煤炭氣化工業(yè)課件

大型煤化工企業(yè)

8/11/2023《煤炭氣化工藝》大型煤化工企業(yè)8/1什么是煤炭氣化?原料聯(lián)系到生活中用到的煤爐子引言

8/11/2023《煤炭氣化工藝》什么是煤炭氣化?原料聯(lián)系到生活中用到的煤爐子引言1-1發(fā)展煤化工的重要意義1-2煤炭氣化發(fā)展簡(jiǎn)史1-3煤炭氣化在新型煤化工發(fā)展中的應(yīng)用1-4本課程內(nèi)容與任務(wù)第一章緒論

8/11/2023《煤炭氣化工藝》1-1發(fā)展煤化工的重要意義1-2煤炭氣化發(fā)展簡(jiǎn)史1-3

煤化工是以煤為原料經(jīng)過(guò)化學(xué)加工，實(shí)現(xiàn)煤的轉(zhuǎn)化并進(jìn)行綜合利用的工業(yè)。煉焦工業(yè)、煤炭氣化工業(yè)、煤炭液化工業(yè)、煤制化學(xué)品工業(yè)以及其他煤加工制品工業(yè)等。什么是煤化工?煤化工包括哪些工業(yè)?1-1發(fā)展煤化工的重要意義

8/11/2023《煤炭氣化工藝》煤化工是以煤為原料經(jīng)過(guò)化學(xué)加工，實(shí)現(xiàn)煤的轉(zhuǎn)化并煤化工的范疇煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體，液體，固體燃料以及化學(xué)品的過(guò)程。煤的氣化在煤化工中占有重要地位，用于生產(chǎn)各種燃料起，是干凈的能源，利于提高人民生活水平和環(huán)境保護(hù);煤氣化生產(chǎn)的合成氣是合成液體燃料等多種產(chǎn)品的原料。煤直接液化，即煤高壓加氫液化，以生產(chǎn)人造石油和化學(xué)產(chǎn)品。在石油短缺時(shí)，煤的液化產(chǎn)品將替代目前的天然石油!煤的加工干餾氣化液化合成化學(xué)品煉焦

8/11/2023《煤炭氣化工藝》煤化工的范疇煤化工是以煤為原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體，其目的就是獲得清潔能源和化工原料氣化產(chǎn)品-----煤氣新型煤化工的一個(gè)重要單元煤炭氣化技術(shù)就是將固體煤變成氣態(tài)烴,CO,H2氣體等的技術(shù)

8/11/2023《煤炭氣化工藝》其目的就是獲得清潔能源和化工原料氣化產(chǎn)品-----煤氣新型煤舉例

8/11/2023《煤炭氣化工藝》舉例8/1/20231.作為工業(yè)燃?xì)?/p>

煤炭氣化技術(shù)的應(yīng)用要求：熱值為4620～5670kJ／m3

氣化技術(shù)：常壓固定床氣化爐和流化床氣化爐應(yīng)用：主要用于鋼鐵、機(jī)械、衛(wèi)生、建材、輕紡、食品等部門，用以加熱各種爐、窯，或直接加熱產(chǎn)品或半成品。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》1.作為工業(yè)燃?xì)饷禾繗饣夹g(shù)的應(yīng)用要求：熱值為4620～52.作為民用煤氣應(yīng)用：城市煤氣要求：熱值在12600～16800kJ／m3，要求CO含量小于10％，H2、CH4及其他烴類可燃?xì)怏w含量應(yīng)盡量高。技術(shù)：魯奇爐

8/11/2023《煤炭氣化工藝》2.作為民用煤氣應(yīng)用：城市煤氣要求：熱值在12600～1683.作為化工合成和燃料油合成的原料氣要求：化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求

技術(shù)：德士古氣化爐、Shell氣化爐

應(yīng)用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液體燃料等

8/11/2023《煤炭氣化工藝》3.作為化工合成和燃料油合成的原料氣要求：化工合成氣對(duì)熱值要

4.作為冶金用還原氣原因：煤氣中的CO和H2具有很強(qiáng)的還原作用應(yīng)用：1）在冶金工業(yè)中，利用還原氣可直接將鐵礦石還原成海綿鐵；2）在有色金屬工業(yè)中鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來(lái)冶煉。因此，冶金還原對(duì)煤氣中的CO含量有要求。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》4.作為冶金用還原氣原因：煤氣中的CO和H2具3.作為化工合成和燃料油合成的原料氣要求：化工合成氣對(duì)熱值要求不高，主要對(duì)煤氣中的CO、H2等成分有要求

