四天然氣與煤化工

第六章天然氣化工與煤化工6.1天然氣與煤

天然氣是蘊藏在地層中的可燃?xì)怏w，其主要成分是甲烷，也有少量的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等低級烷烴。有時也含有氮氣、二氧化碳和硫化氫等氣體。與其他化石燃料相比，天然氣燃燒時僅排放少量的二氧化碳粉塵和極微量的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物，是一種清潔的能源。天然氣分為干氣與濕氣：

干氣的主要成分為甲烷，通常含量達80～90%；常溫時加一定壓力不能液化。濕氣中的甲烷含量一般低于80%，常溫時加一定壓力可部分液化——液化氣。6.1.1天然氣資源與組成①氣田②油田氣③瓦斯氣目前，剛剛探明的龍崗氣田是中國最大的氣田，經(jīng)濟可采儲量就達7000億立方米，內(nèi)蒙古蘇里格氣田排名第二，已探明儲量5336億立方米，普光氣田排名第三，已探明儲量3560億立方米。我國已探明的經(jīng)濟可采儲量加起來只有2.5萬億立方米。天然氣資源我國三大公司的油氣儲量油氣田的爭奪6.1.2煤資源與組成煤是由高等植物經(jīng)生物化學(xué)、物理化學(xué)和地球化學(xué)作用轉(zhuǎn)變成的固體有機可燃礦物。煤化序列為：植物泥炭(腐泥)褐煤煙煤無煙煤。成煤植物中所有組分都參與了煤的形成過程，其中主要是纖維素和木質(zhì)素。6.1.2煤資源與組成

煤的組成以有機質(zhì)為主體，構(gòu)成有機高分子的主要是碳、氫、氧、氮等元素。煤中存在的元素有數(shù)十種之多，但通常所指的煤的元素組成主要是五種元素、即碳、氫、氧、氮和硫。在煤中含量很少，種類繁多的其他元素，一般不作為煤的元素組成，而只當(dāng)作煤中伴生元素或微量元素。一般認(rèn)為，煤是由帶脂肪側(cè)鏈的大芳環(huán)和稠環(huán)所組成的。這些稠環(huán)的骨架是由碳元素構(gòu)成的。因此，碳元素是組成煤的有機高分子的最主要元素。燃料碳／％氫／％氧和氮／％低發(fā)熱量泥煤60-705-626-388380-10500褐煤70-805-616-2710500-16700煙煤80-904-56.2-16.720900-29300無煙煤90-981-31.2-4.320900-25100不同煤的元素組成和發(fā)熱值6.2天然氣化工天然氣化工是以天然氣為原料生產(chǎn)化學(xué)產(chǎn)品的工業(yè)，一般包括天然氣的凈化分離、化學(xué)加工（所含甲烷、乙烷、丙烷等烷烴的加工利用）。從地下采出的天然氣，在氣井現(xiàn)場，經(jīng)脫水、脫砂與分離凝析油后，根據(jù)氣體組成情況進行進一步的凈化分離加工。富含硫化物的天然氣，必須經(jīng)過脫硫處理，以達到輸送要求，副產(chǎn)品的硫磺作為硫資源，用以生產(chǎn)硫酸、二硫化碳等一系列硫化物；脫硫后，天然氣經(jīng)過深冷分離，可得到液化天然氣；若天然氣富含稀有氣體氦，可同時得到氦氣；若天然氣是富含乙烷以上烷烴的濕氣，則可同時得到天然氣凝析液，后者常采用精餾的方法，以回收乙烷、丙烷、丁烷，并且還有一部分凝析油。6.2.1凈化分離包括在高溫下進行的天然氣熱裂解，主要生產(chǎn)乙炔和炭黑；天然氣蒸汽轉(zhuǎn)化或天然氣的部分氧化，可制得合成氣（CO，甲烷，H2）；天然氣經(jīng)過氯化、硫化、硝化、氨化氧化、氧化可制得甲烷的各種衍生物；濕性天然氣中的乙烷、丙烷、丁烷和天然氣凝析液等，經(jīng)蒸汽裂解或熱裂解可生產(chǎn)乙烯、丙烯和丁二烯；丁烷脫氫或氧化可生產(chǎn)丁二烯或醋酸、甲基乙基酮、順丁烯二酸酐等。6.2.2化學(xué)加工主要產(chǎn)品：合成氨、尿素、甲醇、甲醛和乙烯。在世界合成氨產(chǎn)量中，約80％以天然氣為原料。世界氨廠建設(shè)重點正由過去歐美等國轉(zhuǎn)向天然氣資源豐富地區(qū)。石腦油或燃料油為原料的氨廠將逐步向天然氣或煤為原料過渡。甲醇為世界大宗有機化工產(chǎn)品之一，世界甲醇生產(chǎn)中70％以天然氣為原料。天然氣為原料的乙烯裝置生產(chǎn)能力約占世界乙烯生產(chǎn)能力的32％，其乙烯收率比以石腦油等輕質(zhì)石油餾分為原料的約高一倍。化學(xué)加工的主要產(chǎn)品6.3煤的化工利用

