二十一世纪的煤化工PPT课件

2021/7/241二十一世纪的煤化工二十一世纪的煤化工 煤炭的焦化煤炭的焦化 煤炭的气化煤炭的气化 煤炭的液化煤炭的液化 煤炭的地下气化煤炭的地下气化2021/7/242煤炭的化学加工煤炭的化学加工煤炭的焦化煤炭的焦化煤炭的气化煤炭的气化煤炭的液化煤炭的液化2021/7/243 煤煤 炭炭 的的 焦焦 化化一、基本原理一、基本原理 配合煤配合煤隔绝空气被加热到隔绝空气被加热到1000C1000C，软化、，软化、熔融并发生一系列的分解和聚合反应，放熔融并发生一系列的分解和聚合反应，放出出气体气体（COCO、CHCH4 4、H H2 2、H H2 2S S、烷烃类以及、烷烃类以及芳烃类气体）和芳烃类气体）和焦油焦油，最后生成，最后生成焦炭焦炭的过的过程。程。2021/7/244二、煤炭焦化的工艺过程二、煤炭焦化的工艺过程焦焦炉炉 配合煤配合煤气、肥、焦、瘦气、肥、焦、瘦焦焦 炭炭冷冷凝凝焦油加工焦油加工焦焦油油工业萘、洗油、酚、工业萘、洗油、酚、蒽、轻油蒽、轻油煤煤气气净净化化氨、粗苯、硫磺、氨、粗苯、硫磺、净煤气净煤气2021/7/245焦化工业存在的主要问题焦化工业存在的主要问题 焦炉以中小型焦炉为主（小于焦炉以中小型焦炉为主（小于4 4米）；米）；焦炭质量受矿区产煤品种的限制，焦炭焦炭质量受矿区产煤品种的限制，焦炭 质量质量 难以调整提高；难以调整提高；环境污染治理技术有待提高；环境污染治理技术有待提高；化学产品品种单一。化学产品品种单一。2021/7/246顶装焦炉炭化室高度：顶装焦炉炭化室高度：6米、米、5.5米、米、5米、米、4米米捣固焦炉捣固焦炉的炭化室高度：的炭化室高度：4.3米、米、3.8米、米、3.2米、米、2.5米米焦炭质量参数：焦炭质量参数：挥发分（挥发分（1.2%）水分（水分（6%）灰分（灰分（13%）硫分（硫分（78%）、）、M25、M10（8%）2021/7/247焦化工业发展的方向焦化工业发展的方向焦炉大型化焦炉大型化 炭化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量是焦炭化室加宽加高、提高单孔炭化室产焦量是焦炉的发展方向。炉的发展方向。2 2 捣固炼焦技术捣固炼焦技术 捣固炼焦的入炉煤中捣固炼焦的入炉煤中,弱粘性高挥发分煤配入弱粘性高挥发分煤配入量可高达量可高达70%70%80%,80%,甚至几乎可用甚至几乎可用100%100%的肥气煤的肥气煤炼焦。日前炼焦。日前,中国自行开发设计的炭化室高中国自行开发设计的炭化室高4.3m4.3m、宽宽500mm500mm的捣固焦炉已建成投产的捣固焦炉已建成投产,采用经改进的捣采用经改进的捣固装置固装置,操作效率有很大提高。操作效率有很大提高。2021/7/248(4)(4)除尘地面站与车载式焦炉烟尘治理技术除尘地面站与车载式焦炉烟尘治理技术 目前使用的装煤除尘系统主要形式有：目前使用的装煤除尘系统主要形式有：干式除尘方式干式除尘方式 湿式除尘方式湿式除尘方式 出焦除尘系统主要形式有：出焦除尘系统主要形式有：干式地面站除尘和热浮力罩除尘干式地面站除尘和热浮力罩除尘装煤出焦二合一干式地面站除尘方式装煤出焦二合一干式地面站除尘方式2021/7/249(5)(5)干法熄焦干法熄焦(CDQ)(CDQ)CDQ CDQ技术不仅可以回收红焦的显热技术不仅可以回收红焦的显热,改善焦炭质量改善焦炭质量,还可减少湿法熄焦对大气的污染还可减少湿法熄焦对大气的污染,是重点开发和推广是重点开发和推广的炼焦节能与环保技术。的炼焦节能与环保技术。中国发展中国发展CDQCDQ的方向是装置的大型化与设备国产的方向是装置的大型化与设备国产化。同时以湿熄焦装置备用化。同时以湿熄焦装置备用,以节省投资。以节省投资。CDQCDQ装置产生的蒸汽将用于发电或并入生产用蒸装置产生的蒸汽将用于发电或并入生产用蒸汽管网。汽管网。2021/7/2410煤调湿煤调湿(CMC)(CMC)CMC CMC是将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分是将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分,保持装炉保持装炉煤水分稳定的一项技术。这项技术以其显著的节能、环煤水分稳定的一项技术。这项技术以其显著的节能、环保和经济效益受到普遍重视保和经济效益受到普遍重视,并得到迅速发展。并得到迅速发展。