煤化工工艺学

煤化工工艺学是能源化学工程以及化学工程与工艺等专业以煤化工方向为特色的专业必修课程。本书编写依据是读者已经学完煤化学课程或者已经具有煤化学基本知识。本书以煤化工的传统工艺和原理为主，结合现代新型煤化工技术及工艺的发展，以更好地适应我国蓬勃发展的煤化工技术对人才的需求。

全书共分12章，可根据讲授内容制定授课学时数。第1章绪论主要介绍煤作为能源的重要性、煤化工的发展历程及范畴；第2章主要介绍煤的低温干馏过程及产品、影响因素、低温干馏炉型及工艺；第3章主要介绍煤的成焦过程及原理、现代焦化厂炼焦工艺、焦炉及焦炉加热、焦炭的种类及性质、炼焦技术的发展与展望；第4章主要介绍炼焦化学产品中粗煤气的初冷及输送、煤气中硫的脱除、氨的回收、粗苯的回收及加氢精制、焦油的加工、焦炉煤气的利用等；第5章主要介绍煤气化原理、气化方法、煤炭地下气化、整体煤气化联合循环发电系统、煤气化方法的分析比较与选择、煤气化技术的发展方向及趋势；第6章主要介绍煤制天然气基本原理和工艺流程及技术、甲烷化反应器、甲烷化催化剂及失活、煤制天然气技术经济分析；第7章主要介绍煤直接液化原理及工艺、反应器和催化剂、煤直接液化初级产品及其提质加工、中国神华煤直接液化工艺等；第8章主要介绍煤间接液化技术的费托合成技术及基本原理、工艺及反应器，煤间接液化的发展趋势及方向；第9章主要介绍甲醇合成原理、工业合成甲醇的方法、甲醇制低碳烯烃、甲醇制芳烃等；第10章主要介绍煤制乙二醇的反应机理、工艺；第11章主要介绍煤基炭材料，如电极炭材料、活性炭、炭分子筛、炭纤维、针状焦等；第12章主要介绍煤化工的污染及环境准入，煤化工废气、废水、废渣污染物及防治。

全书由太原理工大学申峻统稿，第1、12章由申峻编写，第2章由太原理工大学王玉高编写，第3章由山西能源学院张莹编写，第4章由太原科技大学薛永兵编写，第5章由宁夏大学白永辉编写，第6章由太原理工大学孟凡会编写，第7、8章由太原理工大学盛清涛编写，第9章由太原理工大学李聪明编写，第10章由太原理工大学孟凡会和天津大学赵玉军编写，第11章由太原理工大学牛艳霞和河南理工大学郭相坤编写，全书由李凡和张永发主审。

太原理工大学化工工艺专业依托化学工程与技术这一特色优势学科和国家“双一流”建设学科，多年来为我国培养出一大批煤化工行业的技术领军人才和工程师，为我国新型煤化工技术的发展做出了应有的贡献。本书的编写得到了本校化学化工学院、化学工业出版社以及煤化工业界同行的大力支持，特别感谢在煤化工教学教材研讨会上安徽工业大学、北京化工大学、河南理工大学、西安科技大学、西北大学、运城学院、浙江大学、郑州大学、中国矿业大学、中国科学院大连化学物理研究所等单位各位专家对本书编写提出的宝贵意见和建议。书中二维码链接的主要设备及工艺素材资源由秦皇岛博赫科技开发有限公司、北京欧倍尔软件技术开发有限公司提供技术支持。

由于编者水平及精力有限，书中可能会有不足之处，敬请广大师生和读者批评指正。

编著者

于太原理工大学

2020年5月

《煤化工工艺学》的编写以煤化工的传统工艺和原理为主，结合现代新型煤化工技术及工艺的发展，以更好地适应我国蓬勃发展的煤化工技术对人才的需求。本书共分12章。主要介绍煤化工的发展历程及范畴、煤的低温干馏过程及产品、煤的成焦过程及原理、现代焦化厂炼焦工艺、炼焦化学产品的回收与精制、煤的气化、煤制天然气技术、煤的直接液化和间接液化、煤制甲醇及衍生物、煤制乙二醇、煤基炭材料以及煤化工的污染及防治，重点介绍各种煤化工技术的原理、工艺及主要设备等。主要设备及工艺配有动画与视频演示，可通过扫描二维码观看。

