化工工藝學(xué)課件：煤化工工業(yè) -

煤化工工業(yè)煤化工工業(yè)【教學(xué)目標(biāo)】本章需要掌握煤氣化、煤直接液化和煤間接液化工藝的原材料、化學(xué)反應(yīng)、工藝分類和設(shè)備特點等內(nèi)容。煤制碳一化工產(chǎn)品，需要了解煤制甲醇的有關(guān)工藝流程。煤化工工業(yè)8.1概述8.2

煤炭氣化8.3煤的間接液化——合成油8.4煤的直接液化8.5煤制碳一化工主要產(chǎn)品8.1概述1.煤化工分類煤化工是以煤為原料經(jīng)過化學(xué)加工，使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體、固體燃料，并生產(chǎn)出各種化工產(chǎn)品的工業(yè)。根據(jù)加工深度包括煤的一次化學(xué)加工、二次化學(xué)加工和深度化學(xué)加工。根據(jù)生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的不同煤焦化煤電石煤氣化煤液化傳統(tǒng)煤化工新型煤化工將煤隔絕空氣加熱使其分解的過程。產(chǎn)品主要有焦炭、煤焦油(苯、甲苯等)、焦?fàn)t氣(氫氣、甲烷、一氧化碳等)、氨水等。用于生產(chǎn)各種燃料氣，屬于潔凈能源，生產(chǎn)的合成氣，可合成液體燃料即煤間接液化，也可用于合成氨、甲醇、醋酐、醋酸甲酯等?？梢陨a(chǎn)燃料油和化學(xué)產(chǎn)品8.1概述2.煤制碳一化工以含一個碳原子的物質(zhì)為原料，合成化工產(chǎn)品和液體燃料的生產(chǎn)過程工業(yè)上稱為碳一化工。碳一化合物有CO、CO2、CH4、CH3OH等，按照工藝步驟可劃分為三個工業(yè)化層次：合成氣制?。涸线M(jìn)行加工的必要步驟。醇、醚、油、烴類、氫氣、合成氨原料氣制取下游產(chǎn)品生產(chǎn)。8.2煤炭氣化煤的氣化過程：在特定的設(shè)備內(nèi)以煤或煤焦為原料，以氧氣、空氣、水蒸氣或氫氣等作氣化劑(或稱氣化介質(zhì))，在高溫條件下通過化學(xué)反應(yīng)生成以CO、H2、CH4等可燃?xì)怏w為主要成分的熱化學(xué)過程。歷史突破：氧氣替代空氣實現(xiàn)工業(yè)煤氣化和加壓煤氣化熱點：高轉(zhuǎn)化率研究，處理低級燃料或者廢物以及生產(chǎn)氣態(tài)燃料等方向。應(yīng)用領(lǐng)域：化工合成原料氣、工業(yè)燃?xì)?、民用煤氣、冶金還原氣、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)?、燃料油合成原料氣、煤炭液化氣源、煤炭氣化制氫和煤炭氣化燃料電池等?.2煤炭氣化8.2.1煤炭氣化化學(xué)機理反應(yīng)分類總過程

水煤氣平衡反應(yīng)

氧化反應(yīng)還原反應(yīng)甲烷生產(chǎn)反應(yīng)非均相反應(yīng)：氣化劑或氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物與固體煤或煤焦均相反應(yīng)：氣態(tài)反應(yīng)產(chǎn)物之間的相互作用或與氣化劑8.2煤炭氣化主要反應(yīng)：一次反應(yīng)綜合以上各個反應(yīng)：二次反應(yīng)煤C+CH4+CO+CO2+H2+H2O8.2煤炭氣化8.2.2煤炭氣化分類按壓力不同按氣化過程供熱方式按氣化爐內(nèi)煤料與氣化劑的接觸方式

高壓煤氣化常壓煤氣化自熱式氣化外熱式氣化氣流床技術(shù)

固化床技術(shù)流化床技術(shù)固化床技術(shù)由于主氣化層建立在灰熔融的高溫區(qū)附近，煤在爐內(nèi)停留時間長，氣化劑在爐內(nèi)的氣流速度低，吹風(fēng)蓄熱，加上采用上、下吹輪番制氣，使得爐內(nèi)熱利用率高、蒸汽分解率高，煤氣初凈化容易，排灰和排氣溫度都低，爐內(nèi)熱損失少。故具有省氧、省蒸汽、省投資且氣化效率高的優(yōu)勢。優(yōu)化操作工藝可以提高碳轉(zhuǎn)化率和整體熱效率，降低運行費用。返回流化床技術(shù)備煤簡單，爐溫較低而均勻，使工藝簡化且方便，設(shè)備制造不復(fù)雜，投資不太大，具有規(guī)模適中、操作很容易掌握等優(yōu)勢。提高整體效益的關(guān)鍵在于尋找價格低廉、粘度較小且活性較高的煤源。返回氣流床技術(shù)由于煤種適應(yīng)性強，爐子操作溫度高，熱效率高，合成氣中有效組分高，原煤和氧耗相對流化床均較低，且具有運行可靠性高、自動化程度高、環(huán)保性能良好等優(yōu)勢，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的煤氣化工藝。8.2煤炭氣化三種氣化方式比較

項目固定床流化床氣流床床層內(nèi)平均溫度800~1200℃900~1000℃>1400℃溫度分布有明顯溫度梯度基本無溫度梯度完全均勻溫度場煤料在爐內(nèi)停留時間>30min數(shù)分鐘幾秒鐘氣化劑在爐內(nèi)停留時間1~2s數(shù)秒鐘幾秒鐘運行方式間歇循環(huán)加壓連續(xù)加壓連續(xù)煤種粘結(jié)性要求很嚴(yán)格低粘性不嚴(yán)格煤種活性要求不嚴(yán)格高活性不嚴(yán)格8.2煤炭氣化8.2.3氣化爐1)氣化爐的特征參數(shù)描述(1)氣化反應(yīng)器的容積氣化強度——氣化爐的生產(chǎn)能力隨煤的密度增大、停留時間的減少而增大。8.2煤炭氣化氣化爐壓力/MPa最高溫度/℃煤容積氣化強度/kg/(m3?h)固定床0.11100120~2003800~1100200~300流化床4795~89571氣流床0.11500360415007200各種氣化爐的煤容積氣化強度的比較8.2煤炭氣化(2)氣化爐的氣化效率單位質(zhì)量的原料轉(zhuǎn)化為所產(chǎn)煤氣的化學(xué)熱之比例煤氣化過程中，除去為了提供氣化過程所需要的熱而消耗掉的原料外，剩余的直接轉(zhuǎn)化為可燃?xì)怏w組分。為了減少氣化原料的使用量，可以采用其他熱源提供這部分反應(yīng)熱能，從而使氣化效率提高。(3)氣化爐的熱效率能夠提供的可以利用的全部熱量(包括氣化所產(chǎn)生的焦油、煤氣的熱)占?xì)饣?、氣化劑所具有的全部熱量及其他熱源所提供熱量的比?.2煤炭氣化2)氣化爐的兩種供熱方式(1)自熱式(2)外熱式氣化過程所需要的熱量由反應(yīng)器外部提供。熱量傳入氣化爐的方式：熱交換和熱載體。化學(xué)反應(yīng)熱

