炼焦是什么？煤炭如何变焦炭？

炼焦是一种将煤在隔绝空气或惰性气体的条件下,经过高温干馏（通常在900-1100℃）分解，从而生产出焦炭、焦炉煤气、煤焦油、粗苯、氨等化工产品的工艺过程，这一过程是现代钢铁工业不可或缺的核心环节，同时也是煤化工的重要组成部分，实现了煤炭资源的高效、清洁和多元化利用，从历史发展来看，炼焦技术的演变经历了从简易土法炼焦到现代化大型焦炉的跨越，如今已成为衡量一个国家钢铁和化工产业技术水平的重要标志之一。

炼焦的核心原理基于煤的热解反应,当煤被加热至一定温度时，其复杂的有机大分子结构会发生断裂和重组，在隔绝空气的条件下，煤中的挥发分（如氢气、甲烷、一氧化碳、焦油蒸气等）以气态和液态形式逸出，而剩余的不挥发性物质则通过缩聚反应形成固态的焦炭，焦炭的主要成分是碳，同时含有少量的灰分、硫和磷等杂质，其质量指标包括固定碳含量、机械强度（如抗碎强度和耐磨强度）、反应性和灰熔点等，这些指标直接影响其在高炉炼铁中的应用效果，高炉用焦炭需要具备足够的机械强度以承受炉料的重量和摩擦，同时要有良好的反应性以保证在高温下与二氧化碳和水蒸气反应生成一氧化碳，从而还原铁矿石。

现代炼焦生产通常采用顶装焦炉或捣固焦炉两种主要炉型,顶装焦炉是将预先粉碎至一定粒度的炼焦煤通过炉顶装入炭化室，在炭化室两侧的燃烧室加热干馏；捣固焦炉则将炼焦煤捣实后从炉侧装入，适用于处理黏结性较差的煤种，扩大了炼焦用煤的原料范围，炼焦工艺流程主要包括备煤、炼焦、熄焦和产品处理四个阶段，备煤阶段需要将不同种类的炼焦煤按照配比进行混合、破碎和筛分，确保煤料的均匀性和适宜的水分含量；炼焦阶段是将煤料装入炭化室，经过一定时间的加热（通常为14-20小时），完成干馏过程；熄焦分为湿法熄焦和干法熄焦两种，湿法熄焦是用水直接喷淋赤热焦炭，虽然简单但会造成水资源消耗和热量浪费，干法熄焦是用惰性气体（如氮气）冷却焦炭，同时回收余热用于发电或供热，节能环保效果显著；产品处理阶段则是对出炉的焦炭进行筛分、分级，得到不同粒度的焦炭产品，同时回收焦炉煤气、煤焦油等副产品。

炼焦的原料主要是烟煤,尤其是挥发分在20%-30%的主焦煤、肥煤、气煤和瘦煤等，不同煤种的性质差异较大，需要通过科学配比来优化焦炭质量，主焦煤的黏结性好，能形成强度高的焦炭，但资源稀缺且价格较高；气煤的挥发分高，焦炭质量较差，但价格低廉，在实际生产中，常采用多种煤配合使用，在保证焦炭质量的前提下降低成本，随着优质炼焦煤资源的日益紧张，配煤技术不断进步，如添加弱黏结煤、采用型煤炼焦、捣固炼焦等技术，以扩大炼焦用煤资源范围，提高资源利用率。

炼焦产品的用途十分广泛,焦炭是钢铁工业的主要燃料和还原剂，在高炉炼铁中，焦炭燃烧提供热量，生成的一氧化碳将铁矿石还原为生铁，同时焦炭在高温下形成的料柱骨架保证了高炉的透气性，除钢铁行业外，焦炭还用于铸造、有色金属冶炼和化工造气等领域，焦炉煤气是重要的燃料气和化工原料，主要成分是氢气和甲烷，可用于发电、城市燃气或生产甲醇、合成氨等化学品，煤焦油是黑色黏稠液体，通过蒸馏和精制可以得到苯、甲苯、二甲苯、萘、蒽等多种化工原料，广泛应用于塑料、橡胶、染料、医药等行业，粗苯中含有苯、甲苯、二甲苯等轻质芳烃，是化工生产的重要原料，氨则可以用于生产硫酸铵等氮肥。

尽管炼焦在工业生产中具有重要作用,但也面临环境污染和资源消耗等挑战，炼焦过程中会产生废水、废气、废渣等污染物，如含酚、氰、氨的废水，含硫化氢、氰化氢的废气，以及煤渣、焦油渣等固体废物，现代焦化企业普遍采用先进的环保技术和设备，如煤气脱硫脱氰、废水深度处理、废气回收利用、固废资源化利用等，以实现清洁生产，焦炉煤气脱硫后可以生产硫磺或硫酸，废水处理后可以循环使用，煤焦油渣可以通过配煤炼焦进行资源化处理，随着低碳经济的发展，炼焦行业也在积极探索节能减排和碳捕捉技术，以减少碳排放，推动绿色转型。

相关问答FAQs：

1. 问：炼焦煤和普通煤有什么区别？
   答：炼焦煤是专门用于炼焦的烟煤，其特点是具有较好的黏结性，即在加热过程中能软化、熔融并形成具有一定强度的焦炭，普通煤（如无烟煤、褐煤等）黏结性差，甚至没有黏结性，无法单独用于炼焦生产，炼焦煤主要包括主焦煤、肥煤、气煤、瘦煤等，而普通煤多用于燃烧发电或民用燃料。

2. 问：干法熄焦相比湿法熄焦有哪些优势？
   答：干法熄焦（干熄焦）相比湿法熄焦具有显著优势：一是节能环保，干熄焦过程中回收的余热可以用于发电或产生蒸汽，能源利用率高，而湿法熄焦会消耗大量水资源且热量无法回收；二是提高焦炭质量，干熄焦的冷却速度较慢，焦炭内部热应力小，裂纹少，机械强度和耐磨性得到改善；三是减少环境污染，干熄焦避免了湿法熄焦产生的大量水蒸气和粉尘，降低了大气污染物的排放，干法熄焦是国家重点推广的节能环保技术。