《煤化工工艺学》可以作为高等学校化学工程与工艺、能源化学工程、精细化工等专业教材，亦可供从事能源、化工、环保、过程装备、自动化等专业设计、生产、科研技术人员及相关专业师生参考。

《煤化工工艺学》的编写以煤化工的传统工艺和原理为主，结合现代新型煤化工技术及工艺的发展，以更好地适应我国蓬勃发展的煤化工技术对人才的需求。本书共分12章。主要介绍煤化工的发展历程及范畴、煤的低温干馏过程及产品、煤的成焦过程及原理、现代焦化厂炼焦工艺、炼焦化学产品的回收与精制、煤的气化、煤制天然气技术、煤的直接液化和间接液化、煤制甲醇及衍生物、煤制乙二醇、煤基炭材料以及煤化工的污染及防治，重点介绍各种煤化工技术的原理、工艺及主要设备等。主要设备及工艺配有动画与视频演示，可通过扫描二维码观看。

《煤化工工艺学》可以作为高等学校化学工程与工艺、能源化学工程、精细化工等专业教材，亦可供从事能源、化工、环保、过程装备、自动化等专业设计、生产、科研技术人员及相关专业师生参考。

申峻，太原理工大学化学化工学院，教授，1989年考入太原工业大学高分子化工专业上大学，1996年获有机化工专业硕士学位后参加工作，2003年获太原理工大学化学工程与技术博士学位。2010年6月晋升教授。2007.3-2008.2 澳大利亚Monash大学化工系访问学者，从事生物质流化床热解制生物油项目研究。先后从事煤直接液化、煤焦化工艺、焦炉气转化制合成气、栲胶脱硫及生物质热解等项目的研究。主讲课程：煤化学、化工工艺专业英语、化工技术经济等