19961996年中国第一套年中国第一套CMCCMC装置在重钢焦化厂投产装置在重钢焦化厂投产,采用采用的是导热油传热方式的是导热油传热方式,系统较为复杂、投资高。系统较为复杂、投资高。目前目前,鞍山焦耐院正在开发工艺简单、投资省的以蒸鞍山焦耐院正在开发工艺简单、投资省的以蒸汽为热源的汽为热源的CMCCMC装置装置,用蒸汽在列管式调湿机内与煤换热用蒸汽在列管式调湿机内与煤换热,利用烟道废气带走从煤中析出的水分利用烟道废气带走从煤中析出的水分,将装炉煤的水分将装炉煤的水分稳定在稳定在6%6%左右。左右。2021/7/2411开发先进的煤气脱硫技术开发先进的煤气脱硫技术 引进的脱硫方法由于工艺复杂、投资高引进的脱硫方法由于工艺复杂、投资高,仅在大型焦仅在大型焦化厂得到应用。化厂得到应用。比较适合中国国情的是中国自行开发的比较适合中国国情的是中国自行开发的改良改良ADAADA法法、PDSPDS法法和和HPFHPF法脱硫工艺。法脱硫工艺。改良改良ADAADA法及法及PDSPDS法以法以钠钠为碱源为碱源,脱硫效率高脱硫效率高,塔后煤塔后煤气含气含H H2 2S S可降到可降到20mg/m320mg/m3以下以下,符合城市煤气标准。符合城市煤气标准。2021/7/2412为何一定要脱除煤气中硫化氢？为何一定要脱除煤气中硫化氢？硫化氢能腐蚀设备、污染厂区环境、降低钢的质量；硫化氢能腐蚀设备、污染厂区环境、降低钢的质量；使催化剂中毒、燃烧生成的二氧化硫。使催化剂中毒、燃烧生成的二氧化硫。当焦炉煤气用在以下方面时，必须净化到下列程度：当焦炉煤气用在以下方面时，必须净化到下列程度：炼钢：炼钢：2-32-3克克/标米标米3 3 化学合成：化学合成：1-21-2毫克标米毫克标米3 3 城市煤气：城市煤气：低于低于2020毫克标米毫克标米3 3此外，在制造高级陶瓷制品及特殊玻璃、轧制高级钢材此外，在制造高级陶瓷制品及特殊玻璃、轧制高级钢材及远距离输送时，焦炉煤气均需经深度脱硫。及远距离输送时，焦炉煤气均需经深度脱硫。2021/7/2413改良蒽醌二磺酸钠法脱硫（改良改良蒽醌二磺酸钠法脱硫（改良ADAADA法）法）一、生产过程原理一、生产过程原理 焦炉煤气进入焦炉煤气进入吸收塔吸收塔，与从塔顶喷洒下来的吸收液，与从塔顶喷洒下来的吸收液逆流接触，煤气中的硫化氢被脱硫液吸收后，从塔逆流接触，煤气中的硫化氢被脱硫液吸收后，从塔顶排出。顶排出。被硫化氢饱和了的溶液经循环槽用泵送入被硫化氢饱和了的溶液经循环槽用泵送入再生塔再生塔，用用空气进行氧化空气进行氧化再生并析出元素硫后，又自流到脱再生并析出元素硫后，又自流到脱硫塔顶部循环使用。硫塔顶部循环使用。2021/7/2414脱硫液脱硫液：稀碳酸钠溶液；稀碳酸钠溶液；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 钠盐溶液；钠盐溶液；适量的酒石酸钾钠（适量的酒石酸钾钠（NaKC4H4O6）；）；0.120.28%的偏钒酸钠（的偏钒酸钠（NaVO3）。）。2021/7/2415吸收塔：氧化态吸收塔：氧化态ADA-ADA-还原态还原态ADAADA再生塔：还原态再生塔：还原态ADA-ADA-氧化态氧化态ADAADA主要设备主要设备改良改良A AD DA A法脱硫系统的主要设备为脱法脱硫系统的主要设备为脱硫塔和再生塔。硫塔和再生塔。脱硫塔可采用脱硫塔可采用填料塔填料塔（木格填料或聚丙烯特（木格填料或聚丙烯特拉雷特填料）或空喷塔。拉雷特填料）或空喷塔。2021/7/2416开发以焦炉煤气为原料的化工合成项目开发以焦炉煤气为原料的化工合成项目焦炉煤气合成氨焦炉煤气合成氨 焦炉煤气中含有焦炉煤气中含有55%55%60%60%的氢气的氢气,其它成分如甲烷、其它成分如甲烷、一氧化碳等一氧化碳等,可经转化、变换、脱碳等工序制得纯氢气可经转化、变换、脱碳等工序制得纯氢气,然后氢气与氮气合成氨。然后氢气与氮气合成氨。近年来近年来,随着随着变压吸附制氢变压吸附制氢技术的推广应用技术的推广应用,使焦炉使焦炉煤气制合成氨的投资和电耗进一步降低。煤气制合成氨的投资和电耗进一步降低。山西焦化集团从山西焦化集团从2020世纪世纪7070年代建厂时就配套建成了年代建厂时就配套建成了焦炉煤气合成氨装置焦炉煤气合成氨装置,并生产尿素。并生产尿素。