在煤中加入能在氣化爐內(nèi)發(fā)生放熱反應(yīng)的某些物質(zhì)，進(jìn)而提供熱量（如CaO）自熱式供熱反應(yīng)物優(yōu)點缺點適用場合空氣耗費少氮氣稀釋了煤氣低熱值煤氣H2高甲烷含量H2分離制造合成氣時，甲烷需要進(jìn)一步分離轉(zhuǎn)化加熱氣O2高純度煤氣需要制氧設(shè)備中熱值煤氣及合成氣CaO不需要制氧再生問題需要解決合成氣和加熱氣各種自熱式供熱方法的特點比較返回8.2煤炭氣化3)裝料與排灰影響因素：氣化爐在常壓下運行時，裝煤方法經(jīng)歷了如下發(fā)展：自由落下、不同的槽流、螺旋加料器、進(jìn)煤閥和氣動噴射。加壓裝料采用料槽閥門和泥漿泵。為了滿足氣化過程穩(wěn)定進(jìn)行，應(yīng)當(dāng)采用連續(xù)作業(yè)的自動加料方式。加料原料分布均勻性連續(xù)間歇

8.2煤炭氣化氣化爐的排灰方式與其類型有關(guān)(1)固定床氣化爐。在合適的排灰裝置上，必須注意在爐柵上保持一定厚度的灰層，以保護(hù)爐柵。選擇合適的蒸汽與氧氣比例可以保證灰渣成為松碎的固體排出，避免了使灰分熔化結(jié)渣現(xiàn)象。在此類反應(yīng)器中，所有的礦物質(zhì)組分與煤一起自上而下運動，灰渣是燃燒后基本成分。在加壓固定床氣化爐中，用類似料槽閥門的機構(gòu)來執(zhí)行排灰。8.2煤炭氣化(2)流化床氣化爐與煤有機質(zhì)聚生的礦物質(zhì)構(gòu)成均勻分布并與煤的有機質(zhì)聚生的灰的骨架，隨著氣化過程的進(jìn)行，骨架壁越來越薄，同時在機械應(yīng)力的作用下，骨架壁破碎崩潰，富灰部分成為帶有未氣化碳的飛灰。(3)氣流床氣化爐排渣的前提條件：氣化溫度應(yīng)高于灰渣的熔化溫度。排出物通常是液渣，滿足了短停留時間的工藝要求。經(jīng)過氣化爐的開口流出的液渣，在冷卻水中迅速冷卻成為粒狀固體，然后排出。8.2煤炭氣化8.2.4德士古水煤漿煤氣化法水煤漿氣化工藝：該工藝采用的水煤漿是一種煤基流體燃料，可以泵送、霧化燃燒，是一種比較理想的代油燃料。它具有一定的流動性和穩(wěn)定性。1)德士古水煤漿氣化原理屬于氣流床氣化工藝。該工藝是通過特殊噴嘴將氣化劑混合夾帶煤漿，送入氣化爐膛內(nèi)，然后在高溫條件下，原料瞬間著火、迅速燃燒，此過程會產(chǎn)生大量熱量。產(chǎn)生的煤焦被氣化同時干餾產(chǎn)物迅速分解，最終產(chǎn)物為含一氧化碳和氫氣的煤氣及熔渣。過程中煤粒被氣流分開，氣化過程受煤的粘結(jié)性影響小。8.2煤炭氣化2)德士古水煤漿氣化流程質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65%～70%

