煤化工典型工藝路線圖及煤制油煤制氣工藝技術(shù)基礎(chǔ)知識

煤化工典型工藝路線圖及煤制油煤制氣工藝技術(shù)基礎(chǔ)知識煤化工以煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制油、煤制烯烴與煤制合成天然氣這五種典型工藝為代表。一、煤化工工藝路線圖隨著科技的發(fā)展，環(huán)保意識的提高，我們正在研究和開辟新型煤化工產(chǎn)業(yè)。新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工的產(chǎn)品為主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油氣、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它與能源、化工技術(shù)結(jié)合，可形成煤炭——能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)?？梢哉f，煤化工行業(yè)在中國面臨著新的市場需求和發(fā)展機(jī)遇。煤焦化主要生產(chǎn)煉鋼用焦炭，同時(shí)生產(chǎn)焦?fàn)t煤氣、苯、萘、蒽、瀝青以及碳素材料等產(chǎn)品；煤氣化生產(chǎn)合成氣，是合成液體燃料、乙醇、乙酐等多種產(chǎn)品的原料；煤直接液化，即煤高壓加氫液化，可以生產(chǎn)人造石油和化學(xué)產(chǎn)品。煤間接液化是由煤氣生產(chǎn)合成氣，再經(jīng)催化合成液體燃料和化學(xué)產(chǎn)品。煤低溫干餾生產(chǎn)低溫焦油，經(jīng)過加氫生產(chǎn)液體燃料，低溫焦油分離后可得有用的化學(xué)產(chǎn)品。低溫干餾的半焦（蘭炭）可用作無煙燃料，或用作氣化原料、發(fā)電燃料以及碳質(zhì)還原劑等。低溫干餾煤氣可做燃料氣。二、煤氣化工藝路線圖產(chǎn)品投資參考：①焦炭（含甲醇配套項(xiàng)目）：約1200萬元/萬噸；②煤制甲醇：約4000萬元/萬噸；③煤制乙烯：約2億元/萬噸；④煤炭液化：約1億元/萬噸（指設(shè)備投資）。以上是指大、中型項(xiàng)目的概略投資。相關(guān)轉(zhuǎn)化：2噸煤生產(chǎn)1噸甲醇，附加值可提高8倍；3噸甲醇生產(chǎn)1噸聚烯烴，附加值可提高1倍。4-5噸煤液化1噸油。三、煤制甲醇、煤制合成天然氣、煤制烯烴、煤制油與煤制二甲醚五種典型工藝1.煤制甲醇典型工藝路線圖以煤為原料生產(chǎn)甲醇的工藝流程，采用固定床氣化方法制取水煤氣作為合成甲醇的原料，可分為單醇技術(shù)和合成氨聯(lián)產(chǎn)甲醇工藝。2.煤制天然氣工藝路線圖煤制天然氣是指煤經(jīng)過氣化產(chǎn)生合成氣，再經(jīng)過甲烷化處理，生產(chǎn)代用天然氣（SNG）。煤制天然氣的能源轉(zhuǎn)化效率較高，技術(shù)已基本成熟，是生產(chǎn)石油替代產(chǎn)品的有效途徑。3.天然氣制MTO技術(shù)流程以天然氣為原料經(jīng)合成甲醇進(jìn)一步生產(chǎn)烯烴（乙烯、丙烯及丁烯）的MTO工藝已成為熱門。具有清潔高效節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)，是二十一世紀(jì)與傳統(tǒng)石油競爭的最好能源之一。4.天然氣制MTP技術(shù)流程MTP技術(shù)是以煤或天然氣為主要原料，經(jīng)合成氣轉(zhuǎn)化為甲醇，然后再轉(zhuǎn)化為烯烴的生產(chǎn)流程。該工藝路線完全不依賴石油，在石油資源日益短缺的21世紀(jì)具有重要的意義，因而成為近年來國內(nèi)外開發(fā)的一項(xiàng)重要的新工藝。5.煤炭直接液化工藝流程煤直接液化過程主要采用加氫手段，故又稱煤的加氫液化法。通過煤炭液化不僅可以生產(chǎn)汽油、柴油、LPG(液化石油氣)、噴氣燃料還可以提取BTX(苯、甲苯、二甲苯)，也可以生產(chǎn)制造各種烯烴及含氧有機(jī)化合物。四、煤制氣與煤制油工藝技術(shù)基礎(chǔ)知識（一）煤化工以煤炭為原料經(jīng)化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后再進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品或石油燃料的工業(yè)，稱之為煤化工。（二）元素分析全面測定煤中所含化學(xué)成分的分析叫元素分析。