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1、第四章,煤化工单元工艺,煤化工工艺,煤的干馏 煤的气化 煤的液化 煤化产品的深加工,煤的转化利用,原煤,预处理,燃烧,气化,液化,热解,炼焦,成型,精燃料,低热值煤气,合成气,残渣,半焦,电能,热,还原气,氢,燃料气,车用燃料,化学品,冶金焦,型焦,山西北威新能源煤化工技术有限公司灰熔聚流化床粉煤气化技术,以碎煤为原料，以空气、富氧或氧气为氧化剂，水蒸气或二氧化碳为气化剂，在适当的煤粒度和气速下，使床层中粉煤沸腾，床中物料强烈返混，气固两相充分混合，在部分燃烧产生的高温 (950-1100) 下进行的煤的气化,山西北威新能源煤化工技术有限公司甲醇制汽油（MTG）项目,利用劣质煤和焦炉煤气生产汽
2、油的MTG合成油示范工程,甲醇制丙烯（MTP）三合一技术和设备,德国甲醇制丙烯（MTP）技术 “三合一”工艺技术主要内容： 粗煤气的净化Lurgi低温甲醇洗工艺技术 合成气制甲醇Lurgi低压法甲醇合成工艺技术 甲醇制烯烃Lurgi MTP工艺技术,60万吨/年以上大型甲醇技术和设备,改进的气化工艺 高效能的甲醇合成工艺 独特的单线大生产能力 低投资成本 最先进的技术，已被证实的可靠技术 新一代的最经济、最可靠的甲醇合成技术,甲醇制柴油、汽油（MTDG）,煤炭气化,甲醇制合成油工艺,甲醇制丙烯,大型甲醇技术,活性焦,甲醇制柴油、汽油(MTDG),工艺亮点:1.甲醇制合成燃料可以按8:1到1:1
3、的比例根据市场需要确定转化柴油、汽油范围；2.柴油可以满足严格的规格要求及燃烧特点和倾点特性；3.汽油无需掺合提级；4.收率比费托合成高。,北威污水处理专用活性焦,可有效进行焦化、化工、造纸、制药、颜料、食品、酿造等工业领域的污水处理和城市生活污水的处理,煤的干馏,tion在隔绝空气条件下,高温干馏(炼焦)： 在炼焦炉中隔绝空气于 90000进行的干馏过程。,低温干馏： 在较低终温(5一600 )下进行的干馏过程,焦炭,焦炉气,煤焦油,粗苯,加热分解,煤,干馏与分馏的区别？,褐煤：脱羧基反应,热解，解聚和分解反应,高温干馏 高温炼焦,低温干馏,煤在热分解过程中形成的胶质体在颗粒界面扩散使煤粒因
4、缩合力而粘结在一起，形成半焦。 将半焦继续加热至1000C的过程中，半焦继续分解。在这一阶段挥发组分增加，几乎为总挥发量的一半。半焦体积减少引起的收缩不能与重量减轻相适应，从而使整块半焦碎裂并形成焦炭块。 焦炭的质量取决于裂级和气孔的多少、气孔壁的厚度。焦炭的强度取决于煤的粘结性和气孔壁结构 。,气孔率：在成焦过程中，液相胶质固化时在中间留下许多气孔。气孔体积占总体积的百分比称为气孔率。 一般焦炭的气孔率约为3555%. 气孔太多、气孔壁太薄，焦炭强度越差。,结焦性：在工业条件下，粉碎的煤形成焦炭性能。结焦性包括保证结焦过程顺利进行的所有性质，粘结性是其中之一。 结焦性好的煤，粘结性一定好，但
5、粘结性好的煤结焦性不一定好,炭化室内各部位的煤同时进行着不同成焦阶段,成焦特征,高温干馏-炼焦,焦炭质量的好坏对高炉生产有重要作用 作为骨架，保持高炉的透气性； 提供热源； 作铁矿石的还原剂。,煤,焦炭,炼铁的原料,我国炼焦煤特点,高挥发分粘结煤，灰分低、含S少、易洗选。储量最多。 肥煤灰分高、含S多、难洗选。有一定储量。 灰分高、难洗选焦煤储量少。,多数焦化厂都采用多种煤配合炼焦,高挥发分弱粘结性煤成焦气孔大，气孔壁薄，易脆成粉末 强粘结性煤形成的焦炭气孔均匀致密呈网状或纤维状结构，较坚固。,配煤原理,实质： 适当提高煤料的粘结性,控制裂纹度的发展, 保证提高焦煤质量, 并扩大炼焦用煤的来源
