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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HCN306

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＝0379

球:外形因子s=2380

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NO2625

22.4.4.3 等摩尔比NO:NO2626

22.4.5 脱NOx方法的经济比较626

参考文献626