新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)

煤炭資源世界上最大可能儲量10.6萬億噸世界探明可采儲量9842億噸大約可供開采150~200年中國保有儲量10070.7億噸（國家統(tǒng)計局1998）中國可采儲量1650億噸（世界第三位）年中國原煤25.6億噸標準煤中國人均煤儲量為世界人均45%~55%新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第1頁能源消費總趨勢21世紀初全世界能源總消費134億T標煤/年人均GDP1萬美元，普通需人均消費4T標煤/年，隨即增加逐緩。我國一次能源消費第二：共14.8億T標煤（年）其中煤占66.1％石油23.4％天然氣2.7％水電7.1％核電0.7％我國一次能源生產(chǎn)世界第三：煤13.8億T（第一）原油1.67億T（第三）天然氣326.6億m3(16位）水電2280億千瓦（第四）總發(fā)電裝機3.57億千瓦，總發(fā)電量16540億千瓦.小時新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第2頁我國化石資源消費總趨勢一次能源總消費量14.8億T標煤人均約1.1T標煤/年預估25－33億噸標煤人均2T標煤/年（中國）抵達世界平均水平2.1T標煤/年，而歐盟為6.8億T標煤/年，美國為11.7億T標煤/年2050年預估50億T標煤需年均用煤3.0T以上，抵達人均GDP1萬美元年石油總消費4.0～4.5億T,自產(chǎn)1.8～2.0億T天然氣總消費1600～億米3進口400－800億米3共需進口油和氣析合3.7～4.6億T標煤新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第3頁煤發(fā)電78%煉焦17%合成氣等5%NH350Mt/a甲醇10.72Mt/a其它12.0Mt/a（電石）年新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第4頁我國煤化工現(xiàn)實狀況·焦炭產(chǎn)能：3.81億噸/年（）產(chǎn)量：~3億噸/年占世界~60%·電石產(chǎn)能：2200萬噸/年（）產(chǎn)量：1360萬噸/年附產(chǎn)爐氣160Kg/T電石新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第5頁·甲醇產(chǎn)量（）1076.4萬噸/年（十一·五末）2600~3000萬噸/年·二甲醚產(chǎn)量（）220萬噸/年（十一·五末）770~1100萬噸/年·醋酸產(chǎn)量（）163萬噸/年（十一·五末）445~700萬噸/年

新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第6頁煤氣化移動床氣化：水煤氣發(fā)生爐（效率60%）魯奇（Lurgi)爐（冷煤氣效率63%）用以煤高壓操作流化床氣化：U-Gas,ICC灰熔聚氣化（效率68%）恩德爐用粉煤低壓操作氣流氣化：德士古（Texaco)爐、水煤漿氣化、冷激、高壓（效率75%）殼牌（Shell)爐、粉煤、廢熱爐高壓（效率在80%）

GSP爐、煤粉，冷激，華東理工大學，清華大學都有國產(chǎn)爐型新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第7頁·魯奇爐合成氣成份：凈化后

COH2CO2CH4N2等C3+18.77%61.92%1.2216.250.731.13凈化前還有酚、焦油、氨、H2S等成份復雜，含酚廢處理難?！GL爐為魯奇爐改進型，特點是熔渣冷激后，水渣排出，而不用轉(zhuǎn)動爐箅固體排渣。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第8頁國際氣流床氣化技術新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第9頁德士古汽化爐示意圖

水煤漿進口氧氣進口燃燒噴嘴壓力殼燃燒火焰高溫反應區(qū)耐火磚層氣體出口渣缸0水渣排出口新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第10頁Shell粉煤化工藝示意圖

新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第11頁GSP煤氣化爐新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第12頁GSPShellTexaco