技術(shù)：德士古氣化爐、Shell氣化爐應(yīng)用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液體燃料等

8/11/2023《煤炭氣化工藝》3.作為化工合成和燃料油合成的原料氣要求：化工合成氣對(duì)熱值要5.作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的燃?xì)?IGCC)是煤在加壓下氣化，產(chǎn)生的煤氣經(jīng)凈化后燃燒，高溫?zé)煔怛?qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，再利用煙氣余熱產(chǎn)生高壓過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)發(fā)電。用于IGCC的煤氣，對(duì)熱值要求不高，但對(duì)煤氣凈化度(如粉塵及硫化物)含量的要求很高。與IGCC配套的煤炭氣化一般采用固定床加壓氣化(魯奇爐)、氣流床氣化(德士古)、加壓氣流床氣化(Shell氣化爐)，加壓流化床氣化工藝等，煤氣熱值在9240～10500kJ／m3左右。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》5.作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的燃?xì)?IGCC)是煤在加壓下氣化，產(chǎn)6.作煤炭氣化燃料電池燃料電池是由H2、天然氣或煤氣等燃料(化學(xué)能)通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)直接轉(zhuǎn)化為電的化學(xué)發(fā)電技術(shù)燃料電池磷酸鹽型(PAFC)熔融碳酸鹽型(MCFC)固體氧化物型(SOFC)質(zhì)子交換膜型(PEMFC)堿型(AFC)高效煤炭氣化技術(shù)發(fā)電技術(shù)IG-MCFC和IG-SOFC

8/11/2023《煤炭氣化工藝》6.作煤炭氣化燃料電池燃料電池是由H2、天然氣或煤氣等燃料(7.煤炭氣化制氫氫氣廣泛用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氫能電池等領(lǐng)域目前世界上96％的氫氣來(lái)源于石化燃料轉(zhuǎn)化，同時(shí)煤炭氣化制氫也起著很重要的作用，一般是將煤炭轉(zhuǎn)化成CO和H2，然后通過(guò)變換反應(yīng)將CO轉(zhuǎn)換成H2和H2O，再將富氫氣體經(jīng)過(guò)低溫分離或變壓吸附及膜分離技術(shù)，即可獲得氫氣。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》7.煤炭氣化制氫氫氣廣泛用于電子、冶金、玻璃生產(chǎn)、化工合成、8.煤炭液化的氣源不論煤炭直接液化和聞接液化，都離不開(kāi)煤炭氣化工藝。煤炭液化需要煤炭氣化制氫，而可選的煤炭氣化工藝同樣包括移動(dòng)床加壓魯奇(Lurgi)氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工藝。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》8.煤炭液化的氣源不論煤炭直接液化和聞接液化，都離不開(kāi)煤炭氣第二節(jié)煤炭氣化發(fā)展簡(jiǎn)史18世紀(jì)后半葉煤化工發(fā)展始于18世紀(jì)后半葉，用煤生產(chǎn)民用煤氣；在歐洲當(dāng)時(shí)用煤干餾方法，生產(chǎn)的干餾煤氣用于城市街道照明；1840年由焦炭制發(fā)生爐煤氣來(lái)煉鐵，1875年使用增熱水煤氣作為城市煤氣二次世界大戰(zhàn)時(shí)期二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，煤炭氣化工業(yè)在德國(guó)得到迅速發(fā)展。1932年采用一氧化碳與氫通過(guò)費(fèi)一托(FlscherTropsch)合成法生產(chǎn)液體燃料獲得成功，1934年德國(guó)魯爾化學(xué)公司應(yīng)用此研究成果創(chuàng)建了第一個(gè)F-T臺(tái)成油廠，1936年投產(chǎn)。1935~1945年期間德國(guó)共建立了9個(gè)合成油廠，總產(chǎn)量達(dá)570kt。二次世界大戰(zhàn)后二次世界大戰(zhàn)后，煤炭氣化工業(yè)因石油、天然氣的迅速發(fā)展減慢了步伐，進(jìn)人低迷時(shí)期，煤氣主要作為城市煤氣及臺(tái)成氪原料的生產(chǎn)等，直到20世紀(jì)70年代成功開(kāi)發(fā)由合成氣制甲醇技術(shù)，由于甲醇的廣泛用途，使煤炭氣化工業(yè)又重新引起人們重視。70年代后1975年，美國(guó)Eastaman(依斯曼)公司開(kāi)始了合成醋酐的實(shí)驗(yàn)室研究，重點(diǎn)是開(kāi)發(fā)適用的催化劑，以便在工業(yè)化生產(chǎn)時(shí)能達(dá)到需要的條件下，減少副產(chǎn)物生成。他們采用醋酸甲酯與一氧化碳為原料羰基合成制取醋酐，并于1977年中試成功。到20世紀(jì)80年代末，由煤炭氣化制合成氣，羰基合成生產(chǎn)醋酸、醋酐開(kāi)始大型化生產(chǎn)，這是煤制化學(xué)品的一個(gè)非常重要的突破。

