煤化工工艺学ppt课件

《煤化工工艺学ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《煤化工工艺学ppt课件（448页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、 1 1、绪论 1.1煤炭资源 1.2煤化工发展史 1.3煤化工的范畴 1.4本书简介11.1煤炭资源1.煤是： 地球上能得到的最丰富的化石燃料2.中国：富煤少油缺气 能源比例(2000年）： 煤炭：66.1%；石油：24.6%；天然气：2.5%；水电：6.8%。3.煤的利用（如下图）：234 1.2煤化工发展史1.世界: 18世纪中期:炼焦工艺 18世纪后期:气化工艺 第二次世界大战期间:F-T合成法(间接液化工艺) 1973年:合成气制甲醇 20世纪80年代:煤制乙酐2.中国: 1925年:石家庄 炼焦 1934年:上海 气化 2004年:兖矿集团 煤间接液化 2009年:神华集团 煤直接

2、液化5 1.3煤化工的范畴1.煤化工: 以煤为原料经过化学加工使煤转化为气体、液体、固体燃料和化学品的过程。2.煤化工范畴： 包括：干馏、汽化、液化、合成化学品等。3.煤化工分类及产品示意图：67 1.4本书简介1、绪论： 介绍煤炭资源、煤化工发展简史和煤化工范畴。2、煤的低温干馏： 低温干馏主要原理、主要炉型、立式炉生产城市煤气以及固体热载体干馏新工艺。3、炼焦： 煤的成焦过程、配煤和焦炭、现代焦炉、炼焦新技术、燃烧和传热以及流体力学。4、炼焦化学产品的回收与精制： 粗煤气的分离、氨和粗苯的回收、粗苯精制、焦油蒸馏和沥青加工、粗苯精制生产生产苯类产品、焦油分离精制生产酚类、萘、蒽等。85、煤

3、的气化： 气化原理、生产原料气的气化方法、固定床、流化床以及气流床气化炉型、联合循环发电、地下气化、煤气脱硫和甲烷化等。6、煤间接液化： 费托合成、合成甲醇、甲醇转化汽油和煤制乙酐等。7、煤的直接液化： 直接液化原理、直接液化技术发展和直接液化方法。8、煤的碳素制品： 电极炭、活性炭、碳分子筛和碳素纤维的生产。 9、煤化工生产的污染和防治： 环境保护、煤化工生产的主要污染物、减少污染的对策、污水处理以及烟尘治理。9英国布伦特原油价格走势:10 2 2、煤的低温干馏 21 概述 22 低温干馏产品 23 干馏产品的影响因素 24 低温干馏主要炉型 25 立式炉生产城市煤气 26 固体热载体干馏工

4、艺1121 概述1.煤干馏定义： 煤在隔绝空气的条件下,受热分解生成煤气、焦油、粗苯和焦炭的过程。2.煤干馏分类（按加热终温）： 低温干馏： 中温干馏： 高温干馏： 3.低温干馏过程特点： 热加工过程、常压生产、不用加氢和氧、实现煤部分气化（煤气）和液化（焦油）。立式炉生产城市煤气低阶煤炼焦124.适用煤： 褐煤、长焰煤和高挥发分的不黏煤等低阶煤。 煤炭分类：褐煤（HM） 烟煤 无烟煤(WY) 长焰煤（CY) 不黏煤（BN） 弱黏煤（RN） 气煤（QM） 肥煤（FM） 焦煤（JM） 瘦煤（SM） 贫煤（PM） 5.低温干馏产品： 半焦、煤气、焦油低阶煤含较多挥发 分，可回收相当数量 的焦油和煤

5、气13 22 低温干馏产品1.半焦：半焦的性质: 孔隙率%： 3050 反应性（于1050，co2）ml(gs): 比高温焦炭高 比电阻m： 比高温焦炭高 （煤的变质程度越 低其反应性和比电阻越高） 机械强度%： 低于高温焦炭半焦的应用：做优质的民用和动力燃料 无烟、不生成焦油、反应性好、热效率高、有一定块度铁合金的优良炭料 要求比电阻尽可能高其他 冶金型焦中间产品，粉矿烧结，高炉炼铁的喷吹料142.煤焦油：物理性质： 黑褐色液体，密度小于/ m3，比高温焦油轻成分： 用途：发动机燃料，生产酚类和烃类；提取的酚可用于生产塑料、合成纤维、医药等产品；褐煤焦油中含有大量蜡类是生产表面活性剂和洗涤剂

6、的原料。酚类：、中性含氧化合物：、芳烃：、环烷烃：、沥青：、烷烃：、烯烃：、中性含氮化合物：、有机碱：。153.煤气性质及成分: 密度： ./ m3 ； 成分：甲烷、氢气、一氧化碳等。用途： 本企业加热燃料，民用，也可做化学合成原料气。16 23 干馏产品的影响因素1.原料煤：产品产率：焦油一般煤阶，焦油 褐煤焦油产率变动于：4.5%23% 烟煤焦油产率介于：0.5%20%（从气煤到瘦煤随变质程度而焦油产率 ，肥煤例外） 腐泥煤低温焦油产率一般较高：可高达40%煤气一般煤阶，煤气干 泥炭煤气产率：16%32%馏 褐煤煤气产率：6%22%600 烟煤煤气产率：6%17%半焦一般煤阶，半焦 例表2

7、3，煤阶，含C量，半焦。产品成分：焦油成分 酚类：煤阶，含O量 ，酚 。 热解水：煤阶，含O量 ，热解水 。煤气成分： 氨和硫化氢含量与煤中氨和硫的含量和形态有关。 172.加热终温： 100120水分脱出 300析出挥发分、热解 510600低温干馏终温，适宜 600半焦开始向焦炭转化（H2 ，CH4 ，半焦 ，焦油 ，煤气 ，）3.加热速度： 快速：低分子产物应当多，焦油产率高。 慢速：固体残渣产率高。 提高煤的加热速度能（产率）：半焦， 焦油 ，煤气产率稍有。4.压力： 一般P ,焦油 ，半焦和气态产率 ，半焦强度 。18 24 低温干馏主要炉型1.干馏设备的要求：2.干馏供热方式： 外

8、热式(由炉墙外部传入热量)效率高、加热均匀、操作方便可靠、过程易控、原料煤类别宽、粒度尺寸范围大、二次热解作用小、缺点：热导率小，加热不均匀，半焦质量不均、二次热解加深、焦油产率降低19内热式(借助热载体传热,载体和煤料直接接触)优点：热效率高、耗能低、加热均匀、简化干炉结构、缺点：煤料要求高（须是块状、粒度范围窄、）、气体载体稀释气态产物、固体热载体（热半焦、热瓷球）；气体热载体（热烟气）203.气流内热式炉： 沸腾床干馏炉(气流床沸腾床)原料：6mm粉煤加料： 不黏结性煤 螺旋给料器 黏结性煤 气流吹入法供热： 燃料气和空气燃烧 热烟气产品： 鲁奇三段炉（固定床）：原料：褐煤块、型煤，20

9、80mm，非粘结性煤焦粉气体冷却系统旋风分离器粉尘焦油、中油煤气满流管焦粉气体21流程（图23）：三段：干燥段、干馏段和冷却段22 2.5立式炉生产城市煤气1.原料煤：弱黏结性、一定块度75mm2.外热式立式炉（图2-5）233.立式炉生产城市煤气流程（图2-6）24 2.6固体热载体干馏工艺1.外热式及气流内热式的缺点外热式 干馏传热慢，生产能力小气流内热式 只能处理块状煤料，干馏气态产物混入气态惰性气体热值低2.托斯考（Toscoal）工艺原料： 非黏结性煤和弱黏结性煤（预先破黏）产品： 煤气：热值高（符合中热值城市煤气需求） 焦油： （加氢可转化为合成原油） 半焦：有一定挥发分（可作发电

10、厂燃料或制成无烟燃料）25托斯考干馏非黏洁性煤的流程（图2-7）流程2627工艺特点及要求a.原料 粒度12.7mm，瓷球粒度略大于此，半焦6.3mmb.干燥预热 预热温度解热温度c.干馏温度 430540 430焦油与煤气产率 540二次解热焦油产率 半焦挥发分16%，可满足要求 430540 T焦油产率283.ETCH 粉煤快速热解工艺装置流程29工艺特点及要求 煤干燥阶段（110150）和煤预热阶段（300400 ）之前采用气体热载体 由热解开始到600650 阶段采用固体热载体 固体热载体温度为800 左右 原料：褐煤 产品：焦油中含有较多含氧化合物，其性质不稳定。304.鲁奇鲁尔煤气

11、工艺（LR工艺） 原料：褐煤或烟煤 LR褐煤干馏流程（图2-9）315.中国褐煤干馏试验工艺特点及要求原料 褐煤、粒度05mm；热载体 焦粉、温度700750 ；热载体提升气 燃烧炉的热烟气干馏温度范围 450670 ；产品半焦：灰分不高，热值高，反应性好，比电阻大32实验装置 原料煤处理、干馏、流化半焦提升、焦油煤气回收系统实验流程（图2-10）33 3 3、炼焦 31 概述 33 配煤和焦炭质量34 31 概述1.炼焦 煤在焦炉内隔绝空气、加热到1000左右、可获得焦炭和化学产品和煤气的过程（又称高温干馏、炼焦）.2.炼焦产品焦炭 90%用于高炉炼铁，其余用于机械工业、铸造、电石生产原料、

12、气化以及有色金属冶炼。化学产品 硫酸铵、吡啶碱、苯、甲苯、二甲苯、酚、萘、蒽、沥青等。用于化学肥料、农药、合成纤维的原料、塑料等。煤气 可用来合成氨、生产化学肥料或用做加热燃料。353.炼焦炉的进展 煤成堆、窑式土法炼焦 将煤置于地上或地下的窑中，依靠干馏时产生的煤气和部分煤的直接燃烧产生的热量来炼制焦炭，称为土法炼焦。 土法炼焦成焦率低，焦炭灰分高，结焦时间长，化学产品不能回收，综合利用差。 倒焰式 将成焦的炭化室和加热的燃烧室分开的焦炉，隔墙上设有通道，炭化室内煤干馏时产生的煤气经此流入燃烧室内，同来自炉顶的通风道内的空气混合，白上而下的边流动边燃烧，故称为倒焰式焦炉。干馏时所需热量从燃烧

13、室经炉墙传给炭化室内的煤料。废热式 将炭化室和燃烧室完全隔开，炭化室内生产的荒煤气送到回收车间分离出化学产品后，再送回燃烧室内燃烧或民用。 燃烧后产生的高温废气直接从烟囱排出。 36蓄热式 高温烟气先经蓄热室后降温，热量用来预热空气等。373.3配煤和焦炭质量1.配煤的目的和意义配煤：就是将两种以上的单种煤料，按适当比例均匀配合，以求制得各种用途所要求的焦炭质量。焦煤炼焦的缺点（单种煤炼焦）焦煤储量不足推焦困难，容易损坏炉墙焦煤挥发分少，炼焦化学产品产率小合理配煤的优势提高焦炭质量扩大炼焦煤源，合理利用煤炭资源增加炼焦化学产品产率等382.炼焦用煤气煤（QM）、肥煤（FM）、焦煤（JM）、瘦煤

14、（SM）及中间过渡性牌号煤。气煤挥发性最大，黏结性差炼焦产品特点：焦炭碎、强度低、推焦易；可得较多化学产品肥煤挥发份较高，灰分高，黏结性最好但结焦性差。炼焦产品特点：焦炭碎、强度低、推焦难；可提高化学产品产率和煤气产率。焦煤挥发分适中（肥煤），黏结性高，灰分高炼焦产品特点：焦炭块大，强度高，推焦困难39瘦煤挥发分低，黏结性差炼焦产品特点：焦炭块大，抗碎强度高，耐磨性差（易成焦粉）；化学产品产率和煤气产率低。贫煤没有黏结性，不结焦，不能单独炼焦；配煤中可起瘦化剂的作用。3.配煤的工艺指标配煤的工业分析水分（一般10%，焦化厂8%10%）水分高的不利影响：焦炉升温慢，延长结焦时间，影响炉体寿命；影

15、响装炉煤堆密度（图3-7随水分）水分过低的不利影响：破碎和装煤时造成煤尘飞扬恶化操作条件，使焦油中游离碳增加。40灰分（配煤灰分12%，焦炭灰分15%）灰分的害处(配煤的灰分全部转入焦炭)a:灰分是惰性物质，灰分高则黏结性降低；灰分颗粒成为裂纹中心，配煤灰分高则焦炭强度降低。b:炼铁用焦耗量高，高炉生产能力降低。挥发分（中国生产配煤挥发分Vdaf一般25%32%）a:挥发分高，化学产品产率高，煤气产率高。b:挥发分过高焦炭平均粒度小，抗碎强度低。c:挥发分过低煤的黏结性差，耐磨强度降低，可导致推焦困难。414.焦炭的用途高炉炼铁（供热燃料、还原剂、疏松骨架）要求：冶金焦反应率要小(C+CO2反

16、应降低焦炭强度)、一定的块度、强度铸造用焦（熔化炉料：其作用是熔化炉料并使铁水过热，支撑料柱保持其良好的透气性。 ）要求：铸造焦应具备块度大、反应性低、气孔率小、具有足够的抗冲击破碎强度、灰分和硫分低等特点。 气化用焦要求：反应能力要高化工气化用焦，对强度要求不严，但要求反应性好，灰熔点较高； 电石焦对焦炭的质量要求不高, 要求尽量提高固定碳含量。42硫分（配煤1.0%，一般焦炭1.0%1.2%）硫分害处（配煤中有80%左右转入焦炭）冶炼中焦炭中硫分转入生铁中，使生铁呈热脆性，加速铁腐蚀。黏结性和膨胀压力黏结性黏结性是结焦性的前提和必要条件。（黏结性的指标：我国常用的是胶质层最大厚度Y和粘结指

17、数G）膨胀压力（安全膨胀压力1015KPa）其是黏结性煤的炼焦特征，提高堆能增大膨胀压力。粉碎度（3mm的占90%）黏结性好的成分和易碎的不细碎，反之细碎。 （弱黏结性的应细碎；强黏结性的应粗碎；肥煤、焦煤易碎应粗碎；气煤硬度大难碎应细碎）435.焦炭的质量物理性质 主要成分为碳,是具有一定强度、块度的银灰色固体，内部有纵横裂纹，沿焦炭纵横裂纹分开即为焦块，焦块内含微裂纹，沿微裂纹分开即为焦体，焦体由气孔和气孔壁（焦质）。真密度：单位体积焦质的质量。视密度（假密度）：单位体积焦块的质量。堆密度：焦炭单位堆积体积的质量。 气孔率=（1-假密度/真密度）100%P=（1-d0/d）100%44化学

