二十一世紀的煤化工模板

1、2021/3/131二十一世紀的煤化工二十一世紀的煤化工 煤炭的焦化煤炭的焦化 煤炭的氣化煤炭的氣化 煤炭的液化煤炭的液化 煤炭的地下氣化煤炭的地下氣化2021/3/132煤炭的化學(xué)加工煤炭的化學(xué)加工煤炭的焦化煤炭的焦化煤炭的氣化煤炭的氣化煤炭的液化煤炭的液化2021/3/133 煤煤 炭炭 的的 焦焦 化化一、基本原理一、基本原理 配合煤配合煤隔絕空氣被加熱到隔絕空氣被加熱到10001000C,C,軟化、軟化、熔融并發(fā)生一系列的分解和聚合反應(yīng)熔融并發(fā)生一系列的分解和聚合反應(yīng), ,放放出出氣體氣體（COCO、CHCH4 4、H H2 2、H H2 2S S、烷烴類以及、烷烴類以及芳烴類氣體）和

2、芳烴類氣體）和焦油焦油, ,最后生成最后生成焦炭焦炭的過的過程。程。2021/3/134二、煤炭焦化的工藝過程二、煤炭焦化的工藝過程焦焦爐爐 配合煤配合煤氣、肥、焦、瘦氣、肥、焦、瘦焦焦 炭炭冷冷凝凝焦油加工焦油加工焦焦油油工業(yè)萘、洗油、酚、工業(yè)萘、洗油、酚、 蒽、輕油蒽、輕油煤煤氣氣凈凈化化氨、粗苯、硫磺、氨、粗苯、硫磺、凈煤氣凈煤氣2021/3/135焦化工業(yè)存在的主要問題焦化工業(yè)存在的主要問題 焦爐以中小型焦爐為主（小于焦爐以中小型焦爐為主（小于4 4米）米）; ;焦炭質(zhì)量受礦區(qū)產(chǎn)煤品種的限制焦炭質(zhì)量受礦區(qū)產(chǎn)煤品種的限制, ,焦炭焦炭 質(zhì)量質(zhì)量 難以調(diào)整提高難以調(diào)整提高; ; 環(huán)境污染治

3、理技術(shù)有待提高環(huán)境污染治理技術(shù)有待提高; ; 化學(xué)產(chǎn)品品種單一?；瘜W(xué)產(chǎn)品品種單一。2021/3/136頂裝焦爐炭化室高度頂裝焦爐炭化室高度: 6米、米、5.5米、米、5米、米、4米米搗固焦爐搗固焦爐的炭化室高度的炭化室高度: 4.3米、米、 3.8米、米、 3.2米、米、 2.5米米焦炭質(zhì)量參數(shù)焦炭質(zhì)量參數(shù): 揮發(fā)分（揮發(fā)分（1.2%） 水分（水分（6%） 灰分（灰分（13%） 硫分（硫分（78%）、）、M25、M10（8%）2021/3/137焦化工業(yè)發(fā)展的方向焦化工業(yè)發(fā)展的方向1.1. 焦爐大型化焦爐大型化 炭化室加寬加高、提高單孔炭化室產(chǎn)焦量是焦炭化室加寬加高、提高單孔炭化室產(chǎn)焦量是焦爐

4、的發(fā)展方向。爐的發(fā)展方向。2 2 搗固煉焦技術(shù)搗固煉焦技術(shù) 搗固煉焦的入爐煤中搗固煉焦的入爐煤中, ,弱粘性高揮發(fā)分煤配入弱粘性高揮發(fā)分煤配入量可高達量可高達70%70%80%,80%,甚至幾乎可用甚至幾乎可用100%100%的肥氣煤的肥氣煤煉焦。日前煉焦。日前, ,中國自行開發(fā)設(shè)計的炭化室高中國自行開發(fā)設(shè)計的炭化室高4.3m4.3m、寬寬500mm500mm的搗固焦爐已建成投產(chǎn)的搗固焦爐已建成投產(chǎn), ,采用經(jīng)改進的搗采用經(jīng)改進的搗固裝置固裝置, ,操作效率有很大提高。操作效率有很大提高。 2021/3/138(4)(4)除塵地面站與車載式焦爐煙塵治理技術(shù)除塵地面站與車載式焦爐煙塵治理技術(shù) 目

5、前使用的裝煤除塵系統(tǒng)主要形式有目前使用的裝煤除塵系統(tǒng)主要形式有: : 干式除塵方式干式除塵方式 濕式除塵方式濕式除塵方式 出焦除塵系統(tǒng)主要形式有出焦除塵系統(tǒng)主要形式有: : 干式地面站除塵和熱浮力罩除塵干式地面站除塵和熱浮力罩除塵裝煤出焦二合一干式地面站除塵方式裝煤出焦二合一干式地面站除塵方式2021/3/139(5)(5)干法熄焦干法熄焦(CDQ)(CDQ) CDQ CDQ技術(shù)不僅可以回收紅焦的顯熱技術(shù)不僅可以回收紅焦的顯熱, ,改善焦炭質(zhì)量改善焦炭質(zhì)量, ,還可減少濕法熄焦對大氣的污染還可減少濕法熄焦對大氣的污染, ,是重點開發(fā)和推廣是重點開發(fā)和推廣的煉焦節(jié)能與環(huán)保技術(shù)。的煉焦節(jié)能與環(huán)保技

6、術(shù)。 中國發(fā)展中國發(fā)展CDQCDQ的方向是裝置的大型化與設(shè)備國產(chǎn)的方向是裝置的大型化與設(shè)備國產(chǎn)化。同時以濕熄焦裝置備用化。同時以濕熄焦裝置備用, ,以節(jié)省投資。以節(jié)省投資。 CDQCDQ裝置產(chǎn)生的蒸汽將用于發(fā)電或并入生產(chǎn)用蒸裝置產(chǎn)生的蒸汽將用于發(fā)電或并入生產(chǎn)用蒸汽管網(wǎng)。汽管網(wǎng)。 2021/3/1310煤調(diào)濕煤調(diào)濕(CMC)(CMC) CMC CMC是將煉焦煤料在裝爐前除掉一部分水分是將煉焦煤料在裝爐前除掉一部分水分, ,保持裝爐保持裝爐煤水分穩(wěn)定的一項技術(shù)。這項技術(shù)以其顯著的節(jié)能、環(huán)煤水分穩(wěn)定的一項技術(shù)。這項技術(shù)以其顯著的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟效益受到普遍重視保和經(jīng)濟效益受到普遍重視, ,并得到迅速