現(xiàn)在現(xiàn)在，隨著氣化生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以生產(chǎn)含氧燃料為主的煤炭氣化合成甲醇、二甲醚，有廣闊的市場(chǎng)前景。其中二甲醚不僅是從合成氣經(jīng)甲醇制汽油、低碳烯烴的重要中間體·而且也是多種化工產(chǎn)品的重要原料。甲醇從近年供需情況來(lái)看，除作基本有機(jī)化工原料、精細(xì)化工原料外，作為替代燃料應(yīng)用，預(yù)計(jì)需求量將達(dá)800～1000萬(wàn)噸／年，到2020年t甲醇需求預(yù)計(jì)達(dá)5000萬(wàn)噸／年。

南非南非開(kāi)發(fā)煤炭間接液化歷史悠久，早在1927年南非當(dāng)局注意到依賴進(jìn)口液體燃料的嚴(yán)重性，基于本國(guó)有豐富的煤炭資源，開(kāi)始尋找煤基合成液體燃料的新途徑，1939年首先購(gòu)買了德國(guó)F—T合成技術(shù)在南非的使用權(quán)，在20世紀(jì)50年代初，成立了SASOL公司，1955年建立了SASOLIT，1980年和1982年叉相繼建成了SASOL一Ⅱ廠和SA—SOLⅢ廠。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》第二節(jié)煤炭氣化發(fā)展簡(jiǎn)史18世紀(jì)后半葉煤化工發(fā)展始于18世氣化壓力向高壓發(fā)展氣化爐能力向大型化發(fā)展氣化壓力由常壓、低壓（<1.0MPa）向高壓（2.0～8.5MPa）氣化發(fā)展，從而提高氣化效率、碳轉(zhuǎn)化率和氣化爐能力，實(shí)現(xiàn)氣化裝置大型化和能量高效回收利用，降低合成氣的壓縮能耗或?qū)崿F(xiàn)等壓合成（如甲醇低壓合成），降低生產(chǎn)成本。如Texaco氣化壓力可達(dá)6.5～8.5MPa，Shell氣化壓力為2～4MPa。

Texaco和Shell單臺(tái)氣化爐氣化煤量已達(dá)2000t/d以上。Prenflo氣化爐單爐氣化煤量已達(dá)2600t/d。大型化便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和優(yōu)化操作，降低能耗和操作費(fèi)用。

氣化溫度向高溫發(fā)展Texaco氣化溫度1400～1500℃，Shell氣化溫度高達(dá)1400～1700℃，流化床氣化溫度為1000～1200℃。氣化溫度高，煤中有機(jī)物質(zhì)分解氣化，消除或減少環(huán)境污染，對(duì)煤種適應(yīng)性廣。塵降到1～2mg/m3(標(biāo))以下。

技術(shù)不斷進(jìn)步不斷開(kāi)發(fā)新的氣化技術(shù)和新型氣化爐，提高碳轉(zhuǎn)化率和煤氣質(zhì)量，降低建設(shè)投資。目前碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)98%～99%，煤氣中含CO+H2達(dá)到80%～90%。

現(xiàn)代煤氣化技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用如與燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電組合的IGCC發(fā)電技術(shù)；高壓氣化（615MPa）與低壓合成甲醇、二甲醚技術(shù)聯(lián)合實(shí)現(xiàn)等壓合成，省去合成氣壓縮機(jī)，使生產(chǎn)過(guò)程簡(jiǎn)化，總能耗降低。