18、成分灰分(主要成分是SiO2和Al2O3)不利，灰分越低越好硫分不利（硫易使生铁铸件脆裂）硫是生铁冶炼的有害杂质之一，它使生铁质量降低。在炼钢生铁中硫含量大于 0.07% 即为废品。 挥发分 鉴别焦炭成熟度的重要指标。 挥发分1.5%为生焦 挥发分小于 0.50.7%, 则表示过火;一般成熟的冶金焦挥发分为1%左右。45水分（一般为2%6%）水分要稳定，否则引起炉温波动。碱性成分（K2O、Na2O） 由于其催化和腐蚀作用，能严重降低焦炭强度。机械强度耐磨强度M10a:耐磨强度（M10、耐磨性） 当焦炭外表面承受的摩擦力超过气孔壁强度时，就会产生表面薄层分离的现象，形成碎末，焦炭抵抗这种破坏的能

19、力称为耐磨强度。b:转鼓测定耐磨强度指标M10 46转鼓试验：为了试验焦炭的耐磨性和抗碎性，通常采用转鼓试验。转鼓试验就是模仿焦炭在高炉冶炼过程中的撞击、挤压、研磨，将一个十分复杂的受力情况加以简化的试验方法。在转鼓中装入大于在转鼓中装入大于60毫米的焦炭毫米的焦炭50千千克，以每分钟克，以每分钟25转速度转动转速度转动4分钟分钟M10一般用焦炭在转鼓内破坏到一定程度后，粒度10mm的碎焦质量m1占式样质量m总的分数来表示耐磨强度。M10=(m1/m总)100%47抗碎强度M40（M40、抗碎性）a:抗碎强度当焦炭承受冲击力时，焦炭沿裂纹或者缺陷处碎成小块，焦炭抵抗这种破坏的能力称为抗碎强度。

20、b:转鼓测定耐磨强度指标M40 粒度40mm的块焦质量m2占式样质量m总的分数来表示抗碎强度。M40= (m2/m总) 100%焦碳的反应性反应性大多数国家都用焦炭与 二氧化碳间的反应特性评定焦炭反应性。 是指与CO2的碳溶反应性48表表6-1-11高炉用焦炭强度高炉用焦炭强度转鼓强转鼓强度指数度指数（）（）级别级别M4080.076.072.065.0M108.09.010.011.049影响焦碳反应性的三大因素a：原料煤性质（煤种、煤岩相的组成、煤灰分等）b：炼焦工艺因素（焦饼中心温度、结焦时间、炼焦方式等）c：高炉冶炼条件（温度、时间等）焦炭反应性（CRI % ）的测定：国内：CO2测定

21、 称取一定质量的焦炭试样，置于反应器中，在1100+5时与CO2反应2h后，以焦炭质量损失的百分数表示焦炭反应性（CRI）。 容积速率：50 4 4、炼焦化学产品的回收与精制 41 炼焦化学产品 42 粗煤气分离 43 氨和吡啶的回收 44 粗苯回收 45 粗苯精制51 41 炼焦化学产品1.组成与产率组成与产率粗煤气：炼焦过程中析出的挥发性产物（由煤气、焦油、粗苯和水构成）粗煤气：炼焦过程中析出的挥发性产物（由煤气、焦油、粗苯和水构成）影响粗煤气组成的因素主要：炼焦温度和二次热解作用 T 气态产物及氢含量； 氨、吡啶、喹啉等在高于600始于粗煤气中出现（原因：碳与杂原子之间的键强度顺序：C-

22、OC-SC-N） 粗煤气组成中主要为稳定化合物（故之中几乎无酮类、醇类、羟酸类和二元酚类)参考下表：高低温干馏粗煤气化学产品产率组成比较：（烟煤为例）52产品产率低温炼焦高温炼焦产品产率低温炼焦高温炼焦煤气（质量分数）%681315焦油中含量（质量分数）%煤气(m3 t)80120330380酚类203513焦油（质量分数）%71035碱类1234粗苯（或汽油）（质量分数）%0.40.60.81.1萘痕量712煤气中含量（体积分数）%粗苯（或汽油）中含烃（质量分数）%H226305560不饱和烃40601015CH440552528脂肪烃或环烷烃152025芳烃3040808853低温干馏高温

23、炼焦焦油长链的环烷烃和芳烃多环芳烃和杂环化合物酚馏分含有复杂的烷基酚混合物酚馏分主要为酚、甲酚、二甲酚煤气几乎没有氨氨含量812gm3 542.回收与精制方法回收与精制方法回收与回收与精制的目的以及意义精制的目的以及意义 有害于煤气的利用和输送的物质a:萘 以固态析出，堵塞管路b：焦油蒸汽 有害与回收氨和粗苯操作c：硫化氢 腐蚀设备，不利于煤气加工d：氨 腐蚀设备，燃烧时产生NO，污染大气e：不饱和烃 生成聚合物，引起管路和设备发生故障55经济效益环境效益回收方法焦油和水 冷却和冷凝化学产品 吸收法回收与精制流程半负压流程:鼓风机：给予煤气一定输送动力，机前为负压（抽吸），机后为正压（加压）。

24、鼓风机位置：初冷之后，电捕焦油器之前。56573.全负压回收与净化流程全负压（鼓风机位于流程最后）流程特点：优点：鼓风机前，煤气一直在低温下操作，无需终冷工序，流程短，简化工艺；58鼓风机位于流程最后，产生的压缩热，可弥补煤气输送至用户时的热损失，降低能耗，。避免了冷却后又加热，加热后又冷却造成的温度起伏。缺点：负压管路不安全 负压煤气体积大，管路和设备尺寸大59 42 粗煤气分离1.粗煤气初步冷却粗煤气初步冷却的意义回收煤气中的化学产品多用吸收法，在约30低温下吸收是有利的（自焦炉出来的粗煤气温度650800）。含大量水汽的高温气体体积大，管径增大，鼓风机的负荷及能量消耗增加。高温气体在管道

25、内输送是危险的，也不允许其进入煤气鼓风机。煤气冷却可减少对设备和管路的堵塞和腐蚀。初步冷却工艺流程（图4-3）简述流程60616263流程中煤气变化 温度变化： 焦炉来粗煤气：650800 集气管后：8085 初冷器后：2535 鼓风机后：升温+1015容积质量变化： 初冷器后粗煤气质量减少了23； 初冷器后粗煤气容积少了3 5.64流程中的氨水a:两部分氨水 循环氨水：集气管喷洒用的循环氨水（有70%80%为难水解的氯化铵称固定氨） 冷凝氨水：初冷器冷凝氨水（有80%90%为易水解的碳酸氢铵等称挥发氨）b:防止循环氨水中的固定铵的积累 为了防止循环氨水中的氯化铵的积累，部分氨水外排入剩余氨水

26、中，并补充一部分冷凝氨水入循环氨水。65c:桥管和集气管喷洒过量氨水的作用 出炉粗煤气温度较高（热水喷洒冷水不可）； 使集气管中的重质焦油能与氨水一起流动，便于送到回收车间。煤气初冷方法及设备间接冷却 a:冷却设备： 管壳式换热器：管间走煤气，管内走冷却水。 分立管式和横管式（传热系数大，水流速大，冷凝液膜流动条件适宜） 缺点：耗用金属量大，须除管内水垢，管外壁焦油和萘的沉积物。66煤气间接冷却的初冷流程：1一气液分离器；2一直管式间接初冷器；3、5一水封槽；4一鼓风机；6一电捕焦油器；7一凉水架；8一机械化焦油氨水澄清槽；9一循环氨水槽；10一循环氨水泵；11一中间槽；12一冷凝掖泵；13一

27、焦油槽；14一焦油泵；15一初冷水泵；16一萘、水分离器；17一蒙油泵67b:直接冷却器（煤气和水直接接触）煤气直接冷却的初冷流程：1一气液分离器；2一焦油盒；3、4一直接式木格填料初冷塔；5一鼓风机；6一氨水冷却器；7一氨水池；8一焦油氨水澄清池；9一泵；68c:间-直联合煤气间直联合冷却的初冷流程：1一煤气入口；2一冷却水管；3一冷凝液冷却器；4一冷却水进口；5一煤气出口；6一冷凝液泵；7一冷凝液满流管；8一直冷段冷凝液池；9一直冷段冷凝液入口；10一冷却水进口；11一去直冷段的冷凝液管；12一冷却水出口692.焦油和氨水分离意义 理由 循环氨水中不应有焦油和固体颗粒，否则堵塞喷嘴。 焦油

28、精制加工若有水存在，将增大耗热量，增大设备容积、阻力。 焦油中固体颗粒，破坏沥青质量，焦油渣沉积影响设备操作。氨水、焦油、油渣分离困难 焦油黏度大，难以沉淀分离 焦油中极性化合物易水形成乳化液 焦油渣密度与焦油密度相近难以沉淀分离70氨水、焦油、油渣分离方法加压沉降分离：120140，水分蒸发掉，降低焦油的黏度，沉降分离效果提高离心分离再用氨水洗：离心分离改善焦油和油渣的分离。713.煤气输送鼓风机作用 为了克服煤气的输送阻力及保持送出煤气有足够压力操作与维护 较低温度 及时排出机下冷凝液 及时用蒸汽吹扫冷凝液排出管总压头：现代使用的鼓风机总压头为3036KP，机前最大负压-5-4KP，机后压

29、力2030KP。种类：离心式（大厂），罗茨风机（小厂）72离心式鼓风机:离心式鼓风机由固定的机壳和在机壳内高速旋转的转子组成。转子上有一个至数个工作叶轮；工作叶轮由两个平行的圆盘构成，圆盘之间用固定叶片连接。煤气由吸入管导入第一个工作叶轮的中心，并随高速旋转的叶轮做高速运动，并因离心力作用沿叶轮的叶片向周边扩散，进入叶轮边缘与壳体之间的空间。因此，煤气速度减慢，体积膨胀并产生压力。由于压力的作用，煤气顺着固定在壳体上的固定叶片返回到第二个工作叶轮的中心，重复上述过程。如此，煤气依次进入各个叶轮，压力逐渐增大，由最末一个叶轮边缘排出机外，沿压出管送出罗茨鼓风机73罗茨鼓风机: 利用转子转动时的容

30、积变化来吸入和排出煤气，用电动机驱动。罗茨鼓风机有一铸铁外壳，壳内装有两个“8”字形的用铸铁或铸钢制成的空心转子，并将气缸分成两个工作室。两个转子装在两个互相平行的轴上，在这两个轴上又各装有一个互相咬合、大小相同的齿轮，当电动机经由皮带轮带动主轴转子时，主轴上的齿轮又带动了从动轴上的齿轮，所以两个转子做相对反向转动，此时一个工作室吸入气体，由转子推入另一个工作室而将气体压出罗茨鼓风机的特点是输气量随着内压变化几乎保持一定，即风压稍有变化，但风量几乎不变， 744.煤气净化煤气脱焦油雾意义 硫胺工序：形成酸焦油使母液起泡，污染设备和溶液。 对洗苯：使洗液焦油的质量变坏。 对脱硫：焦油雾使脱硫率变

31、小。电捕焦油器a:原理 管子中心为负极，管壁则取为正极（内部产生负离子），焦油雾经过管子的电场时变成带负电荷的质点，故沉积在管壁而被捕集，并汇流到下部导出。7576b:流程中位置 鼓风机前：煤气温度低，利于焦油、萘晶粒析出；但机前为负压，绝缘子处易着火。 鼓风机后：较安全焦油雾少于机前，焦油雾也大于机前。煤气除萘意义 萘：易结晶，堵塞管路和设备除萘方法 冷却冲洗法 油吸收法脱硫77 43 氨和吡啶的回收1.氨必须回收的原因氨被终冷水吸收，在凉水架喷洒冷却时又解吸进入到大气，造成污染。氨与氰化氢化合，生成溶解度高的复合物，从而加剧了腐蚀作用。煤气中的氨在燃烧时会生成有毒的、有腐蚀的氧化氮。氨在粗

32、苯回收中能使油和水形成稳定的乳化液，妨碍油水分离。2.氨和吡啶回收的原理 水洗吸收NH3+H2O NH3H2O NH4+ + OH-在低于60时（为了减少盐类的水解），使用硫酸或者磷酸做吸收剂783.回收氨的方法磷酸吸收法（无水氨的生产）硫酸吸收法（硫酸铵的生产）饱和器法无饱和器法（酸洗塔法）79无水氨的生产（弗萨姆法）工艺特点：工艺特点：产品：液氨产品：液氨设备简单，但氨气腐蚀性强，材质要求高。设备简单，但氨气腐蚀性强，材质要求高。原理：原理：利用利用磷酸铵磷酸铵的选择吸收的特点：的选择吸收的特点：磷酸的铵盐磷酸一铵盐NH4H2PO4：高温时很稳定磷酸二铵盐（NH4）2HPO4：高温时不稳定

33、磷酸三铵盐（NH4）3PO4：很不稳定8081弗萨姆法原理图：82工艺流程图83吸收塔（2）：鼓风机后经电捕焦油的焦炉煤气，进入吸收塔，在50，用泵打贫氨溶液入吸收塔喷洒，煤气与喷洒液逆向接触，煤气中99%以上的氨被吸收，吸收塔底产生富氨液。贫富液换热器（4）：富液与贫液经贫富液换热器进行换热，富液被升温，送往解吸塔解吸氨；贫液被降温，送往吸收塔吸收氨。（）蒸脱器（5）：用直接蒸汽将溶液中酸性气体蒸出后返回吸收塔。解吸塔（6）：富液经冷凝器与氨蒸汽换热升温至180后在解吸塔上部喷洒，与塔底直接过热蒸汽逆流接触，将富氨液中的氨解吸出来，塔底得到约为196的贫液，送往吸收塔循环使用。冷凝器（7）：