隨著世界經(jīng)濟的增長和人民生活水平的提高，石油供求矛盾日益突出。20世紀(jì)70年代末開始至今，出現(xiàn)了兩次大的石油危機，加之石油價格大起大落，嚴(yán)重危及各國經(jīng)濟、能源和安全。因此，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、開辟多種能源利用渠道，合理開發(fā)利用煤炭資源已成為有識之士的共識。世界煤炭總儲量107539億噸，其中硬煤81300億噸。擁有煤炭資源的國家大約70個，其中儲量較多的國家有中國、俄羅斯、美國、德國、英國、澳大利亞、加拿大、印度、波蘭和南非地區(qū)，它們的儲量總和占世界的88%，而世界現(xiàn)已探明的煤炭儲量是石油的6.3倍。世界煤炭資源十分豐富，發(fā)達國家已投入大量資金研究潔凈煤技術(shù)，煤化工的比例有所回升，這是煤化工發(fā)展的新趨勢。煤炭儲量

我們國家能源現(xiàn)在70%還是要靠煤（我國煤94％集中在大別山～秦嶺～昆侖山一線以北地區(qū)）。但是我國在煤炭開采這個領(lǐng)域問題相當(dāng)嚴(yán)重，煤開采過程中造成環(huán)境的破壞、資源的浪費、人員的傷亡。煤炭利用效率低、污染嚴(yán)重。要改變這個狀態(tài)，一方面要在煤的先進發(fā)電方面做工作，另一個方面就是把煤轉(zhuǎn)化成其他的東西，比如轉(zhuǎn)化成油，轉(zhuǎn)化成化工產(chǎn)品。我國的煤炭利用我國煤礦分布情況小煤礦的現(xiàn)狀煤老板的闊綽

用煤煉焦時，副產(chǎn)約3%的煤焦油，煤焦油富含苯、甲苯、萘等有用芳烴，將這些芳烴提取出來，為染料生產(chǎn)提供了充足原料。隨后，人們用焦炭和石灰石融煉出電石（CaC2），電石與水反應(yīng)輕而易舉地制得乙炔，利用乙炔的特有活性可制得氯乙烯、醋酸乙烯、氯丁二烯、三氯乙烯、丙烯腈、乙醛、異戊二烯等有機原料，再由此衍生最終產(chǎn)品，這是煤化工最燦爛的歷史階段。煤的過去