環(huán)保效果更好煤氣化技術(shù)與先進(jìn)脫硫、除塵技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)環(huán)境友好，減少污染。如在氣化爐內(nèi)加入脫硫劑（石灰石），脫硫效率可達(dá)80%～90%；采用高效除塵器使煤氣中含煤炭氣化發(fā)展方向

8/11/2023《煤炭氣化工藝》氣化壓力向高壓發(fā)展氣化爐能力向大型化發(fā)展氣化壓力由常壓、低壓一、新型煤化工內(nèi)容簡(jiǎn)介1-3煤炭氣化在新型煤化工發(fā)展中的應(yīng)用①清潔能源是新型煤化工的主要產(chǎn)品。新型煤化工生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品。如柴油、汽油、乙烯原料、甲醇、二甲醚等以及一些化工產(chǎn)品②煤炭能源化工一體化。新型煤化工是未來(lái)中國(guó)能源技術(shù)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，依托煤炭資源，形成煤炭能源化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。如煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(簡(jiǎn)稱IGCC)技術(shù)。③高新技術(shù)及優(yōu)化集成。新型煤化工生產(chǎn)采用煤轉(zhuǎn)化高新技，在能源梯級(jí)利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面對(duì)不同工藝優(yōu)化集成，提高了整體經(jīng)濟(jì)效益。④環(huán)境污染得到有效治理，人力資源得到發(fā)揮是新型煤化工的一個(gè)主要發(fā)展方向

8/11/2023《煤炭氣化工藝》一、新型煤化工內(nèi)容簡(jiǎn)介1-3煤炭氣化在新型煤化工發(fā)展中的煤炭氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)。國(guó)內(nèi)近年來(lái)加大了對(duì)煤炭氣化開(kāi)發(fā)和利用，一些新臺(tái)成工藝和新生產(chǎn)方法的應(yīng)用技術(shù)，使煤炭氣化得到迅速發(fā)展。二、新合成工藝、新生產(chǎn)方法的應(yīng)用

8/11/2023《煤炭氣化工藝》煤炭氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)。國(guó)內(nèi)近年來(lái)加大了對(duì)煤1.煤炭氣化技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的氣化技術(shù)是利用煉焦?fàn)t、發(fā)生爐和水煤氣爐氣化。進(jìn)入20世紀(jì)以后針對(duì)不同煤種和氣體用途發(fā)展了幾百種氣化方法，其中以魯奇碎煤加壓氣化爐、常壓K—T爐、溫克勒氣化爐等應(yīng)用最廣。20世紀(jì)70年代以來(lái)圍繞提高燃煤電廠熱效率、減少對(duì)環(huán)境的污染技術(shù)同題，促使了新一代氣化工藝誕生。美國(guó)45個(gè)潔凈煤技術(shù)示范項(xiàng)目中有7個(gè)煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目，配套有6種煤炭氣化技術(shù)，它們是德士古水煤漿氣化技術(shù)、CE兩段式氣流床氣化技術(shù)、Destec兩段加壓氣流床氣化技術(shù)、KRW氣化技術(shù)、U-Gas氣化(灰熔聚)技術(shù)及BG／L固定床熔渣氣化技術(shù)等。國(guó)內(nèi)目前采用的煤炭氣化技術(shù)主要以常壓固定床煤氣發(fā)生爐和水煤氣發(fā)生爐為多，開(kāi)發(fā)和引進(jìn)了水煤氣兩段爐、魯奇加壓氣化爐和德士古水煤漿氣化技術(shù)。今后的發(fā)展趨勢(shì)是效率較高、煤氣成分較好的干粉煤炭氣化技術(shù)。世界煤炭氣化技術(shù)的現(xiàn)狀中國(guó)煤炭氣化技術(shù)現(xiàn)狀