1绪论/1

1.1煤在社会发展中的地位1

1.2煤化工的发展历程2

1.3煤化工的范畴4

思考题5

参考文献5

2煤的低温干馏/6

2.1概述6

2.2低温干馏过程及产品7

2.2.1低温干馏过程7

2.2.2低温干馏产品7

2.3低温干馏产品影响因素9

2.3.1原料煤的影响9

2.3.2工艺条件的影响11

2.4典型低温干馏炉型14

2.4.1伍德炉和考伯斯炉15

2.4.2鲁奇三段炉16

2.4.3载流床低温干馏炉18

2.5典型低温干馏工艺18

2.5.1气体热载体干馏工艺19

2.5.2固体热载体干馏工艺20

2.5.3以低温干馏为基础的多联产工艺21

2.6结语22

思考题22

参考文献23

3煤的焦化/24

3.1概述24

3.2煤的成焦过程及原理25

3.2.1煤在炼焦过程中发生的变化25

3.2.2塑性成焦机理25

3.2.3炼焦用煤的工艺性质评价方法26

3.3现代焦化厂炼焦工艺27

3.3.1煤处理过程的基本工艺27

3.3.2不同品种焦炭对配合煤的质量指标要求27

3.3.3炭化室内成焦过程29

3.3.4炼焦过程中煤气析出途径31

3.3.5焦炉物料平衡31

3.4焦炉32

3.4.1焦炉发展概况32

3.4.2焦炉基本结构33

3.4.3炉型简介36

3.4.4焦炉附属设备、焦炉机械及焦炉生产操作42

3.5焦炉加热47

3.5.1煤气的燃烧与热工评定47

3.5.2焦炉传热52

3.6焦炭的种类、组成和性质54

3.6.1焦炭的种类54

3.6.2焦炭的组成和性质56

3.7几种炼焦煤的预处理新技术58

3.7.1捣固炼焦技术59

3.7.2配添加剂炼焦技术60

3.7.3配型煤炼焦技术61

3.7.4煤调湿技术61

3.7.5其他技术61

3.8干法熄焦技术61

3.8.1干法熄焦技术原理61

3.8.2干法熄焦设备64

思考题65

参考文献66

4炼焦化学产品的回收与精制/67

4.1炼焦化学产品67

4.1.1炼焦化学品的产生、组成及产率67

4.1.2影响炼焦化学产品的因素68

4.1.3炼焦化学产品的用途69

4.1.4炼焦化学产品的回收与精制69

4.2粗煤气的初冷及输送70

4.2.1粗煤气的初步冷却70

4.2.2焦油与氨水的分离73

4.2.3煤气的输送74

4.2.4煤气中焦油雾的捕集76

4.3煤气中硫的脱除76

4.3.1HPF湿式氧化法脱硫工艺78

4.3.2改良蒽醌法80

4.4氨的回收82

4.4.1硫酸吸氨法82

4.4.2磷酸吸氨法86

4.4.3剩余氨水的处理87

4.5粗苯的回收91

4.5.1煤气的终冷91

4.5.2粗苯的吸收92

4.5.3富油脱苯94

4.5.4洗油再生100

4.6粗苯的精制101

4.6.1粗苯精制方法101

4.6.2重苯处理加工106

4.7焦油的加工106

4.7.1焦油蒸馏前的准备107

4.7.2焦油蒸馏108

4.7.3焦油馏分的加工115

4.7.4焦油沥青的加工119

4.8焦炉煤气的利用121

4.8.1作为燃料121

4.8.2用于发电122

4.8.3作为炼铁还原剂122

4.8.4提纯制氢122

4.8.5作为化工原料122

思考题123

参考文献123

5煤的气化/125

5.1煤气化原理125

5.1.1煤气化过程及主要化学反应126

5.1.2煤气化热力学128

5.1.3煤气化动力学129

5.2煤的气化方法131

5.2.1煤的气化方法分类131

5.2.2固定（移动）床气化工艺134

5.2.3流化床气化工艺143

5.2.4气流床气化工艺151

5.2.5气化工艺的评价指标162

5.3煤炭地下气化164

5.3.1煤炭地下气化的发展165

5.3.2煤炭地下气化的优缺点165

5.3.3影响煤炭地下气化的因素165

5.4整体煤气化联合循环发电系统166

5.4.1整体煤气化联合循环发电系统工艺流程166

5.4.2整体煤气化联合循环发电系统特点167

5.4.3整体煤气化联合循环发电技术的发展前景168

5.5煤气化方法的分析比较与选择168

5.5.1煤气化方法的比较168

5.5.2煤气化技术的选择169

5.6煤气化技术的发展方向及趋势169

思考题170

参考文献170

6煤制天然气技术/172

6.1煤制天然气概况172

6.2煤制天然气基本原理和工艺流程173

6.2.1煤制天然气基本原理173

6.2.2合成气甲烷化机理173

6.2.3煤制天然气工艺流程173

6.3煤制天然气工艺技术175

6.3.1甲烷化工艺回路175

6.3.2绝热甲烷化工艺176

6.3.3等温甲烷化工艺178

6.4甲烷化反应器180

6.4.1固定床反应器180

6.4.2流化床反应器181

6.4.3浆态床反应器181

6.4.4不同甲烷化反应器的比较182

6.5甲烷化催化剂及失活182

6.5.1甲烷化催化剂182

6.5.2甲烷化催化剂的失活184

6.6煤制天然气技术经济分析184

思考题186

参考文献186

7煤的直接液化/188

7.1煤炭液化的意义188

7.2国内外煤炭液化技术发展概况189