溫室效應(yīng)！正是由于存在這種效應(yīng)，地球才能保持較高的溫度，創(chuàng)造出適宜生命存活的環(huán)境。要是沒有溫室氣體，近地層平均氣溫要比現(xiàn)在下降33℃，地球會變成一個寒冷的星球。但是，近幾十年來由于人口增加、工業(yè)發(fā)展、城市增多、森林砍伐等原因，大氣中二氧化碳、甲烷、氟利昂等溫室氣體顯著增加，導(dǎo)致異常天氣頻繁發(fā)生，對社會和經(jīng)濟發(fā)展產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。近100年來，大氣中的二氧化碳含量已經(jīng)增加了20%。大量煤艇炭作為方終端能賭源直接本消費，清尤其是那在燃燒換技術(shù)落研后、效區(qū)率低下宋的情況揮下消費芽，引起兵嚴(yán)重的萌環(huán)境問刪題，大票量排放嗽二氧化民硫及其備引發(fā)的傭酸雨，刑已成為謎影響許怕多地區(qū)絞經(jīng)濟社騙會發(fā)展永的重要荒因素。鑼燃煤工皆業(yè)鍋爐宅是繼燃鍛煤電站求后中國努的第二慎大類用凍煤設(shè)備炭，也是貝第二大尋污染源此。6.3.談1煤的逆干餾煤在隔絕逆空氣條件濫下加熱至吹較高溫度蠅而發(fā)生的每一系列物染理變化和反化學(xué)反應(yīng)論的復(fù)雜過舌程，稱為煤的熱解，或稱投熱分解督和干餾。煤粉隔絕代空氣受到流強熱時，哭有氣體生姥成。這些織氣體經(jīng)過撐冷卻可凝尋結(jié)，并分鐘為兩層，擠上層為澄物清、透明孔的液體，額下層為黑手褐色粘稠案的油狀物回——煤焦油。另一雖部分沒咽有凝結(jié)喘的氣體右可以點秀燃，這議種氣體滲叫做焦?fàn)t氣。反應(yīng)完掛畢后的黑居灰色的固某體物質(zhì)叫款做焦炭。煤干餾的罩主要產(chǎn)品菊和用途干餾產(chǎn)品

主要成分

主要用途出爐煤氣焦?fàn)t氣氫氣、甲烷、乙烯、一氧化碳

氣體燃料、化工原料粗氨水

氨、銨鹽

氮肥粗苯

苯、甲苯、二甲苯炸藥、染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料

煤焦油

苯、甲苯、二甲苯

酚類、萘類染料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、合成材料

瀝青

筑路材料、制碳素電極

焦炭

炭冶金、合成氨造氣、電石、燃料6.3制.2置煤的氣釀化呈固體狀趨態(tài)的煤使業(yè)用和運輸革起來都很椒麻煩。在械許多情況皇下，不能漏直接燃燒績固態(tài)煤；虎直接燒固升體煤，熱也效率低，英浪費大，戀如蒸汽機煮車熱利用動率只有8％，一般民嘉用煤爐螺只有20％左右；杜同時還抗會放出朱二氧化合硫、氧骨化氮等奧多種有疏害氣體燭，對環(huán)作境的污書染相當(dāng)鉆嚴(yán)重。錯為了預(yù)新防或減攔少煤燃什料對環(huán)跳境和人盈體健康萄帶來的景危害，趁世界各驢國大力錯開展了帽對煤利佳用新技屈術(shù)的研扇究，其滔中主要裳包括對藥煤的液涉化和氣飄化技術(shù)辦。煤的棄氣化和列液化就身是使煤燒變成清笑潔能源研的有效由途徑，激與此同保時煤的阻燃燒效討率等也訂得到提尖高。一.埋煤氣化鎮(zhèn)原理氣化過程痰是煤炭的切一個熱化方學(xué)加工過餐程。它是唉以煤或煤季焦為原料恒，以氧（豪空氣、富猶氧或工業(yè)杰純氧）、崗水蒸氣作片為氣化劑披，在高溫秘高壓下通糞過化學(xué)反識應(yīng)將煤或耐煤焦中的遙可燃部分鈔轉(zhuǎn)化為可駕燃性氣體焦的工藝過旗程。氣化遙時所得的嗓可燃?xì)怏w夾為煤氣，對于做季化工原料漢用的煤氣逐一般稱為合成氣，進行氣覆化的設(shè)備辟稱為煤氣擁發(fā)生爐或部氣化爐。煤炭氣弊化包含積一系列也物理、針化學(xué)變煮化，一醋般包括干燥、皮熱解、蹲氣化和踏燃燒四個階段膨。煤在氣券化爐中干結(jié)燥以后，享隨著溫度服的進一步牢升高，煤籌分子發(fā)生問熱分解反窗應(yīng)，生成滑大量揮發(fā)嶺性物質(zhì)（賺包括干餾石煤氣、焦泛油和熱解閉水等），班同時煤粘唉結(jié)成半焦稠。煤熱解端后形成的底半焦在更豎高的溫度屬下與通入容氣化爐的喝氣化劑發(fā)蔥生化學(xué)反裳應(yīng)，生成場以一氧化債碳、氫悲氣、甲伙烷及二氧化腎碳、氮氣姐、硫化氫漿、水等為棋主要成分乘的氣態(tài)產(chǎn)旁物，即粗少煤氣。煤的氣慣化過程主要反應(yīng)考有：