1300～1500℃

8.2煤炭氣化3)德士古水煤漿氣化關(guān)鍵設(shè)備

(1)氣化爐燃燒室：氣化反應(yīng)的場所，以耐火磚為襯里，高溫合成氣與熔融灰渣直接侵蝕耐火襯里。襯里使用周期受到限制，一般為1~2年需要更換。激冷室：安裝有激冷環(huán)、下降管、導(dǎo)氣管、水分離擋板等內(nèi)件。煤粉燃燒后產(chǎn)生的熔渣在激冷室水浴中冷卻、固化。合成氣在此冷卻并初步除塵。根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模要求，設(shè)有2~4臺氣化爐，通常1開1備或是2開1備方式運行。8.2煤炭氣化(2)煤漿泵水煤漿是高粘度、易沉降、含有固體顆粒的流體，對高壓煤漿泵的質(zhì)量要求較高，泵內(nèi)隔膜襯里需定期更換，才能使泵能長期穩(wěn)定運行。(3)燒嘴德士古氣化工藝的關(guān)鍵，燒嘴壽命直接決定著裝置的長期、經(jīng)濟(jì)運行。燒嘴通常都是三通道噴嘴結(jié)構(gòu)，中間通道走水煤漿，外層和內(nèi)層通O2。內(nèi)層通氧量小于8%，且無法調(diào)節(jié)。噴嘴結(jié)構(gòu)直接影響到霧化性能，并進(jìn)一步影響氣化效率，還會影響耐火材料的使用壽命。工業(yè)上要求噴嘴能以較少的霧化劑和較少的能量實現(xiàn)霧化，并具有結(jié)構(gòu)簡單，加工方便，使用壽命長等性能。噴嘴按物料混合方式不同，可分為內(nèi)混式和外混式，按物料導(dǎo)管的數(shù)量不同，可分為雙套管式和三套管式等。8.2煤炭氣化(4)激冷環(huán)作用：使激冷水沿激冷室下降管管壁垂直膜狀或螺旋狀流下，保護(hù)下降管不受高溫氣體及熔渣的損害。主要由激冷水流道、水分布孔、監(jiān)視孔及水分布環(huán)隙構(gòu)成。激冷環(huán)上部用螺栓和燃燒室錐部相連，下部和激冷室下降管焊接。(5)磨機主要有磨機筒體，主軸承，盤車裝置，主電機，氣動離合器，高、低壓潤滑油站及主電機減速箱稀油站等構(gòu)成。(6)碳洗塔對氣化爐來的合成氣進(jìn)行除塵，并控制水汽比的裝置。它主要由下降管、導(dǎo)氣管、兩層濕式?jīng)_擊塔板、降液管、除沫器等內(nèi)件構(gòu)成。(7)碎渣機一般安裝在氣化爐激冷室的正下方。將大塊物料破碎到50mm以下。主要由電機、液壓油泵、液壓馬達(dá)、驅(qū)動軸、破碎刀具構(gòu)成。并配置力矩監(jiān)測裝置，可以自動正反轉(zhuǎn)。8.2煤炭氣化4)德士古水煤漿氣化特點(1)連續(xù)性生產(chǎn)采用連續(xù)進(jìn)料、液態(tài)排渣，不影響氣化爐的運行，克服了固定層氣化方法間歇性排渣的缺點，提高了生產(chǎn)的連續(xù)性。國內(nèi)實際生產(chǎn)中，由于受到工藝燒嘴使用周期的限制，一般氣化爐連續(xù)運行時間在50天左右，工藝燒嘴處于高溫工況下，應(yīng)定期停爐檢查，確保裝置安全運行。(2)降低了氣體壓縮功耗采用加壓氣化，煤漿的壓力由煤漿泵提供，氧氣的壓力由液氧泵提供。氣化后的氣體壓力較高，可以省去后工序氣體壓縮所需的大量功耗。8.2煤炭氣化(3)高氣化強度氣化爐結(jié)構(gòu)簡單，氣化強度高，設(shè)備體積小，布置緊湊、生產(chǎn)能力大。(4)對環(huán)境友好高溫下進(jìn)行，產(chǎn)品氣中不含焦油、酚及大分子烴類，廢水中主要是含氰化合物，遠(yuǎn)比其他方法生產(chǎn)的廢水易于處理。氣化系統(tǒng)的水在內(nèi)部循環(huán)使用，外排量很少。且可將難于處理的工業(yè)廢水用于水煤漿的配制，大大減輕了對環(huán)境的污染。氣化排出的廢渣可用于建筑材料（如水泥熟料）的生產(chǎn)。(5)先進(jìn)的控制系統(tǒng)該工藝采用先進(jìn)的DCS集散控制系統(tǒng)，自動化程度高。系統(tǒng)安全性高，具有完善的安全聯(lián)鎖裝置。8.2煤炭氣化5)工藝運行中存在的突出問題(1)氣化爐耐火材料使用壽命短煤氣化工藝存在高溫（1400℃左右）熔融煤灰的沖刷及侵蝕問題，特別是燃燒室中下部，直接受到熔渣沖刷，腐蝕嚴(yán)重，使得耐火磚的壽命大大縮短。開停車頻繁，一般一年半左右，必須局部或全部更換。(2)燒嘴使用壽命短裝置的大部分技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都與燒嘴有關(guān)。一般燒嘴壽命在60~90天，需要定期對燒嘴進(jìn)行檢查，對有龜裂、燒蝕、磨蝕現(xiàn)象的燒嘴必須進(jìn)行修復(fù)、更換，再使用。(3)激冷環(huán)存在不少問題，如激冷室?guī)?、液位保不住、?nèi)環(huán)易變形、布水縫隙不均勻、下降管易燒壞變形等。8.2煤炭氣化(4)負(fù)荷氣化爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍不宜超出70%~110%。當(dāng)負(fù)荷變化范圍較大時，噴嘴間隙不好掌握，容易導(dǎo)致噴嘴霧化效果變差，降低碳轉(zhuǎn)化率。(5)碳轉(zhuǎn)化率氣化爐燃燒室流場為受限射流反應(yīng)流場，流場結(jié)構(gòu)主要由射流區(qū)、回流區(qū)和管流區(qū)組成。射流區(qū)的長度是由噴嘴結(jié)構(gòu)決定的，在燃燒室總長度一定的情況下，射流區(qū)長則管流區(qū)就短，通過噴嘴進(jìn)入氣化爐的物料就可能幾乎同時有部分物料流出氣化爐，影響碳轉(zhuǎn)化率進(jìn)一步提高。(6)測溫?zé)犭娕嘉挥趪娮焐淞鳑_刷區(qū)域內(nèi)，高溫物流直接強力沖刷和磨蝕使溫度傳感器在投料后僅能維持約一周的時間。通常采用分析氣體中甲烷含量來判斷氣化爐內(nèi)溫度而避免直接使用測溫儀表。8.2煤炭氣化(7)大型化噴嘴霧化效果：由水煤漿氣化噴嘴結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定，噴嘴處理煤量加大，霧化效果下降，結(jié)果導(dǎo)致碳轉(zhuǎn)化率降低，并使氣體成分變差。(8)設(shè)備超限問題目前最大的氣化爐殼體直徑為3200/3800mm，沒有超出運輸條件限制，也無超限設(shè)備。從運輸和加工制造角度考慮，直徑控制在4200mm以下較為適宜。8.2煤炭氣化6)德士古水煤漿氣化工藝的主要影響因素(1)氧煤比增加，氣化爐溫度升高，加快氣化反應(yīng)過大，對于碳轉(zhuǎn)化率影響不明顯。因為過量氧氣進(jìn)入氣化爐，會導(dǎo)致合成氣中二氧化碳量增加，冷煤氣效率降低。(2)壓力增加反應(yīng)物密度，加快反應(yīng)速率，提高氣化效率；通過加壓水煤漿的霧化質(zhì)量也得到提高；設(shè)備體積會減少，便于工業(yè)放大。減少后序氣體壓縮功。(3)助熔劑該工藝是在灰熔點以上操作，灰熔點高，操作溫度會相應(yīng)提高，對耐火磚材料提出更高的要求。添加助熔劑可以降低煤的灰熔點。（提高）8.2煤炭氣化8.2.5Shell干粉煤氣化法1)Shell煤氣化原理目前世界上較為先進(jìn)的第二代煤氣化工藝之一。過程：煤粉、氧氣及少量水蒸氣在加壓條件下并流進(jìn)入氣化爐內(nèi)，在極為短暫的時間內(nèi)完成升溫、揮發(fā)分脫除、裂解、燃燒及轉(zhuǎn)化等一系列物理和化學(xué)過程。氣化產(chǎn)物：以H2和CO為主的合成氣，CO2的含量很少。屬于氣流床氣化技術(shù)。8.2煤炭氣化2)工藝流程煤種使用煙煤，半貧煤，長煙煤和褐煤，粒徑小于0.1mm，灰分無特殊要求。比氧耗為0.31m3/m3，壓力小于4MPa。8.2煤炭氣化3)Shell煤氣化關(guān)鍵設(shè)備(1)氣化爐結(jié)構(gòu)：由內(nèi)筒和外筒兩部分組成，外筒只承受靜壓而不承受高溫，內(nèi)件形成氣化空間、爐渣收集空間、氣體輸送空間。煤粉和氧氣在氣化爐上部燃燒室中反應(yīng)，下部激冷室溫度較低。組成部件：膜式水冷壁：在氣化爐的高壓殼體中安裝用沸水冷卻的膜式水冷壁(以下簡稱“膜式壁”)，使工藝過程（即氧化反應(yīng)）在有膜式壁圍成的空腔內(nèi)進(jìn)行。氣化壓力由外部的高壓殼體承受，內(nèi)件只承受壓差，屬低壓設(shè)備。優(yōu)點：可提高Shell煤氣化技術(shù)的效率，不需要外加蒸汽，并可副產(chǎn)中、高壓蒸汽；解決熱補償問題。缺點：增大工藝操作強度，增加了工程設(shè)計的難度和制造的復(fù)雜程度。8.2煤炭氣化環(huán)形空間：位于壓力容器和膜式壁之間。容納水/蒸汽的輸出輸入管和集管，以便于檢查和維修。