初中化学:煤的炼焦原理和过程。详细

中国炼焦煤资源占全球的23%

在世界煤炭资源中，各类煤的分布不均衡，焦煤资源较为稀缺。据CCTD估计，世界煤炭资源中褐煤占1/3以上，在硬煤(包括烟煤和无烟煤)资源中，炼焦煤不足资源量的1/10。在总量约13000亿吨的炼焦煤资源中，肥煤、焦煤和瘦煤约占1/2，其经济可采储量约有5500亿吨-6000亿吨，其中，低灰、低硫的优质炼焦煤资源仅有约800亿吨，优质资源较为稀缺。

根据CCTD统计，目前世界可采储量炼焦煤资源的80%集中在俄罗斯(41%)、中国(23%)和美国(17%)三个国家，其余国家占比较小，英国约占7%，澳大利亚、波兰、南非和印度分别约占2%，加拿大约占1%，其他国家约占3%。

中国炼焦煤产量快速增长

“十三五”期间减产能的规划实施，导致2015年后我国炼焦煤大幅的减产。2019年起，我国炼焦煤的产量有所回升，约为4.70亿吨。2021年我国炼焦煤产量进一步提升约为4.9亿吨。

中国炼焦煤消费量下滑

由于钢铁的减产导致对于焦炭需求的减少，这间接导致了对于炼焦煤需求的下降。2016年后我国焦化煤的进口量也出现了下降，这二者同时下滑也导致了我国表观消费量下降。2019年以后，受下游钢铁行业需求拉动，我国炼焦煤需求不断提升，2021年我国焦煤表观消费量为5.45亿吨。

供给回暖，我国炼焦煤消费缺口减少

从中国炼焦煤产销率来看，2021年，由于产量回升叠加消费需求的下跌，我国炼焦煤产销率下降至111%，炼焦煤消费缺口有所减少。

中国炼焦煤价格整体高位波动

因煤炭进口数量管控和内蒙古产量下降等原因，2021年全国炼焦煤较浮动较大。炼焦煤年初价格1605元/吨，年末价格2403元/吨，相差了798元/吨。到9月，炼焦煤价格到达全年最高水平39650元/吨。进入2022年，全国炼焦煤价格整体高位波动的趋势，一直处在3000元上下波动。

随着我国工业化进程的加快和城镇化率的不断提高，我国化工产品和基础钢铁制品的需求巨大，这无疑会促进对于上游焦炭和焦煤的需求大幅增长。但是随着焦炭行业结构的调整升级和技术的不断更新迭代，焦炭行业对于焦煤的转换效率会不断提升，对于焦炭的需求也会有所下降。

—— 更多本行业研究分析详见前瞻产业研究院《中国焦炭行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》

产品和用途:煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油煤气和化学产品3类. （1）焦炭.炼焦最重要的产品,大多数国家的焦炭90%以上用于高炉炼铁,其次用于铸造与有色属冶炼工业,少量用于制取碳化钙、二硫化碳、元素磷等.在钢铁联合企业中,焦粉还用作烧结的燃料.焦炭也可作为制备水煤气的原料制取合成用的原料气. （2）煤焦油.焦化工业的重要产品,其产量约占装炉煤的3%~4%,其组成极为复杂,多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用 （3）煤气和化学产品.氨的回收率约占装炉煤的0.2%~0.4%,常以硫酸铵、磷酸铵或浓氨水等形式作为最终产品.粗苯回收率约占煤的1%左右.其中苯、甲苯、二甲苯都是有机合成工业的原料.硫及硫氰化合物的回收,不但为了经济效益,也是为了环境保护的需要.经过净化的煤气属中热值煤气,发热量为17500kj/Nm3左右,每吨煤约产炼焦煤气300~400 m3,其质量约占装炉煤的16%~20%,是钢铁联合企业中的重要气体燃料,其主要成分是氢和甲烷,可分离出供化学合成用的氢气和代替天然气的甲烷

将各种经过洗选的炼焦煤按一定比例配合后,在炼焦炉内进行高温干馏,可以得到焦炭和荒煤气.将荒煤气进行加工处理,可以得到多种化工产品和焦炉煤气.焦炭是炼铁的燃料和还原剂,它能将氧化铁(铁矿)还原为生铁.焦炉煤气发热值高,是钢铁厂及民用的优质燃料,又因其含氢量多,也是生产合成氨的原料.

焦炭通常按用途分为冶金焦（包括高炉焦、铸造焦和铁合金焦等）、气化焦和电石用焦等。由煤粉加压成形煤，在经炭化等后处理制成的新型焦炭称为型焦，全文如下。

目录

炼焦煤简介

炼焦煤资源

炼焦煤分布?

?焦炭的种类

电石焦基础知识

铁合金焦基础知识

硅铁合金生产对焦炭的要求

焦炭的质量指标

焦炭转鼓实验方法炼焦煤简介

炼焦煤资源

炼焦煤分布?