（艇1）C+諒H2O=CO綿+H2（2）C逼O+H2O=蠻CO2+H2（3）C蕉+0.5腎O2=CO扮（遮4）C+使O2=CO2（5）映CO+哪2H2=CH4（6）竊C+C亡O2=2C口O二.煤檔氣化工藝煤炭氣化光技術(shù)一般葬按照反應(yīng)蘇器形式分珠類。氣化漸工藝在很白大程度上挎影響煤化撕工產(chǎn)品的縣成本和效托率，采用勾高效、低攀耗、無污樹染的煤氣奶化工藝(榜技術(shù))是續(xù)發(fā)展煤化蘋工的重要冒前提，其淚中反應(yīng)器蔑便是工藝練的核心，可可以說氣弊化工藝的共發(fā)展是隨后著反應(yīng)器耐的發(fā)展而熟發(fā)展的，臭為了提高蘿煤氣化的絲式氣化率和皆氣化爐氣匆化強度，悟改善環(huán)境欺，新一代嬌煤氣化技翼術(shù)的開發(fā)譜總的方向莫，氣化壓丑力由常壓大向中高壓艘（8.5疾MPa澡）發(fā)展；會氣化溫度嘗向高溫（吊1500伯～160佛0℃）發(fā)豎展；氣化達原料向多之樣化發(fā)展什；固態(tài)排征渣向液態(tài)悉排渣發(fā)展向。三.荷煤炭氣冤化技術(shù)豬的應(yīng)用（1）馬工業(yè)燃脊氣。延主要用篇于加熱勸各種爐借、窯，接或直接泉加熱產(chǎn)幕品或半其成品。（2）民用煤氣。出于安坑全、環(huán)保乖及經(jīng)濟等艙因素的考藍慮，要求置民用煤氣崗中的H2、CH4、及其它臂烴類可燃換氣體含量飾應(yīng)盡量高攏，而CO夾有毒其含鄰量應(yīng)盡量校低。（3）作認(rèn)為化工合筑成和燃料碧油合成原爛料氣。（4）計作為冶呈金還原除氣。刃煤氣中符的CO樣和H2具有很強亮的還原作蹄用。（5）主作為聯(lián)爸合循環(huán)選發(fā)電燃魄氣。（6）蜻煤炭氣摘化制氫咱。（7）煤橋炭液化的含氣源。城市煤氣城市煤氣塊要求含氫僚氣和甲烷爬較多，硫把含量少，張以提高熱震值和減少辱城市空氣貢污染。煤氣中搏的味道眠是？甲硫醇。甲硫毫醇是一浙種工業(yè)斜副產(chǎn)品扇，其味船道類似槍黃鼠狼碌的味道茂。在一陣項實驗鏟中有過田這樣對脖比：同鎮(zhèn)樣1升汗空氣，擔(dān)麝香只恥要含有數(shù)5×1銷0-6mg即可讀聞到，而司甲硫醇則稱僅4×1姥0-11mg，挺就會被侍人嗅出溪。但是賠甲硫醇恢也是有派毒的，昆相比而魚言，還岡是在安字全范圍沿內(nèi)，但廳是聞久猛了，也豎不是什禮么好事希。所棉以，建蠶議大家圖一定要鴨開著抽堵油煙機霧做飯，虜不要疼嘉那幾個六電錢，振畢竟生橋命只有金一次。6.3.漢3由煤拌生產(chǎn)電石電石由控生石灰錄和焦炭貝放在電李爐中加帶熱到2鄰000宰℃生成款，學(xué)名肺碳化鈣券。因為輝是在電翠爐中煉泛成，就吸得到了鋸一個并講不十分陪科學(xué)的曬名稱—消—電石膽。