34、解吸塔塔顶氨蒸汽与富液换热。氨蒸汽被冷凝冷却至135 左右，富液被加热至180 左右。精馏塔（9）：氨蒸汽经冷却冷凝后得氨水，经给料槽后用泵打入精馏塔，塔底通入过热直接蒸汽，精馏后塔顶产生99.8%的纯氨气。84饱和器法生产硫酸铵工艺特点工艺特点原理：用硫酸过饱和过程吸收氨，饱和器内就析出结晶，结晶在结晶槽成长。饱和器法生产硫酸铵、颗粒小。饱和器特点一器两用：一是吸收氨和吡啶碱；二是硫铵结晶。简述流程858687其生产工艺流程: 由鼓风机来的煤气，经电捕焦油器后，进入煤气预热器。在此用间接蒸汽加热煤气到6070或更高一些的温度，其目的是为了蒸发饱和器多余的水分，保持饱和器内的水平衡。预热后的煤

35、气沿饱和器中央煤气管进入饱和器，经分配伞从酸性母液中鼓泡而出，并同时吸收煤气中的氨。煤气出饱和器后进入除酸器，捕集其夹带的酸雾后，送往粗苯工段。饱和器后煤气含氨一般不大于003m3。 88 饱和器母液中不断有硫铵生成，在硫铵浓度高于其溶解度时，就析出结晶，并沉淀于饱和器底部。其底部结晶将结晶抽送到结晶槽，使结晶成长，沉降于底部。结晶槽底部硫铵结晶放到离心机内进行离心分离。滤除母液，并用热水洗涤结晶，以减少硫铵表面上的游离酸和杂质。离心分离的母液与结晶槽满流出的母液一同自流回饱和器中。 从离心机分离出的硫铵结晶经皮带送到干燥器去，用热空气干燥后再用翻斗提升机送入硫铵贮槽，经包装称量入成品库。 饱

36、和器内所需补充的硫酸，由硫酸仓库送至高位槽，再自流入饱和器。 89煤气预热器（煤气预热器（1 1）：）：由鼓风机来的煤气，经电捕焦油器后，进入煤气由鼓风机来的煤气，经电捕焦油器后，进入煤气预热器（预热器（1 1）。在此用间接蒸汽加热煤气到）。在此用间接蒸汽加热煤气到60607070或更高一些的或更高一些的温度，其目的是温度，其目的是为了蒸发饱和器多余的水分为了蒸发饱和器多余的水分，保持饱和器内的水保持饱和器内的水平衡平衡。煤气预热器为列管式换热器，煤气走管内，管外通蒸气。煤气预热器为列管式换热器，煤气走管内，管外通蒸气。除酸器（除酸器（7 7）: :除酸器作用是捕集饱和器后煤气夹带的酸滴。除酸

37、器作用是捕集饱和器后煤气夹带的酸滴。饱和器（饱和器（2 2）：）：预热后的煤气沿饱和器中央煤气管进入饱和器，经分预热后的煤气沿饱和器中央煤气管进入饱和器，经分配伞从酸性母液中鼓泡而出，并同时吸收煤气中的氨。配伞从酸性母液中鼓泡而出，并同时吸收煤气中的氨。饱和器是饱和器是生产硫铵的最主要设备，有内部带除酸器的、中央带由机械搅拌生产硫铵的最主要设备，有内部带除酸器的、中央带由机械搅拌等型式等型式. .9091结晶槽（结晶槽（3 3）：）：饱和器母液中不断有硫铵生成，在硫铵浓度高于其溶饱和器母液中不断有硫铵生成，在硫铵浓度高于其溶解度时，就析出结晶，并沉淀于饱和器底部。其底部结晶由结晶解度时，就析出

38、结晶，并沉淀于饱和器底部。其底部结晶由结晶泵送到结晶槽，使结晶成长，沉降于底部。泵送到结晶槽，使结晶成长，沉降于底部。 离心机（离心机（5 5）：）：结晶槽底部硫铵结晶放到离心机内进行离心分离。滤结晶槽底部硫铵结晶放到离心机内进行离心分离。滤除母液，离心分离的母液与结晶槽满流出的母液一同自流回饱和器中。除母液，离心分离的母液与结晶槽满流出的母液一同自流回饱和器中。 干燥器（干燥器（7 7）：）：从离心机分离出的硫铵结晶经皮带送到干燥器去，用从离心机分离出的硫铵结晶经皮带送到干燥器去，用热空气干燥后再用翻斗提升机送入硫铵贮槽，经包装称量入成品库。热空气干燥后再用翻斗提升机送入硫铵贮槽，经包装称量

39、入成品库。92操作条件（酸洗条件）a:温度（5055 ） 为得大结晶颗粒，在较低温度下操作适宜。但为了保持水平衡应高于4550.b:酸度 饱和器的酸度要保持过量，以防止水解和改善氨的回收，但酸度高结晶颗粒小，需要综合考虑。C:杂质 母液中杂质对饱和器操作不利。93d:搅拌 搅拌利于获得大的结晶颗粒（泡沸伞和母液循环泵）无饱和器法生产硫酸铵工艺特点原理：利用硫酸做吸收剂，在喷洒式酸式塔内，不饱和过程吸收氨，不饱和硫酸铵溶液在结晶槽中结晶。结晶颗粒比饱和器法生产的硫铵颗粒大工艺流程 9495酸洗塔（1）： 煤气进入酸洗涤塔下段，煤气入口处及下段用游离酸度为2.5的硫铵母液喷洒，煤气中氨大部分在此被

40、吸收下来，此段得到的硫铵浓度为40%左右，尚未达到饱和，这样使蒸发水分的耗用蒸汽量小，又不致造成堵塞。上段喷洒的母液酸度为3.0，以吸收煤气中的剩余氨及轻质吡啶.酸洗塔两段都有独自的喷洒系统。母液加热器（4）： 母液循环槽内硫酸铵含量达40%时母液用结晶泵送至加热器，连同由结晶槽来的母液一起加热至56左右，然后进入真空蒸发器。蒸发器(5): 母液浓缩蒸发，水蒸发则母液得到浓缩。96结晶槽（2）：母液三层： 最上部：不含结晶的母液（进入满流槽，再用泵送回到母液循环槽） 中部：含小结晶颗粒的母液（经循环泵送到加热器连续进行循环，使结晶长大） 下部：含大结晶颗粒的母液（结晶长大并沉于底部用结晶泵送到

41、供料槽，流入离心机）974.4粗苯回收课前回顾：氨的回收 磷酸吸收法（无水氨的生产） 硫酸吸收法饱和器法无饱和器法（酸洗塔法）(硫酸铵的生产）原理：利用磷酸铵的选择吸收的特点原理：用硫酸过饱和过程吸收氨，饱和器内就析出结晶，结晶在结晶槽成长。原理：用硫酸在喷洒式酸式塔内，不饱和过程吸收氨，不饱和硫酸铵溶液在结晶槽中结晶。984.4粗苯回收教学目标： 掌握粗苯回收的方法和原理、回收工段的流程以及特点。理解粗苯吸收的影响因素。教学重点： 粗苯 回收工段的构成和回收流程。教学难点： 煤气终冷方法 ,富油脱苯流程的理解。小结： 粗苯回收方法、回收工段构成、终冷方法、吸收的影响因素、富油脱苯的流程 99

42、概述粗苯:脱氨后的焦炉煤气含有苯系化合物,其中以苯的含量为主,称之为粗苯.粗苯的组成和性质: 淡黄色 透明 液体,比水轻(密度0.8710.900 ),不溶于水,易挥发易燃.粗苯组成%苯甲苯二甲苯(含乙基苯)三甲苯和乙基甲苯不饱和化合物硫化物555711222.56127120.31.81001.粗苯回收方法:（1）洗油吸收法: 焦油洗油或者石油洗油作为吸收剂，吸收煤气中粗苯。（2）吸附法： 用活性炭或者硅胶固体吸附剂，吸附后用蒸汽蒸馏出粗苯。（3）加压冷冻法： 煤气加压8atm，冷冻-45使粗苯冷冻成固体而从煤气中分离。1012.粗苯回收原理（洗油吸收法）3.粗苯回收工段构成煤气最终冷却和除

43、萘(回收氨后:煤气温度55,为回收粗苯吸收温度要小于2025.)粗苯吸收(吸收)吸收油脱出粗苯（解吸）1024.粗苯回收各工段(1)煤气最终冷却和除萘煤气终冷和机械除萘工艺 沉萘槽庞大笨重、除萘不净; 终冷塔需冷却煤气和冲萘，循环水用量大，不利于环保；103最终冷却和油洗萘工艺洗萘塔和终冷塔分立； 煤气先用富油洗萘，洗萘后煤气再冷却； 洗萘后煤气中含萘仍较高； 终冷塔排出水中含浮油； 终冷塔只需冷却煤气无需冲萘，循环水用量少，利于环保。104最终冷却和焦油洗萘工艺 洗萘塔和终冷塔一体； 煤气先冷却，含萘水再用焦油洗萘； 煤气除萘效果好； 用水量大，不利于环保。105三种终冷工艺比较：工艺名称冷

44、却水作用除萘方法工艺特点煤气终冷和机械除萘工艺冷却煤气，并冲萘终冷水机械化萘沉淀沉萘槽庞大笨重、除萘不净最终冷却和油洗萘工艺冷却煤气富油吸收煤气中萘两塔分立；煤气中含萘仍较高；终冷水中含浮油，循环水用量少，利于环保最终冷却和焦油洗萘工艺冷却煤气，并冲萘焦油吸收终冷水中的萘两塔一体；除萘效果好；用水量大，不利于环保。106练习题：1.关于粗苯的叙述，下列说法正确的是() A.粗苯是单质；B.常温下粗苯是无色透明的液体；C.粗苯不溶于水，比水轻；D.粗苯中以甲苯的含量为主；答案：C2.当前，我国广泛应用那种方法回收煤气中的粗苯 () A.洗油吸收法；B.吸附法；C.加压冷冻法；D.蒸馏法；答案：A

45、3.粗苯回收工段构成为： ， ， 。答案：煤气最终冷却和除萘；粗苯吸收；吸收油脱出粗苯4.最终冷却和油洗萘工艺过程中采用的除萘方法是() A.机械化萘沉淀；B.富油吸收煤气中萘；C. 焦油吸收终冷水中的萘；D. 富油吸收终冷水中的萘；答案：B5.最终冷却和油洗萘工艺过程中冷却水的作用是 () A. 冷却煤气，并冲萘；B. 冷却煤气；C.冲萘；答案：B107(2)粗苯吸收:焦油洗油吸苯的工艺流程焦炉煤气以2527依次通过串联的洗苯塔，与塔顶喷洒的焦油洗油逆流接触，脱除粗苯后煤气从塔顶排出。塔底排出含粗苯约2.5%的富油送往蒸馏装置脱苯。脱苯后的贫油含苯0.20.4%，经冷却至2730后送至洗苯塔

46、循环使用。108:粗苯吸收影响因素a:吸收温度 适宜:25 左右;实际操作:2030 .洗油温度比煤气温度略高(防止煤气中水汽冷凝进入洗油).b:洗油相对分子量及循环量洗油相对分子质量: 吸收剂的吸收能力与其相对分子质量成反比. (焦油洗油:170180) (石油洗油:230240,吸苯能力弱,故循环油量比用焦油洗油时大)洗油循环量: 增加洗油循环量可提高粗苯的回收率.109c:贫油含苯量 贫油含苯量越高,塔后的粗苯损失越大,吸收效率不好;贫油含苯一般为:0.2%0.4%)d:吸收面积 增大汽液两相接触面积,有利于吸收.e:压力 提高吸收压力,可提高粗苯回收效率.110(3)富油脱苯方法水蒸汽

47、蒸馏法(脱苯塔内)富油加热方式a:预热器加热富油脱苯法列管式换热器蒸汽间接加热富油至135145耗蒸汽量大,设备大,污水量大.b:管式炉加热富油脱苯法管式炉煤气间接加热富油至180190蒸汽耗量低,设备尺寸小,污水量小.111流程a:生产一种苯流程 粗苯产品(含5%10%萘溶剂油)b:生产两种苯流程 轻苯:150 重苯:150200 (含萘溶剂油)c:生产三种产品的流程 轻苯 精重苯 萘溶剂油112113富油脱苯流程114115116小结：1.粗苯回收方法2.粗苯回收原理（洗油吸收法）3.粗苯回收工段构成4.粗苯回收各工段煤气最终冷却和除萘（三种工艺的流程和工艺特点）粗苯吸收（吸收流程、吸收影

48、响因素）富油脱苯（方法、流程）117 45 粗苯精制 焦化粗苯精制主要有酸洗精制和加氢精制工艺，酸洗法仍在发展中国发展中国家被大量采用，酸洗精制由于具有工艺简单、操作灵活、设备简单、材料易得和常温常压运行等优点，目前国内中小型焦化厂仍在应用,但其工艺落后、产品质量质量低、无法与石油苯竞争，而且收率低、污染严重，产生的废液很难处理。在发达国家都已采用加氢精制方法，产品可达到石油苯的质量标准标准。国内有很多企业企业已建成投产或正在建设粗苯加氢装置装置。20世纪80年代上海宝钢从国外引进了第一套Litol法高温加氢工艺，90年代石家庄焦化厂从德国引进了第一套K.K法低温加氢工艺，1998年宝钢引进了

49、第二套K.K法加氢工艺，还有很多企业正在筹建加氢装置。随着对产品质量和环保的要求越来越高，粗苯加氢工艺的应用应用是大势所趋。118目的：获得苯、甲苯、二甲苯等纯产品。1.粗苯组成、产率和用途 粗苯组成: 用途：有机合成的基础原料，可致苯乙烯、苯酚、硝基苯等进一步合成纤维、橡胶、农药、医药等。不饱和化合物：79以下的低沸点（环戊二烯）140以上的高沸点（茚、古马隆、苯乙烯）苯及其同系物硫化物（噻吩80.1、二硫化碳46.25）119原料粗苯 轻苯原料粗苯轻苯初馏分%0.91.0精制残渣%0.8-纯苯%69.074.5重质苯%3.0-甲苯%12.813.9苯溶剂油%4.0-二甲苯%3.03.3洗涤

50、损失%1.92.0轻溶剂油%0.80.9精制损失%1.61.0吹苯残渣%2.22.4合计%100100产率：120酸洗法精制2.粗苯酸洗法精制原理 不饱和化合物：79以下的低沸点（环戊二烯46.5）140以上的高沸点（茚181.5、古马隆173.5、苯乙烯146）苯及其同系物硫化物（噻吩84.1、二硫化碳42.5）粗苯组成间二甲苯139.1邻二甲苯144.9对二甲苯138.4苯：80.1甲苯：110.6二甲苯：苯及其同系物沸点121苯：80.1（噻吩84.1等）甲苯：110.6二甲苯:140左右（苯乙烯146等）初馏分：（环戊二烯46.5、二硫化碳42.5等）BTX馏分:重苯：（茚181.5、