壓力殼體：采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，可按一般壓力容器標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計制造，材料一般用低鉻鋼。內(nèi)件：由錐形氣化爐頂、氣化爐圓筒、錐形氣化爐底、輸氣管、合成氣冷卻器、第一蒸發(fā)器和第二蒸發(fā)器等組成。破渣機：Shell原設(shè)計氣化爐底部無破渣機，在生產(chǎn)操作過程中曾發(fā)生鎖斗閥堵塞。現(xiàn)增設(shè)破渣機，再不會出現(xiàn)大渣堵塞情況。鎖渣罐：與德士古煤氣化工藝一致。8.2煤炭氣化(2)燒嘴一般安裝在氣化爐下部同一水平面上，采用成雙對稱布置，數(shù)量一般為4~6個。噴嘴借助撞擊流以強化熱質(zhì)傳遞過程，使?fàn)t內(nèi)橫截面氣速相對趨于均勻。負(fù)荷變動時可以增減進(jìn)燒嘴的粉煤量，也可調(diào)整燒嘴的運行個數(shù)來適應(yīng)。燒嘴有冷卻保護(hù)，冷卻水系統(tǒng)的作用是防止氣化爐內(nèi)高溫對燒嘴造成過熱損壞。軟水經(jīng)冷卻水泵分別打入燒嘴，出燒嘴的冷卻水進(jìn)入冷卻器冷卻后循環(huán)使用。燒嘴平時維護(hù)量極少，目前使用壽命已超過8000h。8.2煤炭氣化(3)廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)：整體為水管式，包括膜式水冷壁、多層環(huán)管束、環(huán)形空間和承壓外殼。內(nèi)件為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，用沸水冷卻，避免了高溫合成氣與承壓外殼之間直接接觸。合成氣的冷卻在多層環(huán)管束內(nèi)進(jìn)行，合成氣走膜式水冷壁及多層環(huán)管束形成的管間，水、蒸汽走多層環(huán)管束的管內(nèi)。結(jié)構(gòu)：三組多層環(huán)管束，中壓蒸汽過熱器和兩組中壓蒸汽發(fā)生器受熱面管束為翅片-管子-翅片式結(jié)構(gòu)，逐個焊在一起形成膜壁，膜壁內(nèi)的水管為盤管式，形成不同直徑的圓柱體，并嵌套在一起，由支承結(jié)構(gòu)固定，允許每個圓柱體向下自由膨脹。中壓過熱器為整體翅片管式，由高合金鋼制成。兩臺中壓蒸發(fā)器管束和環(huán)繞壁受熱面，由鐵素體材料制成，為管子－翅片－管子式結(jié)構(gòu)8.2煤炭氣化(4)高溫高壓飛灰過濾器通常采用立式過濾器過濾元件是燒結(jié)陶瓷管，一般進(jìn)口。經(jīng)陶瓷過濾器后合成氣含灰1～2mg/m3，遠(yuǎn)低于技術(shù)規(guī)定要求（<20mg/m3）。(5)激冷氣壓縮機核心設(shè)備工藝條件要求較苛刻與介質(zhì)接觸的過流部件應(yīng)具有良好的耐磨和耐蝕性：合成氣設(shè)計溫度為250℃，且含有一定量的固定顆粒、少量的HCL，HF，H2S，要求激冷氣流量較大，要求壓縮機可以適應(yīng)氣化爐130%的負(fù)荷(197172kg/h)。系統(tǒng)無備機（也有采用一開一備兩離心式壓縮機），單機運行必然對機組的整體性能要求更高。8.2煤炭氣化(6)撈渣機排渣量大，間斷排渣，對撈渣機配置要求高。Shell要求撈渣機的撈渣能力按氣化爐排渣量的兩倍設(shè)計，從而減少撈渣機臨時故障對系統(tǒng)生產(chǎn)的影響，如果再加上設(shè)備本身的設(shè)計余量，撈渣機的實際設(shè)計能力要求達(dá)到70t/h。在排渣結(jié)束時渣水幾乎充滿撈渣機的整個倉體，刮板被深埋在固渣中，這個時候的負(fù)荷是平時的幾十倍。這樣就要求撈渣機有足夠的儲備能力，過載部件如鏈條、鏈輪以及驅(qū)動系統(tǒng)要特殊設(shè)計以適應(yīng)這種工況。(7)其他設(shè)備磨煤系統(tǒng)、強制循環(huán)泵以及高壓氮氣緩沖罐等8.2煤炭氣化4)Shell煤氣化工藝的特點(1)高的熱效率。進(jìn)氣化爐的煤中約83%的熱能被利用為轉(zhuǎn)化合成氣，約15%的熱能被回收為高壓或中壓蒸汽，總的熱效率為98%左右。(2)先進(jìn)的控制系統(tǒng)。氣化操作采用先進(jìn)的控制系統(tǒng)，其中包括Shell公司專有的工藝計算機技術(shù)，為保護(hù)設(shè)備和操作人員安全，設(shè)有DCS和ESD（緊急停車）系統(tǒng)，使氣化操作在最佳狀態(tài)下進(jìn)行。具有嚴(yán)密的控制系統(tǒng)，多套控制系統(tǒng)并用。(3)對環(huán)境污染小。工藝的碳轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到99％以上，產(chǎn)品氣體相對潔凈，高溫氣化不產(chǎn)生焦油、酚等凝聚物、重?zé)N等物質(zhì)，甲烷含量很少。氣化爐高溫排出的熔渣經(jīng)激冷后成玻璃狀顆粒，性質(zhì)穩(wěn)定，對環(huán)境影響小。氣化污水含氰化物少，容易處理。8.2煤炭氣化5)Shell煤氣化工藝不足(1)系統(tǒng)復(fù)雜(2)耦合性差。(3)設(shè)備成本高。(4)水系統(tǒng)要求高。(5)技術(shù)不夠成熟。(6)氣化后工藝流程單一。(7)疲勞設(shè)備多。(8)布置結(jié)構(gòu)復(fù)雜。(9)項目建設(shè)周期和投資。8.2煤炭氣化8.2.6其他煤氣化工藝簡介1)常壓固定床/移動床氣化工藝使用鼓風(fēng)機鼓入空氣作為氣化劑，制取低熱值煤氣供工業(yè)用戶使用，而水煤氣爐使用間歇制氣工藝，制得低位熱值為4~6MJ/Nm3的煤氣，煤氣主要用于化工合成?？梢愿鶕?jù)加熱工藝對煤氣質(zhì)量的具體要求，靈活選擇使用經(jīng)過除塵、冷卻以及脫硫等凈化后的冷煤氣，或者直接使用從氣化爐出來的只經(jīng)過簡單除塵處理的熱煤氣。該氣化爐氣化強度低，限制了它的應(yīng)用范圍。同時，這些爐型對煤種要求苛刻，此類爐僅僅對于塊煤比較適合。在國外，由于大容量新型氣化爐的出現(xiàn)，該類爐型已逐漸被替換。著名的常壓固定床、移動床氣化工藝有威爾曼-格魯夏(W-G)發(fā)生爐、兩段煤氣發(fā)生爐、UGI型水煤氣爐、波蘭和法國的兩段式水煤氣爐等。8.2煤炭氣化2)加壓魯奇（Lurgi）氣化加壓魯奇氣化工藝是加壓固定床氣化工藝中比較成熟的技術(shù)。魯奇爐煤氣的組成約為CO20%、H235%~40%、CH48%~10%，魯奇爐加壓氣化技術(shù)擴(kuò)大了制氣煤種范圍，它適于采用褐煤及低變質(zhì)程度煙煤。供大城市民用煤氣已近工生產(chǎn)上的合成氣。優(yōu)點：能夠降低制氣成本，能夠生產(chǎn)高熱值煤氣。缺陷：廢水處理流程較長，工藝復(fù)雜；使用焦結(jié)性煤時，床體容易阻塞，使氣流不暢，直接導(dǎo)致煤氣質(zhì)量波動；單爐的氣化容量受煤在氣化爐內(nèi)變成煤渣的停留時間的限制無法設(shè)計得很大。8.2煤炭氣化3)常壓溫克勒（Winkler）煤氣化流化床技術(shù)發(fā)展過程中最早應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的。加入爐中的煤料粒度一般為0~10mm左右，這些細(xì)粒煤料在從下而上的氣化劑的作用下保持著連續(xù)不斷和無秩序地沸騰和懸浮狀態(tài)進(jìn)行氣化反應(yīng)。由于流化床內(nèi)氣、固相混合和接觸充分，所以煤料層內(nèi)具有均一的溫度，氣化效率高。特點：單爐生產(chǎn)能力比較大。氣化爐結(jié)構(gòu)較簡單，易于加工。缺點：粗煤氣質(zhì)量較差，主要表現(xiàn)為：煤氣中CO2含量偏高，可燃組分含量(如CO、H2、CH4等)偏低。這些現(xiàn)象是由于氣化溫度較低，二氧化碳還原和水蒸氣分解反應(yīng)進(jìn)行不徹底造成的，最終使凈化壓縮煤氣耗能增加，影響了工藝的發(fā)展。8.2煤炭氣化4)高溫溫克勒(HTW)氣化法20世紀(jì)70年代，國際上開發(fā)了兩種改進(jìn)型的流化床加壓氣化技術(shù)：一是煤的加氫氣化法(HKV)，該方法以氫氣為氣化劑生產(chǎn)代用天然氣；二是以生產(chǎn)合成氣為目的，通過提高溫度和壓力來實現(xiàn)的高溫溫克勒(HTW)氣化法。高溫溫克勒氣化工藝提高勒碳轉(zhuǎn)化率和煤氣化產(chǎn)量。當(dāng)氣化反應(yīng)溫度提高后，雖然表面上煤氣中的甲烷含量有所降低，但增加了煤氣中的有效成分。碳轉(zhuǎn)化率通過提高氣化反應(yīng)溫度和使煤氣中夾帶的煤粉經(jīng)分離后返回氣化爐使用等方法提高至96%。在煤中添加CaO后，不但脫除煤氣中的H2S等，還可以提高含堿性灰分的煤灰熔點。