7、發(fā)展。并得到迅速發(fā)展。 19961996年中國第一套年中國第一套CMCCMC裝置在重鋼焦化廠投產(chǎn)裝置在重鋼焦化廠投產(chǎn), ,采用采用的是導(dǎo)熱油傳熱方式的是導(dǎo)熱油傳熱方式, ,系統(tǒng)較為復(fù)雜、投資高。系統(tǒng)較為復(fù)雜、投資高。 目前目前, ,鞍山焦耐院正在開發(fā)工藝簡單、投資省的以蒸鞍山焦耐院正在開發(fā)工藝簡單、投資省的以蒸汽為熱源的汽為熱源的CMCCMC裝置裝置, ,用蒸汽在列管式調(diào)濕機內(nèi)與煤換熱用蒸汽在列管式調(diào)濕機內(nèi)與煤換熱, ,利用煙道廢氣帶走從煤中析出的水分利用煙道廢氣帶走從煤中析出的水分, ,將裝爐煤的水分將裝爐煤的水分穩(wěn)定在穩(wěn)定在6%6%左右。左右。2021/3/1311開發(fā)先進的煤氣脫硫技術(shù)開

8、發(fā)先進的煤氣脫硫技術(shù) 引進的脫硫方法由于工藝復(fù)雜、投資高引進的脫硫方法由于工藝復(fù)雜、投資高, ,僅在大型焦僅在大型焦化廠得到應(yīng)用?；瘡S得到應(yīng)用。 比較適合中國國情的是中國自行開發(fā)的比較適合中國國情的是中國自行開發(fā)的改良改良ADAADA法法、PDSPDS法法和和HPFHPF法脫硫工藝。法脫硫工藝。 改良改良ADAADA法及法及PDSPDS法以法以鈉鈉為堿源為堿源, ,脫硫效率高脫硫效率高, ,塔后煤塔后煤氣含氣含H H2 2S S可降到可降到20mg/m320mg/m3以下以下, ,符合城市煤氣標準。符合城市煤氣標準。 2021/3/1312為何一定要脫除煤氣中硫化氫為何一定要脫除煤氣中硫化氫?

9、 ? 硫化氫能腐蝕設(shè)備、污染廠區(qū)環(huán)境、降低鋼的質(zhì)量硫化氫能腐蝕設(shè)備、污染廠區(qū)環(huán)境、降低鋼的質(zhì)量; ;使使催化劑中毒、燃燒生成的二氧化硫。催化劑中毒、燃燒生成的二氧化硫。當焦爐煤氣用在以下方面時當焦爐煤氣用在以下方面時, ,必須凈化到下列程度必須凈化到下列程度: : 煉鋼煉鋼: : 2-32-3克克/ /標米標米3 3 化學(xué)合成化學(xué)合成: : 1-21-2毫克標米毫克標米3 3 城市煤氣城市煤氣: : 低于低于2020毫克標米毫克標米3 3此外此外, ,在制造高級陶瓷制品及特殊玻璃、軋制高級鋼材及在制造高級陶瓷制品及特殊玻璃、軋制高級鋼材及遠距離輸送時遠距離輸送時, ,焦爐煤氣均需經(jīng)深度脫硫。焦

10、爐煤氣均需經(jīng)深度脫硫。2021/3/1313改良蒽醌二磺酸鈉法脫硫（改良改良蒽醌二磺酸鈉法脫硫（改良ADAADA法）法）一、生產(chǎn)過程原理一、生產(chǎn)過程原理 焦爐煤氣進入焦爐煤氣進入吸收塔吸收塔, ,與從塔頂噴灑下來的吸收液與從塔頂噴灑下來的吸收液逆流接觸逆流接觸, ,煤氣中的硫化氫被脫硫液吸收后煤氣中的硫化氫被脫硫液吸收后, ,從塔頂從塔頂排出。排出。 被硫化氫飽和了的溶液經(jīng)循環(huán)槽用泵送入被硫化氫飽和了的溶液經(jīng)循環(huán)槽用泵送入再生塔再生塔, ,用用空氣進行氧化空氣進行氧化再生并析出元素硫后再生并析出元素硫后, ,又自流到脫硫又自流到脫硫塔頂部循環(huán)使用。塔頂部循環(huán)使用。 2021/3/1314脫硫液

11、脫硫液:稀碳酸鈉溶液稀碳酸鈉溶液; 等比例的等比例的2.6-和和2.7-蒽醌二磺酸（蒽醌二磺酸（A.D.A.）的）的 鈉鹽溶液鈉鹽溶液; 適量的酒石酸鉀鈉（適量的酒石酸鉀鈉（NaKC4H4O6）; 0.120.28%的偏釩酸鈉（的偏釩酸鈉（NaVO3）。）。2021/3/1315吸收塔吸收塔: :氧化態(tài)氧化態(tài)ADA-ADA-還原態(tài)還原態(tài)ADAADA再生塔再生塔: :還原態(tài)還原態(tài)ADA-ADA-氧化態(tài)氧化態(tài)ADAADA主要設(shè)備主要設(shè)備改良改良A AD DA A法脫硫系統(tǒng)的主要設(shè)備為脫法脫硫系統(tǒng)的主要設(shè)備為脫硫塔和再生塔。硫塔和再生塔。脫硫塔可采用脫硫塔可采用填料塔填料塔（木格填料或聚丙烯特（木格