51、古马隆173.5等）粗苯产品沸点粗苯精制流程包括：初步精馏：使低沸点化合物和高沸点含硫化合物分开。化学精制：把粗苯主要组分沸点范围内含硫化合物和不饱和化合物脱除。最终精馏：得到合乎标准的纯产品。1223.初步精馏粗苯的初步精馏初馏塔：塔顶得到初馏分；混合馏分（BTX）塔：塔顶得到BTX馏分；塔底得到重苯。轻苯的初步精馏不需要混合馏分（BTX）塔1234.硫酸法精制化学反应不饱和物聚合反应： 在硫酸的作用下生成二聚物和三聚物其沸点比苯的高，可用精馏法除去.磺化脱噻吩反应： 噻吩与硫酸反应生成噻吩磺酸溶于硫酸和水中，可用洗涤法除去。烷基化脱噻吩： 在硫酸作用下噻吩与不饱和化合物生成共聚物其沸点比苯

52、的高，可用精馏法除去.酸洗条件 硫酸含量：93%95% 温度：3540（ 4045 ） 时间：10min（加水控制） 搅拌：有利124工艺流程1255.吹苯和最终精馏吹苯吹苯的目的： 是把酸洗时溶于混合馏分中各种聚合物作为吹苯残渣排出，该残渣可用作生产古马隆树脂的原料。吹苯的方法： 塔底（可用筛板塔）有间接蒸汽加热器，同时吹入直接蒸汽，吹苯塔塔顶温度为100105，维持塔底温度为135.连续精馏 已洗BTX混合馏分，连续地进行精馏。三个苯（精馏塔可为浮阀塔）。 三个塔的塔顶温度分别是：苯塔800.5；甲苯塔1100.5；二甲苯塔8996（水蒸气蒸馏法）。126127半连续精馏6.初馏分加工环戊

53、二烯二聚体的生成： 从初馏分中制取环戊二烯，采用热聚合法，即在温度6080，反应1620小时，就可使环戊二烯聚合成二聚环戊二烯。精馏分离： 二聚环戊二烯沸点较高，故在聚合完成后，进行蒸馏去除所有轻质组分，釜底残液即为含量达95的二聚环戊二烯。环戊二烯二聚体的解聚 经热解解聚又可得单体环戊二烯。1287.古马隆-茚树脂生产古马隆和茚在催化剂（如浓硫酸，三氯化铝，氟化硼）作用下受热聚合成分子量为5002000的古马隆茚树脂。初馏酸洗脱色连续聚合聚合油水洗闪蒸含氟废水处理1298加氢精制粗苯加氢工艺主要有：鲁奇法。 采用Co-Mowiki催化剂/wiki， 反应温度360380， 压力45MPa，

54、以焦炉煤气焦炉煤气或纯氢纯氢为氢源，加氢油通过精馏分离，得到苯、甲苯、二甲苯和溶剂油，产品收率可达9799。 加氢油用萃取法或共沸蒸馏法分离得到产品纯苯。 130 K.K法。 催化剂选用NiMo及CoMo， 反应温度为200400， 操作压力为5.0MPa，一般用纯氢为氢源。加氢油采用萃取蒸馏法除去非芳烃，经蒸馏可得到纯苯、甲苯、二甲苯等产品。 K.K加氢主要发生加氢脱硫、加氢脱氮和加氢脱氧反应。 K.K法对加氢油进行分步逐级蒸馏制取纯苯、甲苯、二甲苯、非芳烃、C9馏分等多种产品。 131莱托法（Litol法）。 采用三氧化二铬为催化剂， 反应温度600650， 压力6.0MPa。 由于苯的同

55、系物加氢脱烷基转化为苯，苯的收率达114以上，可制得合成用苯，纯度99.9。 Litol法加氢主要发生加氢脱硫、加氢裂解和加氢脱烷基反应。 Litol法加氢油组成主要是苯，甲苯和二甲苯类物质很少。 1322、莱托法（Litol法）主要化学反应：脱硫反应 脱烷基反应 C6H5RH2C6H6RH饱和烃加氢裂解 烷烃与环烷烃几乎全部裂解成低分子烷烃C6H123H23C2H6C7H162H22C2H6C3H8环烷烃脱氢 不饱和烃加氢 脱氧和脱氮 C5H5N5H2C5H12NH3C6H5OHH2C6H6H2O133莱托法工艺流程 粗苯预蒸馏得轻苯；a:轻苯加热气化；氢气保护作用下，（蒸发器内）b:轻苯预

56、加氢；Co-Mo催化剂加氢脱除苯乙烯及同系物（预反应器内）。轻苯加氢（莱托加氢）；二个加氢反应器催化剂Cr2O3-Al2O3134加氢油精制（苯精制）；a: 稳定处理稳定塔分离掉1500优点低温煤气易于净化*适于高灰熔点煤*技术成熟，全世界煤气化装置容量占90%*操作简单，动力消耗少*对耐火炉衬要求低*适于高灰熔点的煤碳转化率高*液态灰渣易排出放大容量：5000吨/日*负荷跟踪好（50%）*煤种适应性广煤种适应性广*气化效率高160固定床流化床气流床熔融床缺点不适于焦结性强的煤*低温干馏产生煤焦油、沥青等*单段炉不易大型化，1200吨/日*容量较小1500吨/日*飞灰中未燃尽碳多（第二代利用灰

57、团聚功能）*对耐火炉衬要求高（第二代用水冷套）*适于低灰熔点煤适于低灰熔点煤碳转化（%）99959799实用例Lurgi鲁奇炉液态排渣鲁奇炉WinkerKRWU-GASTexaco,shellK-T炉开发中1612.气化过程热的产生和传递气化效率：即意味着单位质量气化原料的化学热转化为所产生的煤气化学热的比例。表5-6自热式气化炉中不同产热方式的比较162表5-6自热式气化炉中不同产热方式的比较反应物质优点缺点适用场合空气耗费少N2稀释了煤气低热值煤气H2高CH4含量H2的分离制造作为合成气时，CH4需进一步分离转化加热气O2可获得纯度高的煤气需制氧设备中热值煤气及合成气CaO不需要制造O2再

58、生未解决合成气和加热气1633.气化反应器的生产能力容积气化强度（qm/vR）:qm-固体的质量流量, kg/hvR-反应器体积，m3煤-固体的密度，kg/m3-平均停留时间，hN-返混程度XC-碳的转化率K-反应速率常数T-温度164 返混的减少（N值上升）；所要求碳的转化率（XC）的下降；反应速率常数K的上升、温度的上升和更高的反应性。取决于煤的的表观密度s（原料煤性质）煤堆的疏松程度（反应器类型）。随以下的因素而减小：煤165表5-7不同反应器类型煤容积气化强度（qm/vR）的比较反应器类型最高温度/容积气化强/kg/(m3/h)固定床0.1MP约11001202000.3MP80011

59、00200300流化床4MP79589571气流床0.1MP15003604MP150072001664.装料和排灰装料间歇加料；连续加料常压加料；加压加料加压加料：料槽阀门；泥浆泵料槽阀门法原理：如图5-18泥浆泵法原理：煤料与油或水搅拌制成浆状悬浮液，其中含大约60%的固体煤料，经过泵打入气化炉。167排灰固定床反应器固态排渣时候：通过炉箅(灰渣层要保持一定厚度：保护炉栅合适的蒸汽和氧气比例：防止结渣加压时候采用和料槽阀门相同的方法排灰)168流化床反应器矸石灰：炉子底部开口排灰飞灰：从粗煤气中分离气流床灰渣以液态方式排渣，从气化炉底部开口流出(前提：气化温度应高于灰渣的熔化温度)1695

60、.煤质对气化的影响气化用煤的性质包括反应活性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成、以及煤的水分、灰分和硫分等。煤的反应活性这是指在一定的条件下，煤炭与不同气化介质（如二氧化碳、氧、水蒸气和氢）相互作用的反应能力。反应活性又称为反应性。反应性的强弱直接影响煤在气化时的有关指标：产气率、灰渣或飞灰含碳量、氧耗量、煤气成分及热效率等。不论何种气化工艺，煤活性高总是有利的。170结渣性煤中矿物质，在气化和燃烧过程中，由于灰分软化熔融而变成炉渣的性能称为结渣性。对移动床气化炉，大块的炉渣将会破坏床内均匀的透气性，严重时炉篦不能顺利排渣，需用人工破渣，甚至被迫停炉。另外炉渣包裹了未气化的原料，使

61、排出炉渣的含碳量增高。对流化床来说，即使少量的结渣，也会破坏正常的流化状况，另外在炉膛上部的二次风区的高温，会使熔渣堵塞气体出口处等。通常用煤灰熔点（T2）来判断煤炭是否容易结渣，灰熔点越低的煤，越易结渣。气化用煤要求T21250。由于灰渣的物理状态和化学组成均不同于煤中的灰分，因此仅以灰熔点来判断有时并不可靠。171 煤的粘结性煤受热后会相互粘结一起。对于移动床煤气化方法，若煤料在气化炉上部粘结成大块，将破坏料层中气流的分布，严重时会使气化过程不能进行，对流化床气化法，若煤粒粘结成大颗粒或块，则会破坏正常的流化状态。适用的气化用煤是不粘结或弱粘结性煤。由于气流床气化炉内，煤粒之间接触甚少，故

62、可使用粘结性煤。 172 53 固定(移动)床气化法一、发生炉煤气（空气煤气） 以煤或焦炭为原料，以空气和水蒸气为气化剂，通入发生炉内制得的煤气为发生炉煤气。（ H2 N2 ）1. 制气原理：理想发生炉煤气 理想的发生炉煤气的组成取决于这两个反应的热平衡条件，即满足放热反应与吸热反应的热效应衡等的条件 。理想情况：气化纯碳，且碳全部转化为CO；按化学计量方程供入空气和水蒸气且无过剩；气化系统为孤立系统，系统内实现热平衡173放热反应：. N2 . N2 +.吸热反应： H2H2 -.热平衡：. H2. N2 . H2 . N2 理想发生炉煤气组成:CO:40%; H2:18.2 %; N2:4

63、1.8%; 实际上制取混合发生炉煤气（ CO:; H2:; N2: ; ） 实际上制取混合发生炉煤气，不可避免有许多热损失，水蒸气分解和CO2还原进行不完全，使实际的煤气组成、气化效率与理论计算值有显著差异。174沿料层高度煤气组成的变化175灰渣层：气化剂（ ，H2）被预热，气体组成不变；氧化层：C+O2CO2+Q，（ ，CO2） C+CO22CO -Q（ 耗尽，出现CO，CO2 ）还原层：C+CO22CO -Q C+H2OCO+H2 -Q（CO，CO2 H2）还原层以上： CO+H2OCO2+H2+Q（ CO 稍 ， CO2和H2稍 ）1762.气化过程的控制目的：高的气化效率气化炉的选择

64、： 弱黏结性需破黏选择带搅拌装置的气化炉；机械强度和热稳定性差不宜搅拌；原料筛分粒度小的，要求煤气热输送的选择干法出灰。合理气化强度：（温度、原料、气化炉有关） 气化强度超过合理的范围，就可能使灰渣中含碳量增加和出口煤气中带出物增多，从而增加了原料的损失，因而降低了煤气产率，并且影响到煤气的质量，其综合效果是气化效率降低，177炉温：（保持均匀和不结渣）水蒸气耗量与原料性质关系：水蒸气的单位消耗量的差异主要由于原料煤的理化性质不同，但为防止结渣要提高水蒸气的量。水蒸汽的单位消耗量对水蒸气分解率和气化指标的影响提高水蒸气量，但水蒸气分解率却下降，煤气热值降低1781793.煤气发生炉具有凸型炉箅

65、的煤气发生炉3M13型煤气发生炉：其特点：炉内带有搅拌棒破粘主要适用于长焰煤、气煤等弱粘结性煤种，湿法排灰（灰渣通过水封的旋转灰盘排出）。1801813M21型煤气发生炉不带搅拌装置主要用于气化贫煤、无烟煤和焦炭等不黏结性燃料182威尔曼-格鲁夏(W-G)煤气发生炉两种形式：一种是无搅拌装置的用于气化无烟煤、焦炭等不黏结性燃料；另一种是有搅拌装置的用于气化弱黏结性烟煤。国内常用不带搅拌装置的。其特点是：液压加料，煤连续进入炉内，液压干法除灰，全水夹套。1、山渣机2、灰斗3、炉栅4、炉体5、汽包6、炉顶7、双钟罩加烧煤箱8、斜桥上煤装置1834.煤气发生站工艺流程有焦油回收的冷煤气工艺流程：这种

66、焦油不能作为重要产品，但必须从煤气中除去，防冷凝下来堵塞煤气管路和设备。煤气由发生炉出来，进入竖管直接水冷却器，初步除去重质焦油和粉尘，煤气被冷到8595，经半净煤气管道进入电捕焦油器，除去焦油雾滴后进入洗涤塔，煤气被冷却到35以下，含尘量下降到100mg/m3以下，进入净煤气管，再经排送机送到用户。184二、水煤气 水煤气是由炽热的碳和水蒸气反应所生成的煤气。燃烧时呈蓝色，所以又称为蓝水煤气。需提供水蒸气分解所需的热量，一般采用二种方法：a.交替用空气和水蒸气为气化剂的间歇气化法；b.用氧和水蒸气为气化剂的连续气化法。1.制气原理.N2 . N2 +394.1kJ/molH2 2 - 394

67、.1kJ/mol185n间歇法制造水煤气间歇法制造水煤气两段：吹空阶段（吹风阶段）；吹蒸阶段（制气阶段）。理想水煤气生成理想水煤气的方程式：. N2 H2 . N2 2 理想水煤气组成：50%与50%2 气化效率：100%实际水煤气2含量高于（ OH2 22 ）常含有2、N2 、H2S和4 等气化效率：60%65%1862.间歇法制造水煤气工作循环的构成间歇法制水煤气，主要由吹空气（蓄热）、吹水蒸气（制气）两个阶段组成，但为了节约原料，保证水煤气质量，正常安全生产，还需要一些辅助阶段，实际共有六个阶段：吹风阶段、水蒸气吹净阶段、一次上吹阶段、下吹制气阶段、二次上吹阶段、空气吹净阶段。187六阶