8.2煤炭氣化5)U-gas氣化工藝是一種流化床灰團(tuán)聚煤氣化工藝，是美國煤氣工藝研究院(IGT)在研究了煤灰團(tuán)聚過程的基礎(chǔ)上開發(fā)的。在該裝置上對世界各地多種煤樣約3600t作了系統(tǒng)的研究工作。長期試驗結(jié)果表明，該工藝基本上可達(dá)到利用各種煤有效地生產(chǎn)煤氣、減少環(huán)境的污染和將煤中的碳高效地轉(zhuǎn)化成煤氣而不產(chǎn)生焦油和油類的目標(biāo)。U-gas氣化爐是一個單段灰熔聚流化床。在床內(nèi)完成4個主要過程：煤的脫黏、脫揮發(fā)分、煤的氣化和灰的熔聚、分離。氣化劑(氧/蒸汽)分兩路進(jìn)入氣化爐：含氧較低的一股氣化劑，通過流化床分布板進(jìn)入，使流化床溫度均勻保持954~1010℃；含氧較高的一股氣化劑，以較高氣速，通過特殊噴嘴噴入。目的是在噴嘴上方形成低泡相高溫區(qū)(高出床層溫度38℃)，控制在煤灰的軟化溫度。在此溫度下，灰渣可熔聚成團(tuán)粒。當(dāng)其粒度和相對密度逐漸增大到一定程度，即能克服逆向而來的氣流阻力，落入灰斗。用水冷卻后即可排出爐外。煤氣夾帶的煤粉，經(jīng)兩個串聯(lián)的旋風(fēng)分離器分離出來，其中一個旋風(fēng)分離器裝在爐內(nèi)，能使絕大多數(shù)的夾帶物分離后返回流化床；另一個裝在爐外，進(jìn)一步分離煤氣夾帶物并返回噴嘴再進(jìn)入床層燃燒。8.2煤炭氣化6)K-T氣化法是氣流床氣化工藝中一種常壓粉煤氣化制合成氣的方法。這種方法是最早工業(yè)化的氣流床氣化方法。它采用干法進(jìn)料，在常溫下操作，屬粉煤高溫常壓液態(tài)排渣氣化法。優(yōu)點：煤種無限制；煤氣中有效成分CO+H2含量高；操作安全性能較好；碳轉(zhuǎn)化率高，褐煤氣化時達(dá)99%，煙煤達(dá)95%。缺點：為制煤粉需要龐大的制粉設(shè)備，耗電量高，氣化過程中耗氧量較大，需設(shè)空分裝置，又需消耗大量電力，需有高效除塵設(shè)備。為進(jìn)一步提高氣化強度和生產(chǎn)能力，在K-T爐的基礎(chǔ)上，后發(fā)展了謝爾—柯柏斯(Shell-Coppers)爐，即由原來的常壓操作改進(jìn)為加壓下氣化，使生產(chǎn)能力大為提高。8.2煤炭氣化8.2.7煤性質(zhì)對氣化的影響(1)煤的反應(yīng)活性不同的煤種與CO2和H2O的反應(yīng)活性不同，會造成對反應(yīng)速率的影響。在較低的溫度下，反應(yīng)活性大的煤可一直與H2O進(jìn)行分解反應(yīng)，和CO2進(jìn)行還原反應(yīng)反應(yīng)活性小的煤必須在較高溫度下才能獲得較高的反應(yīng)速率。煤焦的孔徑、比表面、礦物組成中某些具有催化活性的堿金屬和堿土金屬等的含量以及煤中的含氧基團(tuán)都影響煤的反應(yīng)性質(zhì)。8.2煤炭氣化(2)粘結(jié)性煤是否發(fā)生粘結(jié)、弱粘結(jié)或結(jié)焦等現(xiàn)象與煤在受熱后是否形成熔融的且具有不同性質(zhì)膠質(zhì)層密切相關(guān)。一般氣化過程不采用結(jié)焦或較強粘結(jié)的煤種。不同的氣化爐對于粘結(jié)性要求不同：氣流床氣化爐可使用粘結(jié)性煤，粘結(jié)性較強的煤在該類型氣化爐中仍不適用。流化床氣化爐，當(dāng)采用噴射進(jìn)料工藝時，可使用粘結(jié)性稍強的煤為原料，一般可使用自由膨脹指數(shù)約2.5~4.0的煤。固定床兩段爐僅能使用自由膨脹指數(shù)為1.5左右的煤為原料。一般，帶有攪拌裝置時可使用弱粘結(jié)性煤，不帶攪拌裝置的固定床氣化爐，應(yīng)使用不粘結(jié)性煤或焦炭。弱粘結(jié)性煤在加壓下，特別是在常壓到1MPa之間時其粘結(jié)性可能迅速增加。8.2煤炭氣化(3)水分流化床和氣流床氣化原料煤的水分應(yīng)小于5%，可使煤在破碎、輸送和加料過程中具有較好的流動性能。采用干法加料，一般要求原料煤的水分在2%以下。對固定床氣化爐必須保證氣化爐頂部出口煤氣溫度高于氣體露點溫度，所以煤的水分含量也有所限制。固定床氣化爐中，由于煤中含較多水分，將導(dǎo)致氣化所產(chǎn)生的煤氣冷卻后產(chǎn)生大量廢液，會增加廢水處理量。8.2煤炭氣化(4)灰分煤和煤焦中的灰分的存在是影響氣化過程正常進(jìn)行的主要原因之一。在一定的氣化工藝條件下，灰分愈多，隨灰渣而損失的碳量就愈多。煤中礦物質(zhì)包含著許多成分，而其中的某些組分(如As、Cd)在氣化過程中是形成污染的根源?；曳值娜劬坌袨槭腔胰劬蹥饣囊粋€重要煤質(zhì)指標(biāo)。在低于軟化點100℃且在還原性條件下，足以將其他未熔晶體“粘聚”起來的液相物大量產(chǎn)生，過程中產(chǎn)生的熔聚物具有一定強度。灰分的熔化溫度是近似溫度。它是灰分熔融而以液態(tài)方式排渣時必須超過的溫度，也可以說是燃料可能進(jìn)行操作而灰分不致發(fā)生熔融的近似的最高溫度。需要注意的是即使灰熔點相同的煤焦也可能產(chǎn)生不同的結(jié)渣程度。8.2煤炭氣化(5)揮發(fā)分指在干餾或熱解時逸出的氣、焦油、油及熱解水。在流化床和氣流床中，當(dāng)氣化爐溫度為800～900℃時，揮發(fā)分中有機物將裂解成碳和氫。在固定床中，有機物可冷凝下來。實際工業(yè)過程中，為了增加煤氣的產(chǎn)率和熱值，可以將氫、一氧化碳、二氧化碳、輕質(zhì)烴類和微量氮化合物等干餾煤氣產(chǎn)物添加到煤氣中。由于煤的種類以及它們逸出條件的不同，將在很大程度上影響到揮發(fā)分的性質(zhì)。8.2煤炭氣化(6)固定碳煤在干餾后的焦炭中的主要成分是固定碳，在氣化過程中能與水、氫氣、二氧化碳和氧氣等進(jìn)行反應(yīng)。結(jié)構(gòu)上可能是稠密的、輕質(zhì)多孔狀的、硬的易碎的、軟性的。(7)煤的機械強度煤的抗碎強度、耐磨強度和抗壓強度等構(gòu)成了煤的機械強度綜合指標(biāo)。在固定床氣化爐中，煤的機械強度與飛灰?guī)С隽亢蛦挝粻t截面的氣化強度有關(guān)，為保證氣化爐正常運行，減少帶出物量，需用機械強度高的煤。機械強度低的煤，只能采用流化床和氣流床氣化。8.2煤炭氣化(8)熱穩(wěn)定性主要表現(xiàn)：煤在加熱時，是否保持完整，是否易于破碎。熱穩(wěn)定性好壞與否，直接影響氣化進(jìn)程。當(dāng)熱穩(wěn)定性太差的煤在進(jìn)入氣化爐后，隨著反應(yīng)進(jìn)行，溫度升高，煤會發(fā)生碎裂而產(chǎn)生妨礙氣流在固定床氣化爐內(nèi)的正常流動，從而影響氣化過程的正常進(jìn)行。(9)粒度在固定床氣化爐中，煤的粒度應(yīng)該均勻而合理，細(xì)粉煤的比例不應(yīng)該太大，也可將細(xì)粉煤制成煤球用于固定床氣化爐中。流化床氣化爐一般使用3~5mm的原料煤，要求煤的粒度十分接近，以避免帶出物過多。氣流床氣化爐對原料煤粒徑的均一性和粒徑保持度的要求低。干法進(jìn)料時它使用粒度小于0.1mm，即至少要有85%小于200目的粉煤，水煤漿進(jìn)料時，要求有一定的粒度匹配，以提高水煤漿中煤的濃度。8.3煤的間接液化——合成油煤的間接液化是指煤氣化生成合成氣(CO和H2)，以合成氣為原料合成液體燃料或化學(xué)產(chǎn)品的過程。主要工藝路線合成氣費托(Fischer—Tropsch)合成毛比爾（Mobil）工藝：合成氣－甲醇－汽油(MTG)費托合成與產(chǎn)品8.3.1費托合成反應(yīng)費托合成機理機理機理內(nèi)容備注碳化物機理CO在催化劑表面上先解離形成活性碳物種，該物種和氫氣反應(yīng)生成亞甲基后再進(jìn)一步聚合生成烷烴和烯烴。能解釋各種烴類的生成，但無法解釋含氧化合物和支鏈烴的生成。羥基聚合機理鏈增長通過CO氫化后的羥基碳烯聚合，鏈終止烷基化的羥基碳烯開裂生成醛或脫去羥基碳烯生成烯烴，而后再分別加氫生成烷烴或醇。能解釋主要為直鏈產(chǎn)物和2-甲基支鏈產(chǎn)物的形成，但忽略了表面碳化物在鏈增長中的作用。CO插入機理CO和H2先生成甲酞基后，進(jìn)一步加氫生成橋式亞甲基物種，后者可進(jìn)一步加氫生成碳烯和甲基，經(jīng)CO在中間體中反復(fù)插入和加氫形成各種碳?xì)浠衔?。除解釋直鏈烴形成過程外，還可解釋含氧化合物的形成過程，但不能解釋支鏈產(chǎn)物的形成。雙中間體縮聚同時考慮了碳化物機理和含氧中間體縮聚機理，認(rèn)為甲烷的形成經(jīng)碳化物機理而鏈增長經(jīng)中間體縮聚機理。能解釋甲烷不符合Schule-Flory的原因，但不能解釋支鏈產(chǎn)物的形成。8.3.1費托合成反應(yīng)基本化學(xué)反應(yīng)：nCO+2nH2=CnH2n+nH2OnCO+(2n+1)H2=CnH2n+2+nH2O

