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1、二十一世纪的煤化工,煤炭的焦化,煤炭的气化 煤炭的液化 煤炭的地下气化,煤炭的化学加工,煤炭的焦化,煤炭的气化,煤炭的液化,煤 炭 的 焦 化,一、基本原理 配合煤隔绝空气被加热到1000C，软化、熔融并发生一系列的分解和聚合反应，放出气体（CO、CH4、H2、H2S、烷烃类以及芳烃类气体）和焦油，最后生成焦炭的过程。,二、煤炭焦化的工艺过程,焦炉,配合煤,气、肥、焦、瘦,焦 炭,冷凝,焦油加工,焦油,工业萘、洗油、酚、 蒽、轻油,煤气净化,氨、粗苯、硫磺、净煤气,焦化工业存在的主要问题,焦炉以中小型焦炉为主（小于4米）；焦炭质量受矿区产煤品种的限制，焦炭 质量 难以调整提高； 环境污染治理技
2、术有待提高； 化学产品品种单一。,顶装焦炉炭化室高度： 6米、5.5米、5米、4米捣固焦炉的炭化室高度： 4.3米、 3.8米、 3.2米、 2.5米,焦炭质量参数： 挥发分（1.2%） 水分（6%） 灰分（13%） 硫分（78%）、M25、M10（8%）,焦化工业发展的方向,焦炉大型化 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。2 捣固炼焦技术 捣固炼焦的入炉煤中,弱粘性高挥发分煤配入量可高达70%80%,甚至几乎可用100%的肥气煤炼焦。日前,中国自行开发设计的炭化室高4.3m、宽500mm的捣固焦炉已建成投产,采用经改进的捣固装置,操作效率有很大提高。,(4)除尘地面站与车载
3、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： 干式除尘方式 湿式除尘方式 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装煤出焦二合一干式地面站除尘方式,(5)干法熄焦(CDQ) CDQ技术不仅可以回收红焦的显热,改善焦炭质量,还可减少湿法熄焦对大气的污染,是重点开发和推广的炼焦节能与环保技术。 中国发展CDQ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,以节省投资。 CDQ装置产生的蒸汽将用于发电或并入生产用蒸汽管网。,煤调湿(CMC) CMC是将炼焦煤料在装炉前除掉一部分水分,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、环保和经济效益受到普遍重视,并得
4、到迅速发展。 1996年中国第一套CMC装置在重钢焦化厂投产,采用的是导热油传热方式,系统较为复杂、投资高。 目前,鞍山焦耐院正在开发工艺简单、投资省的以蒸汽为热源的CMC装置,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,将装炉煤的水分稳定在6%左右。,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,仅在大型焦化厂得到应用。 比较适合中国国情的是中国自行开发的改良ADA法、PDS法和HPF法脱硫工艺。 改良ADA法及PDS法以钠为碱源,脱硫效率高,塔后煤气含H2S可降到20mg/m3以下,符合城市煤气标准。,为何一定要脱除煤气中硫化氢？ 硫化氢能腐蚀设备、污染
5、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。当焦炉煤气用在以下方面时，必须净化到下列程度： 炼钢： 2-3克/标米3 化学合成： 1-2毫克标米3 城市煤气： 低于20毫克标米3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。,改良蒽醌二磺酸钠法脱硫（改良ADA法）一、生产过程原理 焦炉煤气进入吸收塔，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，从塔顶排出。 被硫化氢饱和了的溶液经循环槽用泵送入再生塔，用空气进行氧化再生并析出元素硫后，又自流到脱硫塔顶部循环使用。,脱硫液：稀碳酸钠溶液； 等比例的2.6-和2.7-蒽醌二