2021/7/2417采用先进的焦化废水处理技术采用先进的焦化废水处理技术传统的活性污泥法传统的活性污泥法 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处理焦化废水法（反硝化处理焦化废水法（A-O法）法）外排水中外排水中COD和氨氮均能达标、无二次污染和氨氮均能达标、无二次污染 运行不稳定运行不稳定 A-O-A法法 A-O-O法法2021/7/2418焦炉煤气合成甲醇、二甲醚焦炉煤气合成甲醇、二甲醚 可替代柴油用作清洁汽车燃料；可替代柴油用作清洁汽车燃料；可替代液化气用作民用燃料可替代液化气用作民用燃料。重要的基础有机化工原料重要的基础有机化工原料清洁燃料清洁燃料甲醇甲醇二甲醚二甲醚2021/7/2419 焦炉煤气含有生产甲醇和二甲醚的原料气焦炉煤气含有生产甲醇和二甲醚的原料气H2、CO和和CO2。经过部分氧化蒸汽转化后。经过部分氧化蒸汽转化后,气体中气体中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)。而以煤和重油为原料生产甲醇和二甲醚时而以煤和重油为原料生产甲醇和二甲醚时,由于氢碳比偏低由于氢碳比偏低,需增加变换、脱碳装置需增加变换、脱碳装置,流程流程长长,投资大。投资大。2021/7/2420焦炉煤气用于制氢焦炉煤气用于制氢 氢气是化学工业合成的重要原料气氢气是化学工业合成的重要原料气,氢气是化学工业中常用的还原剂和氢化剂氢气是化学工业中常用的还原剂和氢化剂 氢气是制取半导体材料氢气是制取半导体材料硅的重要原料硅的重要原料 氢气已成为运载火箭航天器的重要燃料之一氢气已成为运载火箭航天器的重要燃料之一 焦炉煤气是制氢的理想原料焦炉煤气是制氢的理想原料,其所含的其所含的55%60%的氢的氢气可通过变压吸附法生产纯度为气可通过变压吸附法生产纯度为99.9%或更高的氢气。或更高的氢气。2021/7/2421焦炉煤气发电焦炉煤气发电 焦炉煤气用于电厂锅炉时焦炉煤气用于电厂锅炉时,其热效率可达其热效率可达90%,90%,利用利用锅炉生产蒸汽发电锅炉生产蒸汽发电,发电后的蒸汽还可供焦化厂生产发电后的蒸汽还可供焦化厂生产用。用。焦炉煤气也可直接用于燃气透平机发电。焦炉煤气也可直接用于燃气透平机发电。2021/7/2422焦炉煤气用于直接还原铁焦炉煤气用于直接还原铁 焦化厂生产的含有大量焦化厂生产的含有大量H2和和CH4的焦炉煤气本身就的焦炉煤气本身就是是还原性还原性气体气体,将焦炉煤气送入热裂解炉中将焦炉煤气送入热裂解炉中,其其CH4经加经加氧催化裂解氧催化裂解,即可得到含即可得到含H2 74%、CO2 5%的还原性气的还原性气体体,可直接送入气基竖炉生产海绵铁。可直接送入气基竖炉生产海绵铁。由此而形成由此而形成焦炉焦炉高炉直接还原铁高炉直接还原铁的联合流程是高的联合流程是高炉流程工艺技术的自身完善炉流程工艺技术的自身完善,是钢铁生产向短流程过渡是钢铁生产向短流程过渡的必由之路的必由之路。2021/7/2423焦油加工现状焦油加工现状 煤焦油加工产品是冶金、化工、医药、建材、交通、煤焦油加工产品是冶金、化工、医药、建材、交通、通讯等领域的重要基础原料通讯等领域的重要基础原料,在国内外有着广阔的市场在国内外有着广阔的市场前景。前景。中国目前拥有煤焦油加工装置的企业有中国目前拥有煤焦油加工装置的企业有5050多家多家,焦油焦油加工能力约加工能力约270270万万t/at/a。国外焦油集中加工的规模已达到国外焦油集中加工的规模已达到150150万万t/a,t/a,单套装置单套装置的加工能力达到了的加工能力达到了5050万万t/a,t/a,提取的产品品种达到了提取的产品品种达到了200200多种。多种。中国现有的焦油加工装置分散在各焦化厂中国现有的焦油加工装置分散在各焦化厂,单套装置单套装置的加工能力小、产品品种少。的加工能力小、产品品种少。2021/7/2424煤焦油加工发展方向煤焦油加工发展方向扩大加工规模扩大加工规模初级产品向下游深加工发展，提高焦油产品的附加值初级产品向下游深加工发展，提高焦油产品的附加值与精细化工联产与精细化工联产2021/7/2425发展焦油集中加工发展焦油集中加工 由于煤焦油本身的特殊性质由于煤焦油本身的特殊性质,欲提取煤焦油中含量欲提取煤焦油中含量1%1%的组分的组分,只有对其进行集中加工才具有经济意义。只有对其进行集中加工才具有经济意义。在条件允许的情况下在条件允许的情况下,煤焦油加工的规模越大越好。煤焦油加工的规模越大越好。煤焦油加工的实践表明煤焦油加工的实践表明,焦油加工的起始经济规模应焦油加工的起始经济规模应达到达到20202525万万t/at/a。由于集中加工由于集中加工,还可大大减少分散的加工点还可大大减少分散的加工点,可最大可最大限度地采取环保治理措施限度地采取环保治理措施,减轻对环境的污染。减轻对环境的污染。