三種氣化工藝比較

名稱GSPShellTexaco原料要求褐煤→無煙煤全部煤種，石油焦、生物質(zhì)粒徑25μm—500μm，含水2%，干粉煤（褐煤可達8%）灰熔點<1500℃灰份1%—20%褐煤→無煙煤全部煤種。90%<100目含水2%干粉煤（褐煤8%）灰熔點<1500℃灰份8%—20%褐煤、無煙煤、油渣40%~45%<200目水煤漿質(zhì)量分數(shù)>60%灰熔點<1350℃灰份<15%氣化溫度℃1450~16001450~16001450~1600煤氣熱值KJ/Nm310.5~11.710.5~11.09.6~9.7碳轉(zhuǎn)化率999990~96氣化壓力/MPa4.04.04.0~8.0新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第13頁氣化爐特點干粉煤供料，頂部單噴嘴，承壓外殼內(nèi)有水冷壁，激冷流程，由水冷壁回收少許蒸汽，除噴嘴外材質(zhì)全為彈鋼干粉煤供料，下部多噴嘴對噴嘴，承壓外殼內(nèi)有水冷壁，廢鍋流程，充分回收廢熱產(chǎn)蒸汽，材質(zhì)碳鋼、合金鋼、不銹鋼水煤漿供料，頂部單噴嘴，熱壁，Al2O3-Cr2O3-ZrO2耐火襯里，冷激流程（用于IGCC時有廢鍋流程），除噴嘴外全為碳鋼。投煤t/d單臺氣化爐尺寸/mmΦ內(nèi)=3500H=17000Φ內(nèi)=4600（投煤2300t/d）H=31640Φ內(nèi)=4500標準爐：Φ外=2794和Φ外=3175（投煤800t/d）H=11500耐火磚或水冷壁壽命/a20201噴嘴壽命60萬t/a甲醇氣化爐臺數(shù)10a，前端部分1a1a~1.5a60d冷激室或廢鍋尺寸/mm21（Φ內(nèi)約為5000mm）4+1除塵冷卻方式分離+洗滌干式過濾、洗滌洗滌去變換溫度/℃22040210建筑物（不包含變換）裝置占地：9000m2高約55m（氣化部分）裝置占地：9000m2高約85m~90m（氣化部分）裝置占地：9100m2高約55m（氣化部分）新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第14頁中石化爐為GSP爐改進型新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第15頁四噴嘴水煤漿氣化爐四噴嘴改進了爐內(nèi)氣-固-液多相流流場，加大了湍流混合強度，促進反應延長了噴嘴使用壽命煤漿，O2水冷激新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第16頁分級水煤漿氣化爐第一段供氧控制反應溫度在熔點以下，第二段供氧反應溫度控制到灰熔點以上，碳轉(zhuǎn)化率98.2%軸向溫度分布均勻，可延長耐火磚壽命，平均反應溫度上升，反應充分新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第17頁分級氣化爐（非溶-溶渣爐）新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第18頁氣化爐軸向溫度曲線圖新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第19頁碳轉(zhuǎn)化率曲線圖新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第20頁各種煤氣化方法消耗比較需氧量Shell、GSP爐需氧量是lurgi2~9倍耗電量Shell耗電量是lurgi19倍GSP耗電量是lurgi12倍蒸汽GSP、lurgi比shell多消耗3.5kg/106KJ投資shell是lurgi2.6倍GSP是lurgi2倍新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第21頁煤液化