電石與鐮水反應(yīng)境生產(chǎn)乙遞炔，再岡由乙炔素生產(chǎn)下懂游產(chǎn)品袍。我國喇主要下醉游產(chǎn)品蹦為生產(chǎn)粒氯乙烯凍單體進糖而生產(chǎn)延聚氯乙般烯。近年來，耽我國電石叫生產(chǎn)能力淚遞增速度不為4%，靈產(chǎn)量居世饞界第一位乓。隨著國童內(nèi)PVC高價格走高貪和國際油泰價的居高鍋不下，電雞石法生產(chǎn)貞PVC利夜?jié)櫩臻g增纖大，帶動隨電石原料候需求快速陪升溫。6.4基煤化癢工的發(fā)吉展方向煤的潔斑凈化已席經(jīng)成為21世紀(jì)解終決能源王、環(huán)境斷問題，受發(fā)展煤庫化工的響主導(dǎo)技敵術(shù)。它拿是以煤濱炭洗選創(chuàng)為源頭窗，以煤趨炭氣化覽為先導(dǎo)敗，以煤淺炭高效泳、潔凈氏燃燒與湖發(fā)電為號核心，掛以煤炭貪轉(zhuǎn)化和押污染控注制為重兩要內(nèi)容殼的技術(shù)耗體系。凈其基本阿框架是壯：煤炭姓加工（慢選煤、芬型煤、娘水煤漿雄）等；內(nèi)煤炭燃秘?zé)髟~態(tài)化燃鼓燒、高讀效低污框染粉煤活燃燒、顆燃煤聯(lián)碰合循環(huán)記發(fā)電等箱）；煤領(lǐng)炭轉(zhuǎn)化茂（氣化框、液化有、燃料千電池）填等；污公染排放般控制與拳廢棄物潤管理（壇煙氣凈棟化、粉奇煤灰綜葉合利用汁）；煤斗礦區(qū)污誼染控制閘（煤矸芳石、煤徑層氣、銷礦井水舌和煤泥旬水的治脈理），率實質(zhì)是裝在煤加彎工的各璃個環(huán)節(jié)走減少污抬染和提隸高效率原。綜合利用啟煤煤層氣巴是一種半在含煤鐘巖層中著，以腐汽植性有做機物質(zhì)掉為主的靠成煤物送質(zhì)在成破煤過程芝中自生畢、自儲剃式非常始規(guī)的天貪然氣，愉俗稱瓦斯，主要成頑分為CH4占85%撐以上。煤渴層氣在煤兩層中生成窗，并以吸胞附、游離詳狀態(tài)儲存葡在煤層及嬸鄰近巖層勿之中。煤層氣是喬熱值高、寇無污染的惹新能源。蘋它可以用濕來發(fā)電，狠用作工業(yè)額燃料、化敏工原料和贈居民生活卡燃料。煤威層氣隨著險煤炭的開吸采泄漏到彎大氣中，搭會加劇全頌球的溫室籍效應(yīng)。而擱如果對煤盒層氣進行終回收利用帖，在采煤摧之前先采猴出煤層氣怕，煤礦生獲產(chǎn)中的瓦似斯將降低喂70%到扭85%。6.4.運1煤層酒氣利用6.4遍.2藝煤拔淺頭工藝煤炭拔頭仁工藝?yán)眠x快速熱解錢、快速分田離和快速晶冷卻，回掛收煤炭中眉揮發(fā)份。盯利用循環(huán)瀉流化床技丈術(shù)，煤炭題拔頭工藝稀可實現(xiàn)多鳥產(chǎn)品的能朵源轉(zhuǎn)化。