2021/7/2426煤炭的气化煤炭的气化煤气化技术是煤化工产业发展最重要的单元技术煤气化技术是煤化工产业发展最重要的单元技术煤煤合成气合成气 醇醚类（甲醇、醇醚类（甲醇、DME、乙醇）、乙醇）碳氧化合物类（醋酸、酸酐）碳氧化合物类（醋酸、酸酐）烃烃 类（油品、烷烃、乙烯）类（油品、烷烃、乙烯）其他（其他（H H2 2）下游产品下游产品2021/7/2427煤气化的原理煤气化的原理 煤与气化剂在一定温度、压力等条件下发生化煤与气化剂在一定温度、压力等条件下发生化学反应而转化成煤气的过程。学反应而转化成煤气的过程。气化剂：气化剂：空气、空气空气、空气/水蒸气、氧气水蒸气、氧气/水蒸气水蒸气产品：产品：燃料气、合成气燃料气、合成气2021/7/2428煤气化过程中主要化学反应：煤气化过程中主要化学反应：C+O2-CO2 C+O2-CO C+H2O-CO+H2 CO+H2O-CO2+H2 C+H2-CH4 S+O2-SO2 SO2+H2-H2S+H2O2021/7/2429 煤气化的方法煤气化的方法按煤在气化炉中的流体力学行为分为：按煤在气化炉中的流体力学行为分为：固定床气化固定床气化流化床气化流化床气化气流床气化气流床气化熔融床气化熔融床气化2021/7/2430固定床气化固定床气化分为常压和加压两种。分为常压和加压两种。常压法：工艺简单常压法：工艺简单,但要求用块煤但要求用块煤,低灰熔点的煤低灰熔点的煤 难以使用。难以使用。加压法：是常压法的改进和提高加压法：是常压法的改进和提高,常用常用2 2与水蒸与水蒸 气为气化剂气为气化剂,对煤种适应性大大提高。对煤种适应性大大提高。LurgiLurgi加压气化法：加压气化法：生产的煤气中甲烷含量高生产的煤气中甲烷含量高,适适 合处理灰分高、水分高的块粒状褐煤合处理灰分高、水分高的块粒状褐煤。2021/7/2431 气化剂同时作为流化介质气化剂同时作为流化介质,经过流化床的气体分布板自经过流化床的气体分布板自下而上通过床层。下而上通过床层。流化床气化流化床气化 由于流化床内气、固之间良好的返混和接触由于流化床内气、固之间良好的返混和接触,其传热和其传热和传质速率均很高传质速率均很高,故流化床的温度和组成比较均匀。故流化床的温度和组成比较均匀。温克勒法：温克勒法：适用于多种煤，允许粒度范围较宽适用于多种煤，允许粒度范围较宽,气化炉气化炉的结构简单的结构简单,造价低造价低,气化剂消耗较低气化剂消耗较低,但温克勒炉的体但温克勒炉的体积庞大积庞大,显热损失大显热损失大,碳利用率低碳利用率低,煤耗高。煤耗高。随着灰熔聚技术的研究成功随着灰熔聚技术的研究成功,美国煤气技术研究所和美国煤气技术研究所和美国凯洛格公司分别开发出了美国凯洛格公司分别开发出了UGASUGAS和和KRWKRW两种流化床气化两种流化床气化工艺工艺,这两种工艺弥补了传统工艺排灰含碳过高的不足。这两种工艺弥补了传统工艺排灰含碳过高的不足。2021/7/2432气化剂将煤粉夹带进入气化炉气化剂将煤粉夹带进入气化炉,进行并流气化，粉煤气进行并流气化，粉煤气化具有较大的反应表面积。化具有较大的反应表面积。气流床气化的特点：气流床气化的特点：1 1 煤粒各自被气流隔开煤粒各自被气流隔开,煤的粘结性对气化过程没有影响；煤的粘结性对气化过程没有影响；2 2 煤在气流床气化炉的反应区停留时间极短煤在气流床气化炉的反应区停留时间极短,即燃料与气即燃料与气 化剂的反应很快。化剂的反应很快。3 3 为了维持较高的反应温度为了维持较高的反应温度,采用采用2 2和少量的水作为气化剂。和少量的水作为气化剂。炉法：炉法：采用干法进料技术采用干法进料技术,在常温下操作在常温下操作,属粉煤高温属粉煤高温 常压液态排渣气化法。常压液态排渣气化法。加压气化工艺加压气化工艺-ShellShell法法和和PrenfloPrenflo法。法。气流床气化气流床气化2021/7/2433几种典型的气化工艺几种典型的气化工艺 