表1煤直接液化制油代表性技術原理將煤磨碎制漿，而后加入供氫溶劑及H2，在高壓高溫下加氫液化。國外德國IGOR工藝，日本NEDOL工藝，美國HTI工藝國內(nèi)神華工藝，在美國HTI技術基礎上優(yōu)化調(diào)整評價對煤種要求高，煤種適應性差反應條件苛刻，高溫高（440~470℃,17~30MPa)，所以對設備材料要求高，關鍵設備需要進口直接液化得到產(chǎn)物含少許S、N雜原子，需去除產(chǎn)品分布汽油16%、柴油67%、液化氣10%、芳烴7%。汽油品質(zhì)很好，辛烷值可達80；但柴油品質(zhì)差，十六烷值不到20，需經(jīng)過后續(xù)深度加氫精制才能抵達45-50指標新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第22頁續(xù)表1煤直接液化制油產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)實狀況國外二戰(zhàn)中德國發(fā)展了340萬噸煤直接液化制油生產(chǎn)規(guī)模，戰(zhàn)后因石油工業(yè)發(fā)展而停頓；20世紀70年代后新加氫液化工藝當前國外只有工業(yè)性示范/試驗裝置，但在此基礎上國外廠商完成了商業(yè)化生產(chǎn)基礎設計或施工設計。國內(nèi)8月神華集團煤直接液化項目一期開工建設，規(guī)模為年產(chǎn)油品320萬噸，總投資245億元，耗煤970萬噸。評價國外沒有進行大規(guī)模商業(yè)化原因非技術問題，主要是經(jīng)濟問題，過去很長時間原油價格較低，煤制油投資大，成本高，缺乏競爭力。投資每萬噸規(guī)模投資0.65~0.76億元，最低經(jīng)濟規(guī)模200萬噸/年成本神華估算~1457元/噸油品（相當于原油24$/桶），但這一估算是基于我國較低煤價。資源消耗每生產(chǎn)1噸油品耗3~4噸煤每生產(chǎn)1噸油耗新鮮水5.2噸環(huán)境影響生產(chǎn)過程使用大量催化劑，造成固體廢物污染；油品中芳烴含量高，環(huán)境保護性能較差。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第23頁表2煤間接液化制油代表性技術原理煤先汽化變成合成氣（含CO與H2），合成氣在催化劑作用下轉(zhuǎn)變烷烴和烯烴（費托合成）得到產(chǎn)品；或轉(zhuǎn)變成中間化學品，再轉(zhuǎn)變成油品國外南非Sasol企業(yè)系列技術（有四種不一樣反應器類型，分高溫費托合成和低溫費托合成兩條路線，高溫費托合成產(chǎn)品以汽、柴油和烯烴等化學品為主，低溫費托合成產(chǎn)品以汽、柴油和石蠟為主）國內(nèi)山西煤化所固定床費托合成技術；兗礦集團漿態(tài)床低溫費拖合成技術評價對煤種要求不高，煤種適應性強；煤需要先氣化，設備投資大；反應條件與直接液化相比較為溫和（250~350℃,3.0MPa~5.0MPa)；間接液化得到產(chǎn)物不含S、N等雜原子產(chǎn)品中汽油餾分品質(zhì)很差，但可作為優(yōu)質(zhì)乙烯生產(chǎn)原料；柴油餾分十六烷值過高，達75～80，也需要進行后續(xù)加工。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第24頁續(xù)表2煤間接液化制油產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)實狀況國外二戰(zhàn)中德國發(fā)展了57萬噸煤間接液化制油生產(chǎn)規(guī)模，戰(zhàn)后因石油工業(yè)發(fā)展而停頓；當前只有南非Sasol企業(yè)以煤為原料進行大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，年產(chǎn)油品450萬噸和各種化學品310萬噸，共耗煤4600萬噸。