68、段工作循环：a吹风阶段吹入空气，使部分燃料燃烧，将热能积蓄在料层中，废气经回收热量后排入大气；b.蒸气吹净阶段由炉底吹入蒸气，把炉上部及管道中残存的吹风废气排出，避免影响水煤气的质量；c.一次上吹制气阶段由炉底吹入蒸气，利用床内蓄积的能量制取水煤气，煤气送气柜；188d.下吹制气阶段上吹制气后，床层下部温度降低，气化层上移，为了充分利用料层上部的蓄热，用蒸气由炉上方往下吹（使气化过程在一个稳定，温度均匀的区域进行），制取水煤气，煤气送气柜；e.二次上吹制气阶段下吹制气后炉底部残留下水煤气，为安全起见，先吹入水蒸气，所得煤气仍送贮气柜；f.空气吹净阶段由炉底吹入空气，把残留在炉上部及管道中的水煤

69、气送往贮气柜而得以回收，以免随吹风气逸出而损失。189以上各阶段的时间分配列于下表：34分钟循环各阶段时间分配表分钟循环各阶段时间分配表：序号 阶段名称 3min循环,（S） 4min循环,（S） 1 2 3 4 5 6 吹风阶段 蒸气吹净阶段 上吹制气阶段 下吹制气阶段 二次上吹阶段 空气吹净阶段 4050 2 4560 5055 1820 2 6080 2 6070 7090 1820 2 其缺点是生产必须间歇阀门频繁切换，生产效率低1903.富氧连续气化制造水煤气和半水煤气特点：取消六阶段循环，采用富氧气纯氧气和水蒸气特点：取消六阶段循环，采用富氧气纯氧气和水蒸气为气化剂，延长有效制气时

70、间，使生产能力提高。为气化剂，延长有效制气时间，使生产能力提高。气化原料要求：高挥发份不黏煤、弱黏煤、低挥发份无烟煤、焦炭等1914.水煤气发生炉及水煤气站流程水煤气发生炉oUGI煤气化炉 是一种常压固定床煤气化设备。o原料：通常采用无烟煤或焦炭，o发生炉由上锥体、水夹套、炉篦传动装置，出灰机械及炉底壳等五个主要部分组成。192o其特点：是连续式操作生产发生炉煤气（即空气煤气）外，或间歇式操作生产半水煤气或水煤气。炉子为直立圆筒形结构。o炉体用钢板制成，o下部设有水夹套以回收热量、副产蒸汽，o上部内衬耐火材料，炉底设转动炉篦排灰。193o优点是o 设备结构简单，易于操作，一般不需用氧气作气化剂

71、，热效率较高。o缺点是o 生产强度低，对煤种要求比较严格，采用间歇操作时工艺管道比较复杂。194水煤气站流程1953.两段式完全气化炉特点： 使用高挥发份的弱黏结性烟煤及褐煤； 干镏气化分段进行； 两段炉具有比一般发生炉较长的干馏段，煤加热速度变慢，干馏温度低，获得的焦油质量比较轻。两段式煤气发生炉（P173图-28）上段：干馏段下段：气化段下段煤气温度500600，上段煤气温度100150，只含轻质焦油。196197两段式水煤气发生炉 现有水煤气炉上部增设干馏段，原料煤在干馏段进行低温干馏，产生半焦落入气化段，再用空气、水蒸气间歇制水煤气。气化炉构造 与两段煤气发生炉相似，包括加料装置、干馏

72、段、气化段、回转炉箅及排灰装置。原料 不黏结或弱黏结性的烟煤或热稳定性好的褐煤。1984.加压气化原理与工艺加压固定床气化炉生产工况与常压气化炉类似，原料自上而下，气化剂自下而上，逆流接触，煤碳由固态向气态转化。炉内料层：干燥层、干馏层、甲烷层、第二反应层（还原）、第一反应层（氧化）和灰渣层。199过程原理及其影响因素过程原理以及影响因素压力对煤气组成影响甲烷和二氧化碳含量增加；氢气和一氧化碳含量减少（在加压下为甲烷生成反应制造了条件）压力对氧气耗量的影响减少氧气的消耗（为常压的1323）200压力对蒸汽耗量的影响蒸汽耗量增加（为防止结渣和利于甲烷化的反应，为常压的2.53倍）压力对气化炉生产

73、能力的影响提高生产能力（气化强度提高，反应速率加快，碳的转化率较高）对煤气产率的影响降低（气体体积减小，煤气中二氧化碳含量高）201加压气化对煤气输送动力的影响节省煤气动力消耗固定床加压气化炉及工艺流程加压气化炉最成熟炉型是鲁奇炉（Lurgi）。它和常压移动床一样，也是自热式逆流反应器，所不同的是采用氧气-水蒸气或空气-水蒸气为气化剂，在2.03.0MPa的压力和9001100温度条件下进行的连续气化法。202o双层壳体（内外两层厚刚筒间形成水夹套，可引出供气化炉使用）；o设有煤分布器和搅拌器（破黏）；o塔节型炉箅且设有破渣装置（气化剂均匀分布）；203204工艺流程煤气带出有废热回收的制气工

74、艺流程：P179图5-362052065.加压液态排渣气化炉基本原理 仅向炉内通入适当的水蒸气量，控制炉温度在灰熔点之上，使灰渣以熔融态自气化炉内排出（消除了结渣对炉温的影响）207气化炉概况及其结构液态排渣气化炉主要特点：灰渣呈熔融液态排出；特殊的排灰机构（英国煤气公司把工业鲁奇炉炉篦部分去掉，装上氧蒸气下倾斜嘴，气化剂喷入使温度为1500，使灰渣形成流动的熔渣。熔渣通过位于中央的排渣口排入急激室的水中淬冷成渣粒。）；208 炉体为钢制外壳（内砌耐火砖，再衬碳化硅）； 喷嘴外部设水夹套； 排渣口材质为硝基硅酸盐或碳化硅（抗熔渣侵蚀）；加压液态排渣气化炉的优缺点优点：a.气化炉生产能力提高34

75、倍；b.水蒸气分解率大为提高，后系统的冷凝液量大为减少；c.煤气带出物减少；煤气出口温度低；d.煤气中CO和H2组分提高25%左右，煤气热值提高；209e:降低了煤耗；f:改善了环境污染；缺点：a炉衬材质要求高；b:熔渣池结构和材质技术性强；c:氧耗高。鲁尔-100加压气化炉概况210 54 流化床气化法1.常压流化床气化原理直接使用小颗粒碎煤（010mm）为原料，并可利用褐煤等高灰劣质煤。它又称为沸腾床气化，把气化剂（蒸气和富氧空气或氧气）送入气化炉内，使煤颗粒呈沸腾状态进行气化反应。2.常压流化床（温克勒）气化工艺温克勒(Winkler)气化炉211组成：流化床（下部的圆锥部分）悬浮床（上

76、部的圆筒部分，为下部的610倍）操作特点a:原料的加入：由螺旋加料器加入圆锥部分腰部。b:排灰：矸石灰（30%左右）自床层底部排出；其余飞灰由气流从炉顶夹带而出。212c:气化剂（氧气或空气；水蒸汽）：一次气化剂（6070%）由炉箅下部供入；二次气化剂（3040%）由气化炉中部送入。二次气化剂的作用：其在接近灰熔点的温度下操作，使气流中夹带碳粒得到充分的气化。213温克勒气化工艺流程214原料的预处理破碎粒度（010mm,0.5mm以下筛去）干燥（水分：812%）破黏气化粗煤气的显热回收（废锅回收）煤气的除尘和冷却215工艺条件和气化指标工艺条件a:操作温度一般为900左右。b:操作压力约为0

77、.098MP（常压）c:原料粒度；010mm,褐煤、弱黏煤、不黏煤和长焰煤等，但活性要高。d:二次气化剂用量及组成与带出未反应的碳成比例。（过少：未反应碳得不到充分气化而被带出，气化效率下降；过多：产品被烧）216温克勒气化工艺的优缺点优点：单炉生产能力大；气化炉结构简单；可气化细颗粒煤(010mm);出炉煤气基本上不含焦油；运行可靠，开停车容易。缺点：气化温度低（防止结渣）；气化炉设备庞大()；热损失大（煤气出炉温度高）；带出物损失较多（气流中夹带碳颗粒）；粗煤气质量较差()。2173.高温温克勒（HTW）气化法基本原理温度的影响但要防止结渣，可在煤中添加石灰石等来提高煤的软化点和熔点。压力

78、的影响加压，床层的膨胀度下降，工作状态比常压稳定。加压，气流带出量减少，带出物的颗粒尺寸也减小了。加压，生产能力提高。加压，煤气热值得到提高。提高温度提高CO和H2的浓度提高碳的转化率和煤气产率；218气化工艺在温克勒气化工艺基础上提高温度和压力。提高气化压力到1MPa;气化温度可提高到1000；工艺流程优点：提高气化炉生产能力；碳的转化率上升，提高了煤气的质量。2192204.灰团聚气化法特点：团聚排渣（灰团聚而不结渣）原理：在流化床中导入氧化性高速射流，使煤中灰分在软化而未熔融状态下，在一个锥形床中相互熔聚而黏结成含碳量较低的球状灰渣，有选择地排出炉外。与传统排渣方式相比的优点：与固态排渣

79、比：降低了灰渣中的碳损失；与液态排渣比：减少了灰渣带走的显热损失。221气化炉及气化过程气化炉内，四个重要功能：煤的破黏、脱挥发份、气化及灰的熔聚、团聚灰渣从半焦中分离出来。原料煤06mm床内反应温度为9501100 ；操作压力在0.142.4MPa范围变化.222气化过程：气化剂由两处进入气化炉：从炉篦进入，维持正常的流化；由中心（文氏管）进入灰熔聚区。由中心进入气体的氧/汽比较大，故床底中心区(熔聚区)温度较高，当达到灰的初始软化温度时，灰粒选择性地和别的颗粒团聚起来。团聚体不断增大，直到它不能被上升气流托起为止。床层上部空间作用;裂解在床层内产生的焦油和轻油（煤气不含焦油）。煤气夹带煤粉

80、由两级旋风分离器分离和收集。223o气化炉：224225气化工艺的特点灰分熔聚及分离（灰渣和半焦选择性分离）a:文丘里管内的气流速度 控制中心管的气流速度，可达到控制排灰量的多少。 b:熔聚区的温度 文氏管气化剂的汽/氧比较低，形成的局部高温区（比灰熔点低100200），使未燃碳燃烧气化，又使灰粒相互粘结而团聚。c:带出细分的再循环。 借助两级旋风分离器实现细粉循环并进一步气化，生成细灰与床层中的熔聚灰一起形成灰球排出。对煤种有较广泛的适应性 广泛的煤种适应性（一定黏结性的煤无需破黏）和高的碳的转化率。226 55 气流床气化法1.基本原理和特点基本原理 所谓气流床，就是气化剂（蒸气与氧）将粉

81、煤夹带入气化炉进行并流气化。 煤粉被气化剂夹带通过特殊的喷嘴进入反应器，瞬时着火，形成火焰，温度高达2000。 煤粉和气化剂在火焰中作并流流动，煤粉急速燃烧和气化，反应时间只有几秒种，可以认为放热与吸热反应差不多是同时进行的，在火焰端部，即煤气离开气化炉之前，碳已全部耗尽，生成含一氧化碳和氢气的煤气及熔渣。在高温下，所有的干馏产物都被分解，只含有很少量的CH4(0.02)而且煤颗粒各自被气流隔开，单独地裂解，膨胀、软化、烧尽直到形成熔渣，因此煤粘结性对煤气化过程没有什么影响。227主要特征气化温度高、气化强度大纯氧和水蒸气气化，温度达2000左右煤种适应性强；褐煤不适于制水煤浆加料。煤气中不含

82、焦油；反应温度高，床层温度均一需要设置庞大的磨粉、余热回收、除尘等辅助装置。粉煤7080%过200目筛分，出口煤气温度高，起气速高带走的飞灰多。2282.K-T气化法(常压、粉煤气化)气化炉高温气流床熔融排渣煤气化设备；采用气-固相并流接触，压力为常压，温度大于1300；K-T煤气化炉结构为卧式橄榄形（图4），其上部有废热锅炉（辐射传热的和对流传热的），利用余热副产蒸汽。壳体由钢板制成，内衬耐火材料。煤粉通过螺旋加料或气动加料与气化剂混合，从炉子两侧或四侧水平方向以射流形式喷入炉内，立即着火进行火焰反应。煤中大部分灰分在火焰区被熔化，以熔渣自气化炉底部排出。其余灰分被气体夹带走。2292302

83、31气化工艺气化工艺流程a:煤粉制备。 7080%通过200目筛，并要求干燥。b:煤粉和气化剂的输入。 双烧嘴相邻对称设置。c:制气。 14001500的粗煤气，炉出口处饱和蒸汽急冷，降温至900 .d:废热回收。 粗煤气显热用废锅（辐射、对流）回收，并副产蒸汽。e:洗涤冷却。232操作条件和气化指标a:原料煤 可应用各种类型煤，特别是褐煤和年轻的烟煤更为适用；7080%过200目筛，b:温度 火焰中心：2000；粗煤气出口（未淬冷）14001500.c:压力 微正压（常压）d:氧煤比: 0.850.9kg/kg.233e:蒸汽煤比:0.30.34kg/kg.f:气化效率:69%75%.g:碳

84、转化率:80%98%.主要优缺点：优点：经验丰富；气化炉结构简单维护方便；单炉生产能力大；煤种适应性广；蒸汽用量低；煤气中不含焦油和烟尘，有效成分（CO和H2）可达8590%；不产生含酚废水；碳的转化率高于流化床。缺点：庞大的制粉设备，耗电量高；需设空分装置，耗氧量大；需有高效除尘装置，操作能耗大，建厂投资高。2342353.Shell3.Shell煤气化工艺煤气化工艺工艺技术特点加压气流床粉煤气化，以干煤粉进料，纯氧做气化剂，液态排渣；火焰中心温度：16002200；出炉煤气温度约为：14001700；干煤气中有效成分CO和H2可达90%以上，CH4含量很低。主要工艺技术特点：煤种适应广（干