7.2.1国外煤直接液化技术的发展189

7.2.2国内煤直接液化技术的发展190

7.3煤直接液化的原理190

7.3.1煤与石油化学结构的区别190

7.3.2煤加氢液化中的主要反应191

7.3.3煤直接液化主要影响因素194

7.3.4煤直接液化反应机理197

7.3.5液化产物的分离及计算198

7.4煤直接液化工艺199

7.4.1煤直接催化加氢液化工艺199

7.4.2煤溶剂萃取加氢液化工艺205

7.4.3俄罗斯低压加氢液化工艺209

7.4.4煤油共炼工艺210

7.5煤直接液化的反应器和催化剂212

7.5.1煤直接液化的反应器212

7.5.2煤直接液化的催化剂214

7.6煤直接液化初级产品及其提质加工215

7.6.1煤直接液化粗油的性质215

7.6.2煤直接液化粗油的提质加工217

7.7中国神华煤直接液化工艺217

7.7.1项目概况217

7.7.2中国神华煤直接液化工艺流程217

7.7.3中国神华煤直接液化工艺特点218

7.7.4中国神华煤直接液化项目的经济性219

思考题220

参考文献220

8煤的间接液化/221

8.1费托合成技术简介221

8.1.1国外煤间接液化（费托合成）发展221

8.1.2我国煤间接液化的发展222

8.2煤间接液化对煤质的要求222

8.3费托合成的基本原理223

8.3.1费托合成过程及反应223

8.3.2费托合成反应机理224

8.3.3费托合成过程中的影响因素229

8.3.4费托合成催化剂232

8.4费托合成工艺及反应器236

8.4.1典型费托合成工艺236

8.4.2费托合成反应器241

8.5煤间接液化的发展趋势及方向244

思考题245

参考文献245

9煤制甲醇及衍生物/247

9.1概述247

9.2甲醇合成原理247

9.2.1合成甲醇主要化学反应247

9.2.2合成甲醇反应热效应248

9.2.3合成甲醇反应的化学平衡248

9.2.4合成气用量比与平衡浓度的关系249

9.2.5甲醇合成对原料气的要求249

9.2.6合成甲醇催化剂250

9.3工业合成甲醇的方法250

9.3.1合成甲醇的原则流程250

9.3.2ICI低中压法251

9.3.3Lurgi低中压法252

9.3.4高压法254

9.3.5联醇生产255

9.4甲醇制低碳烯烃256

9.4.1甲醇制低碳烯烃反应机理256

9.4.2甲醇制低碳烯烃催化剂260

9.4.3甲醇制低碳烯烃工艺260

9.4.4MTP工艺263

9.5甲醇制汽油技术265

9.6甲醇制芳烃266

9.6.1甲醇制芳烃反应机理267

9.6.2甲醇制芳烃催化剂267

9.6.3反应历程及催化剂失活271

9.6.4甲醇制芳烃工艺271

思考题272

参考文献272

10煤制乙二醇/274

10.1概述274

10.2煤制乙二醇的反应机理275

10.2.1直接法275

10.2.2烯烃法275

10.2.3草酸酯法276

10.3煤制乙二醇工艺278

10.3.1直接法278

10.3.2烯烃法278

10.3.3草酸酯法278

思考题280

参考文献280

11煤基炭材料/282

11.1概述282

11.1.1“碳”与“炭”282

11.1.2炭材料的发展283

11.1.3炭材料的种类283

11.1.4炭材料的性质284

11.2电极炭材料284

11.2.1自焙电极284

11.2.2石墨电极287

11.3活性炭289

11.3.1活性炭的种类290

11.3.2活性炭的结构、性质和功能290

11.3.3活性炭的制备292

11.3.4活性炭的质量控制296

11.3.5活性炭的再生297

11.3.6活性炭的发展与应用297

11.4炭分子筛297

11.4.1炭分子筛的结构297

11.4.2炭分子筛的分离原理298

11.4.3炭分子筛的制备299

11.4.4炭分子筛的发展与应用300

11.5炭纤维300

11.5.1炭纤维的分类300

11.5.2炭纤维的结构和性质301

11.5.3炭纤维的制备301

11.5.4炭纤维的发展应用304

11.6针状焦304

11.6.1针状焦的结构与性能304

11.6.2针状焦成焦机理305

11.6.3针状焦的制备306

11.6.4针状焦的发展与应用307

11.7其他炭材料307

思考题308

参考文献308

12煤化工的污染及防治/310

12.1煤化工的污染及环境准入310

12.1.1煤化工的污染310

12.1.2现代煤化工建设项目环境准入条件311

12.2煤化工大气污染物及防治312

12.2.1大气污染物种类312

12.2.2废气处理基本方法314

12.2.3焦化行业气体污染治理措施315

12.3煤化工废水污染物及防治317

12.3.1煤化工废水来源317

12.3.2煤化工废水处理技术318

12.4煤化工废渣污染物及防治321

12.4.1无机废渣321

12.4.2焦化废渣321

思考题322

参考文献322

附录英文缩略语/323

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