Shell企業(yè)采取SMDG工藝1994年在馬來西亞建成年產(chǎn)50萬噸合成油工廠，不過以天然氣為原料。因為Shell企業(yè)同時掌握先進煤氣化技術，從理論上Shell企業(yè)具備以煤為原料生產(chǎn)合成產(chǎn)業(yè)化能力；Mobil企業(yè)采取MTG技術1984年在新西蘭建成75萬噸規(guī)模工廠，也是以天然氣為原料，后因經(jīng)濟原因只產(chǎn)甲醇不產(chǎn)汽油。國內(nèi)9月，兗礦集團采取低溫費托合成工藝完成每年4500噸油品工業(yè)裝置試驗；20世紀80年代采取固定床低溫費托合成工藝完成噸規(guī)模工業(yè)試驗，具備了進行固定床萬噸級工業(yè)示范和運行技術條件。評價當前以煤為原料進行間接制油實際只有南非一家，且是出于特殊政治原因迫不得已而為之。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第25頁續(xù)表2煤間接液化制油投資每萬噸規(guī)模投資1億元，最低經(jīng)濟規(guī)模100萬噸/年。與直接液化相比，間接液化投資更大，經(jīng)濟性要差。成本兗州估算～1452元/噸油品，基于100元/噸煤價資源消耗每生產(chǎn)1噸合成油耗煤5噸，資源利用效率較低每生產(chǎn)1噸合成油耗新鮮水20噸，耗水量較大環(huán)境影響煤氣化產(chǎn)生大量固體廢渣，每生產(chǎn)1噸油約產(chǎn)生0.7～1噸渣：生產(chǎn)一樣多油品，CO2排放量比傳統(tǒng)石油煉制過程排放量高50％。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第26頁合成氣脫硫脫碳低溫甲醇洗滌：成熟，操作溫度T~-57℃，（脫CO2），T=-20℃（脫H2S），低溫下吸收能力強，溶劑損失少，適合用于脫除CO2、H2S、COS等酸性氣體，能夠得到無硫尾氣。脫CO2可達殘余20~50μg/g脫H2S、COS可達殘余百分之幾，S體積分率為0.1μg/g。聚乙二醇二甲醚（NHD）洗滌：操作溫度T=17℃（H2S吸收）T=-1℃（CO2吸收）其吸收劑物性決定它循環(huán)量大，能耗要比前者高49%，但甲醇洗滌法基建投資要比NHD法高80.6%。考慮到投資設備折舊費，二者基本持平。用二異丙基醚萃取脫酚，含微量酚廢水用生化法去除。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第27頁煤→乙炔年電石法乙炔產(chǎn)量~250萬T/年（中國）用于合成聚氯乙烯594萬T/年（占72.08%）代替了乙烯大約270萬噸/年。年全世界聚氯乙烯產(chǎn)量為3500萬T/年消耗乙烯大約1580萬T/年天然氣→乙炔經(jīng)過高速部分氧化，能夠產(chǎn)生30%乙炔，70%合成氣。乙炔和乙炔化工新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第28頁降低能耗35％（與傳統(tǒng)電石法相比）降低了嚴重廢渣，廢氣，廢水排放氫等離子體－煤粉合成乙炔技術新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第29頁2MW氫等離子體煤裂解制乙炔裝置圖新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第30頁乙炔化工乙炔+醋酸→醋酸乙烯酯——已成為行業(yè)主流技術。乙炔+氯化氫→氯乙烯——1萬噸/年裝置已運行一年10萬噸/年裝置年底建成由天然氣生產(chǎn)苯工藝6CH4+9H2分子篩