?焦炭的种类

电石焦基础知识

铁合金焦基础知识

硅铁合金生产对焦炭的要求

焦炭的质量指标

焦炭转鼓实验方法展开 编辑本段炼焦煤简介

炼焦煤:按照煤炭用途进行划分，作为生产原料，用来生产焦炭，进而用于钢铁行业的煤炭种类。除了炼焦煤之外，还分为动力燃料用的动力煤，化工行业原料用的无烟煤，钢铁行业高炉喷吹用的喷吹煤。 炼焦煤主要包括：贫瘦煤、瘦煤、焦煤、1/3焦煤、肥煤、气煤、气肥煤七种。

编辑本段炼焦煤资源

《BP世界能源统计2007》数据显示，2006年末全球探明的煤炭可采储量总计9090.64亿吨，可采年限为147年。根据煤炭变质程度，煤炭探明储量中焦煤不到资源量的1/10。世界焦煤资源中，肥煤、主焦煤、瘦煤约占1/2，其经济可采储量约5000亿吨，其中低灰、低硫的优质焦煤资源大约仅有600亿吨。世界焦煤资源中，约有1/2 分布在亚洲地区，1/4 分布在北美洲地区，其余1/4 则分散在世界其它地区。从焦煤查明资源储量情况看，中国焦煤资源占世界25%左右，具备比较优势。 我国的炼焦煤储量低，优质资源稀缺。我国炼焦煤的储量仅为2,758亿吨，占全国查明煤炭资源储量的27%。其中，气煤占我国煤炭总资源量的13.75%、肥煤占3.53%，主焦煤占5.81%，瘦煤占4.01%。去除高灰、高硫、难洗选、不能用于炼焦的部分，优质的焦煤和肥煤的资源稀缺，占查明煤炭资源储量的比例不足6%和3%。 与我国丰富的煤炭资源相比，中国炼焦煤资源相对稀缺，储量仅占我国煤炭总量的26.3%，且近年来在找矿方面几乎没有新的发现。其中粘结性差、适合作配煤的气煤储量占到近一半，而强粘结性的主焦煤和肥煤仅占煤炭总储量的3.53%和5.81%，也就是说，炼焦煤的主要配煤品种—主焦煤和肥煤合计仅占焦煤总储量比重为36%左右。

编辑本段炼焦煤分布?

中国埋藏深度在1000米以内的炼焦煤资源80%分布在山西省和贵州省。山西省焦煤查明资源储量1694.6亿吨，占全国焦煤查明储量61.4%；山西省焦煤可采储量331.6 亿吨，占全国可采储量51.3%，山西省焦煤可采储量和查明资源储量均位居全国首位。焦煤查明资源储量占全国第二、三、四、五位的分别是安徽省236.2 亿吨、山东省172.7 亿吨、贵州省98.6 亿吨、黑龙江省98.2 亿吨。

编辑本段?焦炭的种类

冶金焦是高炉焦、铸造焦、铁合金焦和有色金属冶炼用焦的统称。由于90%以上的冶金焦均用于高炉炼铁，因此往往把高炉焦称为冶金焦。中国制定的冶金焦质量标准（GB/T1996-94）就是高炉质量标准。 气化焦是专用于生产煤气的焦炭。主要用于固态排渣的固定床煤气发生炉内，作为气化原料，生产以CO和H2为可燃成分的煤气。气化过程的主要反应有： C+O2→CO2+408177KJ CO2+C→2CO-162142KJ C+H2O→CO+H2-118628KJ C+2H2O→CO2+2H2-75115KJ 因为产生CO和H2的过程均是吸热反应，需要的热量由焦炭的氧化、燃烧提供，因此气化焦也是气化过程的热源。气化焦要求灰分低、灰熔点高、块度适当和均匀。其一般要求如下：固定炭>80%；灰分1250℃；挥发分<3.0%；粒度15-35mm和35mm两级。冶金焦虽可以用作气化焦，但由于受炼焦煤资源和价格等的限制，一般不用冶金焦制气。以高挥发分粘结煤为原料生产的气煤焦，块度小、强度低，不适用于高炉冶炼，但它的气化反应性好，可取代气化焦用于制气。 电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热体用的焦炭。电石用焦加入电弧炉中，在电弧热和电阻热的高温（1800-2200℃）作用下，和石灰发生复杂的反应，生成熔融状态的炭化钙（电石）。其生成过程可用下列反应式表示： CaO+3C→CaC2+CO-46.52KL

编辑本段电石焦基础知识

电石用焦是在生产电石的电弧炉中作导电体和发热用的焦炭。电石用焦加入电弧炉中，在电弧热和电阻热的高温（1800-2200℃）作用下，和石灰石发生复杂的发应，生成熔融状态的碳化钙（电石）。其生成过程可用下列发应式表示： CaO+3C→CaC2+CO-46.52KJ 电石用焦应具有灰份低、反应性高、电阻率大和粒度适中等特性，还要尽量除去粉末和降低水分。其化学成分和粒度一般应符合如下要求：固定碳大于84%，灰份小于14%，挥发份小于2%，硫份小于1.5%，磷分小于0.04%，水分小于1.0%，粒度根据生产电石的电弧炉容量而定： 电炉容量/KV?A 粒度/mm <5000 3-12 5000-10000 3-15 10000-20000 3-18 >20000 3-20 粒度合格率要求在90%以上。