12、填料或聚丙烯特拉雷特填料）或空噴塔。拉雷特填料）或空噴塔。 2021/3/1316開發(fā)以焦爐煤氣為原料的化工合成項目開發(fā)以焦爐煤氣為原料的化工合成項目焦爐煤氣合成氨焦爐煤氣合成氨 焦爐煤氣中含有焦爐煤氣中含有55%55%60%60%的氫氣的氫氣, ,其它成分如甲烷、其它成分如甲烷、一氧化碳等一氧化碳等, ,可經(jīng)轉(zhuǎn)化、變換、脫碳等工序制得純氫氣可經(jīng)轉(zhuǎn)化、變換、脫碳等工序制得純氫氣, ,然后氫氣與氮氣合成氨。然后氫氣與氮氣合成氨。 近年來近年來, ,隨著隨著變壓吸附制氫變壓吸附制氫技術(shù)的推廣應(yīng)用技術(shù)的推廣應(yīng)用, ,使焦爐使焦爐煤氣制合成氨的投資和電耗進一步降低。煤氣制合成氨的投資和電耗進一步降低。

13、 山西焦化集團從山西焦化集團從2020世紀世紀7070年代建廠時就配套建成了年代建廠時就配套建成了焦爐煤氣合成氨裝置焦爐煤氣合成氨裝置, ,并生產(chǎn)尿素。并生產(chǎn)尿素。2021/3/1317采用先進的焦化廢水處理技術(shù)采用先進的焦化廢水處理技術(shù)傳統(tǒng)的活性污泥法傳統(tǒng)的活性污泥法 氨氮去除率低、能耗高、污泥二次污染氨氮去除率低、能耗高、污泥二次污染硝化硝化反硝化處理焦化廢水法（反硝化處理焦化廢水法（A-O法）法） 外排水中外排水中COD和氨氮均能達標、無二次污染和氨氮均能達標、無二次污染 運行不穩(wěn)定運行不穩(wěn)定 A-O-A法法 A-O-O法法2021/3/1318焦爐煤氣合成甲醇、二甲醚焦爐煤氣合成甲醇、

14、二甲醚 可替代柴油用作清潔汽車燃料可替代柴油用作清潔汽車燃料; ; 可替代液化氣用作民用燃料可替代液化氣用作民用燃料。重要的基礎(chǔ)有機化工原料重要的基礎(chǔ)有機化工原料清潔燃料清潔燃料甲醇甲醇二甲醚二甲醚2021/3/1319 焦爐煤氣含有生產(chǎn)甲醇和二甲醚的原料氣焦爐煤氣含有生產(chǎn)甲醇和二甲醚的原料氣H2、CO和和CO2。經(jīng)過部分氧化蒸汽轉(zhuǎn)化后。經(jīng)過部分氧化蒸汽轉(zhuǎn)化后,氣體中氣體中H/C(f)=3.0,接近合成甲醇和二甲醚的接近合成甲醇和二甲醚的最佳值最佳值(f=2.052.15)。 而以煤和重油為原料生產(chǎn)甲醇和二甲醚時而以煤和重油為原料生產(chǎn)甲醇和二甲醚時,由于氫碳比偏低由于氫碳比偏低,需增加變換、脫

15、碳裝置需增加變換、脫碳裝置,流程流程長長,投資大。投資大。2021/3/1320焦爐煤氣用于制氫焦爐煤氣用于制氫 氫氣是化學(xué)工業(yè)合成的重要原料氣氫氣是化學(xué)工業(yè)合成的重要原料氣, 氫氣是化學(xué)工業(yè)中常用的還原劑和氫化劑氫氣是化學(xué)工業(yè)中常用的還原劑和氫化劑 氫氣是制取半導(dǎo)體材料氫氣是制取半導(dǎo)體材料硅的重要原料硅的重要原料 氫氣已成為運載火箭航天器的重要燃料之一氫氣已成為運載火箭航天器的重要燃料之一 焦爐煤氣是制氫的理想原料焦爐煤氣是制氫的理想原料,其所含的其所含的55%60%的氫的氫氣可通過變壓吸附法生產(chǎn)純度為氣可通過變壓吸附法生產(chǎn)純度為99.9%或更高的氫氣?；蚋叩臍錃?。2021/3/1321焦

16、爐煤氣發(fā)電焦爐煤氣發(fā)電 焦爐煤氣用于電廠鍋爐時焦爐煤氣用于電廠鍋爐時, ,其熱效率可達其熱效率可達90%,90%,利用利用鍋爐生產(chǎn)蒸汽發(fā)電鍋爐生產(chǎn)蒸汽發(fā)電, ,發(fā)電后的蒸汽還可供焦化廠生產(chǎn)發(fā)電后的蒸汽還可供焦化廠生產(chǎn)用。用。焦爐煤氣也可直接用于燃氣透平機發(fā)電。焦爐煤氣也可直接用于燃氣透平機發(fā)電。 2021/3/1322焦爐煤氣用于直接還原鐵焦爐煤氣用于直接還原鐵 焦化廠生產(chǎn)的含有大量焦化廠生產(chǎn)的含有大量H2和和CH4的焦爐煤氣本身就的焦爐煤氣本身就是是還原性還原性氣體氣體,將焦爐煤氣送入熱裂解爐中將焦爐煤氣送入熱裂解爐中,其其CH4經(jīng)加經(jīng)加氧催化裂解氧催化裂解,即可得到含即可得到含H2 74%

17、、CO2 5%的還原性氣的還原性氣體體,可直接送入氣基豎爐生產(chǎn)海綿鐵?？芍苯铀腿霘饣Q爐生產(chǎn)海綿鐵。 由此而形成由此而形成焦爐焦爐高爐直接還原鐵高爐直接還原鐵的聯(lián)合流程是高的聯(lián)合流程是高爐流程工藝技術(shù)的自身完善爐流程工藝技術(shù)的自身完善,是鋼鐵生產(chǎn)向短流程過渡是鋼鐵生產(chǎn)向短流程過渡的必由之路的必由之路。2021/3/1323焦油加工現(xiàn)狀焦油加工現(xiàn)狀 煤焦油加工產(chǎn)品是冶金、化工、醫(yī)藥、建材、交通、煤焦油加工產(chǎn)品是冶金、化工、醫(yī)藥、建材、交通、通訊等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)原料通訊等領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)原料, ,在國內(nèi)外有著廣闊的市場在國內(nèi)外有著廣闊的市場前景。前景。 中國目前擁有煤焦油加工裝置的企業(yè)有中國目前擁有