單程轉(zhuǎn)化率10%，在冷凝苯后，CH4+H2混合氣深入制氫，中試中。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第31頁焦爐氣與煤層氣中國煤保有1.1~0.9萬億噸（28%為煉焦煤）我國年焦碳產(chǎn)量1.78億噸（出口1472萬噸）焦爐氣產(chǎn)量425m3/噸焦，350m3/噸煤，共產(chǎn)623億米3/年焦爐氣成份%CO%CO2%H2%N2%CH4煤氣量Nm3/t煤氣熱值KJ/Nm3焦爐煤氣7.62.257.51.928425.618900

粗苯成份：苯55~75%，甲苯11~22%，二甲苯2.5~6%焦油成份：萘、甲基萘、稠環(huán)化合物、瀝青，國內(nèi)加工能力190萬噸/年重焦油：制針狀焦、炭黑、碳纖維新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第32頁焦爐氣用于化學品合成我國是世界上最大焦碳生產(chǎn)國，2.9768億噸/年（）外輸焦爐氣約40×109m3/年及大量焦油。焦爐氣成份中含H2量大，為主要高價值化工原料。把作為燃料用焦爐氣替換下來后，焦爐氣產(chǎn)量可大幅度提升，這時200萬噸/年煉焦裝置大約產(chǎn)出焦爐氣可作生產(chǎn)40萬噸甲醇原料。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第33頁經(jīng)過優(yōu)化工藝路線氣流床煤氣焦爐氣：CO6.2%H258.48%CO22.2%CH426.49%低熱值煤氣替換甲醇合成氣H2/CO=2TexacoShellCO39.16%63.1%H230.13%26.17%CO210.18%11.49%CH41.08%1.03%新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第34頁方案1240萬噸/年煉焦副產(chǎn)24萬噸/年甲醇61.8萬噸/年甲醇85.8萬噸/年化工產(chǎn)品102萬噸/年原料煤制氣方案2240萬噸/年煉焦102萬噸/年原料煤制氣雙氣頭合成甲醇100萬~110萬t/年化工產(chǎn)品新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第35頁煤焦油加工煤焦油熱縮聚改質(zhì)瀝青針狀焦預處理軟瀝青針焦裝置石墨電極碳黑裝置脫晶蒽油脫硫脫氨脫苯硫磺苯、甲苯、二甲苯硫氨蒽醒裝置酚鹽分解粗精酚一蒽油二蒽油輕油酚油萘油脫酚輕油古馬隆吡啶喹啉精萘新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第36頁甲苯岐化制二甲苯CH3+CH3CH3CH3+二甲苯對苯二甲酸（增塑劑）間苯二甲酸聚酯纖維（甲酯）增塑劑（PVC，聚苯乙烯）新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第37頁醇、醚燃料合成CH0.8+H2O→CO+1.4H2(煤氣化）（煤＝分子量為5000稠環(huán)芳環(huán)）CO+H2O→H2+CO2(變換制氫）CO+2H2→CH3OH（甲醇合成）（1.5～1.7T煤/T醇）2CH3OH→CH3-O-CH3+H2O(二甲醚合成）（2-2.4T煤/T醇）甲醇熱值為汽油0.5％二甲醚熱值為柴油70％因為氣缸內(nèi)燃料效率高1T汽油開車里程相當于1.6T甲醇里程1T柴油開車里程相當于1T二甲醚里程新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第38頁中國甲醇及衍生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展

（萬噸）產(chǎn)品甲醇440536834.71076.4（產(chǎn)能1639.4萬噸/年）1117甲醛/791.0/850950（估）醋酸/137/218.3287（估）二甲醚//32130（產(chǎn)能約260萬噸/年）147（產(chǎn)能491萬噸/年）新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第39頁煤化工平臺化合物甲醇柴油車燃料，二甲醚，生物柴油乙烯丙烯（MTO，MTP）汽車燃料M5、M15、M85、M100氯甲烷、有機硅溶劑、粘合劑焦爐氣煤氣化煤田氣甲烷大宗化學品，甲醛，醋酸，碳酸二甲酯，1，4丁二醇，乙炔二醇燃料電池燃料（H2存放）甲醇、二甲醚合成新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第40頁甲醇汽油M15M15汽油可顯著提升辛烷值從90#→93#（柴油可從0#→-10#）M15熱值為41mj/kg左右，最大扭矩增加6.8%，熱效率提升19.3%M15車速可比用汽油增加2.8%，加速時間少17.5%新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第41頁甲醇人體安全可控制沒有列入美國“城市大氣毒物策略”33種對健康有害中。甲醇自然存在于人體，0.6毫克/千克體重長久在甲醇200~250ppm環(huán)境中工作無害。揮發(fā)性較低，是汽油30%~60%誤飲中毒可用碳酸氫鈉，葉酸，酒精降低它在體內(nèi)代謝。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第42頁甲醇環(huán)境安全好泄漏比汽、柴油危害少，溶于水，易降解。火災、爆炸性少于汽柴油（著火極限濃度是汽油4倍）燃氣排放好于燃油，沒有苯、丁二烯等排放，致癌低，但甲醛排放較高。硫含量低，但溶脹性較高。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第43頁甲醇和汽油危害性比較指標甲醇汽油著火性可能性特定露天空間49密閉空間8（2~4）②2著火后危害性火災損害程度310可滅火性710火焰可見度81毒性吸入低濃度時毒性310可能性1010吸入高濃度時毒性1010可能性34皮膚接觸時毒性98可能性33口服時毒性1010可能性8（2）③3新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第44頁燃燒相對危險性項目汽油柴油甲醇LPG漏泄3125蒸發(fā)3124釋放到大氣5634釋放在密秘室2543自動點火6543火花點火213火焰?zhèn)鬏?153爆燃5612由火焰輻射6715健康影響7564總計41342836新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第45頁新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第46頁新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第47頁注：山西凈土企業(yè)數(shù)據(jù)新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第48頁各種燃料排放值與歐洲標準對照新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第49頁新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第50頁參數(shù)Lurgi固定床工藝Tops

