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1、河北工业职业技术学院毕业论文河北工业职业技术学院毕 业 论 文 论文题目： 浅析煤制油及其对环境的影响 系 别 环境与化学工程系 专业年级 2011级应用化工技术专业 学生姓名 李云鹏 学号 51 指导教师 温志强 职称 副教授 日 期 2014.05.20 目录摘要3关键词3一、煤制油的发展历程3（一）中国煤制油的发展历程3（二）煤制油的意义4二、煤炭液化的工艺4（一）直接液化的基本原理5（二）煤的间接液化制油技术5三、煤制油产业环境影响分析6（一）煤制油(煤直接液化、间接液化)与石油炼制原料分析对比6（二）煤制油(煤直接液化、间接液化)与炼油工艺对环境影响的对比6（三）煤制油(直接液化和间
2、接液化)与石油炼制“三废”排放对比分析9论文的结论.12参考文献13毕业设计（论文）成绩评定表14浅析煤制油及其对环境的影响李云鹏 2011级应用化工技术班摘要：文章简单阐述了煤直接液化、煤间接液化制油工艺原理及特点，并对工艺过程中污染物产生、控制和治理，以及对环境的影响与石油炼制工业进行了对比分析，充分说明了煤制油产业在环境保护方面的可行性。关键词：煤制油工艺；污染物排放；环境影响分析引言煤制油即煤的液化过程。是先进的洁净煤技术和煤转化技术之一，是用煤为原料制取液体烃类为主要产品的技术。煤液化分为煤直接液化和煤间接液化两大类。煤直接液化是将煤在一定压力、温度下。利用供氢溶剂和氢气提供的分子氢
3、和原子氢在催化剂的作用下进行加氢反应。直接液化为石油烃类。间接液化是将煤先进行气化，生产出原料气，净化后再合成石油类烃。煤间接液化主要有两种生产工艺，一是费托（FT）工艺，将原料气直接合成油品，二是摩比尔（Mobil）工艺，将原料气合成甲醇再转化成汽油。因煤制油生产工艺技术的先进性及自身特点，在生产加工过程中“三废”的排放与石油炼制过程中产生的“三废”排放存在较大差异。本文对煤制油工业、石油炼制工业对环境的影响进行了充分的对比、分析，从而得出煤制油工业在环境保护方面的优势。一、煤制油的发展历程煤液化技术可分为直接液化和间接液化两大类。接近工业化的煤直接液化技术有 ：德国IG-OR工艺，美国HT
4、I工艺，日本NEDO工艺；已商业化的煤间接液化技术有 ：南非SASOL固定床高温工艺石油一直是全球各国重要的战略资源。（一）中国煤制油的发展历程我国从70年代末开始进行煤炭直接液化技术的研究和攻关，其目的是用煤生产汽油、柴油等运输燃料和芳香烃等化工原料。煤炭科学研究总院通过“六五”到 “九五”的科技攻关和国际合作，先后从日本、德国引进2套直接液化小型连续试验装置，从美国引进一套液化油提质加工试验装置，规模均为0.1吨/天，并建有先进的原料及产品分析检验装备。经过近20年的试验研究，找出了14种适于直接液化的中国煤种；选出了5种活性较高的、具有世界先进水平的催化剂；完成了4种煤的工艺条件试验，为
5、开发适于中国煤种的煤直接液化工艺奠定了基础；成功地将煤液化粗油加工成合格的汽油、柴油和航空煤油。目前，从煤一直到合格产品的全流程已经打通，煤炭直接液化技术在中国已完成基础性研究，为进一步工艺放大和建设工业化生产厂打下了坚实的基础。我国从50年代初即开始进行煤炭间接液化技术的研究，曾在锦州进行过4500吨/年的煤间接液化试验，后因发现大庆油田而中止。由于70年代的两次石油危机，以及“富煤少油”的能源结构带来的一系列问题，我国自80年代初又恢复对煤间接液化合成汽油技术的研究，由中科院山西煤化所组织实施。“七五”期间，山西煤化所开的煤基合成汽油技术被列为国家重点科技攻关项目。1989年在代县化肥厂完