18、煤焦油加工裝置的企業(yè)有5050多家多家, ,焦油焦油加工能力約加工能力約270270萬萬t/at/a。 國外焦油集中加工的規(guī)模已達到國外焦油集中加工的規(guī)模已達到150150萬萬t/a,t/a,單套裝置單套裝置的加工能力達到了的加工能力達到了5050萬萬t/a,t/a,提取的產(chǎn)品品種達到了提取的產(chǎn)品品種達到了200200多種。多種。 中國現(xiàn)有的焦油加工裝置分散在各焦化廠中國現(xiàn)有的焦油加工裝置分散在各焦化廠, ,單套裝置單套裝置的加工能力小、產(chǎn)品品種少。的加工能力小、產(chǎn)品品種少。2021/3/1324煤焦油加工發(fā)展方向煤焦油加工發(fā)展方向擴大加工規(guī)模擴大加工規(guī)模初級產(chǎn)品向下游深加工發(fā)展初級產(chǎn)品向下游

19、深加工發(fā)展,提高焦油產(chǎn)品的附加值提高焦油產(chǎn)品的附加值與精細化工聯(lián)產(chǎn)與精細化工聯(lián)產(chǎn)2021/3/1325發(fā)展焦油集中加工發(fā)展焦油集中加工 由于煤焦油本身的特殊性質(zhì)由于煤焦油本身的特殊性質(zhì), ,欲提取煤焦油中含量欲提取煤焦油中含量1%1%的組分的組分, ,只有對其進行集中加工才具有經(jīng)濟意義。只有對其進行集中加工才具有經(jīng)濟意義。在條件允許的情況下在條件允許的情況下, ,煤焦油加工的規(guī)模越大越好。煤焦油加工的規(guī)模越大越好。 煤焦油加工的實踐表明煤焦油加工的實踐表明, ,焦油加工的起始經(jīng)濟規(guī)模應(yīng)焦油加工的起始經(jīng)濟規(guī)模應(yīng)達到達到20202525萬萬t/at/a。 由于集中加工由于集中加工, ,還可大大減少

20、分散的加工點還可大大減少分散的加工點, ,可最大可最大限度地采取環(huán)保治理措施限度地采取環(huán)保治理措施, ,減輕對環(huán)境的污染。減輕對環(huán)境的污染。 2021/3/1326煤炭的氣化煤炭的氣化煤氣化技術(shù)是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的單元技術(shù)煤氣化技術(shù)是煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展最重要的單元技術(shù)煤煤合成氣合成氣 醇醚類（甲醇、醇醚類（甲醇、DME、乙醇）、乙醇）碳氧化合物類（醋酸、酸酐）碳氧化合物類（醋酸、酸酐）烴烴 類（油品、烷烴、乙烯）類（油品、烷烴、乙烯）其他（其他（H H2 2）下游產(chǎn)品下游產(chǎn)品2021/3/1327煤氣化的原理煤氣化的原理 煤與氣化劑在一定溫度、壓力等條件下發(fā)生化煤與氣化劑在一定溫度、壓力等條件

21、下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成煤氣的過程。學(xué)反應(yīng)而轉(zhuǎn)化成煤氣的過程。氣化劑氣化劑: : 空氣、空氣空氣、空氣/ /水蒸氣、氧氣水蒸氣、氧氣/ /水蒸氣水蒸氣產(chǎn)品產(chǎn)品: 燃料氣、合成氣燃料氣、合成氣2021/3/1328煤氣化過程中主要化學(xué)反應(yīng)煤氣化過程中主要化學(xué)反應(yīng): C+O2-CO2 C+O2-CO C+H2O-CO+H2 CO+H2O-CO2+H2 C+H2-CH4 S+O2-SO2 SO2+H2-H2S+H2O2021/3/1329 煤氣化的方法煤氣化的方法按煤在氣化爐中的流體力學(xué)行為分為按煤在氣化爐中的流體力學(xué)行為分為:固定床氣化固定床氣化流化床氣化流化床氣化氣流床氣化氣流床氣化熔融床氣化熔融

22、床氣化2021/3/1330固定床氣化固定床氣化分為常壓和加壓兩種。分為常壓和加壓兩種。常壓法常壓法: :工藝簡單工藝簡單, ,但要求用塊煤但要求用塊煤, ,低灰熔點的煤低灰熔點的煤 難以使用。難以使用。加壓法加壓法: :是常壓法的改進和提高是常壓法的改進和提高, ,常用常用2 2與水蒸與水蒸 氣為氣化劑氣為氣化劑, ,對煤種適應(yīng)性大大提高。對煤種適應(yīng)性大大提高。LurgiLurgi加壓氣化法加壓氣化法: :生產(chǎn)的煤氣中甲烷含量高生產(chǎn)的煤氣中甲烷含量高, ,適適 合處理灰分高、水分高的塊粒狀褐煤合處理灰分高、水分高的塊粒狀褐煤。2021/3/1331 氣化劑同時作為流化介質(zhì)氣化劑同時作為流化介

23、質(zhì), ,經(jīng)過流化床的氣體分布板自經(jīng)過流化床的氣體分布板自下而上通過床層。下而上通過床層。 流化床氣化流化床氣化 由于流化床內(nèi)氣、固之間良好的返混和接觸由于流化床內(nèi)氣、固之間良好的返混和接觸, ,其傳熱和其傳熱和傳質(zhì)速率均很高傳質(zhì)速率均很高, ,故流化床的溫度和組成比較均勻。故流化床的溫度和組成比較均勻。溫克勒法溫克勒法: :適用于多種煤適用于多種煤, ,允許粒度范圍較寬允許粒度范圍較寬, ,氣化爐的氣化爐的結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單, ,造價低造價低, ,氣化劑消耗較低氣化劑消耗較低, ,但溫克勒爐的體積但溫克勒爐的體積龐大龐大, ,顯熱損失大顯熱損失大, ,碳利用率低碳利用率低, ,煤耗高。煤耗高。

