288 7.2.3　煤加氢液化的反应产物 291 7.2.4　煤加氢液化的反应历程 291 7.3　煤直接加氢液化工艺 292 7.3.1　德国煤直接液化工艺 293 7.3.2　美国煤直接液化工艺 296 7.3.3　日本NEDOL工艺 300 7.3.4　中国神华煤直接液化工艺 300 7.3.5　煤和渣油的联合加工（油煤共加 302 7.4　煤加氢液化的影响因素 305 7.4.1　原料煤性质 305 7.4.2　溶剂 306 7.4.3　气氛 307 7.4.4　催化剂 308 7.4.5　反应温度和压力 312 7.5　煤直接液化初级产品及其提质加工 313 7.5.1　煤直接液化初级产品（液化粗油）的性质313 7.5.2　液化粗油的提质加工 315 7.6　煤直接液化的关键设备和工程化 318 7.6.1　煤浆预热器 318 7.6.2　煤浆加氢反应器 321 7.6.3　催化剂 324 7.6.4　残渣液固分离与利用 325 7.7　本章小结 326 思考题 327 参考文献 327 8　煤制碳素制品 329 8.1　碳素制品的性质、种类、用途和发展 329 8.1.1　碳素制品的性质 329 8.1.2　碳素制品的种类和用途 330 8.1.3　碳素制品的发展 330 8.2　电极炭 331 8.2.1　原材料及其质量要求 331 8.2.2　石墨化过程 333 8.2.3　电极炭生产的工艺过程 334 8.2.4　碳电极和不透性石墨材料 337 8.3　活性炭 338 8.3.1　活性炭的孔结构和表面性质 339 8.3.2　活性炭的制造方法 340 8.3.3　活性炭的应用和再生 343 8.3.4　活性炭的发展前景 344 8.4　碳分子筛 345 8.4.1　碳分子筛的分离原理和特点 345 8.4.2　碳分子筛的制备 346 8.4.3　碳分子筛的应用 347 8.5　碳纤维与新型碳材料 349 8.5.1　碳纤维的种类和性能 349 8.5.2　沥青基碳纤维的制造 350 8.5.3　碳纤维的应用 352 8.5.4　碳材料超级电容器 353 8.5.5　石墨烯 355 8.6　本章小结 359 思考题 359 参考文献 359 9　煤化工生产的污染和防治 361 9.1　环境保护概述 361 9.1.1　环境污染及其严重性 361 9.1.2　中国的环保政策 362 9.2　煤化工生产中的主要污染物 363 9.2.1　焦化工业的主要污染物 363 9.2.2　气化的主要污染物 364 9.2.3　煤液化的主要污染物 365 9.2.4　燃煤的主要污染物 365 9.3　煤化工污水的处理 366 9.3.1　工业污水处理概论 366 9.3.2　焦化含酚污水的一级处理 367 9.3.3　焦化含酚污水的生化处理 370 9.3.4　含酚污水的深度处理 371 9.4　煤化工厂的烟尘治理 373 9.4.1　焦炉装煤和出焦的消烟除尘 373 9.4.2　烟尘处理技术 374 9.4.3　烟气中SO2和NOx的净化 375 9.4.4　废气的燃烧处理 376 9.5　二氧化碳减排和利用 377 9.5.1　提高能源利用率实现CO2减排 377 9.5.2　二氧化碳捕集与分离技术 377 9.5.3　二氧化碳埋存及提高原油采收率（EOR） 技术378 9.5.4　二氧化碳利用技术 379 9.6　本章小结 379 思考题 380 参考文献 380