6、成了小型实验。“八五”期间，国家和山西省政府投资2000多万元，在晋城化肥厂建立了年产2000吨汽油的工业试验装置，生产出了90号汽油。在此基础上，提出了年产10万吨合成汽油装置的技术方案。目前，万吨级煤基合成汽油工艺技术软件开发和集成的研究正在进行，从90年代初开始研究用于合成柴油的钴基催化剂技术也正处在试验阶段。经过20年的开发和研究，目前我国已经具备建设万吨级规模生产装置的技术储备，在关键技术、催化剂的研究开发方面已拥有了自主知识产权。可以这样讲，我国自己研发的煤炭液化技术已达到世界先进水平。（二）煤制油的意义我国煤炭资源丰富，煤种齐全，发展煤炭液化、气化等技术，对发挥资源优势，优化终端
7、能源结构，大规模补充国内石油供需缺口有着现实和长远意义。主要体现在：第一，产品为清洁能源，减少污染；第二，煤炭能源化工一体化，发展新兴产业；第三，高新技术优化集成，推动现代煤化工技术发展和产业化建设；第四，建设大型企业和产业基地；第五，有效利用煤炭资源，高效利用，使各种煤种煤质物尽其用，减少资源浪费；第六，经济效益最大化，通过建设大型工厂，提高综合经济效益；第七，人力资源得到发挥。通过产业化建设，带动其他运输、建筑、服务等行业发展，扩大就业，充分利用人力资源。二、煤炭液化的工艺煤的液化是先进的洁净煤技术和煤转化技术之一，是用煤为原料以制取液体烃类为主要产品的技术。煤液化分为“煤的直接液化”和“
8、煤的间接液化”两大类。煤直接液化:煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。煤的间接液化:是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术，包括煤气化制取合成气及其净化、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。通过煤炭液化，不仅可以生产汽油、柴油、LPG（液化石油气）、喷气燃料，还可以提取BTX（苯、甲苯、二甲苯），也可以生产制造各种烯烃及含氧有机化合物。煤炭液化可以
9、加工高硫煤，硫是煤直接液化的助催化剂，煤中硫在气化和液化过程中转化成硫化氢再经分解可以得到元素硫产品。（一）直接液化的基本原理大量研究证明，煤在一定温度、压力下的加氢液化过程基本分为三大步骤，首先，当温度升至300以上时，煤受热分解，即煤的大分子结构中较弱的桥键开始断裂，打碎了煤的分子结构，从而产生大量的以结构单元分子为基体的自由基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。第二步，在具有供氢能力的溶剂环境和较高氢气压力的条件下，自由基被加氢得到稳定，成为沥青烯及液化油的分子。能与自由基结合的氢并非是分子氢，而应是氢自由基，即氢原子，或者是活化氢分子，氢原子或活化氢分子的来源有：（1）煤分子中碳氢键
10、断裂产生的氢自由基；（2）供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基；（3）氢气中的氢分子被催化剂活化；（4）化学反应放出的氢，如系统中供给（CO+H2O），可发生变换反应（CO+H2OCO2+H2）放出氢。当外界提供的活性氢不足时，自由基碎片可发生缩聚反应和高温下的脱氢反应，最后生成固半焦或焦炭。第三步，沥青烯及液化油分子被继续加氢裂化生成更小的分子。所以，煤液化过程中，溶剂及催化剂起着非常重要的作用。（二）煤的间接液化制油技术1、煤间接液化制油基本原理：煤间接液化制油是指先将煤气化制成合成气，再通过催化作用将合成气转化为汽油、柴油等油品和化学品的工艺过程。2、煤间接液化工艺也是由三大步骤组成：第一是