艦煤粉和來狡自循環(huán)流撈化床提升武管產(chǎn)生的丑熱灰在下販降管快速閃混合，快床速熱解，歉析出揮發(fā)詠份；析出粉的揮發(fā)份相氣體和固碌體顆粒快念速分離；滑利用循環(huán)漏液體介質(zhì)舌，快速冷眾卻得到液價體產(chǎn)物；各熱解產(chǎn)生竭的半焦在隆提升管燃禮燒供熱，鴨難凝氣體釋可供民用識；從液體慌產(chǎn)物中可古提取出一原些高附加激值的芳香熔族碳?xì)浠瘋}合物。6.4惱.3燥煤的物液化一.漏直接液襯化煤的直訴接液化執(zhí)是通過夜加氫使棒煤中復(fù)禿雜的有斧機化學(xué)牧成分直欠接轉(zhuǎn)化殺為液體停燃料，異轉(zhuǎn)化過穩(wěn)程是在狗含煤粉最和溶劑避的漿液棒系統(tǒng)中夜進行加和氫，需帽要較高宮的壓力栽和溫度歸。煤炭勁液化油銷也叫人谷造石油缸。煤和擾石油都貫是由C驗，H，岸O等元車素組成標(biāo)的有機鍬物，但租煤的平坐均表現(xiàn)悶分子量鉛大約是于石油的收10倍喂，煤的底含氫量拍比石油袖低得多晉。所以剃煤加熱蔥裂解，優(yōu)使大分夫子變小邪，然后港在催化捷劑的作束用下加仆氫(4賽50～知480友℃，1留2M并Pa～輪30熱MPa鄉(xiāng)豐)可以杰得到多顧種燃料吳油。煤的直接才液化原理醬似乎簡單途，實際工電藝還是相迷當(dāng)復(fù)雜的青，涉及裂握解、縮合博、加氫、塔脫氧、脫繁氮、脫硫辮、異構(gòu)化春等多種化氧學(xué)反應(yīng)。錢不同的煤受又有不同四的要求。唉一般情況哭下，1t無當(dāng)水無灰婆煤可產(chǎn)智500穴～60迎0kg太油，加怠上制氫襲用煤，香約3～壞4t原繭煤產(chǎn)1鉆t成品的油。煤困直接液司化油可標(biāo)生產(chǎn)潔喉凈優(yōu)質(zhì)低汽油、袖柴油和社航空燃管料。直接液肌化工藝煤的間接炕液化是先協(xié)將煤氣化司制成合成伐氣(CO呈+H2)，再經(jīng)褲過催化合未成為液體堡燃料。約戀5～7t斜煤產(chǎn)1t炮油。其優(yōu)點是叔煤種適應(yīng)擴性寬，操喝作條件比街直接液化味相對溫和刑，煤灰等電三廢問題凝主要在氣項化過程中繪解決，其掠缺點是涉燒及到氣化支合成氣過青程，總效轉(zhuǎn)率低。二.間餐接液化煤的液區(qū)化是否顛能得到撇發(fā)展，掃決定于妹石油是鋪否能滿腥足不斷隸增長的孫需要、媽煤跟石堵油的比徑價以及掙煤的液飄化技術(shù)朱的成熟代程度。軌從世界冤范圍來撞看，由摸于石油娘價格的架增長，身液化技咳術(shù)的日丑臻成熟蛾，煤液針化工業(yè)喚的再度犯興起是咳可能的他。對我侵國來說軟，目前勵汽油和押煤的比壤價比國振外更有狹利于發(fā)語展以合最成高級離汽油為付主要目李的的煤肥的液化王。在有揀煤地區(qū)稿發(fā)展煤欲的液化瞎還是可納