24、隨著灰熔聚技術(shù)的研究成功隨著灰熔聚技術(shù)的研究成功, ,美國煤氣技術(shù)研究所和美國煤氣技術(shù)研究所和美國凱洛格公司分別開發(fā)出了美國凱洛格公司分別開發(fā)出了UGASUGAS和和KRWKRW兩種流化床氣化兩種流化床氣化工藝工藝, ,這兩種工藝彌補了傳統(tǒng)工藝排灰含碳過高的不足。這兩種工藝彌補了傳統(tǒng)工藝排灰含碳過高的不足。2021/3/1332氣化劑將煤粉夾帶進入氣化爐氣化劑將煤粉夾帶進入氣化爐, ,進行并流氣化進行并流氣化, ,粉煤氣化粉煤氣化具有較大的反應(yīng)表面積。具有較大的反應(yīng)表面積。氣流床氣化的特點氣流床氣化的特點: :1 1 煤粒各自被氣流隔開煤粒各自被氣流隔開, ,煤的粘結(jié)性對氣化過程沒有影響煤的粘

25、結(jié)性對氣化過程沒有影響; ;2 2 煤在氣流床氣化爐的反應(yīng)區(qū)停留時間極短煤在氣流床氣化爐的反應(yīng)區(qū)停留時間極短, ,即燃料與氣即燃料與氣 化劑的反應(yīng)很快?；瘎┑姆磻?yīng)很快。3 3 為了維持較高的反應(yīng)溫度為了維持較高的反應(yīng)溫度, ,采用采用2 2和少量的水作為氣化劑。和少量的水作為氣化劑。 爐法爐法: :采用干法進料技術(shù)采用干法進料技術(shù), ,在常溫下操作在常溫下操作, ,屬粉煤高溫屬粉煤高溫 常壓液態(tài)排渣氣化法。常壓液態(tài)排渣氣化法。加壓氣化工藝加壓氣化工藝- -ShellShell法法和和PrenfloPrenflo法。法。 氣流床氣化氣流床氣化2021/3/1333幾種典型的氣化工藝幾種典型的氣化

26、工藝 氣化技術(shù)氣化技術(shù)床型床型煤料煤料氣化劑氣化劑排渣排渣壓力壓力煤氣發(fā)生爐煤氣發(fā)生爐固定床固定床塊煤塊煤空氣空氣/水蒸汽水蒸汽固態(tài)固態(tài)常常Lurgi爐爐固定床固定床塊煤塊煤氧氣氧氣/水蒸汽水蒸汽固態(tài)固態(tài)加加Winkler爐爐流化床流化床碎煤碎煤空氣空氣/水蒸汽水蒸汽固態(tài)固態(tài)常常HTW流化床流化床碎煤碎煤空氣空氣/水蒸汽水蒸汽固態(tài)固態(tài)加加U-GAS流化床流化床碎煤碎煤空氣空氣/水蒸汽水蒸汽團聚團聚加加KRW流化床流化床碎煤碎煤空氣空氣/水蒸汽水蒸汽團聚團聚加加K-T氣流床氣流床煤粉煤粉氧氣氧氣/水蒸汽水蒸汽液態(tài)液態(tài)常常Texaco氣流床氣流床水煤槳水煤槳氧氣氧氣/水蒸汽水蒸汽液態(tài)液態(tài)加加She

27、ll氣流床氣流床煤粉煤粉氧氣氧氣/水蒸汽水蒸汽液態(tài)液態(tài)加加Prenflo氣流床氣流床煤粉煤粉氧氣氧氣/水蒸汽水蒸汽液態(tài)液態(tài)加加 2021/3/1334 甲醇既是重要的甲醇既是重要的基礎(chǔ)有機化工產(chǎn)品和原料基礎(chǔ)有機化工產(chǎn)品和原料, ,又是極有又是極有前途的前途的代用燃料代用燃料之一。之一。甲醇在其它領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景甲醇在其它領(lǐng)域也有廣闊的應(yīng)用前景: : (1) (1)作為清潔燃料替代汽油或與汽油摻混使用作為清潔燃料替代汽油或與汽油摻混使用; ; （2)2)甲醇燃料電池將商業(yè)化甲醇燃料電池將商業(yè)化; ; (3) (3)甲醇在變壓吸附制氫中作為裂解原料甲醇在變壓吸附制氫中作為裂解原料; ; (4

28、) (4)甲醇制微生物蛋白甲醇制微生物蛋白( () )飼料國外已工業(yè)化飼料國外已工業(yè)化; ; (5) (5)甲醇制低碳烯烴甲醇制低碳烯烴( ()和甲醇制汽油和甲醇制汽油( (MTC） 技術(shù)已有較大突破。技術(shù)已有較大突破。 煤合成氣制甲醇煤合成氣制甲醇2021/3/1335甲醇合成的原理及過程甲醇合成的原理及過程CO+2H2-CH3OHCO2+3H2-CH3OH+H2O要求要求:H/C 大于大于 2,以提高以提高CO的轉(zhuǎn)化率的轉(zhuǎn)化率1 1 煤氣化制合成氣煤氣化制合成氣; ;2 2 合成氣凈化合成氣凈化; ;3 3 甲醇合成甲醇合成; ;4 4 甲醇精餾。甲醇精餾。2021/3/1336煤氣化合成

29、甲醇關(guān)鍵技術(shù)煤氣化合成甲醇關(guān)鍵技術(shù)1 1合成氣的合成氣的H/C;H/C;2 2合成甲醇的催化劑合成甲醇的催化劑; ;3 3合成甲醇的反應(yīng)器。合成甲醇的反應(yīng)器。催化劑催化劑: : 鋅基催化劑鋅基催化劑: :操作溫度操作溫度: :350350400400 操作壓力操作壓力: :25MPa25MPa 銅基催化劑銅基催化劑 （對脫硫技術(shù)要求高）（對脫硫技術(shù)要求高）2021/3/1337合成甲醇反應(yīng)器合成甲醇反應(yīng)器甲醇合成反應(yīng)的復(fù)雜性甲醇合成反應(yīng)的復(fù)雜性:( () ) 甲醇合成是復(fù)合反應(yīng)。甲醇合成是復(fù)合反應(yīng)。 ( () ) 甲醇合成反應(yīng)熱大甲醇合成反應(yīng)熱大, ,為使熱量及時除去為使熱量及時除去, ,須合

