煤焦化是什么？煤炭如何变焦炭？

煤焦化,又称煤炭高温干馏，是指将煤炭在隔绝空气或惰性气体的条件下，通过加热至950-1050℃的高温，使其分解成焦炭、焦炉煤气、煤焦油、粗苯、氨等产物的工艺过程，这一过程是煤炭深加工的重要技术之一，也是现代钢铁工业不可或缺的环节，主要用于生产冶金焦炭，为高炉炼铁提供还原剂和热源，煤焦化过程中产生的副产品也是化学工业的重要原料，具有显著的经济和社会价值。

从历史发展来看,煤焦化技术的起源可追溯到18世纪的英国，当时，随着钢铁工业的兴起，传统的木炭因资源日益枯竭难以满足生产需求，科学家们开始探索用煤炭替代木炭炼铁，1812年，英国首次建成连续式焦炉，标志着现代煤焦化技术的诞生，此后，随着焦炉炉型的不断改进和热回收技术的应用，煤焦化逐渐实现了规模化、自动化生产，并成为钢铁联合企业的核心组成部分，进入20世纪后，随着环保要求的提高和资源综合利用理念的深入，煤焦化技术不断向高效、清洁、低碳方向发展，出现了诸如干法熄焦、煤调湿、负压蒸馏等先进工艺，显著提升了能源利用效率和环保水平。

煤焦化的工艺流程主要包括备煤、炼焦、化工产品回收与精制三大环节，备煤阶段是将原煤进行破碎、配煤、成型等预处理，确保入炉煤料的粒度、成分和水分符合炼焦要求，配煤是其中的关键步骤，通过将不同种类的煤按一定比例混合，可以优化焦炭质量，降低优质主焦煤的用量，同时控制生产成本，炼焦阶段是将备好的煤料装入焦炉炭化室，在隔绝空气的条件下进行高温干馏，煤料在炭化室内经历干燥、热解、熔融、固化、收缩等阶段，最终形成焦炭，并从炭化室推出，经过熄焦（传统湿法熄焦或现代干法熄焦）后送往高炉使用，化工产品回收阶段则是将炼焦过程中产生的荒煤气进行冷却、净化，分离出煤焦油、氨、粗苯等化工产品，净化后的焦炉煤气可作为燃料或化工原料进一步利用。

煤焦化的核心产物是焦炭,其质量直接影响钢铁生产的效率和成本，冶金焦炭具有高固定碳含量、低灰分、低硫分、高强度和良好的反应性等特点，主要在高炉炼铁中作为还原剂（将铁矿石中的氧化铁还原为生铁）、发热剂（提供冶炼所需的热量）和料柱骨架（维持高炉料层的透气性），焦炭还用于铸造铁合金、生产电石等工业领域，煤焦化过程中产生的焦炉煤气是一种高热值的气体燃料，主要成分是氢气和甲烷，可直接用于焦炉、高炉的加热，也可作为城市燃气或合成氨、甲醇的原料，煤焦油是黑色粘稠液体，通过蒸馏、萃取等工艺可分离出苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽、酚类等数百种化工产品，是塑料、合成纤维、染料、医药、农药等行业的重要原料，粗苯中含有苯、甲苯、二甲苯及重苯等组分，经精制后可作为化工原料，氨则可制成硫酸铵或浓氨水，用作化肥或化工原料。

煤焦化产业在国民经济中具有重要地位,但其发展也面临诸多挑战，从积极方面看，煤焦化是钢铁工业的“粮食”，焦炭的质量和供应稳定性直接关系到钢铁企业的生产安全，煤焦化副产品的综合利用延伸了煤炭产业链，提高了资源附加值，为化工行业提供了重要的原料保障，煤焦油深加工产品可用于生产炭黑、电极沥青、针状焦等高附加值材料，粗苯精制产品是合成树脂、合成橡胶的基础原料，现代煤焦化企业通过余热回收、副产煤气发电等方式，实现了能源的梯级利用，降低了单位产品的能耗和碳排放，传统煤焦化工艺也存在着能耗高、污染重、资源利用率低等问题，炼焦过程中会产生大量粉尘、硫氧化物、氮氧化物等污染物，焦炉煤气净化过程中产生的废水、废渣也需要妥善处理，焦炭生产是高耗能过程，能源成本占生产总成本的较大比例，如何降低能耗、减少排放是煤焦化行业可持续发展的关键。

为应对上述挑战,煤焦化行业正积极推进技术升级和绿色转型，在技术方面，大型焦炉（如6米以上顶装焦炉、7.63米大型捣固焦炉）的应用提高了单炉生产效率和焦炭质量；干法熄焦（CDQ）技术通过惰性气体冷却红焦，回收余热产生蒸汽发电，避免了湿法熄焦的水资源消耗和大气污染；煤调湿（CMC）技术通过降低入炉煤水分，缩短炼焦时间，提高焦炉生产能力，降低能耗；负压蒸馏技术则减少了荒煤气的泄漏，提高了化工产品的回收率，在环保方面，高效的脱硫脱硝除尘技术、废水深度处理及回用技术、固废资源化利用技术（如煤焦灰生产建材）的应用，显著降低了煤焦化生产对环境的影响，随着“双碳”目标的提出，煤焦化行业正探索碳捕集、利用与封存（CCUS）技术，以及用氢气、天然气等替代部分煤炭进行炼焦的工艺，以减少碳排放。

煤焦化行业将朝着大型化、智能化、绿色化、精细化方向发展，大型化意味着建设规模更大、效率更高的焦炉，降低单位产能的投资和运营成本；智能化则通过应用物联网、大数据、人工智能等技术，实现焦化生产的智能控制和优化管理，提高生产效率和安全性；绿色化要求进一步降低能耗和污染物排放，推动循环经济发展，实现与生态环境的协调发展；精细化则是对煤焦化副产品进行更深度的加工，开发高附加值产品，延伸产业链，提升整体经济效益，随着新能源、新材料等产业的快速发展，煤焦化产品在锂离子电池负极材料、高性能碳纤维等领域的应用前景广阔，为行业转型升级提供了新的机遇。

相关问答FAQs：

1. 问：煤焦化和煤化工有什么区别？
   答：煤焦化是煤化工的一个分支，特指煤炭在隔绝空气条件下高温干馏生产焦炭及副产品的过程，核心产品是焦炭，主要用于冶金领域，而煤化工是一个更广泛的概念，指以煤炭为原料，通过化学方法加工成气体、液体、固体燃料及化学品的全过程，包括煤制气、煤制油、煤制烯烃、煤焦化等多种技术路线，产品范围涵盖燃料、化工原料、材料等多个领域。

   

2. 问：煤焦化产生的废水如何处理？
   答：煤焦化废水成分复杂，含有酚类、氰化物、氨氮、苯系物等多种污染物，处理通常采用“预处理+生物处理+深度处理”的组合工艺，预处理包括气浮、萃取脱酚等，去除大部分油类和酚类；生物处理多采用A/O（厌氧-好氧）工艺，通过微生物作用降解氰化物、氨氮等有机物；深度处理则采用高级氧化（如臭氧氧化、芬顿氧化）、膜分离（如超滤、反渗透）等技术，确保出水达到排放标准或回用要求，最终实现废水的资源化和无害化。