6、,焦粉,炼焦配煤的质量要求,(1)水分l一11 (2)细度小于3mm的颗粒占配煤的百分数，72一0 (3)灰分10加和性计算 (4)硫分1加和性计算 (5)配煤的煤化度,现代焦炉,焦炉的结构 炭化室 燃烧室 蓄热室 斜道区 炉顶区,炼焦新技术,扩大炼焦用煤来源，在配煤中增加弱粘结煤和不粘结煤的比例 （1）捣固炼焦 （2）煤的炉外预热或干燥,装煤时加以捣固措施，以增加装煤量、煤的堆积密度， 提高生产能力。结焦时间长2小时。,将煤预热到5070C后再装炉，可以降低水分，提高堆密度，缩短炼焦时间，提高焦炉生产能力15%. 如果将煤预热温度提高到150200C，则需相应输送技术或采用特殊流程。,（3）
7、配型煤 （4）添加粘结剂等,将粉煤压块后再配煤，可以提高弱粘结性煤的比例， 扩大炼焦煤源，降低炼焦成本。 型煤配煤的焦炭强度也有提高，焦炭的耐磨性也有改善。,该法是利用出炉焦的热量来加热惰性气体，再用惰性气体加热锅炉水产生蒸汽的方法。提高了炼焦生产的热效率。每吨焦可回收15001670MJ热能，回收率达80%,可产蒸汽400kg以上.,(5) 干法熄焦 (6)干法熄焦与煤预热联合,干法熄焦但热量用来预热煤，可以提高焦炭质量。,图 9.40,图 9.41,图 9.42,低温干馏：,适合于低温干馏的煤是无粘结性的非炼焦用煤，如褐煤或高挥发分烟煤 半焦的反应性与比电阻比高温焦高得多，而且煤的变质程度
8、越低，其反应性和比电阻越高 半焦的高比电阻特性，使它成为铁合金生产的优良原料。 半焦硫含量比原煤低，反应性高，燃点低(250 左右)是优质的燃料，也适合用于制造活性炭，炭分子筛和还原剂等。,气化反应： CO2 + C= 2CO,煤焦油的性质,典型的回收与加工化学产品的流程,焦炉 焦炉,煤气冷却,煤气脱焦油,鼓风机,煤气脱硫,氨回收,脱苯,煤气压缩,煤气细脱硫,脱苯,煤气脱苯,煤气计量,焦油加工,焦油回收,脱酚氨水,回收硫或硫酸,硫铵回收,苯回收,粗苯精制,煤气管线,加热煤气,氨水,酚、萘、蒽,沥青,焦油,酚,硫或硫酸,硫铵,废水,用过的净化物,粗苯,萘,苯、甲苯、二甲苯,炼焦化学产品回收流程简
9、图,化学产品回收工艺,硫铵和粗轻吡啶的制取 油洗萘工艺 黄血盐 粗苯的回收和精制(溶剂吸收法) 吸收剂 焦油洗油 石油洗油,煤化程度 对热解的影响,煤化程度对热解的影响,加热终温对热解的影响,升温速率对热解的影响,高温炼焦的发展,焦炉的大型化与高效 高炉容积的增大、生产能力增加；提高炭化室的高度、长度 提高生产率：强化炉墙的传热强度 缩短结焦时间 提高炉墙的热导率和减薄炉墙厚度,煤的气化（Coal gasification),高温(900一1300),煤气： H2、CO、CH4等气体,煤、焦炭或半焦等,气化剂,水蒸气 空气 O2,燃料气,化工原料气（合成气）,发电,煤气化技术的应用,工业燃气
10、城市煤气 冶金还原气 化工原料气 新发电技术的燃气,煤气化是今后发展煤化工的主要途径,根据所用气化剂和所得产物的不同，可燃气体大致可分为：,煤气化的基本原理,吸热反应，温度高有利,高压气化可得到甲烷含量高的高热值气体,三类煤气化炉,固定床（移动床）气化炉,块状原料煤一般用固定床气化炉。在上部加料，随气化过程进行料层慢慢下降，同时气化剂由下向上逆流通过。 优点：操作费用低、炉总效率高。 缺点：热煤气流经煤层时容易将煤加热使其干燥，产生焦油和酚混在煤气中，使净化困难；对于有粘性的煤，还需设置破粘装置；需设置转动炉箅；操作周期短、维修费用大。,10100mm,沸腾床气化炉,细煤粉宜用沸腾床气化。 优
11、点：连续生产、温度分布均匀、温度调节快、炉子构造简单、投资少。 缺点：有返混现象、反应温度受原料灰熔点限制、不适宜于粘结性煤和好煤。,08mm,气流床气化炉,很细的粉尘煤用气流床气化。通常煤与气化剂并流进入气化炉。 优点：用粉煤比用块煤价格低、不受煤种限制、无焦油酚等副产物、废水少、可以用加压气化法提高生产能力。 高压气化缺点：对灰熔点高的原料煤排渣困难、气化效率较低。因为必须采用很高温度才能气化。,0.1mm,C(S)+H2O(g) CO(g)+H2 (g) C(S)+2H2O(g) CO2(g)+2H2 (g),水煤气,C(S) + O2(g) 2CO2(g）-406kj/mol,2C(S