气化技术气化技术床型床型煤料煤料气化剂气化剂排渣排渣压力压力煤气发生炉煤气发生炉固定床固定床块煤块煤空气空气/水蒸汽水蒸汽固态固态常常Lurgi炉炉固定床固定床块煤块煤氧气氧气/水蒸汽水蒸汽固态固态加加Winkler炉炉流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽固态固态常常HTW流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽固态固态加加U-GAS流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽团聚团聚加加KRW流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽团聚团聚加加K-T气流床气流床煤粉煤粉氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态常常Texaco气流床气流床水煤桨水煤桨氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态加加Shell气流床气流床煤粉煤粉氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态加加Prenflo气流床气流床煤粉煤粉氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态加加 2021/7/2434 甲醇既是重要的甲醇既是重要的基础有机化工产品和原料基础有机化工产品和原料,又是极有又是极有前途的前途的代用燃料代用燃料之一。之一。甲醇在其它领域也有广阔的应用前景甲醇在其它领域也有广阔的应用前景:(1)(1)作为清洁燃料替代汽油或与汽油掺混使用作为清洁燃料替代汽油或与汽油掺混使用;（2)2)甲醇燃料电池将商业化甲醇燃料电池将商业化;(3)(3)甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料;(4)(4)甲醇制微生物蛋白甲醇制微生物蛋白()饲料国外已工业化饲料国外已工业化;(5)(5)甲醇制低碳烯烃甲醇制低碳烯烃()和甲醇制汽油和甲醇制汽油(MTC）技术已有较大突破。技术已有较大突破。煤合成气制甲醇煤合成气制甲醇2021/7/2435甲醇合成的原理及过程甲醇合成的原理及过程CO+2H2-CH3OHCO2+3H2-CH3OH+H2O要求：要求：H/C 大于大于 2，以提高，以提高CO的转化率的转化率1 1 煤气化制合成气煤气化制合成气；2 2 合成气净化；合成气净化；3 3 甲醇合成甲醇合成；4 4 甲醇精馏。甲醇精馏。2021/7/2436煤气化合成甲醇关键技术煤气化合成甲醇关键技术合成气的合成气的H/CH/C；合成甲醇的催化剂；合成甲醇的催化剂；1 1合成甲醇的反应器。合成甲醇的反应器。催化剂催化剂：锌基催化剂：操作温度：锌基催化剂：操作温度：350400350400 操作压力：操作压力：25MPa25MPa 铜基催化剂铜基催化剂 （对脱硫技术要求高）（对脱硫技术要求高）2021/7/2437合成甲醇反应器合成甲醇反应器甲醇合成反应的复杂性：甲醇合成反应的复杂性：()甲醇合成是复合反应。甲醇合成是复合反应。()甲醇合成反应热大甲醇合成反应热大,为使热量及时除去为使热量及时除去,须合理设须合理设 计反应器移热界面。计反应器移热界面。()甲醇合成催化剂还原后其载体与助剂仍为金属氧甲醇合成催化剂还原后其载体与助剂仍为金属氧 化物化物,导热系数较小导热系数较小,设计反应器时须考虑这一因素。设计反应器时须考虑这一因素。()甲醇合成铜催化剂活性温度范围窄，若超温甲醇合成铜催化剂活性温度范围窄，若超温,不仅不仅 副反应多副反应多,而且催化剂活性受到影响而且催化剂活性受到影响,寿命大为降低。寿命大为降低。)甲醇合成催化剂对毒物的敏感性比氨合成催化剂强。甲醇合成催化剂对毒物的敏感性比氨合成催化剂强。2021/7/2438ICI 冷激式甲醇合成塔冷激式甲醇合成塔 将冷激气喷入床层中间带走将冷激气喷入床层中间带走,床层多段连续床层多段连续,反应热预反应热预热锅炉水热锅炉水,该反应器适于大型或超大型装置规模该反应器适于大型或超大型装置规模,易于安易于安装维修装维修,催化剂易装卸催化剂易装卸。Lurgi管束式甲醇合成塔管束式甲醇合成塔 管内填充催化剂管内填充催化剂,由管间沸水移去反应热由管间沸水移去反应热,副产蒸汽副产蒸汽,用用过热蒸汽驱动离心式压缩机过热蒸汽驱动离心式压缩机,该反应器反应平和、副反该反应器反应平和、副反应少应少,时空收率高时空收率高,但但Lurgi反应器结构复杂反应器结构复杂,制造困难制造困难,只只能达到能达到45万万/a系列装置规模。系列装置规模。SPC甲醇合成塔甲醇合成塔 简单的立式双套管换热简单的立式双套管换热,Lurgi的改进型的改进型,据称该反应器据称该反应器吨甲醇能耗可降至吨甲醇能耗可降至29/,在沙特阿拉伯已投产在沙特阿拉伯已投产4套套80万万/装置。装置。