對燃燒有影響的成分包括碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分，各化學(xué)元素成分用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。（三）煤的工業(yè)分析是利用煤在加熱燃燒過程中的失重進(jìn)行定量分析，測定煤的水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分的成分。（四）煤里面都含有水分，水分的含量和存在狀態(tài)與外界條件和煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。根據(jù)水在煤里面的存在狀態(tài)，將煤中水分分別稱為外在水分、內(nèi)在水分以及同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水、化合水。（五）在煤的工業(yè)分析中測定的水分可分為收到基水分和分析基水分兩種。（六）煤的灰分是指煤完全燃燒后剩下來的殘?jiān)?。這些殘?jiān)鼛缀跞縼碜杂诿褐械牡V物質(zhì)。煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體，有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫5種元素組成。（七）煤的熱解—干餾所謂煤的熱解，是指在隔絕空氣的條件下，煤在不同溫度下發(fā)生的一系列物理、化學(xué)變化的復(fù)雜過程。其結(jié)果是生成氣體（煤氣）、液體（焦油）、固體（半焦或焦炭）等產(chǎn)品。煤的熱解也稱為煤的干餾或熱分解。按熱解最終溫度不同可分為：高溫干餾900-1050℃，中溫干餾700--800℃，低溫干餾500-600℃。（八）煤的鋁甑（zeng）低溫干餾試驗(yàn)為了評定煤的煉油適合性以及干餾產(chǎn)物，常用鋁甑低溫干餾試驗(yàn)方法。要點(diǎn)是：將煤樣裝在鋁甑中，以一定程序加熱到510℃,保持一定時(shí)間，測定所得的焦油、熱解水和半焦和煤氣的產(chǎn)率。評價(jià)煤的低溫干燥焦油產(chǎn)率時(shí)用空氣干燥基指標(biāo)Tarad。Tarad＞12%稱為高油煤，Tarad=7—12%稱為富油煤，Tarad≤7%稱為含油煤。（九）煤氣化爐的分類1.我們按氣化爐中的流體力學(xué)條件分，只有三種：固定床、流化床、氣流床。2.固定床的特點(diǎn)是簡單可靠。氣化劑與煤逆流接觸，氣化過程比較完全，熱量利用比較合理，熱效率較高。3.氣流床技術(shù)是一種并流式氣化。其熱解、燃燒以及吸熱的氣化反應(yīng)，幾乎是同時(shí)發(fā)生的。氣流床技術(shù)特點(diǎn)：粉煤進(jìn)料、高溫氣化、液態(tài)排渣；總之，氣化爐按壓力分可分為常壓氣化與加壓氣化。大于2MPa的氣化統(tǒng)稱為加壓氣化。還可按排渣方式分為固態(tài)排渣或液態(tài)排渣。氣化殘?jiān)怨虘B(tài)方式排出氣化爐的稱固態(tài)排渣。氣化殘?jiān)砸簯B(tài)方式排出又經(jīng)急冷變成熔渣排出氣化爐外的稱為液態(tài)排渣。（十）煤氣化爐的發(fā)展—爐型介紹及特點(diǎn)1.魯奇爐魯奇爐的特點(diǎn)是帶有夾套鍋爐固態(tài)排渣的加壓煤氣化爐，也稱為碎煤加壓氣化。煤種要求：使用塊煤（6-50mm），熱穩(wěn)定性好，不能有黏結(jié)性，灰熔點(diǎn)不能太低，煤種適應(yīng)性差。1.1優(yōu)點(diǎn)：業(yè)績多、運(yùn)行穩(wěn)定；副產(chǎn)品附加值高（副產(chǎn)品：焦油、中油、石腦油、粗酚、氨）；粗煤氣中含10%-12%甲烷，甲烷合成負(fù)荷低，投資省；氧耗低，空分投資省，備煤系統(tǒng)相對簡單；設(shè)備國產(chǎn)化率高；1.2缺點(diǎn)：煤鎖閥和灰鎖閥檢修頻繁；酚、氨回收系統(tǒng)開車?yán)щy；氣化流程長，操作性對復(fù)雜；污水量大、成分復(fù)雜，處理難度大，達(dá)標(biāo)排放不易，投資高；煤種適應(yīng)性差。2.濕法加壓氣流床氣化技術(shù)——GE的TEXACO水煤漿氣化技術(shù)TEXACO氣化技術(shù)簡稱TCGP，是美國德士古公司發(fā)展起來的，后這項(xiàng)技術(shù)被GE收購。GE公司的水煤漿爐是粉煤利用技術(shù)最早的成熟的技術(shù)，在國內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用。煤種要求：使用面煤，可磨性好，成漿性好（60%以上較優(yōu)），灰熔點(diǎn)<1350℃灰分<20%，煤種適應(yīng)性差3.