12、) + O2(g) 2CO(g）(总),CO2(S) + C(S) 2CO(g)+162kj/mol,煤的气化过程,煤性质对气化的影响,煤的反应活性(反应性) 活性高有利 粘结性：不粘结或弱粘结性煤。G18加搅拌破粘 结渣性 结渣率5%难结渣煤 煤灰的粘温特性 灰渣粘度250Pa.s 热稳定性 机械强度 粒度分布 燃料的水分、灰分和硫分,煤气化过程的指标,煤气产率Nm3kg(煤) 气化强度kg(煤)m3.h 气化效率 热效率,煤气化工艺,移动床煤气化 逆流 碎煤流化床气化 煤的气流床气化 并流,一、移动床气化法,1. 常压气化 用空气和水蒸气作气化剂，生产低热值的发生炉煤气作工业用煤气。用块状
13、煤，固态排渣。气化炉常为圆形，下有转动炉箅，燃料从上部加入，气化剂由下向上逆流导出。炉内从上到下分为煤干燥、干馏、气化、燃烧层。 2. 鲁奇加压气化 加压气化与常压气化的不同只是操作压力不同，煤的适应范围不同，操作过程和炉结构都大同小异。 3. 液态排渣加压气化法 炉的上部与鲁奇法一样，下部不同 4. 鲁尔100加压气化炉 操作压力更高10MPa.甲烷含量显著增加，氢含量减少,过程：粒度530mm的煤间歇加入炉内，但炉内布料器上存煤多，煤进入炉膛燃烧区是连续的。炉内设有破粘装置。,加压气化优点：能耗低、煤气热值高,鲁奇加压气化法特点,优点：物料逆流操作、氢耗低、C含量恒定，动力学条件好，气体作
14、合成气时压缩费用低。 缺点：煤的粒度要求严格，粒度小的煤可使生产能力下降；需要处理产生的低温干馏气体；水蒸气转化率低，只有3040%. 水蒸气转化率可采取液态排渣措施来提高。 用出炉粗煤气(含有水蒸气)与热粗煤气发生变换反应，可以减少水蒸气的消耗。,特点：蒸汽用量少、气化温度高灰渣为液态。熔渣连续从下部排出后进入急冷室，冷成固体从灰箱排出。因此产生的废水少、COH2可在较宽范围内调节，煤气适宜作合成气。,二、 沸腾床气化法,沸腾床气化法也称温克勒(Winkler)气化法，（Winkler、HTW法） 优点：煤气生产能力弹性大、氧气耗量低、开停操作简单、运行可靠、原料煤处理费用低、粉煤可全部利用
15、，即使灰分为40%的煤也能运行。 缺点：比高压法成本高，不适宜粘结性煤，气化温度必须低于灰熔点，灰中含C量高。,三、气流床气化法,1. 考伯斯托茨克气化法 Koppers-Totzek法是用氧气和水蒸气作气化剂的常压气化法，用细粉煤与气化剂并流的气流床产生煤气的方法。 2. 德士古气化法 一种粉煤加压液态排渣方法。要求原料煤粒度小于0.1mm制成水煤浆，煤浓度70%。用泵将煤浆加入气化炉，在1400C和4.0MPa下与氧气反应，生成熔融灰渣排出,煤干燥和粉碎煤在同一工序进行。 煤干燥用燃烧煤的热烟气，烟气把煤粉输送到煤槽，再用旋风分离器将烟气和煤粉分离。 烟气除尘最后用电除尘器控制标准。,特点：,从给料机吹氧气和水蒸气将煤送入反应器，氧气、泄气与原料煤粉比例由温度确定，大部分灰分以液态排出。气化温度约15001600C，C的转化率高。 KT法主要用于生产合成气。有机物全部转化成稳定的物质如CO2、CO、H2、H2O等。气化炉中部氧化热量用于产生10MPa的高压蒸汽。气化炉本身也可用水间接冷却产生低压水蒸气。但煤气需经二次水洗后再分离，经电除尘后才到后续工序继续加工。,用废热锅炉回收热量产生蒸汽，粗煤气冷却到200C后冷却并洗涤,特点：在煤气化过程中加入石灰脱硫，脱硫率高，且煤气在高温下送去燃气轮机，提高了能量利用率。用余焦燃