8/11/2023《煤炭氣化工藝》1.煤炭氣化技術(shù)現(xiàn)狀

傳統(tǒng)的氣化技術(shù)是利用煉焦?fàn)t、發(fā)生爐和水2·利用MFT、F-T等方法用合成氣生產(chǎn)液體燃料、化工產(chǎn)品F-T合成始于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)的德國(guó)。20世紀(jì)60年代南非選用了德國(guó)的固定床技術(shù)和美國(guó)凱洛格循環(huán)流化床技術(shù)建立SASOL(薩索爾)I、Ⅱ廠，產(chǎn)品主要是汽油218萬(wàn)噸／年；柴袖150萬(wàn)噸／年、乙烯23萬(wàn)噸／年用于深加工聚乙烯和氨乙烯；丙烯46萬(wàn)噸／年用于深加工聚丙烯和丙烯腈；其他化工產(chǎn)品46萬(wàn)噸／年以及氨50萬(wàn)噸／年、硫26萬(wàn)噸／年、城市煤氣56萬(wàn)噸／年MFT稱為改良F—T合成t主要是通過(guò)在F—T臺(tái)成之后加進(jìn)ZSM-5擇形催化劑，使產(chǎn)物分布向預(yù)定目標(biāo)調(diào)整。用這種方法可以將C5～C11的份額由一般F-T合成時(shí)的30%～40％調(diào)整到70％。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》2·利用MFT、F-T等方法用合成氣生產(chǎn)液體燃料、化工3．煤制含氧化合物

煤制甲醇發(fā)展甲醇化學(xué)是煤制含氧化合物的主要途徑，稱羰基合成法。主要有煤-合成氣-甲醇-醋酐-醋酸纖維-膠片路線，即合成氣-甲醇-醋酸。羰基合成路線與乙炔法和乙烯法合成醋酸相比，成本低、設(shè)備投資少，目前巳廣泛推廣和利用，有較好前景。

8/11/2023《煤炭氣化工藝》3．煤制含氧化合物

煤制甲醇發(fā)展甲醇化學(xué)是煤制含氧化合物的主碳一化學(xué)是以含有一個(gè)碳原子的物質(zhì)(如CO、CO2、CH4、CH3OH、HCHO)為原料合成化工產(chǎn)品或液體燃料的有機(jī)化工生產(chǎn)過(guò)程。碳一化學(xué)是一個(gè)很大的領(lǐng)域，其產(chǎn)品包括由合成氣臺(tái)成燃料、甲醇及系列產(chǎn)品，合成低碳醇、醋酸及系列產(chǎn)品，合成低碳烯烴、燃料添加劑等方面。碳-化學(xué)是在20世紀(jì)70年代兩次石油危機(jī)中得到迅速發(fā)展的，其目的在于尋求化工原料“多樣化”，和能源資源“非石油化”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。近年來(lái)，隨著能源結(jié)構(gòu)的多元化發(fā)展趨勢(shì)以及碳-化學(xué)系列生產(chǎn)技術(shù)的突破，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣。碳-化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)用圖1—1表示。三、碳-化學(xué)應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)

8/11/2023《煤炭氣化工藝》碳一化學(xué)是以含有一個(gè)碳原子的物質(zhì)(如CO、CO2、CH4、C圖1-1碳一化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)

8/11/2023《煤炭氣化工藝》圖1-1碳一化學(xué)發(fā)展趨勢(shì)煤炭氣化工藝是煤化工專業(yè)的必修專業(yè)課程，本書(shū)共八章，主要內(nèi)容為煤炭氣化工藝原理、工藝過(guò)程、典型設(shè)備以及合成氣的凈化和應(yīng)用，用較大篇幅介紹了碳一化學(xué)的發(fā)展，同時(shí)對(duì)氣化主要設(shè)備——?dú)饣癄t的操作管理作了介紹。具體內(nèi)容可分為以下幾部分。第四節(jié)本課程內(nèi)容與任務(wù)

8/11/2023《煤炭氣化工藝》煤炭氣化工藝是煤化工專業(yè)的必修專業(yè)課程，本書(shū)共八章，主要內(nèi)容①氣化原理。討論氣化方法、氣化熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)過(guò)程對(duì)氣化過(guò)程的影響。②煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響。介紹了煤種及煤質(zhì)對(duì)氣化的影響.③氣化爐。討論各類氣化爐結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工藝流程、工藝條件選擇對(duì)氣化的影響等.④氣化爐的操作管理。介紹了氣化過(guò)程中如何正常、安全、經(jīng)濟(jì)地操作、調(diào)控方法及參數(shù)選定等。⑤煤氣的凈化。討論了氣化產(chǎn)品——煤氣的凈化方法、流程及典型設(shè)備。⑥F-T合成原理。介紹F-T合