未反應(yīng)的一氧化碳與生成的水蒸氣，在催化劑的作用下，進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，使反應(yīng)器中CO2和H2過剩，而CO不足。H2O+CO=CO2+H2

由于此反應(yīng)是不可逆的，所以在實際工藝中會有CO2產(chǎn)生，且不是嚴(yán)格按照反應(yīng)式的比例生產(chǎn)產(chǎn)物。

一般烷烴和烯烴的生產(chǎn)反應(yīng)按照如下反應(yīng)式進(jìn)行：

在大多數(shù)情況下，其主要產(chǎn)物是烷烴和烯烴。由于H2/CO比例的不同，費托合成可以發(fā)生不同的反應(yīng)，產(chǎn)生不同的結(jié)果。

一氧化碳加氫生成飽和烴和不飽和烴

8.3.2

費托合成的基本工藝合成反應(yīng)器內(nèi)的反應(yīng)過程是費托合成工藝的關(guān)鍵。在不同的條件下，費托合成法雖然可獲得多種產(chǎn)物。其存在的選擇性差和合成產(chǎn)品太復(fù)雜也是該方法的主要缺陷。

8.3.2

費托合成的基本工藝1.費托合成反應(yīng)器費托合成反應(yīng)器是間接液化工藝的核心設(shè)備，技術(shù)經(jīng)歷了固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器和漿態(tài)床反應(yīng)器三個階段。(a)固定床反應(yīng)器

(b)循環(huán)流化床反應(yīng)器(c)漿態(tài)床反應(yīng)器8.3.2

費托合成的基本工藝三種反應(yīng)器的特點：1)固定床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)：采用類似于列管式換熱器的管殼式結(jié)構(gòu)，又稱列管式Arge固定床，由圓筒形殼體和內(nèi)部豎置的管束組成，管內(nèi)裝填催化劑，管外為加壓飽和水，利用水的沸騰蒸發(fā)移熱，可以通過調(diào)整管間蒸汽壓力來控制管內(nèi)反應(yīng)溫度。主要特點：反應(yīng)溫度較低，使用沉淀鐵催化劑，不存在催化劑和液態(tài)產(chǎn)物分離的問題，積炭現(xiàn)象較少，反應(yīng)器尺寸較小，操作方便。缺點：存在著徑向與軸向的溫度梯度，催化劑難以控制在最佳的反應(yīng)溫度，且易因局部過熱而造成催化劑燒結(jié)、積炭，堵塞反應(yīng)管，催化劑床層壓降大催化劑裝卸困難、價格較高。8.3.2

費托合成的基本工藝2)流化床反應(yīng)器Sasol公司采用的流化床反應(yīng)器有兩種形式Synthol反應(yīng)器——Sasol二廠和三廠采用的循環(huán)流化床反應(yīng)器該反應(yīng)器使用熔鐵粉末催化劑，催化劑懸浮在反應(yīng)氣流中，然后被帶出反應(yīng)器，如此循環(huán)。特點：強化了氣固兩相間的傳熱、傳質(zhì)過程，床層內(nèi)各處溫度變化比較均勻，有利于合成反應(yīng)。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)得到簡化，生產(chǎn)能力顯著提高。但是其操作溫度較高（350℃），重質(zhì)氫的選擇性差，操作費用高，而且氣固兩相流速較高，設(shè)備磨損大。固定流化床反應(yīng)器——無循環(huán)的流化床反應(yīng)器，特點：催化劑在反應(yīng)器內(nèi)呈流化狀態(tài)，氣速比循環(huán)流化床低，減少了磨損，造價及反應(yīng)器體積得到了降低，解決了在反應(yīng)器內(nèi)氣固分離的問題目前在Sasol公司已逐步取代Synthol反應(yīng)器。8.3.2

費托合成的基本工藝3)漿態(tài)床反應(yīng)器它是一個三相流化床，用來生產(chǎn)石蠟和重質(zhì)燃料油。優(yōu)點：適應(yīng)現(xiàn)代氣化爐生產(chǎn)出的合成氣，H2/CO較低，不用變換即可通入漿態(tài)床，因為油液相存在，傳熱良好，可以控制反應(yīng)不致催化劑失活。缺點：反應(yīng)物需要穿過床內(nèi)液層才能到達(dá)催化劑表面，傳質(zhì)阻力大，傳遞速度小，表現(xiàn)為催化劑活性小，同時在技術(shù)上還需解決液固分離的問題。與流化床相比，漿態(tài)床的反應(yīng)溫度較低，操作條件和產(chǎn)品分布的彈性大。8.3.2