2021/7/2439国内甲醇合成国内甲醇合成 新建的山东鲁南化工集团公司的新建的山东鲁南化工集团公司的1010万万/甲醇装甲醇装置置,采用了我国自行研制的多喷嘴采用了我国自行研制的多喷嘴TexacoTexaco水煤浆加压气水煤浆加压气化炉造气化炉造气,获得突破性应用获得突破性应用 ，整套装置国产化率达到，整套装置国产化率达到70%,70%,是一套以煤为原料、全系统基本国产化、装备先是一套以煤为原料、全系统基本国产化、装备先进、有中国特色的煤制甲醇示范装置。进、有中国特色的煤制甲醇示范装置。2021/7/2440 乙烯是石油化工的核心和最重要的基础原料。乙烯是石油化工的核心和最重要的基础原料。煤化工下游重要产品煤化工下游重要产品-乙烯和二甲醚（乙烯和二甲醚（DMEDME）二甲醚是一种极具发展潜力的二甲醚是一种极具发展潜力的有机化工产品有机化工产品；作为；作为清洁燃料清洁燃料,可替代液化气用于可替代液化气用于民用民用(工业工业)燃料燃料;由于其具由于其具有高的十六烷值有高的十六烷值(55),又可作为又可作为醇醚燃料和柴油替代醇醚燃料和柴油替代品品,亦可替代氯氟烃作亦可替代氯氟烃作气雾剂气雾剂,有可能成为有可能成为合成乙烯的原料合成乙烯的原料。2021/7/2441合成气制二甲醚合成气制二甲醚甲醇脱水法甲醇脱水法合成气一步法合成气一步法2021/7/2442由煤气化的合成气合成乙烯的方法由煤气化的合成气合成乙烯的方法煤煤-合成气合成气-乙烯乙烯煤煤-合成气合成气-甲醇甲醇-乙烯（乙烯（MTOMTO法）法）煤煤-合成气合成气-二甲醚二甲醚-乙烯乙烯重要的是催化剂的开发重要的是催化剂的开发 中国科学院大连化物所完成规模为中国科学院大连化物所完成规模为1/的甲醇的甲醇制乙烯模型试验。制乙烯模型试验。2021/7/2443煤的液化煤的液化 煤炭液化是指将煤通过化学加工过程煤炭液化是指将煤通过化学加工过程,使其转使其转化为液体燃料化为液体燃料(如汽油、柴油等如汽油、柴油等)或化工产品的技或化工产品的技术术,根据加工过程的不同根据加工过程的不同,分为分为直接液化直接液化和和间接液间接液化化两大类技术。两大类技术。液化的关键是液化的关键是加氢加氢，加氢的关键是，加氢的关键是催化剂催化剂、反、反应的温度和应的温度和压力压力。2021/7/2444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-制浆制浆-入高压反应器入高压反应器高温（高温（450）高压（高压（10-30MPa）催化剂催化剂 油油 煤炭直接液化技术的特点是工艺路线较短、原料煤消耗煤炭直接液化技术的特点是工艺路线较短、原料煤消耗量较少、建厂投资及生产成本相对较低量较少、建厂投资及生产成本相对较低,有较好的经济竞争有较好的经济竞争力。力。直接液化以直接液化以褐煤、长焰煤、低阶烟煤褐煤、长焰煤、低阶烟煤等较低变质程度的等较低变质程度的煤为原料。煤为原料。2021/7/2445煤的直接液化的工艺煤的直接液化的工艺 二战期间已在德国实现工业化生产。自二战期间已在德国实现工业化生产。自70年代开始年代开始,美、日、德等国相继进行新一代直接液化技术的研究、美、日、德等国相继进行新一代直接液化技术的研究、开发开发;与旧工艺相比与旧工艺相比,新技术的反应条件大为缓和产品产率新技术的反应条件大为缓和产品产率和品质得到提高和品质得到提高;具有代表性的工艺有具有代表性的工艺有:德国的德国的 美国的美国的 日本的工艺日本的工艺 2021/7/2446 国内自国内自8080年代初开展煤直接液化技术研究年代初开展煤直接液化技术研究,煤科总院煤科总院北京煤化所建有先进水平的煤液化小型连续试验装置北京煤化所建有先进水平的煤液化小型连续试验装置(0.1(0.1/)和油品加工、分析检验实验室和油品加工、分析检验实验室,完成了对国完成了对国内几十个煤的直接液化评价试验内几十个煤的直接液化评价试验,取得一批国内外先进取得一批国内外先进水平的科研成果。水平的科研成果。“九五九五”期间期间,我国分别与德国、日本、美国合作进我国分别与德国、日本、美国合作进行了云南先锋煤、神华煤和黑龙江依兰煤的直接液化商行了云南先锋煤、神华煤和黑龙江依兰煤的直接液化商业示范厂可行性研究。业示范厂可行性研究。国内煤直接液化的现状国内煤直接液化的现状2021/7/2447煤的间接液化煤的间接液化 煤的间接液化是以煤基合成气（煤的间接液化是以煤基合成气（CO+H2)为原料为原料,在一在一定的温度和压力下定的温度和压力下,充分地催化合成烃类燃料油和化工充分地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺。原料的工艺。包括煤炭气化制取合成气、气体净化与变换、催化包括煤炭气化制取合成气、气体净化与变换、催化合成烃类产品及产品分离和改质加工等过程。合成烃类产品及产品分离和改质加工等过程。间接液化技术是间接液化技术是1923年由德国的年由德国的FranzFicher和和HanbsTropsch提出的提出的,故称为故称为F-T合成合成。2021/7/2448煤间接液化合成油的典型工艺煤间接液化合成油的典型工艺煤经气化炉气化后转化为粗合成气煤经气化炉气化后转化为粗合成气,合成气经脱硫、脱氧净化后合成气经脱硫、脱氧净化后,依据采用的依据采用的合成合成反应反应器器,经水汽变换反应调整为高经水汽变换反应调整为高2 2/比为比为(1.5(1.52.1)2.1)进入固定床反应器合成烃进入固定床反应器合成烃;不同链长的烃经加工改质后即可得到汽油、柴油、煤不同链长的烃经加工改质后即可得到汽油、柴油、煤油等油等,并可副产硬蜡并可副产硬蜡;尾气可深冷分离得到低碳烯烃尾气可深冷分离得到低碳烯烃,或经齐聚反应增加油品或经齐聚反应增加油品收率收率,或重整为合成气返回用于合成烃或重整为合成气返回用于合成烃;弛放气可用于供热、发电或合成氨等。弛放气可用于供热、发电或合成氨等。2021/7/2449煤制油工业化的关键：煤制油工业化的关键：开发出廉价高性能的合成工业催化剂；开发出廉价高性能的合成工业催化剂；开发高效可靠的合成工业反应器；开发高效可靠的合成工业反应器；1.1.与现有成熟的或半成熟的配套工艺技术相结合与现有成熟的或半成熟的配套工艺技术相结合,使全流使全流程工艺集成优化程工艺集成优化,提高过程的效率和经济性。提高过程的效率和经济性。2021/7/2450 南非的南非的Sasol公司公司采用此法建有处理煤采用此法建有处理煤5000万万t/a、年、年产液体燃料产液体燃料500万万t/a、生产油品和化学品、生产油品和化学品700余种的大余种的大型综合煤转化企业。型综合煤转化企业。我国山西煤化所在我国山西煤化所在“七五七五”、“八五八五”期间已建期间已建SMFT工艺的中试及示范装置工艺的中试及示范装置,并取得了一定的产业化并取得了一定的产业化经验经验,“十五十五”期间又建立了以生产柴油为主的万吨级期间又建立了以生产柴油为主的万吨级工业示范装置。工业示范装置。间接液化国内外发展现状间接液化国内外发展现状2021/7/2451煤炭的地下气化（煤炭的地下气化（UCG）将矿井内未开采的煤，利用气化剂（水蒸气、氧将矿井内未开采的煤，利用气化剂（水蒸气、氧气或空气）在地下煤层中进行化学反应，把高分子气或空气）在地下煤层中进行化学反应，把高分子的固体煤转化为低分子结构的可燃气的一种化学采的固体煤转化为低分子结构的可燃气的一种化学采煤方法。煤方法。煤气用途：煤气用途：生活燃气生活燃气 窑炉的热源窑炉的热源 合成化工产品合成化工产品2021/7/2452最简单的工艺是：最简单的工艺是：1 1 按一定距离向煤层打垂直钻孔按一定距离向煤层打垂直钻孔,再使孔间煤层形成气化再使孔间煤层形成气化通道。通道。2 2通过一个钻孔把煤层点燃通过一个钻孔把煤层点燃,注入空气或氧注入空气或氧/蒸汽蒸汽,煤炭发煤炭发生热解、还原和氧化等气化反应。蒸汽提供反应所需生热解、还原和氧化等气化反应。蒸汽提供反应所需的氢的氢,并降低反应温度。并降低反应温度。产生的煤气从另一个钻孔引出产生的煤气从另一个钻孔引出,煤气的主要成分是煤气的主要成分是2 2、2 2、4 4和蒸汽和蒸汽,各种组分的比例取决于各种组分的比例取决于煤种、气化剂和气化效率。煤种、气化剂和气化效率。3 3的关键技术问题是连续钻孔的方法的关键技术问题是连续钻孔的方法,即贯通技即贯通技术、煤层勘测和气化过程的控制术、煤层勘测和气化过程的控制。地下气化的工艺过程地下气化的工艺过程2021/7/2453地下气化（地下气化（UCG）技术进展）技术进展有井有井(筒筒)式气化工艺：式气化工艺：需要开凿井筒、掘进巷道需要开凿井筒、掘进巷道,或利用老矿的井巷。这违背或利用老矿的井巷。这违背了地下气化的基本宗旨是避免井下开采作业的初衷了地下气化的基本宗旨是避免井下开采作业的初衷,而且而且准备工作量大准备工作量大,产气量小。产气量小。无井无井(筒筒)式工艺：式工艺：19351935年以后发展，即从地面向煤层钻孔。过去年以后发展，即从地面向煤层钻孔。过去5050年年,国外所有试验和可行性研究都采用无井国外所有试验和可行性研究都采用无井(筒筒)式工式工艺。艺。