85、法粉煤、气流床）能源利用率高（高温、加压热效率高；碳转化率高）设备单位产气能力高（加压、设备单位容积产气能力高）环境效益好（富产物少，属洁净煤工艺）236 Shell煤气化工艺流程及气化炉237238239流程简述：、煤粉制备和送料系统。经预破碎后进入煤的干燥系统，使煤中的水分小于2%，然后进入磨煤机中被制成煤粉，磨煤机是在常压下运行，制成粉后用N2气送入煤粉仓中。然后进入加压锁斗系统。再用高压N2气，以较高的固气比将煤粉送至4个气化炉喷嘴，煤粉在喷嘴里与氧气(95%纯度)混合并与蒸汽一起进入气化炉反应。、气化。由对称布置的4个燃烧器喷入的煤粉、氧气和蒸汽的混合物，在气化炉内迅速发生气化反应，

86、气化压力24MP,气化炉温度维持在14001700，这个温度使煤中的碳所含的灰分熔化并滴到气化炉底部，经淬冷后，变成一种玻璃态的渣排出。240、煤气冷却。 粗煤气随气流上升到气化炉出口，经过一个过渡段，用除尘后的低温粗煤气(150 左右)使高温热煤气急冷到900 (在有一定倾角的过渡段中，由于热煤气被骤冷，所含的大部分熔融态灰渣凝固后落入气化炉底部)然后进入煤气冷却器（水管式废热锅炉）被进一步冷却到250 左右。经除尘后部分煤气加压后循环用于出炉煤气的激冷。241气化炉高压容器外壳膜式水冷壁环形空间：向火侧附着一层耐火材料（以渣抗渣）内壁衬里设有水冷管副产部分蒸汽容纳水、蒸汽输入和出的管路、利

87、于检修内筒和外筒筒上部为燃烧室（气化区），下部为熔渣激冷室242243水冷壁结构水冷壁结构水冷壁是由: 液体熔渣、 固体熔渣、 膜式壁、 碳化硅耐火填充料、加压冷却水管、抓钉组成的。水冷壁结构示意图：水冷壁结构示意图：244连续运行连续运行10年水冷壁内侧图片年水冷壁内侧图片245连续运行连续运行10年水冷壁外观图片年水冷壁外观图片246Shell气化炉以渣抗渣原理：气化炉以渣抗渣原理：生产中，高温熔融下的流态熔渣，顺水冷壁重力方向下流，当渣层较薄时，由于耐火衬里和金属销钉具有很好的热传导作用，渣外表层冷却至灰熔点固化附着，当渣层增厚到一定程度时，热阻增大，传热减慢，外表渣层温度升高到灰熔点以

88、上时，熔渣流淌减薄；当渣层减薄到一定厚度时，热阻减小，传热量增大，渣层温度降低到灰熔点以下时熔渣聚积增厚，这样不断的进行动态平衡。247o下面是两张结渣图片供参考：248shell气化炉内渣层对保护耐火层理和水冷壁管至关重要，以下一张照片是停车中温降过快造成的垮渣，一张是炉内温度波动（高温）造成的渣层损坏。将容易烧蚀损坏原来被渣层保护的耐火衬里和金属销钉，当保护层减薄到一定程度时，将失去对水冷壁的保护，伤害到本体，气化炉反应热平衡也将失衡。249优缺点：优点：-气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受较高的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少。-碳转化率高，碳转化率99 %。-由于是干粉进料，粗合成气中

89、有效气（CO+H2）浓度高于90%，CO2含量低。-气化效率高，原料煤及氧气消耗低，原料利用率高.-单炉能力大、运转周期长、无需备用炉。-多组对列式烧嘴配置，可以通过关闭一组或多组烧嘴来调整合成气的产出量，操作弹性大。-合成气比较清洁，高温气化的气体中不含焦油、酚等有害物质，便于合成气的净化处理。250-环保上的优点：正常生产时，基本无废气排放；由于绝大部分工艺水可以循环使用，排放废水较少。在高温下产生的熔渣性质稳定，对环境影响较小，还可以作建筑材料。-工艺技术先进可靠，已在荷兰Demkolec成功建设了一套单炉日处理煤量2000吨的气化装置，用于联合循环发电。251Shell工艺缺点是：还没

90、有用于合成气生产的工业应用业绩，即没有与生产甲醇或合成氨装置串联的运行经验可以借鉴；入炉煤采用气流输送，限制了气化压力的进一步提高，压力限制在24MPa。投资远远高于水煤浆气化，大约是德士古水煤浆气化的2倍左右。2524.GSP粉煤气化法粉煤气化法GSP粉煤加压气化技术，是德国未来能源开发的工艺技术，既有Texaco气化工艺的特点，又有Shell气化工艺的特点。气化炉的操作压力为2.54.0MP。气化温度操1350oC-1600oC之间。253GSP气化炉结构包括： 水冷壁的气化室和激冷室。254粗合成气激冷工艺流程包括备煤、气化及气体除尘冷却、黑水处理等。 加压干煤粉，氧气及少量蒸汽通过联合

91、喷嘴进入到气化炉中。 高温气体与液态渣一起离开气化室向下流动直接进入激冷室，热的合成气被喷射的激冷水所冷却。而液态渣在激冷室底部的水浴中成为颗粒状，定期从渣锁斗中排入渣池。255 组合式喷嘴组合式喷嘴组合式喷嘴由配有火焰检测器的点火喷嘴点火喷嘴和生产喷嘴所和生产喷嘴所组成，故称为组合式气化喷嘴组合式气化喷嘴。受到高热负荷的喷嘴部件由喷嘴循环冷却系统来强制冷却。喷嘴的材质为奥氏体不锈钢，高热应力的喷嘴顶端材质为镍合金。 喷嘴由中心向外的环隙依次为氧气、氧气喷嘴由中心向外的环隙依次为氧气、氧气/蒸蒸汽、煤粉通道。汽、煤粉通道。256组合式喷嘴结构示意图组合式喷嘴结构示意图257组合式喷嘴外观示意图

92、组合式喷嘴外观示意图258 GSP粉煤加压气化的技术特点粉煤加压气化的技术特点oa、气化炉内部采用膜式水冷壁，可承受高达2000的气化温度。对原料煤的灰熔点限制较少，可以气化高灰熔点的煤。ob、由于是干粉进料，粗合成气中有效气（CO+H2）浓度高，接近90%，CO2含量低。oc、气化效率高，原料煤及氧气消耗低。碳转化率99%，原料利用率高。259od、采用激冷工艺流程，设备结构简单，装置投资少。oe、采用水冷壁副产低压蒸汽，通过监控水冷壁的出水温度，判断炉壁的挂渣情况，有利用于气化炉的稳定操作及延长设备的寿命。of、组合式工艺烧嘴（点火及工艺烧嘴合一）及特殊的烧嘴结构，保证了气化较长的周期和较

93、大的操作弹性。og、经过冷激和洗涤，粗合成气含尘量低，同时有较高的水汽比，变换无需外补蒸汽。260261262263这是GSP气化炉照片，用于神华宁煤集团煤基烯烃项目.2645.德士古（Texaco）气化法水煤浆进料，加压气化气化原料：水煤浆气化剂：氧气1.基本原理和气化炉型基本原理以及气化炉型水煤浆通过喷嘴在高速氧气流作用下破碎、雾化喷入炉内。：基本原理：裂解、挥发分燃烧水迅速变为水蒸气；煤粉发生干镏及热解；挥发份燃烧。 265b:燃烧气化:燃烧：C+O2CO2+Q气化:C+H2OCO+H2-Q；CO2+CCO-Q;燃烧:O2+H2H2O+Q; CO+O2CO2+Q;c:气化（氧气耗尽时）：

94、C+H2OCO+H2-Q；CO2+CCO-Q;CO+H2CH4+H2O +Q；最后生成以CO、H2、CO2、 H2O为主要成分的湿煤气及熔渣。266:气化炉直立圆筒形耐压容器;内衬耐火材料，近似绝热；内部无结构件，维修简单；运行可靠。2672682692.德士古气化工艺：水煤浆制备和输送湿法：干法制造水煤浆：气化和废热回收：烧嘴双套管式；三套管式：中心管：氧气；外环系：氧气；内环系：水煤浆。270德士古烧嘴其中喷嘴为三通道，工艺氧走一、三通道，水煤浆走二通道，介于两股氧射流之间。水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是由于水煤浆在较高线速下(约30m/s)对金属材质的冲刷腐蚀。 中心管：氧气

95、；外环系：氧气；内环系：水煤浆。271272273烧嘴要求：雾化性好，气化反应性好，寿命长等。：粗煤气三种不同的冷却方法（流程）a:直接淬冷（激冷流程）适用于制NH3和H2(因为这种流程易于和变换反应器配套，激冷产生蒸气可满足变换的需要) 274激冷流程简介：气化炉产生的高温煤气和液态熔渣一起，通过炉子底部的急冷室，与水直接接触而冷却；同时产生大量高压蒸汽与煤气一起离开气化炉。275276b:间接冷却（废锅流程）适用于生产工业燃料煤气、联合循环发电用燃气或合成用原料气。 277废锅流程简介： 气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣进入到气化炉下部的辐射式废锅，由水冷壁管冷却至700（水冷管内副产高压

96、蒸汽），而熔渣粒固化分离落入到下面的淬冷水池，经灰锁斗排出。粗煤气由辐射废锅导入对流废锅进一步冷却至300 （废锅回收显热并副产蒸汽）。278279：间接冷却直接淬冷相结合（半废锅流程）半废锅流程简介：气化炉产生的高温粗煤气和液态熔渣先进入辐射式废锅，冷却至700（水冷管内副产高压蒸汽），熔渣粒固化与煤气分离落入到下面的淬冷水池，经灰锁斗排出。然后粗煤气用水喷淋淬冷至200左右。：煤气冷却以及三废处理2803.工艺条件：水煤浆浓度：要求：较高的浓度；较好的流动性和稳定性；（水煤浆浓度高煤气中有效成分增加，气化效率高，氧气耗量下降。）较高浓度：气化效率高较好流动性：易于泵送（可加助溶剂）较好的稳

97、定性：防止分层沉降适宜粒度分布：（粗粒多：粘度下降，流动性好，但易分层；细粒多：稳定性好，但粘度大，流动性。）褐煤不宜做制水煤浆的原料。281：粉煤粒度：小颗粒的碳的转化率高于大颗粒的。：氧煤比：合适的氧煤比。：气化压力：加压下可以提高气化效率；提高生产能力；节省煤气的输送动力消耗。：气化温度：气化温度选择的原则是：保证液态排渣的前提下，尽可能维持较低的操作温度。：助溶剂：可降低灰熔点，可使气化炉在较低温度条件下运行，降低氧气耗量，提高耐火材料的使用寿命。2824.德士古气化工艺评价优点：:气化炉结构简单。 该技术关键设备气化炉属于加压气流床湿法加料液态排渣设备，结构简单，无机械传动装置。:开

98、停车方便。:煤种适应较广。 可以利用粉煤、烟煤、次烟煤、石油焦、煤加氢液化残渣等。不受灰熔点等限制。283 :合成气质量好。 CO+H280%且H2与CO量之比约为0.77，可以对CO进行变换以调整其比例用来作合成氨、甲醇等，且后系统气体的净化处理方便。:碳转化率高。 该工艺的碳转化率在97%98%之间。 :单炉产气能力大。 由于德士古水煤浆气化炉操作压力较高(一般为4.0MPa6.7MPa)，又无机械传动装置，在运输条件许可下设备大型化较为容易。284:三废排放有害物质少。缺点：氧耗高。是因煤浆中水分高，因而氧耗高。需助溶剂。当使用高熔点的煤时需要助溶剂。需热备用炉。备用炉必须1000以上才

99、可投料，所以备用炉应处于热备用状态。285气化炉耐火材料寿命短。工艺烧嘴寿命短。几种加压气流床气化炉：壳牌（SHELL），GSP,Texaco(德士古)286几种气流床气化炉比较287o表表510 各种煤气化炉的主要工艺特性各种煤气化炉的主要工艺特性气化炉名称气化反应床分类主要气化条件生成气特征UGI煤气化炉固定床常压，气化温度10001250，空气或富氧空气和蒸汽为气化剂以无烟煤为原料时，甲烷含量较低，煤焦油、酚的含量也较低鲁奇煤气化炉固定床23MPa，9001050，氧和蒸汽为气化剂甲烷及副产焦油、酚含量较多温克勒煤气化炉流化床常压，9001000，以空气、富氧空气或氧和蒸汽为气化剂甲烷含

100、量较低，不含煤焦油288KT煤气化炉气流床常压，气化温度大于1300，熔融排渣，以氧和蒸汽为气化剂甲烷含量极低，无焦油、酚等副产物德士古煤气化炉气流床操作压力1.84MPa，温度大于1300，水煤浆为原料，氧为气化剂甲烷含量极低，无焦油、酚等副产物289 56 煤的气化联合循环发电 （IGCC-IntegratedGasificationCombinedCycle）1.煤的气化联合循环发电原理煤的气化与净化部分煤经气化成为中低热值煤气，经过净化，除去煤气中的硫化物、氮化物、粉尘等污染物，变为清洁的气体燃料。主要设备有气化炉、空分装置、煤气净化设备（包括硫的回收装置）.290燃气-蒸汽联合循环发

101、电部分煤气然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧，加热气体以驱动燃气透平作功，燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水，产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。主要设备有燃气轮机发电系统、余热锅炉、蒸汽轮机发电系统。291原理图见下图：2922.2.煤气化联合循环发电的分类煤气化联合循环发电的分类气流床（entrained flow bed）气化炉 气流床是目前IGCC各示范工程中采用最多的一种气化炉，示范厂所选用的有美国德士古炉，荷兰的Shell炉，德国Prenflo 。流化床（fluidized bed）气化炉 当前，用于IGCC系统的流化床气化炉有KRW炉，UGas炉和温克勒炉等。固定床（fixed bed）气化炉

102、 用于IGCC系统的固定床气化炉主要是鲁奇炉，世界上最早的德国IGCC示范厂采用的就是鲁奇固定床单段固态排渣气化炉。 2933. IGCC3. IGCC气化炉及煤气的净化系统的要求是：气化炉及煤气的净化系统的要求是：a)气化炉的产气率、煤气的热值和压力及温度等参数能满足设计的要求.b)气化炉有良好的负荷调节性能，能满足发电厂对负荷调节的要求.c)煤气的成分、净化程度等要能满足燃气轮机对负荷调节的要求.d)具有良好的煤种适应性.e)系统简单，设备可靠，易于操作，维修方便，具有电厂长期、安全可靠运行所要求的可用率.f)设备和系统的投资、运行成本低.2944.IGCC4.IGCC工艺操作条件对系统效