費托合成的基本工藝2.費托合成的關(guān)鍵影響因素1)催化劑主要有鐵、鈷、鎳和釕，但至今只有鐵用于工業(yè)生產(chǎn)。有加氫活性，對硫敏感，易中毒。不同催化劑的適應(yīng)的反應(yīng)器類型是不相同的。熔鐵催化劑用于流化床反應(yīng)器，先將磁鐵礦與助熔劑熔化，然后用氫氣還原制成，活性較小，強度較高。鐵催化劑由鐵鹽水溶液，經(jīng)過沉淀、干燥和氫氣還原制成。該催化劑在合成低分子產(chǎn)品時，適應(yīng)較高溫度320~340℃。加鉀活化，具有比表面積高和熱穩(wěn)定性好的結(jié)構(gòu)，可并載于載體上。8.3.2

費托合成的基本工藝2)原料氣組成合成反應(yīng)速率的快慢受原料氣中有效成分含量高低的影響。主要體現(xiàn)：原料氣中的H2/CO之體積比值高低，影響反應(yīng)進(jìn)行的方向。CO+H2含量高，反應(yīng)速度快，轉(zhuǎn)化率也隨著增加，反應(yīng)放出熱量多，床層易于超溫。水汽的存在增加一氧化碳變換反應(yīng)，使一氧化碳的有效利用率降低，同時也降低合成反應(yīng)速率。為了提高H2與CO利用比，可以提高合成氣中H2/CO之比值和反應(yīng)壓力，排出反應(yīng)中的水汽。8.3.2

費托合成的基本工藝3)反應(yīng)溫度催化劑決定了費托合成反應(yīng)溫度。高活性的催化劑，其合成的溫度范圍較低。生產(chǎn)過程中必須嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度。副反應(yīng)的速率也隨反應(yīng)溫度升高而增大。4)反應(yīng)壓力反應(yīng)壓力不僅影響產(chǎn)物的組成和產(chǎn)率，而且也影響催化劑的活性和壽命。隨著壓力增加，產(chǎn)物重餾分和含氧化物增多，產(chǎn)物的平均分子量也隨之增加。8.3.2

費托合成的基本工藝5)空速控制適宜的空速也相當(dāng)重要。在適宜的空速下合成油能保證較高油收率?？账僭黾訒r，一般轉(zhuǎn)化率降低，產(chǎn)物變輕，并且會生成大量烯烴。8.3.3

幾種間接液化的典型工藝1．高溫合成技術(shù)Synthol流化床合成屬于高溫費托合成技術(shù)，采用鐵催化劑，同時采用富H2合成氣和較高的反應(yīng)溫度操作，產(chǎn)物很輕，基本上不生成蠟，汽油產(chǎn)率很高。

1)Synthol流化床合成工藝2)Synthol流化床合成條件一般反應(yīng)器直徑為2.25m，總高度36m。為了防止催化劑被蠟粘結(jié)在一起，采用較高的溫度（320～340℃）和富氫操作，合成氣H2/CO摩爾比為6:1，反應(yīng)壓力2.26～2.35MPa。催化劑循環(huán)量6000t/h，新鮮原料氣量為90000～100000m3/(h·臺)，使用粉末(粒度<74μm)熔鐵催化劑，催化劑壽命為40天左右。1)Synthol流化床合成工藝1-反應(yīng)器；2-催化劑沉降室；3-豎管；4-熱油洗塔；5,10,11-換熱器；6-氣體洗滌分離塔；7-分離器；8-水洗塔；9-開工爐；12,13-壓縮機

返回3)Synthol流化床合成關(guān)鍵設(shè)備——循環(huán)流化床CFB反應(yīng)器組成：反應(yīng)器、沉降漏斗、旋風(fēng)分離器和多孔金屬過濾器組成。優(yōu)點：CFB反應(yīng)器初級產(chǎn)物烯烴含量高，相對固定床反應(yīng)器產(chǎn)量高，在線裝卸催化劑容易，裝置運轉(zhuǎn)時間長，熱效率高，壓降低，反應(yīng)器徑向溫差低。缺點：裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資高，操作繁瑣，檢修費用高，反應(yīng)器進(jìn)一步放大困難，對原料氣硫含量要求高。2．低溫合成技術(shù)列管式固定床反應(yīng)器技術(shù)、漿態(tài)床反應(yīng)器技術(shù)1)Arge固定床反應(yīng)器合成工藝流程與反應(yīng)器特點固定床合成工藝流程管式固定床反應(yīng)器的特點：操作簡單；費托產(chǎn)物在寬溫度范圍下都可使用；完全沒有從催化劑上分離液態(tài)產(chǎn)品的問題，適宜蠟的生產(chǎn)；催化劑活性損失不嚴(yán)重，受合成氣凈化裝置波動影響較小。缺陷：大量反應(yīng)熱要導(dǎo)出，催化劑管直徑受到限制；合成氣通過催化劑床層壓降大，尾氣回收循環(huán)壓縮投資高；催化劑更換困難，耗時多；裝置產(chǎn)量低，增加反應(yīng)器直徑、增加管數(shù)來提高裝置產(chǎn)量有困難。

固定床合成工藝流程1-反應(yīng)器；2-蠟分離器；3-換熱器；4，5-冷卻器；6-壓縮機；7，8，9，10，11，12-分離器；13，14-泵

返回2)SSPD漿態(tài)床反應(yīng)工藝與反應(yīng)器優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，易于安裝，放大容易，單臺反應(yīng)器生產(chǎn)能力大；反應(yīng)物混合均勻，具有良好的傳熱性能，有利于反應(yīng)溫度的控制和反應(yīng)熱的移出，可實現(xiàn)等溫操作，可用更高的平均操作溫度實現(xiàn)更高的反應(yīng)速率要求。漿態(tài)床反應(yīng)器單位反應(yīng)器體積的產(chǎn)率高成本低?？稍诰€裝卸催化劑；壓降不到小，合成氣循環(huán)量小，可有效地節(jié)省壓縮費用。需要注意的是，催化劑和蠟分離技術(shù)是漿態(tài)床反應(yīng)器能否連續(xù)長期運行的關(guān)鍵。8.4煤的直接液化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，技術(shù)密集型、高投資、大資金流和大型基地化現(xiàn)代新型能源化工產(chǎn)業(yè)。產(chǎn)品市場：發(fā)動機用液體燃料油或者其他化工產(chǎn)品，分類：煤直接液化的發(fā)展歷程。直接液化間接液化在溶劑油存在下通過高壓加氫使煤液化的方法稱，包含煤的熱解和加氫裂解兩個最基本的過程8.4.1

一般工藝1)反應(yīng)原理煤炭直接液化是在高溫高壓下，借助供氫溶劑和催化劑，使氫元素進(jìn)入煤及其衍生物的分子結(jié)構(gòu)，從而將煤轉(zhuǎn)化為液體燃料或化工原料的先進(jìn)潔凈煤技術(shù)。在溫度大于400℃，壓力高于10MPa的條件下，鍵能較小的煤的大分子結(jié)構(gòu)將受熱分解，基本結(jié)構(gòu)單元之間的橋鍵首先斷裂，生成較小分子的自由基。此時如果遇到外界分子氫，自由基將發(fā)生加氫反應(yīng)，形成穩(wěn)定的低分子物，從而避免因重新聚合生成聚合物或大分子。8.4.1

一般工藝2)一般工藝過程單段液化(SSL)：典型的單段液化工藝主要是通過單一操作條件的加氫反應(yīng)器來完成煤的液化過程，在相當(dāng)復(fù)雜的液化反應(yīng)中，為了提高液化油的產(chǎn)率，必須嚴(yán)格控制縮聚等逆反應(yīng)過程。兩段液化。兩段液化是指煤在兩種不同反應(yīng)條件的反應(yīng)器中加氫反應(yīng)。根據(jù)不同的反應(yīng)條件將液化過程分成兩步：在相對溫和的條件下進(jìn)行第一段反應(yīng)，可加入或不加入催化劑，主要目的是將煤液化獲得較高產(chǎn)率的重質(zhì)油餾分。在第二段中則將第一段生成的重質(zhì)產(chǎn)物進(jìn)一步液化，此過程采用高活性的催化劑。優(yōu)點：煤液化反應(yīng)中可逆反應(yīng)過程減少、煤適應(yīng)性增大、產(chǎn)物質(zhì)量提高和液化產(chǎn)物的選擇性增大。8.4.1