30、理設(shè)須合理設(shè) 計反應(yīng)器移熱界面。計反應(yīng)器移熱界面。( () ) 甲醇合成催化劑還原后其載體與助劑仍為金屬氧甲醇合成催化劑還原后其載體與助劑仍為金屬氧 化物化物, ,導(dǎo)熱系數(shù)較小導(dǎo)熱系數(shù)較小, ,設(shè)計反應(yīng)器時須考慮這一因素。設(shè)計反應(yīng)器時須考慮這一因素。( () ) 甲醇合成銅催化劑活性溫度范圍窄甲醇合成銅催化劑活性溫度范圍窄, ,若超溫若超溫, ,不僅不僅 副反應(yīng)多副反應(yīng)多, ,而且催化劑活性受到影響而且催化劑活性受到影響, ,壽命大為降低。壽命大為降低。) ) 甲醇合成催化劑對毒物的敏感性比氨合成催化劑強。甲醇合成催化劑對毒物的敏感性比氨合成催化劑強。2021/3/1338ICI 冷激式甲醇合

31、成塔冷激式甲醇合成塔 將冷激氣噴入床層中間帶走將冷激氣噴入床層中間帶走, ,床層多段連續(xù)床層多段連續(xù), ,反應(yīng)熱預(yù)反應(yīng)熱預(yù)熱鍋爐水熱鍋爐水, ,該反應(yīng)器適于大型或超大型裝置規(guī)模該反應(yīng)器適于大型或超大型裝置規(guī)模, ,易于安易于安裝維修裝維修, ,催化劑易裝卸催化劑易裝卸 。Lurgi管束式甲醇合成塔管束式甲醇合成塔 管內(nèi)填充催化劑管內(nèi)填充催化劑,由管間沸水移去反應(yīng)熱由管間沸水移去反應(yīng)熱,副產(chǎn)蒸汽副產(chǎn)蒸汽,用用過熱蒸汽驅(qū)動離心式壓縮機過熱蒸汽驅(qū)動離心式壓縮機, 該反應(yīng)器反應(yīng)平和、副反該反應(yīng)器反應(yīng)平和、副反應(yīng)少應(yīng)少,時空收率高時空收率高,但但Lurgi反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜反應(yīng)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,制造困難制造困難,

32、只只能達到能達到45萬萬 /a系列裝置規(guī)模。系列裝置規(guī)模。 SPC甲醇合成塔甲醇合成塔 簡單的立式雙套管換熱簡單的立式雙套管換熱,Lurgi的改進型的改進型,據(jù)稱該反應(yīng)器據(jù)稱該反應(yīng)器噸甲醇能耗可降至噸甲醇能耗可降至29/ ,在沙特阿拉伯已投產(chǎn)在沙特阿拉伯已投產(chǎn)4套套80萬萬/ 裝置。裝置。 2021/3/1339國內(nèi)甲醇合成國內(nèi)甲醇合成 新建的山東魯南化工集團公司的新建的山東魯南化工集團公司的1010萬萬/ / 甲醇裝甲醇裝置置, ,采用了我國自行研制的多噴嘴采用了我國自行研制的多噴嘴TexacoTexaco水煤漿加壓氣水煤漿加壓氣化爐造氣化爐造氣, ,獲得突破性應(yīng)用獲得突破性應(yīng)用 , ,整套

33、裝置國產(chǎn)化率達到整套裝置國產(chǎn)化率達到70%,70%,是一套以煤為原料、全系統(tǒng)基本國產(chǎn)化、裝備先是一套以煤為原料、全系統(tǒng)基本國產(chǎn)化、裝備先進、有中國特色的煤制甲醇示范裝置。進、有中國特色的煤制甲醇示范裝置。 2021/3/1340 乙烯是石油化工的核心和最重要的基礎(chǔ)原料。乙烯是石油化工的核心和最重要的基礎(chǔ)原料。 煤化工下游重要產(chǎn)品煤化工下游重要產(chǎn)品-乙烯和二甲醚（乙烯和二甲醚（DMEDME） 二甲醚是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ亩酌咽且环N極具發(fā)展?jié)摿Φ挠袡C化工產(chǎn)品有機化工產(chǎn)品;作為清作為清潔燃料潔燃料,可替代液化氣用于可替代液化氣用于民用民用(工業(yè)工業(yè))燃料燃料;由于其具有由于其具有高的十六烷值高的十六

34、烷值(55),又可作為又可作為醇醚燃料和柴油替代品醇醚燃料和柴油替代品,亦可替代氯氟烴作亦可替代氯氟烴作氣霧劑氣霧劑,有可能成為有可能成為合合成乙烯的原料成乙烯的原料 。 2021/3/1341合成氣制二甲醚合成氣制二甲醚甲醇脫水法甲醇脫水法合成氣一步法合成氣一步法2021/3/1342由煤氣化的合成氣合成乙烯的方法由煤氣化的合成氣合成乙烯的方法煤煤-合成氣合成氣-乙烯乙烯煤煤-合成氣合成氣-甲醇甲醇-乙烯（乙烯（MTOMTO法）法）煤煤-合成氣合成氣-二甲醚二甲醚-乙烯乙烯重要的是催化劑的開發(fā)重要的是催化劑的開發(fā) 中國科學(xué)院大連化物所完成規(guī)模為中國科學(xué)院大連化物所完成規(guī)模為1/的甲醇的甲醇制

35、乙烯模型試驗。制乙烯模型試驗。 2021/3/1343煤的液化煤的液化 煤炭液化是指將煤通過化學(xué)加工過程煤炭液化是指將煤通過化學(xué)加工過程,使其使其轉(zhuǎn)化為液體燃料轉(zhuǎn)化為液體燃料(如汽油、柴油等如汽油、柴油等)或化工產(chǎn)品的或化工產(chǎn)品的技術(shù)技術(shù),根據(jù)加工過程的不同根據(jù)加工過程的不同,分為分為直接液化直接液化和和間接間接液化液化兩大類技術(shù)。兩大類技術(shù)。 液化的關(guān)鍵是液化的關(guān)鍵是加氫加氫,加氫的關(guān)鍵是加氫的關(guān)鍵是催化劑催化劑、反、反應(yīng)的溫度和應(yīng)的溫度和壓力壓力。2021/3/1344煤的直接液化的原理煤的直接液化的原理煤干燥煤干燥-粉碎粉碎-制漿制漿-入高壓反應(yīng)器入高壓反應(yīng)器高溫（高溫（450）高壓（高