6、磺酸（A.D.A.）的 钠盐溶液； 适量的酒石酸钾钠（NaKC4H4O6）； 0.120.28%的偏钒酸钠（NaVO3）。,吸收塔：氧化态ADA-还原态ADA,再生塔：还原态ADA-氧化态ADA,主要设备改良ADA法脱硫系统的主要设备为脱硫塔和再生塔。脱硫塔可采用填料塔（木格填料或聚丙烯特拉雷特填料）或空喷塔。,开发以焦炉煤气为原料的化工合成项目焦炉煤气合成氨 焦炉煤气中含有55%60%的氢气,其它成分如甲烷、一氧化碳等,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。 近年来,随着变压吸附制氢技术的推广应用,使焦炉煤气制合成氨的投资和电耗进一步降低。 山西焦化集团从20世纪70年
7、代建厂时就配套建成了焦炉煤气合成氨装置,并生产尿素。,采用先进的焦化废水处理技术传统的活性污泥法 氨氮去除率低、能耗高、污泥二次污染硝化反硝化处理焦化废水法（A-O法） 外排水中COD和氨氮均能达标、无二次污染 运行不稳定 A-O-A法 A-O-O法,焦炉煤气合成甲醇、二甲醚,可替代柴油用作清洁汽车燃料； 可替代液化气用作民用燃料。,重要的基础有机化工原料清洁燃料,甲醇,二甲醚,焦炉煤气含有生产甲醇和二甲醚的原料气H2、CO和CO2。经过部分氧化蒸汽转化后,气体中H/C(f)=3.0,接近合成甲醇和二甲醚的最佳值(f=2.052.15)。 而以煤和重油为原料生产甲醇和二甲醚时,由于氢碳比偏低,
8、需增加变换、脱碳装置,流程长,投资大。,焦炉煤气用于制氢 氢气是化学工业合成的重要原料气, 氢气是化学工业中常用的还原剂和氢化剂 氢气是制取半导体材料硅的重要原料 氢气已成为运载火箭航天器的重要燃料之一 焦炉煤气是制氢的理想原料,其所含的55%60%的氢气可通过变压吸附法生产纯度为99.9%或更高的氢气。,焦炉煤气发电 焦炉煤气用于电厂锅炉时,其热效率可达90%,利用锅炉生产蒸汽发电,发电后的蒸汽还可供焦化厂生产用。焦炉煤气也可直接用于燃气透平机发电。,焦炉煤气用于直接还原铁 焦化厂生产的含有大量H2和CH4的焦炉煤气本身就是还原性气体,将焦炉煤气送入热裂解炉中,其CH4经加氧催化裂解,即可得
9、到含H2 74%、CO2 5%的还原性气体,可直接送入气基竖炉生产海绵铁。 由此而形成焦炉高炉直接还原铁的联合流程是高炉流程工艺技术的自身完善,是钢铁生产向短流程过渡的必由之路。,焦油加工现状 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,在国内外有着广阔的市场前景。 中国目前拥有煤焦油加工装置的企业有50多家,焦油加工能力约270万t/a。 国外焦油集中加工的规模已达到150万t/a,单套装置的加工能力达到了50万t/a,提取的产品品种达到了200多种。 中国现有的焦油加工装置分散在各焦化厂,单套装置的加工能力小、产品品种少。,煤焦油加工发展方向,扩大加工规模初级产
10、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,发展焦油集中加工 由于煤焦油本身的特殊性质,欲提取煤焦油中含量1%的组分,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,煤焦油加工的规模越大越好。 煤焦油加工的实践表明,焦油加工的起始经济规模应达到2025万t/a。 由于集中加工,还可大大减少分散的加工点,可最大限度地采取环保治理措施,减轻对环境的污染。,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,合成气,醇醚类（甲醇、DME、乙醇）,碳氧化合物类（醋酸、酸酐）,烃 类（油品、烷烃、乙烯）,其他（H2）,下游产品,煤气化的原理,煤与气化剂在一定温度、压力等条件下