103、率的影响工艺操作条件对系统效率的影响燃气透平燃烧温度 燃气透平温度越高，燃气透平效率越高，从而提高IGCC工艺效益。蒸汽循环条件 过热蒸汽可获得更高的蒸汽循环效率燃气预热温度 粗煤气的显热有利于燃烧。煤浆浓度 采用德士古气化法时候，煤浆浓度越高系统效率越高。气化操作压力 气化压力增加，工艺效率下降。2955.IGCC5.IGCC工艺的评价工艺的评价燃料的适应性广 其对燃料的要求主要取决于所采用的气化炉类型和给料方式。具有较高的效率，发电成本降低。对环境污染小，废物回收利用的条件好 节水 一般耗水量只有常规火力发电厂的一半。296可实现气化与发电、合成化学品等多种联合o气化炉产生的煤气用途广泛（

104、可用于发电、供热、合成氨、尿素，也可用于城市居民生活用气）。在同规模下，IGCC装置占地比传统的燃煤蒸汽发电要少。 IGCC工艺可由许多并行的气化系列和燃气、蒸汽透平系列组成，因而操作机动性好，调节块。297 57 煤炭地下气化1.煤炭地下气化的意义： 在某些场合，如煤层埋藏很深，甲烷含量很高，或煤层较薄，灰分含量很高，顶板状况险恶，进行开采既不经济又不安全时，如能采用地下气化方法则可以解决这些问题。2.地下气化的原理：原理过程：燃烧区还原区干馏区干燥区2983.地下气化方法有井式气化法从地面向煤层开掘井筒，在气化区开掘巷道或打钻孔，形成气化通道后，点火气化。此法须进行井下施工井下施工，作业环

105、境和安全性差，目前已基本为无井法所取代。无井式钻孔钻孔: :从地面向煤层钻鼓风和排气钻孔;贯通贯通: :底部贯通，形成初始气化通道。299300贯通方法有4种：气流贯通法：低压火力渗透贯通法：在鼓风或排气钻孔底部的煤层中点火，并压入36atm的低压空气,使两钻孔间的煤燃烧，形成气化通道。本法适用于反应性良好的褐煤层。高压火力渗透贯通法：与低压法基本相同。主要区别是本法的风压较高,通常为715atm,最高达80atm。高压气流可压裂煤层，造成大量人工裂隙，以提高贯通速度。本法宜用于反应性差的煤层。301电力贯通法：将两个电极从鼓风与排气钻孔插入煤层，通入56kV或更高的工频高压电。电流的热效应使

106、煤层焦化，形成孔隙较大的气化通道。水力贯通法：从一个钻孔向煤层注入高压水，渗透流向另一钻孔，扩大煤层的孔隙、节理和裂缝，然后注砂支撑裂缝，最后进行热加工形成气化通道。钻孔贯通法（定向钻进法）：从地面向煤层钻进弯曲钻孔，形成初始气化通道。目前正在研究的还有激光贯通法、爆破压裂贯通法等。3024.影响因素煤的性质： 如：褐煤适于地下气化（机械强度差，易风化，难保存，水分大，热值低，不宜矿井开采；而其透气性好，热稳定性差，没有黏结性，较易开拓气化通道，有利于地下气化。） 无烟煤不适于地下气化（透气性差，气化活性差）适宜的地下水量煤层顶底板岩石的性质和结构 煤层的厚度和倾斜度 一般：1.31.5m厚比

107、较经济合理；煤层倾角35便于进行地下气化。303 58 煤的气化方法的评价与选择1.煤气化的工艺技术和特性煤气化的工艺技术和特性固定床气化工艺固定床气化工艺先进的固定床气化工艺以鲁奇移动床加压气化为代表，其主要优点：可以使用劣质煤气化；加压气化生产能力高；氧耗量低(是目前三类气化方法中氧耗量最低的方法)；鲁奇炉是逆向气化，煤在炉内停留时间长达1，反应炉的操作温度和炉出口煤气温度低，碳效率高、气化效率高。缺点：固定床气化只能以不粘块煤为原料，不仅原料昂贵，气化强度低;煤气中含酚类、焦油等较多，使净化流程加长，增加了投资和成本。304o采用一定块径范围的块煤（半焦、焦）或成型煤为原料，与气化剂逆流

108、接触，用反应残渣（灰渣）和生成气的显热，分别预热入炉的气化剂和煤，所以气化炉的热效率较高。多数固定床气化炉用转动炉栅把灰渣从炉底排出，少数固定床气化炉则排出液态渣。固定床气化炉需用块状原料，反应速度较慢，在生成气中含有相当量的焦油蒸气，并对煤质有一定的要求（如较高的灰熔点、较好的机械强度和热稳定性）。在使用粘结性煤时，炉内应设置专门的破粘装置。305气流床气化工艺德士古炉、K-T炉、壳脾炉，以粉煤为原料的气流床在极高温度下运符（1300-1500），气化强度极高，单炉能力己达2500.煤日，我国进口的德士古炉也达400700煤日，气体中不含焦油、酚类，非常适合化工生产和先进发电系统的要求。气流

109、床气化工艺的优点包括.煤种适应范围较宽，水煤浆气化炉一般情况下不宜气化褐煤（成浆困难），工艺灵活，合成气质量高，产品气可适用于化工合成，制氢和联合循环发电等.气化压力高，生产能力高.不污染环境，三废处理较方便。该工艺缺点是，高温气化为使灰渣易于排出，要求所用煤灰熔点低（小于1300），含灰量低（低于10-15），否则需加人助熔剂（CaO或Fe2O3）并增加运行成本。这一点特别不利于我国煤种的使用。此外，高温气化炉耐火材料和喷嘴均在高温下工作，寿命短、价格昂贵、投资高，气化炉在高温运行，氧耗高，也提高了煤气生产成本。 气流床气化法 采用粉煤为原料，同气化剂一起喷入气化炉内，反应温度很高，灰分呈熔

110、融状排出。气流床气化法的优点是气化强度大，煤种适应性广，有的气流床气化炉(如德士古煤气化炉)碳转化率可达99。但气流床气化是并流操作，炉内热效率不高，需有庞大的热回收系统。同时，高温熔渣对炉衬的腐蚀和侵蚀比较严重，必须慎重选用炉衬材料。306流化床气化工艺流化床气化以空气或氧气或富氧和蒸汽为气化剂，在适当的煤粒度和气速下，使床层中粉煤沸腾，气固两相充分混合接触，在部分燃烧产生的高温下进行煤的气化。其工艺流程包括各煤、进料、供气、气化、除尘、废热回收等系统，将原煤破碎至8以下，烘干后进人进煤系统，再经螺旋加料器加人气化炉内，在炉内与经过预热的气化剂（氧气蒸汽或空气蒸汽）发生气化反应，携带细颗粒的

111、粗煤气由气化炉逸出，在旋风分离器中分离出较粗的颗粒并返回气化炉，除去粉尘的煤气经废热回收系统进人水洗塔使煤气最终冷却和除尘。流化床气化法采用一定粒度范围的细粒煤为原料，进入炉内的气化剂使煤粒呈悬浮（流化）状态，流化床中混合、传热都很快，所以整个床层温度分布均匀。这类气化法不受固定床气化法需用块煤的限制，取消了容易发生故障的机械传动部分，生成气中基本上不含煤的挥发分。但流化床操作热效率不高；灰分和未反应碳容易混杂，甚至粘结在一起，使碳的转化率降低；热煤气夹带粉尘，其处理过程较复杂。另外，流化床气化法必须采用活性较高的煤种。3072.原料煤对不同气化过程的影响3.过程消耗原料消耗氧与蒸汽消耗水与电

112、的消耗4.产品煤气的净化和后匹配产品煤气的净化产品煤气的后匹配5.选择气化方法的判据308 59 煤气的净化煤气净化的目的：根据煤气的特点用途，清除粗煤气中有害杂质，使其符合用户的要求，并尽可能回收其显热及有价值的副产品。1.脱除煤气中酸性气体的重要性H2S气体脱除的必要性硫化物的分类但高温变换时，有机硫转变无机硫，故煤气脱硫主要指脱H2S，H2S占总硫量的90%以上。无机硫化物：硫化氢等有机硫化物：二硫化碳、硫氧化碳、硫醇、噻吩等309 H2S气体脱除的必要性： H2S气体及其燃烧产物SO2有毒； 酸性气体腐蚀输气管路及设备； 若煤气用于化工合成原料时， H2S会使催化剂中毒。 CO2有脱除

113、的必要性 CO2含量降低煤气热值； 其脱除方法与脱H2S类似。2.脱硫方法的分类干法310优点：可脱无机和有机硫，且脱至极精细，工艺设备简单，操作维修方便，小厂多用。在选用反应活性好硫容高的脱硫剂的前提下，干法脱硫脱硫效率高，比较适宜处理含H2S较低的煤气，因为，煤气中H2S过高会造成脱硫剂很快失效。缺点：脱硫剂再生困难，需要周期性生产，设备庞大，不宜处理含硫量高的煤气（可做二级脱硫），一般与湿法配合。311氧化铁脱硫技术生产过程原理氧化铁脱硫和再生反应过程如下：a:脱硫过程：2Fe(OH)3+3H2S Fe2S3+6H2OFe2S3 2FeS+S Fe(OH)2 + H2S FeS+2H2O

114、b:再生过程：2Fe2S3+3O2+6H2O 4Fe(OH)3+6S 4FeS+3O2+6H2O 4Fe(OH)2+4S脱硫的条件温度：2830；312水分不低于30%（由于放热，脱硫前需要往煤气中加入一些蒸汽）；一定氧气的需要量（焦炉煤气中通常含氧0.5%0.6%可满足脱硫再生需要）。氧化铁脱硫剂制备:为沼铁矿或铁屑和木屑按1：1比例混合制成，再喷洒适量的水调湿30%40%，加少量0.5%熟石灰，反复翻晒制成（置大气中3个月），其PH值一般为8-9左右。313干法脱硫装置：塔式和箱式箱式：长方形的槽；箱内用钢板焊接成或钢筋混凝土制成，内壁涂一层沥青或沥青漆；水平面截面一般2550m2，总高1

115、.52m；箱内水平格子上装有四层四层厚为400500mm的脱硫剂 ；脱硫装置常用四组设备组成，三组并联操作，另一组备用。 314干式氧化铁法脱硫缺点：设备笨重，脱硫剂再生大多为间歇再生；更换脱硫剂时，操作劳动强度大，操作不当很容易起火燃烧，较为危险。315湿法脱硫 改良ADA法（改良蒽醌二磺酸钠法 ）氧化脱硫法，脱硫效率可达99.5以上。o脱硫液组成： 在稀碳酸钠溶液中添加等比例的2,6蒽醌二磺酸和2,7蒽醌二磺酸（ADA）的钠盐而成，为了改进操作又添加了适量的酒石酸钾钠（NaKC4H4O6）及0.120.28偏矾酸钠（NaVO3），故称改良ADA法。316o原理： 发生的主要脱硫反应为：脱硫

116、：脱硫：H2S+Na2CO3NaHS+NaHCO3； 2NaHS+4NaVO3+H2ONa2V4O9+4NaOH+2S；再生：再生：NaVO3的再生： Na2V4O9+2 ADA（氧化态）+2NaOH+H2O4NaVO3+2 ADA（还原态）；ADA（氧化态）的再生: 2ADA（还原态）+2O22 +2H2O + 2ADA（氧化态）317Na2CO3的再生:NaHCO3+NaOHNa2CO3+H2O特点： 脱硫效率高（90%），煤气适用性大，溶液无毒性，操作中易堵塞 ADA药品价格昂贵，318o萘醌法脱硫它包括湿法脱硫及脱硫废液处理（Hirohax湿式氧化法）两部分组成。a:原理：脱硫液：为含

117、有1,4-萘醌-2-磺酸铵（用作催化剂，表示成NQ）的碱性溶液，碱源为煤气中氨，即用氨水吸收硫化氢和氰化氢。319o氨的溶解：NH3+H2ONH4OH；o氨水吸收H2S和HCN：在脱硫塔进行的反应为：NH4OH+H2SNH4HS+H2ONH4OH+HCNNH4CN+H2OoNQ作用下析出硫：NH4HS+NQ（氧化态）+H2ONH4OH+S+NQ（还原态）oNQ和NH4OH的再生：在再生塔吹入空气，在催化剂（NQ）作用下氧化再生，这时发生反应为：NH4HS0.5O2NH4OHSNQ（还原态）+0.5O2NQ（氧化态）+H2O320b:萘醌法流程：321o中间煤气冷却器由预冷段、洗萘段和终冷段三段

118、空喷塔构成，煤气在预冷段冷到38后在中段用洗油洗萘，确保在终冷时无萘析出，煤气在终冷段被冷到36。脱硫塔把煤气中H2S、HCN和NH3吸收下来，在再生塔硫氢根离子被氧化成硫磺和铵盐。经过再生的溶液从再生塔顶自流入脱硫塔循环使用。为了降低脱硫吸收液中硫化物与氰化物含量，从循环液中取出一部分进行废液处理。上海宝钢采用湿式氧化法（Hirohax），在反应器压力7.5MPa和温度275条件下，使脱硫液中硫化物，含氰化物及悬浮硫等完全氧化转化成硫铵母液，作为硫铵工段的原料。不存在二次污染。322C:特点:本方法利用煤气中的H2S、HCN和NH3互为吸收剂而共同除去。制取硫铵利用了煤气中的硫，可使硫铵工段

119、耗酸降低60左右。此法使煤气中HCN也变成氨。过程中不用Na2CO3，也无二次污染。但此法也存在脱硫循环液量大，废液处理需采用高温高压设备，耗电量大等缺点。当然它仍然是湿法脱硫和废液处理的最好方法之一。323:低温甲醇洗法oa:原理：o该过程是一种物理吸收和解吸过程,在高压低温条件下，用低温甲醇作为洗液(吸收剂)。在设计温度(-50)时,甲醇对于粗煤气中CO2,H2S和COS具有较高的可溶性，减压时又很容易从溶剂中解吸出来。ob:工艺流程简述：324325326技术特点如下：溶剂在低温下对CO2、H2S、COS等酸性气体吸收能力极强，溶液循环量小，功耗少。溶剂不氧化、不降解，有很好的化学和热稳