干法加壓氣流床技術(shù)3.1Shell（ShellCoalGasficationProcess）氣化技術(shù)Shell氣化工藝是由荷蘭國際石油公司開發(fā)的一種加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)，簡稱SCGP。3.2西門子的GSP（GaskombiantSchwarzePumpe）氣化技術(shù)國內(nèi)外使用GSP爐的有：德國黑水泵廠200MW帶水冷壁氣流氣化廠、捷克SokolovskaUhelna廠140MW帶耐火磚氣流床氣化爐（720噸/天）；神化寧煤167萬噸甲醇制烯烴項(xiàng)目，正在試車；山西蘭花45萬噸尿素項(xiàng)目，兗礦貴州開陽50萬噸合成氨項(xiàng)目在建。3.3航天氣化爐HT-LHT-L是由北京航天萬源煤化工有限公司開發(fā)的、具有自有知識產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化工藝。國內(nèi)使用HT-L的企業(yè)有：已運(yùn)行的有安徽臨泉和河南濮陽年15萬噸/甲醇項(xiàng)目，正在設(shè)計(jì)、施工的有河南煤業(yè)中新化工股份有限公司30萬噸/年甲醇裝置、山東魯西化工30萬噸/年合成氨等13家。（十一）干法與濕法的比較1.優(yōu)點(diǎn)：1.1干煤粉進(jìn)料，氣化效率高：與濕法進(jìn)料相比，氣化1kg煤至少可以減少蒸發(fā)約0．35kg水。如果將這部分水氣化并將其加熱到1500℃左右，這大約需要2600KJ的熱量，假設(shè)1kg干煤的熱量是26000KJ，這意味著原料煤中約10％左右熱量已經(jīng)被用掉。顯然從能量利用的角度來說干法進(jìn)料是有利的，其冷煤氣效率比濕法進(jìn)料約提高10個(gè)百分點(diǎn)。1.2煤種適應(yīng)性廣：從無煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化，對煤的活性幾乎沒有要求，對煤的灰熔點(diǎn)范圍比其他氣化工藝較寬。對于高灰分、高水分、含硫量高的煤種同樣能夠氣化，但經(jīng)濟(jì)性稍差。1.3氧耗低：與濕法進(jìn)料水煤漿氣化相比，氧氣消耗低（15％～25％），與之配套的空分裝置投資可相對減少。1.4易維護(hù)：氣化爐無耐火磚襯里，維護(hù)量少，氣化爐內(nèi)無轉(zhuǎn)動部件，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長，無需備用爐。2.缺點(diǎn)：2.1氣化壓力低：干法氣化由于受粉煤加料方式的限制，氣化壓力一般為3.0MPa。2.2粉煤制備投資高、能耗高，且沒有水煤漿制備環(huán)境好。粉煤制備對原料煤含水量要求比較嚴(yán)格，需進(jìn)行干燥，能量消耗高。粉煤制備一般采用氣流分離，排放氣需進(jìn)行洗滌除塵，否則易帶來環(huán)境污染，這樣使制粉系統(tǒng)投資增加。2.3安全操作性能不如濕法氣化。主要體現(xiàn)在粉煤的加壓進(jìn)料的穩(wěn)定性不如濕法進(jìn)料，會對安全操作帶來不良影響。濕法氣化由于將粉煤流態(tài)化（水煤漿）易于加壓、輸送。（十二）煤制氣項(xiàng)目主要生產(chǎn)工藝流程圖（十三）煤制氣流程描述備煤——?dú)饣儞Q1.在變換過程中，粗煤氣變換裝置的任務(wù)是將粗煤氣中的CO變換為H2，以滿足合成氣對甲烷合成要求H2/CO=3.2，同時(shí)回收變換反應(yīng)熱，最后將煤氣冷卻至40℃送入低溫甲醇洗裝置。2.在變換過程中的煤氣水分離工藝原理及流程簡述：利用無壓重力沉降原理、焦炭過濾吸附特性和煤氣水中不同組分的密度差，把煤氣水中的含塵焦油、純焦油、油分離出來。利用氣體在液體中因壓力降低溶解度減小的原理，經(jīng)閃蒸膨脹，分離出煤氣水中溶解的CO2、CO、NH3等氣體。3.在變換過程中的酚、氨回收裝置工藝原理及流程簡述：本裝置主要采用了萃取、精餾、蒸餾的工藝原理。（十四）低溫甲醇洗碎煤加壓氣化由于是逆流氣化，煤氣出爐溫度低，粗煤氣成分復(fù)雜，其氣體組分包括CO、H2、CO2、CH4、H2S、有機(jī)硫、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10、HCN、N2、Ar以及焦油、脂肪酸、酚、氨、石腦油、油、灰塵等。在這些組分中除CO、H2、CH4有效組分和N2、Ar屬惰性氣體外，其余所有組分包括CO2和硫化物都是需要脫除的有害雜質(zhì)，可見其凈化任務(wù)的艱巨。縱觀當(dāng)今各種氣體凈化工藝，能擔(dān)當(dāng)此重任者非低溫甲醇洗莫屬。