11、煤的气化；第二是合成；第三是精炼。（1）煤的气化煤的气化是煤在高温（900以上）条件下与氧气和水蒸气发生一系列反应，生成一氧化碳、二氧化碳、氢、甲烷等简单气体分子。从气化炉产出的粗煤气中含有以上产物以及硫化氢、氨等杂质，必须经过一系列净化步骤除去焦油、硫化氢、氨、二氧化碳等杂质，最后得到一氧化碳和氢气，此混合气称为合成气，一氧化碳和和氢气最佳比例值是1：2。（2）合成间接液化的合成反应称为费托合成，费托（FT）合成是以合成气为原料产生各种烃类以及含氧有机化合物的最主要的煤液化方法。利用铁或钴作催化剂，在温度250350、压力24MPa条件下，使一氧化碳和氢气合成气进行反应，主要产物是烷烃和烯烃
12、。费托合成反应器有固定床、流化床和浆态床3种形式。费托合成是强放热反应，为了控制反应温度，必须把反应热及时从反应器内传输出去。（3）精炼从费托合成获得的液体产品分子量分布很宽，也就是馏程范围很宽，并且含有较多的烯烃，必须对其精炼才能得到合格的汽油、柴油产品。精炼过程采用炼油工业常见的精馏、加氢、重整等工艺。气化高温、常压或加压氧气水和水蒸气做气化剂将煤转化为合成气。合成催化剂（铁或钴）、温度（250350）、压力（24MPa）将合成气合成为液化油。精炼精馏、加氢、重整调整油品的分子结构。三、煤制油产业环境影响分析（一）煤制油（煤直接液化、间接液化）与石油炼制原料分析对比煤制油的原料为固相煤，特
13、点是碳氢比高、杂质含量高。石油炼制的原料为液相原油，特点是碳氢比低、杂质含量较低。两者共同的特点都是碳氢化合物，均有盐类、杂原子（O、S、N）、灰分、机械杂质、微量金属（钒、镍、铁、铜等）、微量非金属（氯、硅、磷、砷）等，但煤、石油中的元素含量却大不相同。原煤与原油的元素分析具体见表1：表1 原煤与原油的物性分析对比元素分析，wt%干煤神华煤制油原煤大庆原油俄罗斯油伊朗原油碳，W%77.8085.7486.1185.40氢，W%4.0513.3112.9912.80氧，W%0.980.150.090.12硫，W%0.350.110.641.06氧（差减法得到）,W%11.590.160.61其
14、他金属与非金，W%5.320.010.01总计100.00100.00100.00100.00从表l可以看出：（1）原油中的碳氢比约为6.44:1，而原煤的碳氢比为19.21:1。原油中碳氢比例远远低于原煤。（2）原煤中的灰分也是原油的上千倍。（3）原煤中的氮含量偏高。（4）原煤中硫含量要高于国内外的原油（仅低于中东原油）。（5）原煤中杂原子含量均高于原油几十倍至几百倍。（6）原煤和原油在加工过程中均有酚生成。原煤中本不含酚，但在一次加工过程中能够产生酚类（因煤的分子结构属多环芳烃类。液化过程中易生成大量的酚类），而原油加工过程中产生的酚类物质除自身含有外，主要是经过催化裂化、延迟焦化等装置二次加工过程生成的。（7）原油中含有环烷酸，但原煤中没有。（二）煤制油（煤直接液化、间接液化）与炼油工艺对环境影响的对比1、煤直接液化工艺概况及特点煤直接液化所耗原料煤主要有两部分组成，即由煤直接液化装置所消耗的精煤（含催化剂制备耗煤）和煤制氢所消耗的原煤组成，比例约为6：4。（1）煤制氢装置工艺煤制氢装置是煤直接液化工艺的重要生产装置之一，主要任务是为煤液化等主体装置提供氢气，同时还为轻烃回收装置提供冷冻量。煤气化采用SHUE干煤粉加压气化技术。该气化工艺特点是先进行气化气化用原料煤中的硫组分经过低温甲醇洗系统脱除，以H2S形式送至硫磺回收装