e固定床工藝構件漿態(tài)床工藝原料氣氫碳比7.26:118:12:1熱載體合成氣合成氣惰性溶劑催化劑粒度

5

6mm

5

6mm微米級氣體空速,L/gcat

h10000～010000～0～6000合成反應溫度,

C230~280230~280230~280操作壓力,MPa6~86~84.5~6.0CO單程轉(zhuǎn)化率,%7~147~1430~40出口甲醇質(zhì)量分數(shù)<6%<4%>10%甲醇合成固定床和漿態(tài)床工藝對比在合成氣氫碳比降低4～9倍條件下，CO單程轉(zhuǎn)化率提升3～5倍，也即總體反應效率提升了10倍～30倍。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第51頁循環(huán)漿態(tài)床甲醇技術循環(huán)漿態(tài)床反應器強化氣液傳質(zhì)易于取熱可實現(xiàn)恒溫操作可隨時卸、補催化劑有效利用反應熱可用富碳合成氣中國創(chuàng)造專利：一個新型漿態(tài)床合成反應裝置，，01118470.1新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第52頁二甲醚介紹21世紀清潔能源二步合成法：氣相合成甲醇+流化床脫水生成DME一步半合成法：三項床合成甲醇+流化床脫水生成DME一步合成法：三項床雙功效催化劑原位合成新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第53頁作為車用和民用燃料替換品二甲醚與柴油性能比較十六烷值點火溫度℃低發(fā)燒值kJ/kg理論空氣量kg/kg可燃范圍％柴油40-5525042.514.60.6-6.5二甲醚55-6023528.493.4-18二甲醚液化氣與液化石油氣性能比較分子量蒸汽壓/MPa(60℃)平均熱值kJ/kg爆炸下限％理論空氣量m3/kg預混氣熱值kJ/m3理論燃燒溫度℃LPG56.61.92457601.711.3220552055二甲醚46.01.35314503.56.9642192250新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第54頁二甲醚工藝原理甲醇合成催化劑甲醇脫水催化劑CO＋2H2=CH3OH-90.4kJ/molCO2＋3H2=CH3OH＋H2O-49.33kJ/molCO＋H2O=CO2＋H2

-41.07kJ/mol2CH3OH=CH3OCH3＋H2O-24.0kJ/mol強放熱反應兩步法VS一步法總反應3CO+3H2=CH3OCH3＋CO2

-245.87kJ/mol新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第55頁一步法二甲醚技術關鍵性能優(yōu)異漿態(tài)床反應器良好移熱和控溫能力強化相際傳質(zhì)作用充分利用合成反應熱適合于漿態(tài)體系雙功效催化劑較高催化反應活性和選擇性良好富碳合成氣適應性良好穩(wěn)定性新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第56頁漿態(tài)床反應器開發(fā)研究新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第57頁漿態(tài)床一步法DME中試裝置新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第58頁一步法DME工藝過程耦合協(xié)同作用新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第59頁一步法二甲醚技術關鍵性能優(yōu)異漿態(tài)床反應器良好移熱和控溫能力強化相際傳質(zhì)作用充分利用合成反應熱適合于漿態(tài)體系雙功效催化劑較高催化反應活性和選擇性良好富碳合成氣適應性良好穩(wěn)定性新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第60頁二甲醚與F-T合成產(chǎn)物分配