這是因?yàn)橹挥械蜏丶状枷磧艋趴梢栽谕谎b置內(nèi)全部干凈地脫除各種有害成分，諸如CO2、H2S、COS、C4H10S、HCN、NH3、H2O、C2以上烴類（包括輕油、芳香烴、石腦油、烯烴及膠質(zhì)物等）以及其他化合物等。另外碎煤加壓氣化壓力較高，氣體中CO2、H2S分壓相對較高，所以本身就有利于發(fā)揮低溫甲醇洗物理吸收的特性。1.混合制冷制冷方法的原理為相變制冷，所謂相變是指物質(zhì)積聚狀態(tài)的變化，在相變過程中，由于物質(zhì)分子重新排列和分子運(yùn)動速度改變就需要吸收或放出熱量，這種熱量稱為相變熱。汽化、熔化、升華均屬相變過程，都有熱效應(yīng)產(chǎn)生。相變制冷就是利用某些物質(zhì)相變化時(shí)的吸熱效應(yīng)使環(huán)境達(dá)到冷凍目的。任何液體汽化時(shí)都產(chǎn)生吸熱效應(yīng)，因此液體汽化被廣泛應(yīng)用于制冷工業(yè)中。為低溫甲醇洗生產(chǎn)裝置提供冷量，并完成氨的制冷循環(huán)。2.甲烷化技術(shù)是20世紀(jì)70年代開始工業(yè)化實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)證明了煤氣甲烷化可制取合格的合成天然氣。CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，CO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%，甲烷可達(dá)95%，低熱值達(dá)8300Kcal/Nm3。甲烷化合成工藝技術(shù)，建議選用國外工程公司技術(shù)（Topsoe、Davy、Lurgi通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)交流后確定）。工藝描述：從低溫甲醇洗來的合成氣主要成分有CH4:15.2、CO:19.18、CO2:1.32、H2:63.7。合成氣首先進(jìn)入硫吸收器用ZnO脫硫后，合成氣去甲烷化第一、二、三、四反應(yīng)器發(fā)生甲烷化化學(xué)反應(yīng)：CO+3H2=CH4+H2O、CO2+4H2=CH4+2H2O因甲烷化反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此采用逐級反應(yīng)逐級回收反應(yīng)熱，并在第二甲烷化爐出口返回一部分循環(huán)氣以降低第一、第二主反應(yīng)器入口CO、CO2的方法，來保證甲烷化反應(yīng)熱的均衡，最終將CO完全反應(yīng)掉，CO2有較少的殘余。（十五）天然氣干燥：常用干燥方法有冷分離法、固體吸收法、溶劑吸收法。（十六）煤制油工藝360萬噸/年煤制油項(xiàng)目為大型煤間接液化制油產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，公稱規(guī)模為360萬噸/年煤制油。項(xiàng)目是以煤為原料和燃料，采用干粉煤氣化工藝制取合成氣，合成氣經(jīng)過凈化后采用高溫漿太床F-T合成工藝制取中間油品，再經(jīng)過油品加工裝置制取成品油。工藝生產(chǎn)裝置包括六大裝置，即空分裝置、氣化裝置、凈化裝置、尾氣轉(zhuǎn)化裝置、油品合成裝置和油品加工裝置。1.精脫硫技術(shù)方案選擇本單元的原料為低溫甲醇洗后的變換氣和非變換氣，總硫含量為0.1ppm，為滿足F-T合成反應(yīng)要求，需要將硫含量進(jìn)一步脫至小于0.05ppm,屬于氣體精細(xì)脫硫，應(yīng)采用干法脫硫技術(shù)。原料氣的主要硫成分為H2S和COS，溫度為常溫，常用的常溫干法脫硫劑主要是氧化鋅或特種氧化鐵，該項(xiàng)目原料氣的特點(diǎn)是來自低溫甲醇洗的脫硫氣，含硫量非常低，采用的是干法精細(xì)脫硫技術(shù)。其中：費(fèi)托（F-T）合成已成為煤炭間接液化制取各種烴類及含氧化合物的重要方法之一。費(fèi)托（F-T）合成的反應(yīng)式是指費(fèi)托（F-T）合成是CO和H2在催化劑作用下，反應(yīng)生成以液態(tài)烴類為主要產(chǎn)品的復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)?？偟膩碇v，是CO加氫和碳鏈增長的放熱反應(yīng)，生成以液態(tài)為主的烷烴和烯烴，同時(shí)還伴隨一些副反應(yīng)（如生成甲烷、醇類、醛類和碳）發(fā)生的反應(yīng)。2.油品合成裝置：是將凈化后的合成氣經(jīng)過F-T合成工藝制取輕質(zhì)石腦油、穩(wěn)定重油和精濾蠟等中間產(chǎn)品，為維持系統(tǒng)惰性氣體的