36、壓（10-30MPa）催化劑催化劑 油油 煤炭直接液化技術(shù)的特點是工藝路線較短、原料煤消耗煤炭直接液化技術(shù)的特點是工藝路線較短、原料煤消耗量較少、建廠投資及生產(chǎn)成本相對較低量較少、建廠投資及生產(chǎn)成本相對較低, ,有較好的經(jīng)濟競爭有較好的經(jīng)濟競爭力。力。 直接液化以直接液化以褐煤、長焰煤、低階煙煤褐煤、長焰煤、低階煙煤等較低變質(zhì)程度的等較低變質(zhì)程度的煤為原料。煤為原料。 2021/3/1345煤的直接液化的工藝煤的直接液化的工藝 二戰(zhàn)期間已在德國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。自二戰(zhàn)期間已在德國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。自70年代開始年代開始,美、日、德等國相繼進行新一代直接液化技術(shù)的研究、美、日、德等國相繼進行新一代直

37、接液化技術(shù)的研究、開發(fā)開發(fā); 與舊工藝相比與舊工藝相比,新技術(shù)的反應(yīng)條件大為緩和產(chǎn)品產(chǎn)率新技術(shù)的反應(yīng)條件大為緩和產(chǎn)品產(chǎn)率和品質(zhì)得到提高和品質(zhì)得到提高;具有代表性的工藝有具有代表性的工藝有: 德國的德國的 美國的美國的 日本的工藝日本的工藝 2021/3/1346 國內(nèi)自國內(nèi)自8080年代初開展煤直接液化技術(shù)研究年代初開展煤直接液化技術(shù)研究, ,煤科總院煤科總院北京煤化所建有先進水平的煤液化小型連續(xù)試驗裝置北京煤化所建有先進水平的煤液化小型連續(xù)試驗裝置(0.1(0.1/ /) )和油品加工、分析檢驗實驗室和油品加工、分析檢驗實驗室, ,完成了對國完成了對國內(nèi)幾十個煤的直接液化評價試驗內(nèi)幾十個煤的

38、直接液化評價試驗, ,取得一批國內(nèi)外先進取得一批國內(nèi)外先進水平的科研成果。水平的科研成果。 “九五九五”期間期間, ,我國分別與德國、日本、美國合作進我國分別與德國、日本、美國合作進行了云南先鋒煤、神華煤和黑龍江依蘭煤的直接液化商行了云南先鋒煤、神華煤和黑龍江依蘭煤的直接液化商業(yè)示范廠可行性研究。業(yè)示范廠可行性研究。 國內(nèi)煤直接液化的現(xiàn)狀國內(nèi)煤直接液化的現(xiàn)狀2021/3/1347煤的間接液化煤的間接液化 煤的間接液化是以煤基合成氣（煤的間接液化是以煤基合成氣（CO+H2)為原料為原料,在在一定的溫度和壓力下一定的溫度和壓力下,充分地催化合成烴類燃料油和化充分地催化合成烴類燃料油和化工原料的工藝

39、。工原料的工藝。 包括煤炭氣化制取合成氣、氣體凈化與變換、催化包括煤炭氣化制取合成氣、氣體凈化與變換、催化合成烴類產(chǎn)品及產(chǎn)品分離和改質(zhì)加工等過程。合成烴類產(chǎn)品及產(chǎn)品分離和改質(zhì)加工等過程。 間接液化技術(shù)是間接液化技術(shù)是1923年由德國的年由德國的FranzFicher和和HanbsTropsch提出的提出的,故稱為故稱為F-T合成合成。2021/3/1348煤間接液化合成油的典型工藝煤間接液化合成油的典型工藝1.1. 煤經(jīng)氣化爐氣化后轉(zhuǎn)化為粗合成氣煤經(jīng)氣化爐氣化后轉(zhuǎn)化為粗合成氣, ,2.2. 合成氣經(jīng)脫硫、脫氧凈化后合成氣經(jīng)脫硫、脫氧凈化后, ,依據(jù)采用的依據(jù)采用的合成合成反應(yīng)反應(yīng)器器, ,經(jīng)水

40、汽變換反應(yīng)調(diào)整為高經(jīng)水汽變換反應(yīng)調(diào)整為高2 2/ /比為比為(1.5(1.52.1)2.1)進入固定床反應(yīng)器合成烴進入固定床反應(yīng)器合成烴; ;3.3. 不同鏈長的烴經(jīng)加工改質(zhì)后即可得到汽油、柴油、煤不同鏈長的烴經(jīng)加工改質(zhì)后即可得到汽油、柴油、煤油等油等, ,并可副產(chǎn)硬蠟并可副產(chǎn)硬蠟; ;4.4. 尾氣可深冷分離得到低碳烯烴尾氣可深冷分離得到低碳烯烴, ,或經(jīng)齊聚反應(yīng)增加油品或經(jīng)齊聚反應(yīng)增加油品收率收率, ,或重整為合成氣返回用于合成烴或重整為合成氣返回用于合成烴; ;5.5. 弛放氣可用于供熱、發(fā)電或合成氨等。弛放氣可用于供熱、發(fā)電或合成氨等。2021/3/1349煤制油工業(yè)化的關(guān)鍵煤制油工業(yè)