11、发生化学反应而转化成煤气的过程。,气化剂： 空气、空气/水蒸气、氧气/水蒸气,产品： 燃料气、合成气,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+H2O,煤气化的方法,按煤在气化炉中的流体力学行为分为：,固定床气化流化床气化气流床气化熔融床气化,固定床气化,分为常压和加压两种。,常压法：工艺简单,但要求用块煤,低灰熔点的煤 难以使用。加压法：是常压法的改进和提高,常用2与水蒸 气为气化剂,对煤种适应性大大提高。Lurgi加压气化法：生产的煤气中甲烷含量高,适 合处理灰
12、分高、水分高的块粒状褐煤。,气化剂同时作为流化介质,经过流化床的气体分布板自下而上通过床层。,流化床气化,由于流化床内气、固之间良好的返混和接触,其传热和传质速率均很高,故流化床的温度和组成比较均匀。,温克勒法：适用于多种煤，允许粒度范围较宽,气化炉的结构简单,造价低,气化剂消耗较低,但温克勒炉的体积庞大,显热损失大,碳利用率低,煤耗高。,随着灰熔聚技术的研究成功,美国煤气技术研究所和美国凯洛格公司分别开发出了UGAS和KRW两种流化床气化工艺,这两种工艺弥补了传统工艺排灰含碳过高的不足。,气化剂将煤粉夹带进入气化炉,进行并流气化，粉煤气化具有较大的反应表面积。气流床气化的特点：1 煤粒各自被
13、气流隔开,煤的粘结性对气化过程没有影响；2 煤在气流床气化炉的反应区停留时间极短,即燃料与气 化剂的反应很快。3 为了维持较高的反应温度,采用2和少量的水作为气化剂。 炉法：采用干法进料技术,在常温下操作,属粉煤高温 常压液态排渣气化法。加压气化工艺-Shell法和Prenflo法。,气流床气化,几种典型的气化工艺,甲醇既是重要的基础有机化工产品和原料,又是极有前途的代用燃料之一。甲醇在其它领域也有广阔的应用前景: (1)作为清洁燃料替代汽油或与汽油掺混使用; （2)甲醇燃料电池将商业化; (3)甲醇在变压吸附制氢中作为裂解原料; (4)甲醇制微生物蛋白()饲料国外已工业化; (5)甲醇制低碳
14、烯烃()和甲醇制汽油(MTC） 技术已有较大突破。,煤合成气制甲醇,甲醇合成的原理及过程,CO+2H2-CH3OHCO2+3H2-CH3OH+H2O,要求：H/C 大于 2，以提高CO的转化率,1 煤气化制合成气；2 合成气净化；3 甲醇合成；4 甲醇精馏。,煤气化合成甲醇关键技术合成气的H/C；合成甲醇的催化剂；合成甲醇的反应器。,催化剂： 锌基催化剂：操作温度：350400 操作压力：25MPa 铜基催化剂 （对脱硫技术要求高）,合成甲醇反应器甲醇合成反应的复杂性：,() 甲醇合成是复合反应。 () 甲醇合成反应热大,为使热量及时除去,须合理设 计反应器移热界面。() 甲醇合成催化剂还原后
15、其载体与助剂仍为金属氧 化物,导热系数较小,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,不仅 副反应多,而且催化剂活性受到影响,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。,ICI 冷激式甲醇合成塔 将冷激气喷入床层中间带走,床层多段连续,反应热预热锅炉水,该反应器适于大型或超大型装置规模,易于安装维修,催化剂易装卸 。Lurgi管束式甲醇合成塔 管内填充催化剂,由管间沸水移去反应热,副产蒸汽,用过热蒸汽驱动离心式压缩机, 该反应器反应平和、副反应少,时空收率高,但Lurgi反应器结构复杂,制造困难,只能达到45万 /a系列装置规模。 SPC甲醇合成塔 简单的立式双套管换热,Lurgi的改进型,据称该反应器吨甲醇能耗可降至29/ ,在沙特阿拉伯已投产4套80万/ 装置。,