2021/7/2454国内外发展现状国内外发展现状 前苏联是世界上地下气化发展最早的国家，前苏联是世界上地下气化发展最早的国家，也是工业应用最成功的唯一国家。也是工业应用最成功的唯一国家。美国从美国从19461946年开始发展年开始发展UCGUCG技术，后因煤气泄技术，后因煤气泄漏而停止。漏而停止。7070年代能源危机后又有大规模研究。年代能源危机后又有大规模研究。我国以中国矿大为主要研究单位已在徐州、我国以中国矿大为主要研究单位已在徐州、唐山完成了多次工业实验，开发了唐山完成了多次工业实验，开发了“长通道、大长通道、大断面、两阶段断面、两阶段”煤炭地下气化新工艺。煤炭地下气化新工艺。2021/7/2455发展发展UCG的几项关键技术的几项关键技术1 地下气化炉结构和气化工艺参数的选择地下气化炉结构和气化工艺参数的选择 无井式：过程稳定、易控制、适合薄煤层、水下和建筑无井式：过程稳定、易控制、适合薄煤层、水下和建筑物下的煤层；出气量小、生产成本高；物下的煤层；出气量小、生产成本高；有井式：利用坑道进行气化，出气量大，节约投资，有井式：利用坑道进行气化，出气量大，节约投资，但但密封井巷工作条件差、风和煤气的漏损量大。密封井巷工作条件差、风和煤气的漏损量大。气化工艺参数气化工艺参数：气化剂的种类、气体温度、流量和压力、吹气口的位置及气化剂的种类、气体温度、流量和压力、吹气口的位置及调整等。调整等。2021/7/24562高温条件下煤和岩石物理化学性质的测试技术高温条件下煤和岩石物理化学性质的测试技术 煤炭地下气化能产生煤炭地下气化能产生2000的高温的高温,它对煤和围岩它对煤和围岩的成分和性质如强度、渗透率、导电性、磁性等有的成分和性质如强度、渗透率、导电性、磁性等有很大的影响很大的影响,必须通过实验研究必须通过实验研究,掌握其变化特点和规掌握其变化特点和规律律,然后根据物探工作所提供的温度场分布特征然后根据物探工作所提供的温度场分布特征,建立建立模型模型,进行光弹性实验进行光弹性实验,以获得燃空区应力场分布特征以获得燃空区应力场分布特征和燃空区的扩展规律和燃空区的扩展规律,为地下气化工程的决策为地下气化工程的决策(例如气例如气化炉的自动监控化炉的自动监控,进、出气钻孔的保护等进、出气钻孔的保护等)提供依据提供依据。2021/7/2457物探测试和监控技术物探测试和监控技术 煤炭地下气化过程的动态监控技术中煤炭地下气化过程的动态监控技术中,比较难比较难测试的是燃烧区内的温度和燃空区、燃烧区的界面。测试的是燃烧区内的温度和燃空区、燃烧区的界面。受地下条件影响受地下条件影响,采用热电偶测量地下温度时采用热电偶测量地下温度时,电偶容易损坏电偶容易损坏,且只能测出且只能测出2 2以内的温度情况以内的温度情况,最好最好使用其它遥测手段。使用其它遥测手段。目前使用的主要有地面电位测量和高频电磁波目前使用的主要有地面电位测量和高频电磁波测量。测量。至于燃烧区界面的测试至于燃烧区界面的测试,目前用得较多的是放目前用得较多的是放射性测氡法射性测氡法,高分辨率的跨孔地震成像技术正在研究高分辨率的跨孔地震成像技术正在研究中。中。2021/7/24584 4 大口径定向钻进大口径定向钻进(含贯通含贯通)及钻孔保护技术及钻孔保护技术 煤系地层一般松软而复杂，气化深度一般煤系地层一般松软而复杂，气化深度一般200200300300,甚至超过甚至超过10001000;钻孔钻孔直径一般在直径一般在150150以上以上,经经常为常为300300500500。进行大口径定向斜孔钻进。进行大口径定向斜孔钻进,有一定有一定难度难度,也缺乏相应的定向钻进机具以及随钻测量系统。也缺乏相应的定向钻进机具以及随钻测量系统。地下气化时地下气化时,钻孔在地下要对接钻孔在地下要对接贯通贯通,以往常用的贯以往常用的贯通方法有水力法、火力法和电力法通方法有水力法、火力法和电力法,这些方法耗时多、这些方法耗时多、成本高成本高,因此必须研制先进的定向贯通法。因此必须研制先进的定向贯通法。地下气化时产生地下气化时产生300300500500的高温气体的高温气体,而且含酸而且含酸,这些气体要通过出气钻孔这些气体要通过出气钻孔,因此因此,地下气化时存在着地下气化时存在着钻钻孔保护孔保护问题。要研究耐酸、耐高温的套管问题。要研究耐酸、耐高温的套管,套管活动接套管活动接头的结构以及高温气体的冷却和余热的回收等问题头的结构以及高温气体的冷却和余热的回收等问题 2021/7/2459多联产工艺多联产工艺 煤煤-电电-热热-化化 煤煤-化化-冶冶 煤煤-电电-化化-冶冶