编辑本段铁合金焦基础知识

铁合金焦是用于矿热炉冶炼铁合金的焦炭。铁合金焦在矿热炉中作为固态还原剂参与还原反应，反应主要在炉子中下部的高温区进行。以冶炼归铁合金为例，其反应式为SiO2（液）+2C（固）=Si（液）+2CO（气），随着反应的进行，焦炭中的固定碳不断消耗，主要以CO形式从炉顶逸出。焦炭灰份中的三氧化二铝、氧化铁、氧化钙、氧化镁和五氧化二磷等，部分或大部分被还原出来，进入合金中；未参加反应的部分进入炉渣。焦炭中的硫和硅生成硫化硅和二硫化硅后挥发掉。冶炼不同品种的铁合金，对焦炭质量的要求不一，生产硅铁合金时对焦炭质量要求最高，所以能满足硅铁合金生产的铁合金焦，一般也能满足其他铁合金生产的要求。

编辑本段硅铁合金生产对焦炭的要求

固定碳含量高，灰份低，灰中有害物质三氧化二铝和五氧化二磷等的含量要少，焦炭反应性好，焦炭电阻率特别是高温电阻率要大，挥发份要低，有适当的强度和食粮的块度，水分少而稳定。 中国冶标（YB/T034-92）规定了铁合金焦的技术要求，要求粒度为2-8mm，8-20mm，8-25mm。其他指标见表 型焦是由煤粉等原料加压成型煤，再经炭化等后处理制成的一种新型焦炭。型焦品种较多，按所用原料可分为褐煤型焦和无烟煤型焦等；按制备工艺可分为冷压型焦和热压型焦两类；按用途可分为高炉型焦和铸造型焦等。

编辑本段焦炭的质量指标

[焦炭的质量指标] 焦炭是高温干馏的固体产物，主要成分是碳，是具有裂纹和不规则的孔孢结构体（或孔孢多孔体）。裂纹的多少直接影响到焦炭的力度和抗碎强度，其指标一般以裂纹度（指单位体积焦炭内的裂纹长度的多少）来衡量。衡量孔孢结构的指标主要用气孔率（只焦炭气孔体积占总体积的百分数）来表示，它影响到焦炭的反应性和强度。不同用途的焦炭，对气孔率指标要求不同，一般冶金焦气孔率要求在 40～45%，铸造焦要求在35～40%，出口焦要求在30%左右。焦炭裂纹度与气孔率的高低，与炼焦所用煤种有直接关系，如以气煤为主炼得的焦炭，裂纹多，气孔率高，强度低；而以焦煤作为基础煤炼得的焦炭裂纹少、气孔率低、强度高。焦炭强度通常用抗碎强度和耐磨强度两个指标来表示。焦炭的抗碎强度是指焦炭能抵抗受外来冲击力而不沿结构的裂纹或缺陷处破碎的能力，用M40 值表示；焦炭的耐磨强度是指焦炭能抵抗外来摩檫力而不产生表面玻璃形成碎屑或粉末的能力，用M10值表示。焦炭的裂纹度影响其抗碎强度M40值，焦炭的孔孢结构影响耐磨强度M10值。M40和M10值的测定方法很多，我国多采用德国米贡转鼓试验的方法。如表31-1所示。 转故试验完成后，用孔径为40mm和10mm的筛子筛分，大于40mm粒级的百分数为M40值，小于10mm粒级的百分数为M10值。我国冶金焦规定的强度指标见表31-2。

编辑本段焦炭转鼓实验方法

转鼓特性 焦炭试样 筛分 强度指标 直径/长度（mm） 转速（转/分） 转数（转） 重量（kg） 粒度（mm） 孔形 筛孔(mm) 耐磨强度（粒极mm/指标） 抗碎强度（粒极mm/指标） 1000/1000 25 100 50 〉60 圆形 40，10 40/M40 表31-2 我国冶金焦强度指标（%） 强度指标 Ⅰ级冶金焦 Ⅱ级冶金焦 Ⅲ级冶金焦 M40 >80.0 >76.0 >72.0 M10 <8.0 <9.0 <10.0 表31-3 几个国家冶金用焦炭与精煤灰分国标（Ad） 国别 中 国 美国 原苏联 德国 法国 日本 Ⅰ级 Ⅱ级 Ⅲ级 焦炭灰分（%） ≤12.0 ≤13.5 ≤15.0 <7.0 <10.0 <8.0 <9.0 <10.0 精煤灰分（%） <12.5 5.5～6.5 8.0～8.5 6.0～7.0 <7.0 6.6～8.0