41、化的關(guān)鍵:1.1. 開發(fā)出廉價高性能的合成工業(yè)催化劑開發(fā)出廉價高性能的合成工業(yè)催化劑; ;2.2. 開發(fā)高效可靠的合成工業(yè)反應(yīng)器開發(fā)高效可靠的合成工業(yè)反應(yīng)器; ;3.3. 與現(xiàn)有成熟的或半成熟的配套工藝技術(shù)相結(jié)合與現(xiàn)有成熟的或半成熟的配套工藝技術(shù)相結(jié)合, ,使全流使全流程工藝集成優(yōu)化程工藝集成優(yōu)化, ,提高過程的效率和經(jīng)濟性。提高過程的效率和經(jīng)濟性。2021/3/1350 南非的南非的Sasol公司公司采用此法建有處理煤采用此法建有處理煤5000萬萬t/a、年產(chǎn)液體燃料年產(chǎn)液體燃料500萬萬t/a、生產(chǎn)油品和化學(xué)品、生產(chǎn)油品和化學(xué)品700余種余種的大型綜合煤轉(zhuǎn)化企業(yè)。的大型綜合煤轉(zhuǎn)化企業(yè)。 我

42、國山西煤化所在我國山西煤化所在“七五七五”、“八五八五”期間已建期間已建SMFT工藝的中試及示范裝置工藝的中試及示范裝置,并取得了一定的產(chǎn)業(yè)化并取得了一定的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗經(jīng)驗,“十五十五”期間又建立了以生產(chǎn)柴油為主的萬噸級期間又建立了以生產(chǎn)柴油為主的萬噸級工業(yè)示范裝置。工業(yè)示范裝置。 間接液化國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀間接液化國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀2021/3/1351煤炭的地下氣化（煤炭的地下氣化（UCG） 將礦井內(nèi)未開采的煤將礦井內(nèi)未開采的煤,利用氣化劑（水蒸氣、氧利用氣化劑（水蒸氣、氧氣或空氣）在地下煤層中進行化學(xué)反應(yīng)氣或空氣）在地下煤層中進行化學(xué)反應(yīng),把高分子的把高分子的固體煤轉(zhuǎn)化為低分子結(jié)構(gòu)的可燃氣的一種化

43、學(xué)采煤固體煤轉(zhuǎn)化為低分子結(jié)構(gòu)的可燃氣的一種化學(xué)采煤方法。方法。煤氣用途煤氣用途: : 生活燃氣生活燃氣 窯爐的熱源窯爐的熱源 合成化工產(chǎn)品合成化工產(chǎn)品2021/3/1352最簡單的工藝是最簡單的工藝是: :1 1 按一定距離向煤層打垂直鉆孔按一定距離向煤層打垂直鉆孔, ,再使孔間煤層形成氣化再使孔間煤層形成氣化通道。通道。2 2通過一個鉆孔把煤層點燃通過一個鉆孔把煤層點燃, ,注入空氣或氧注入空氣或氧/ /蒸汽蒸汽, ,煤炭發(fā)煤炭發(fā)生熱解、還原和氧化等氣化反應(yīng)。蒸汽提供反應(yīng)所需生熱解、還原和氧化等氣化反應(yīng)。蒸汽提供反應(yīng)所需的氫的氫, ,并降低反應(yīng)溫度。并降低反應(yīng)溫度。3 3產(chǎn)生的煤氣從另一個鉆

44、孔引出產(chǎn)生的煤氣從另一個鉆孔引出, ,煤氣的主要成分是煤氣的主要成分是2 2、2 2、4 4和蒸汽和蒸汽, ,各種組分的比例取決于各種組分的比例取決于煤種、氣化劑和氣化效率。煤種、氣化劑和氣化效率。1.1. 的關(guān)鍵技術(shù)問題是連續(xù)鉆孔的方法的關(guān)鍵技術(shù)問題是連續(xù)鉆孔的方法, ,即貫通技即貫通技術(shù)、煤層勘測和氣化過程的控制術(shù)、煤層勘測和氣化過程的控制。 地下氣化的工藝過程地下氣化的工藝過程2021/3/1353地下氣化（地下氣化（UCG）技術(shù)進展）技術(shù)進展有井有井( (筒筒) )式氣化工藝式氣化工藝: : 需要開鑿井筒、掘進巷道需要開鑿井筒、掘進巷道, ,或利用老礦的井巷。這違背或利用老礦的井巷。這

45、違背了地下氣化的基本宗旨是避免井下開采作業(yè)的初衷了地下氣化的基本宗旨是避免井下開采作業(yè)的初衷, ,而且而且準備工作量大準備工作量大, ,產(chǎn)氣量小。產(chǎn)氣量小。無井無井( (筒筒) )式工藝式工藝: : 19351935年以后發(fā)展年以后發(fā)展, ,即從地面向煤層鉆孔。過去即從地面向煤層鉆孔。過去5050年年, ,國國外所有試驗和可行性研究都采用無井外所有試驗和可行性研究都采用無井( (筒筒) )式工藝。式工藝。 2021/3/1354國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 前蘇聯(lián)是世界上地下氣化發(fā)展最早的國家前蘇聯(lián)是世界上地下氣化發(fā)展最早的國家, ,也也是工業(yè)應(yīng)用最成功的唯一國家。是工業(yè)應(yīng)用最成功的唯一國家。

46、 美國從美國從19461946年開始發(fā)展年開始發(fā)展UCGUCG技術(shù)技術(shù), ,后因煤氣泄后因煤氣泄漏而停止。漏而停止。7070年代能源危機后又有大規(guī)模研究。年代能源危機后又有大規(guī)模研究。 我國以中國礦大為主要研究單位已在徐州、我國以中國礦大為主要研究單位已在徐州、唐山完成了多次工業(yè)實驗唐山完成了多次工業(yè)實驗, ,開發(fā)了開發(fā)了“長通道、大長通道、大斷面、兩階段斷面、兩階段”煤炭地下氣化新工藝。煤炭地下氣化新工藝。2021/3/1355發(fā)展發(fā)展UCG的幾項關(guān)鍵技術(shù)的幾項關(guān)鍵技術(shù)1 地下氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化工藝參數(shù)的選擇地下氣化爐結(jié)構(gòu)和氣化工藝參數(shù)的選擇 無井式無井式:過程穩(wěn)定、易控制、適合薄煤層、水下和建筑物過程穩(wěn)定、易控制、適合薄煤層、水下和建筑物下的煤層下的煤層;出氣量小、生產(chǎn)成本高出氣量小、生產(chǎn)成本高; 有井式有井式:利用坑道進行氣化利