二甲醚：F-T合成：二甲醚作為煤基液體燃料可顯著節(jié)約資源、能源。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第61頁煤合成氣化學轉(zhuǎn)化丙烯乙烯1234581015162022過程能耗二甲醚甲醇合成<煤制油>C22重柴油乙烯丙烯汽油C8石腦油C5~7柴油C16能耗差能耗差新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第62頁二甲醚在柴油機消耗情況新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第63頁工藝NKKLPDMETM清華大學H2/CO摩爾比10.71操作壓力，MPa55－104.35-4.6反應溫度，℃260250-280255－265CO單程轉(zhuǎn)化率，%402254-63選擇性，%9040～9094反應器類型鼓泡漿態(tài)床鼓泡漿態(tài)床循環(huán)漿態(tài)床反應器高度，m1515.2421.56反應器內(nèi)徑，m0.550.4750.6（提升管）規(guī)模,t/d51010國內(nèi)外漿態(tài)床中試結(jié)果對比新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第64頁乙烯、丙烯是發(fā)展石化產(chǎn)業(yè)龍頭乙烯幾乎全部經(jīng)過石腦油蒸汽裂解得到丙烯2/3靠石腦油蒸汽裂解得到

1/3靠石腦油催化裂化得到我國丙烯、乙烯產(chǎn)量時間/年乙烯481541611627756丙烯478532593621767新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第65頁乙炔用途品種產(chǎn)量（萬噸）占%聚乙烯104960.2%環(huán)氧乙烷31318.0%氯乙烯19010.9%苯乙烯1166.7%醋酸乙烯432.4%其它321.8%總量1742100%新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第66頁丙烯用途（）品種產(chǎn)量（萬噸）占%聚丙烯82364.7%丙烯腈1138.9%環(huán)氧甲烷503.9%正丁醇372.9%2-丁基己醇594.6%苯酚、丙酮493.8%丙烯酸252.0%環(huán)氧氯丙烷121.0%異丙醇181.4%其它876.8%累計1273100%新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第67頁由煤制乙烯、丙烯技術新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第68頁低碳烯烴合成煤天然氣氣化變換調(diào)整H2/CO甲醇低碳烯烴MTO乙烯~40%。丙烯40％二甲醚丙烯70%MTP甲醇漿態(tài)床CO轉(zhuǎn)化率30%二甲醚CO轉(zhuǎn)化率60%以上FDTPFMTP丙烯~70%（流化床）MTA苯、甲苯、二甲苯新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第69頁催化劑

SAP0-34分子篩是催化裂解生產(chǎn)低碳烯烴首選催化劑。SAP0-34分子篩含有如圖1所表示骨架結(jié)構孔徑在0.43~0.5nm之間，只允許C1-C3烴類分子自由進出晶內(nèi)孔道，所以可高選擇性制取乙烯、丙烯幾個裂解制取低碳烯烴催化劑。SAP0-34分子篩經(jīng)過金屬離子改性能夠取得更高低碳烯烴選擇性。經(jīng)過Sr改性可取得裂解制取烯烴理想催化劑。其它金屬離子，如Ni、Fe等也有很好效果。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第70頁中東地域有豐富乙烷資源，年投產(chǎn)乙烷→乙烯裝置，將到達1600萬噸/年，目標市場60%~70%定位中國新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第71頁新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第72頁新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第73頁國內(nèi)外流化床反應器結(jié)果比較新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第74頁MTP簡明工藝流程新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第75頁MTP固定床工藝年伊朗建150kg/h示范裝置。采取ZSM-5分子篩催化劑，Si/Al<5%，比表面積300-600m2/g。260℃進料，甲醇75%→二甲醚。預熱到470℃進入MTP反應器，99%轉(zhuǎn)化為丙烯收率70%，其余為水，汽油等催化劑積碳量小，<0.01%甲醇原料。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第76頁MTO與MTP工藝比較MTP能夠直接得液化丙烯，不需深冷分離，設備投資少。MTP有長久市場競爭優(yōu)勢（中東用乙烷氣體生產(chǎn)乙烯，年形成1600萬噸/年能力）MTP需由反應—分離工藝完成，技術難度要大些。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第77頁FMTA工藝原料起源廣泛，中國有更久遠市場反應溫度溫和（400~500℃），沒有甲烷芳構化或合成氣直接芳構化苛刻甲醇幾乎完全轉(zhuǎn)化，原料與產(chǎn)物分離、凈化、純化簡便與現(xiàn)有工業(yè)對接性好反應過程強放熱，帶催化劑失活，需催化劑+反應器綜合考慮新工藝特點天然氣煤合成氣甲醇苯甲苯二甲苯多甲基苯8CH3OHCH3CH3+8H2O+3H2-311KJ/mol新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第78頁FMTA工藝新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第79頁煤→甲烷化反應