一般工藝過程內(nèi)容：制備單元加氫反應(yīng)單元粗油分離單元產(chǎn)品精制單元特點：要求較高的煤種，產(chǎn)品收率高以及熱效率高。研究方向：加氫循環(huán)溶劑尋找高活性催化劑改善反應(yīng)床開發(fā)更加可靠的液固分離手段以及對各過程進(jìn)行優(yōu)化8.4.1

一般工藝3)主要設(shè)備(1)動設(shè)備包括大型壓縮機、泵和閥門。技術(shù)難點：大流量輸送，工作溫度高（400～450℃），壓力高（最高達(dá)20MPa），固體顆粒度大，在H2S高溫臨氫等強腐蝕環(huán)境下工作。(2)靜設(shè)備包括：大型和特大型反應(yīng)器、熱交換器、各類壓力容器制造難點：需要解決鋼材冶煉、鍛造、熱處理、組裝焊接和檢測等各方面的問題。8.4.1

一般工藝4)影響煤直接液化的因素(1)操作條件溫度煤在400℃以上時開始熱解，如果溫度過高則一次產(chǎn)物會發(fā)生二次熱解，生成氣體，使液體產(chǎn)物的收率降低。不同的工藝所采用的溫度大體相同，為440~460℃。壓力理論反應(yīng)要求有高的壓力，但其會降低生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性，并導(dǎo)致系統(tǒng)技術(shù)難度和危險性增加。正在開發(fā)的新生產(chǎn)工藝以降低壓力條件為重點目標(biāo)。8.4.1

一般工藝(2)原料煤揮發(fā)分：越高，易于煤直接液化，要求揮發(fā)分大于35%?；曳郑哼x用煤的灰分一般小于10％?；曳诌^高，進(jìn)入反應(yīng)器后將降低液化效率，還會產(chǎn)生設(shè)備磨損等問題氫碳比：越大，液化所需的氫氣量也就越小含氧官能團(tuán)酯類化合物：促進(jìn)煤液化反應(yīng)起積極的作用酚類化合物：促進(jìn)煤液化反應(yīng)起著負(fù)面作用8.4.1

一般工藝(3)供氫溶劑溶劑作用：有效地分散煤粒子、催化劑和液化反應(yīng)生成的熱產(chǎn)物，改善多相催化液化反應(yīng)體系的動力學(xué)過程，將煤與溶劑制成輸送漿液。通過溶劑的脫氫反應(yīng)提供煤液化需要的活性氫原子，或提供反應(yīng)體系中活性氫的溶解和傳遞介質(zhì)。斷裂有機質(zhì)中的鍵，主要利用溶劑溶脹和軟化煤顆粒的作用。使催化劑分散和萃取出吸附在催化劑表面上的毒物。煤直接液化后的重質(zhì)油作為溶劑，且循環(huán)使用8.4.1

一般工藝5)粗油提質(zhì)加工(1)過濾早期方法，此法是最常用的固液分離方法。要達(dá)到良好的分離效果，需要采用輔助措施：加油稀釋后離心過濾；循環(huán)油中瀝青烯較多，使煤漿粘度高，反應(yīng)系統(tǒng)操作困難加壓熱過濾預(yù)涂硅藻土后真空過濾：可提高過濾速度，但增加成本普遍缺點：處理量小，需要較多的單體設(shè)備、較大的場地和較多的人力，工作環(huán)境也比較惡劣。8.4.1

一般工藝(2)反溶劑法反溶劑：對前瀝青烯和瀝青烯等重質(zhì)組分溶解度很小的有機溶劑。通常是含苯類的溶劑油。反溶劑與料漿的混合比一般為0.3~0.4?；旌虾罅蠞{中的固體微粒從平均1增加到17，溶劑精制煤灰分降低到0.1%左右。對反溶劑的要求是：瞬時偶極矩小，形成氫鍵的能力弱H/C原子比1~2.5對煤的液化產(chǎn)物有適當(dāng)?shù)娜芙舛取?.4.1

一般工藝(3)超臨界萃取脫灰用于兩段集成液化工藝。流程：將淤漿在混合器中與溶劑混合，一起進(jìn)入沉降器固體集中在下層重流動相，液化油集中在上層輕流動相重相再進(jìn)入下一個分離器，分離出溶劑，留下固體殘渣輕相流入第二沉降器，由于壓力降低，液化煤的溶解度下降，大部分析出、得到的是含灰0.1%的SRC此法采用的溶劑主要是含苯、甲苯和二甲苯的溶劑油。8.4.1

一般工藝(4)真空閃蒸過程：將含固體殘渣的粗油料漿在熱分離器中加熱，分出氣體和輕油；液態(tài)物料進(jìn)入閃蒸塔，在約400℃高溫下閃蒸，蒸出氣化成分。塔底留下瀝青烯、煤及礦物質(zhì)等不能揮發(fā)的成分。優(yōu)點：操作設(shè)備大為簡化、處理量大增；循環(huán)油不再含瀝青烯，煤漿粘度降低，反應(yīng)性能改善；缺點：殘渣中部分重質(zhì)油降低了液體產(chǎn)物的總收率提高過程的熱效率和經(jīng)濟(jì)效益途徑——液化殘渣的利用：①干餾?；厥諝堅械挠?，增加液體產(chǎn)品總收率。②氣化制氫。液化殘渣可在德士古氣化爐中轉(zhuǎn)化為合成氣，經(jīng)凈化和變換等工序即可制得氫氣。③燃燒。主要用于鍋爐和窯爐燃燒。8.4.1

一般工藝6)煤直接液化工藝中的關(guān)鍵問題(1)選擇合適的催化劑催化劑對轉(zhuǎn)化為蒸餾油的過程是不可缺少的，而對煤的初級加氫反應(yīng)影響不大。直接液化至關(guān)重要的環(huán)節(jié)是選用合適的催化劑。(2)選擇合適的煤選擇煤的標(biāo)準(zhǔn)：煤的可磨性好。煤的灰分及其組成：要求煤中的灰分低，一般小于5%；灰中的Fe、Co、Mo等元素對液化起催化作用，Si、Al、Ca、Mg等元素易產(chǎn)生結(jié)垢，影響傳熱。要求煤中有較高的氫含量和較低的氧含量煤巖的組成即絲質(zhì)組成高低對煤的液化性能影響較大。要求煤中有較低含量的硫分和氮等雜原子。8.4.2典型煤直接液化工藝有代表性的煤直接液化技術(shù)

國別裝置或工藝實驗規(guī)模/t/d試驗時間地點開發(fā)機構(gòu)美國EDS2501979~1983BaytownEXXON美國H-COAL6001979~1982CatlettsburgHRI美國HTI—Process31995~至今LawrencevilleHTI德國IGOR2001981~1987BottropRAG/VEBA日本NEDOL1501996~1998日本鹿島NEDO8.4.2典型煤直接液化工藝1.IGOR工藝

1)IG工藝原理工藝過程包含兩段：煤漿液相加氫：將煤轉(zhuǎn)化為粗汽油和中油。中油氣相加氫：將上述產(chǎn)物加工成商品油的氣相加氫過程，8.4.2典型煤直接液化工藝2)IGOR工藝流程8.4.2典型煤直接液化工藝改進(jìn)(相比于IG工藝)：把煤的直接