全國年需CH4億NM3缺口Ⅰ間接法催化氣化煤粉甲烷化CH4、H2、COH2OCH4純O2催化汽化CH428.28%CO9.81%H234.81%CO226.46%催化劑：K2CO33MPa700℃Exxon技術大平原SWG481萬m3/d30%含水褐煤Ni基催化劑新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第80頁直接法（BluegasTM）煤CH4H2催化反應器煅燒反應器H2OCO2SO3O2+N2

催化劑CaCO3CaS催化劑CaOT=600℃~700℃C+H2O→CO+H2CO+H2O→H2+CO2CO+3H2→CH4+H2O2C+2H2O→CH4+H2CaO+CO2→CaCO3煅燒：C+O2→CO2CaCO3→CaO+CO2新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第81頁C+H2O→CO+H2—116KJ/molCO+H2O→H2+CO2—-42.3KJ/molCO+3H2→CH4+H2O—-206KJ/mol2C+2H2O→CH4+H2CaO+CO2→CaCO3煅燒：C+O2→CO2CaCO3→CaO+CO2CO2+4H2→CH4+2H2O—-165KJ/mol新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第82頁天然氣化工

天然氣制合成氣水蒸氣轉(zhuǎn)化CH4＋H2O→CO+3H2強吸熱反應（T800~1000℃)非催化部分氧化CH4+1/2O22CO+2H2(T＝1100～1500℃）放熱反應催化部分氧化CH4+1/2O2

→2CO+2H2(T＝1100～1500℃）放熱反應組合轉(zhuǎn)化工藝吸熱反應CH4+H2O→CO+3H2放熱反應CH4+3/2O2→CO+H2O組合而使H2、CO可調(diào)控新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第83頁天然氣部分氧化技術低溫部分氧化法：

T=1300℃以下，合成氣H2/CO為2左右t~1秒，水冷激，反應控制關鍵為入口氣體理想混合。高溫部分氧化法：

CH4、O2分別預熱至800℃，快速混合反應T≈℃合成氣中HC≡CH占30%，其余為CO與H2，出口采取冷水激。新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第84頁天然氣化工

——燃燒CO2排放為煤1/2，石油2/3天燃氣直接作燃料轉(zhuǎn)化利用發(fā)電開車生活用氣直接轉(zhuǎn)化間接轉(zhuǎn)化裂解：生成苯、納米碳管、碳黑甲烷氧化制乙烯甲烷選擇氧化制甲醇、甲醛化學法生物法合成氣F-T合成汽油甲醇，二甲醚乙烯丙稀合成氨H2/C=2：1H2/C=2：1新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第85頁煤直接制H2集成反應H2再生灰CO2CaCO3CaO煤粉水冷煤氣效率可達75%新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第86頁煤→二次能源產(chǎn)品（車用）煤→油二甲醚甲醇煤→電天然氣H2能量轉(zhuǎn)化效率24.8~26.0%37.9%41.5%40%~45%56%~61%75%~80%煤化工轉(zhuǎn)化不一樣產(chǎn)品能量效率新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第87頁各種產(chǎn)物CO2排放量煤制油9.2噸CO2/噸合成油煤制甲醇3.8噸CO2/噸甲醇煤制二甲醚5.28噸CO2/噸二甲醚乙烯煤→甲醇→11.4噸CO2/噸乙、丙烯丙烯煤→電石→乙炔12.5噸CO2/噸乙炔煤→氯乙烯5.6噸CO2/噸氯乙烯新一代煤化工技術前景與挑戰(zhàn)第88頁低CO2排放產(chǎn)品碳酸二甲酯（DMC）主反應：NH2CONH2+CH3OHZn403~433°KNH2COOCH3+NH3NH2COOCH3+CH3OH450~483°K