120、定性。净化气质量好，净化度高，CO220ppm，H2S0.1ppm。溶剂不起泡。具有选择性吸收H2S、COS和CO2的特性，可分开脱除和再生。溶剂廉价易得，但甲醇有毒，对操作和维修要求严格。该工艺技术成熟，目前全世界约有87套大中型工业化装置。该工艺需从国外引进。由于操作温度低，设备、管道需低温材料，且有部分设备需国外引进，所以投资较高。327 510 煤气的甲烷化1.基本原理基本方程：CO+3H2CH4+H2O+219.4KJ/molCO+H2OCO2+H2+38.4KJ/molCO2+4H2CH4+H2O+162.8KJ/molCO2可使CH4；P可使CH4；T可使CH4；3282.催化剂

121、催化剂：镍良好（第族都能不同程度催化）；反应条件：温度：280500；压力：22.5MP；3293.工艺流程流程中要考虑的问题反应热的移出；析炭现象：2COCO2+CCH4+H2O+173.3KJ/mol（n(H2)/n(CO)较低）反应条件a:200以上甲烷生成的反应能达到足够高的反应速率；b:压力不变下，T可使CH4故反应宜分步进行第一步：合理温度；第二步：低温下进行；c:450以上，析炭现象不规则增加，原料中应加入蒸汽抑制析炭现象；n(H2)/n(CO)较低也需引入水蒸气；d:避免消耗能量的步骤，延长催化剂寿命，减少催化剂体积。330固定床催化剂多段绝热反应器的甲烷化反应流程331液相甲

122、烷化反应工艺流程332 6 6、煤间接液化 61 费托合成 62 合成甲醇 63 甲醇转化制汽油MTG（Methanol to Gasoline） 64 甲醇利用进展 65 煤制乙酐 66 合成气两段直接合成汽油333 61 费托合成费托合成：具体到中国的发展来说，关键在于技术，中国人不掌握这个技术，南非转让要价非常高。国内的技术尚不成熟。因此发改委是限制发展，除了兖矿榆林100万吨、山西潞安、内蒙伊泰的16万吨中试，神华和神华宁煤的3个300万吨/年项目外，短期内不会核准类似项目。而国内的项目同样遇到了技术来源、可靠性的问题。3341.概述F-T合成的产品产品可包括C1-C50的化合物：气体

123、、液体燃料、石蜡、乙醇丙酮等有机原料、烯烃类（C2以上）流程框图及产品选择3352.F-T合成的原理化学反应烷烃生成反应： （2n+1）H2 nCO CnH2n+2 nH2O Q (n+1)H2+2nCO CnH2n+2+nCO2 Q 烯烃生成反应： 2nH2 + nCO CnH2n + nH2O Q nH2+2nCO CnH2n+nCO2 Q 水煤气变换反应： 反应产物水汽很容易再发生反应：COH2OH2CO2 Q 336醇类生成反应： 2nH2 + nCO = CnH2n+1OH + (n-1)H2O(n+1)H2 + (2n-1)CO = CnH2n+1OH + (n-1)CO2影响因素

124、原料气体组成 一般H2 + CO 含量高，反应速率大，转化率高。（一般要求80%85%） 合成气中的氢气与一氧化碳的摩尔比要求在22.5。V（H2）V（co）利于链烯烃、重产物及含氧物生成；V（H2）V（co）利于饱和烃、轻产物及甲烷的生成；337反应压力 P利于长链烃产物（例：铁催化剂常压合成活性低，寿命短，一般0.73.0MP）温度 50350，T利于甲烷等轻产物；（例：钴催化剂：170210 ；铁催化剂：220340 ）空速 空速增加，一般转化率低，产物变轻。（例：钴催化剂：8001200/h ；沉淀铁催化剂：500700/h；熔铁催化剂气流床： 5001200/h ）催化剂338F-T

125、合成催化剂为多组分体系：a:主金属 催化剂的活性组分，具有加氢作用、使一氧化碳的碳氧键削弱或解离作用以及叠合作用。b:催化剂的粒度及分散性效益 粒度和分散性对合成反应活性和选择性有重要影响。 c:载体作用 载体不仅起到分散活性组分、提高表面积的作用，而且可以起到提高选择性的作用。339d:助剂作用 即助催化剂，其本身没有催化作用或催化作用很小，而且可以起到提高选择性的作用。e:去电子效应 C、N、O、S、P、Cl、Br等电负性大的元素可降低H2、CO与过渡金属表面的吸附强度，大大提高CO链的解离能力。（一方面导致催化剂活性降低，另一方面可使低碳烯烃显著增加，甲烷显著减少，同时可竞争吸附催化剂毒

126、物H2S等。）340f:合金效应 通过合金化可以控制催化剂的活性中心和选择性。g:利用孔的大小控制链增长 F-T合成催化剂所用催化剂主要是铁、钴、镍和钌等。钴、镍催化剂 条件温和，合成产品主要是脂肪烃，但稍提高反应温度则甲烷含量大增。ThO和ZnO催化剂 条件苛刻，只能生成烃醇混合物，但氧化性催化剂对硫不敏感。341342铁系催化剂 活性好，价格便宜，应用广泛。 a:沉淀铁催化剂 制造工艺：水溶性铁盐溶液沉淀，沉淀的含铁化合物进行干燥和焙烧，再用氢气还原制得催化剂。 特点：反应温度220240；活性比熔铁催化剂高；强度差，用于固定床和浆态床反应器（强度差，不适合用于流化床和气流床）。b: 熔铁

127、催化剂 制造工艺：将磁铁矿与助熔剂熔化，然后用氢气还原制成。 特点：反应温度320340；活性小，但机械强度高，可以在较高空速下使用，因而生产率大为提高。 343 F-T合成反应器温度恒定；催化剂与产品分离；催化剂更新；固定床反应器（Arge反应器） a:反应器特点： 管壳式，管内装填沉淀铁催化剂；管外为沸腾水.b:反应热的移出： 管外为沸腾水，通过水的蒸发移走管内的反应热，产生蒸汽（为防止催化剂失活和积碳）.344c:固定床反应器的优点有： 易于操作；由于液体产品顺催化剂床层流下，催化剂和液体产品分离容易，适于费托蜡生产。d:固定床反应器也有不少缺点： 反应器制造昂贵。高气速流过催化剂床层所

128、导致的高压降和所要求的尾气循环，提高了气体压缩成本。反应器放大昂贵。装填了催化剂的管子不能承受太大的操作温度变化。需要定期更换铁基催化剂；所以需要特殊的可拆卸的网格，从而使反应器设计十分复杂。重新装填催化剂也是一个枯燥和费时的工作。f:Arge固定床合成工艺流程345 煤气，经净化得H2/CO比1.7的合成气，新鲜气与循环气以1：2.3比例混合，混合气被压缩到2.45MPa后，再被换热器升温到150180进反应器进行合成反应。 反应产物先经分离器脱去石腊烃，经换热器后再脱去软石蜡，又经冷却器冷却分离出烃类油，冷却器后的余气部分循环，其余送油吸收塔回收C3和C4烃类。 Arge反应器的产物较重，

129、含腊较多，见表。表表 SASOL的的FT合产品分布合产品分布SASOL- Arge 产品产率 甲烷5.0乙烯 0.2 乙烷 2.4 丙烯 2.0 丙烷 2.8 丁烯 3.0 丁烷 2.2汽油C5C12 22.5 柴油C13C18 15.0 重油 C19C216.0C22C3017.0 蜡 18.0 非酸性化合物 3.5 酸类 0.4 346347348循环流化床反应 （Synthol 反应器）a:反应器特点： 熔铁催化剂随原料气一起进入反应器，又随反应产物排出反应器，催化剂在反应器内不停地运动，循环于反应器和催化剂沉降室之间。是可以加入新催化剂，也可以移走旧催化剂。b:反应热的移出： 反应器上

130、下两段设油冷却装置，用以携出反应热(循环流化床的反应段近乎处于等温状态，催化剂床层的温差一般小于2C)。349c:循环流化床也有一些优点： 催化剂易于更新，产物很轻，生成汽油多。一台Synthol反应器相当于45台Arge反应器。d:循环流化床也有一些缺点： 操作复杂；从尾气中分离细小的催化剂颗粒比较困难。防止碳化铁颗粒所引起的磨损要求使用陶瓷衬里来保护反应器壁。f:流程 新原料气与循环气以1：2.4比例混合，加热到160以后进入反应器的水平进气管，与循环热催化剂混合，进入提升管和反应器内反应。 为了防止催化剂被蜡粘结在一起，采用较高的温度（320340）和富氢操作，合成气H2/CO=6，反应

131、压力2.262.35MPa。 反应气体先在热油洗涤塔除去重质油和夹带的催化剂，塔顶温度150，使塔顶产物不含重油，塔顶产物进入分离器分出轻油和水，大部分尾气经循环压缩机返回反应器，余气再送入油吸收塔脱除C3和C4。 350351352固定流化床反应器（简称为SAS）反应器）名为SASOL Advanced Synthol（简称为SAS）反应器。a:固定流化床反应器由以下部分组成： 气体分布器的容器； 催化剂流化床； 床层内的冷却管； 旋风分离器。b:固定流化床反应器特点： 操作比较简单。 气体从反应器底部通过分布器进入并通过流化床。353 床层内催化剂颗粒处于湍流状态但整体保持静止不动。 和循

132、环流化床相比，它们具有类似的选择性和更高的转化率。 固定流化床比循环流化床制造成本更低，这是因为它体积小而且不需要昂贵的支承结构。 不需要定期的检查和维护。 SAS反应器中的压降较低，压缩成本也低。 积碳也不再是问题。SAS催化剂的用量大约是Synthol的50%。354浆态床反应器SASOL的三相浆态床反应器（Slurry Phase Reactor）：a:特点： 浆态床反应器属于三相流化床。床内液体是高沸点烃类油，催化剂微粒悬浮其中，合成气以鼓泡形式通过，构成气液固三相流化床;b:两项专利技术： SASOL浆态床技术的核心和创新是其拥有专利的蜡产物和催化剂实现分离的工艺；此技术避免了传统反

133、应器中昂贵的停车更换催化剂步骤。反应器设计简单。 SASOL浆态床技术的另一专利技术是把反应器出口气体中所夹带的“浆”有效地分离出来。355c:合成蜡与催化剂分离: 内置过滤器: (典型的浆态床反应器为了将合成蜡与催化剂分离，一般内置23层的过滤器，每一层过滤器由若干过滤单元组成，每一组过滤单元又由34根过滤棒组成。正常操作下，合成蜡穿过过滤棒排出，而催化剂被过滤棒挡住留在反应器内。当过滤棒被细小的催化剂颗粒堵塞时可以采用反冲洗的方法进行清洗。在正常工况下一部分过滤单元在排蜡，另一部分在反冲洗，第三部分在备用。)d:反应热移走: 反应器内设置换热盘管: (另为了将反应热移走，反应器内还设置23

134、层的换热盘管，进入管内的是锅炉给水，通过水的蒸发移走管内的反应热，产生蒸汽。通过调节汽包的压力来控制反应温度。) 356f:其操作过程如下： 合成气经过气体分配器在反应器截面上均匀分布，在向上流动穿过由催化剂和合成蜡组成的浆料床层时，在催化剂作用下发生FT合成反应。 生成的轻烃、水、CO2和未反应的气体一起由反应器上部的气相出口排出，生成的蜡经过内置过滤器过滤后排出反应器，当过滤器发生堵塞导致器内器外压差过大时，启动备用过滤器，对堵赛的过滤器应切断排蜡阀门，而后打开反冲洗阀门进行发冲洗，直至压差消失为止。 为了维持反应器内的催化剂活性，反应器还设置了一个新鲜催化剂/蜡加入口和一个催化剂/蜡排出

135、口。可以根据需要定期定量将新鲜催化剂加入同时排出旧催化剂。357358g:优点：对原料气组成的适应性大。 即使用贫氢原料气也能正常生产，而前二种反应器在贫氢条件下会因积碳和产生高分子蜡，破坏正常生产操作；：产品灵活性大。 例如适当提高反应温度，减少催化剂中K2O含量，可以得到低沸点烯烃为主要组分的产品，相反降低温度，增加K2O含量又可生产以蜡为主的产品；：反应器温度均匀。 冷却管内外均为液体，传热效果好，反应器温度均匀；：反应器结构简单，投资省，热效率高，产品价格低。：浆态床的床层压降比固定床大大降低;：可简易地实现催化剂的在线添加和移走;359表表 SASOL的的FT合成条件合成条件SASO

136、L- SASOL- Arge Synthol Synthol 操作条件 加碱助剂-Fe催化剂 沉淀铁熔铁熔铁催化剂循环率，Mg/h 0 8000 温度， 220255 320340 320 压力，MPa 2.52.6 2.32.4 2.2 新原料气，H2/CO比（分子） 1.72.5 2.42.8 循环比（分子） 1.52.5 2.03.0 H2CO转化率， 6068 7985 新原料气流量，km3/h 2028 70125 300350反应器尺寸，直径高，m 317 2.236 375表表 SASOLSASOL的的FTFT合成条件和产品分布：合成条件和产品分布：360表表 SASOL的的FT

137、合产品分布合产品分布SASOL- SASOL- Arge Synthol Synthol 产品产率 甲烷5.010.111.0 乙烯 0.2 4.0 7.5 乙烷 2.4 6.0 丙烯 2.0 12.0 13.0 丙烷 2.8 2.0 丁烯 3.0 8.0 11.0 丁烷 2.21.0汽油C5C12 22.5 39.0 37.0 柴油C13C18 15.0 5.0 11.0 重油 C19C216.0 1.0 3.0 C22C3017.0 3.0 0.5 蜡 18.0 2.0 6.0 非酸性化合物 3.5 6.0酸类 0.4 1.0 361 62 合成甲醇1.概述：合成甲醇的发展1923年、德国

138、、BASF公司（巴斯夫公司）、甲醇高压合成法。 3035MP，300400. 锌铬基催化剂。（锌铬基锌铬基催化剂活动性较低，这种方法的缺点是动力消耗大、设备复杂、产品质量差，目前已经淘汰。） 1966年、英国、ICI公司（卜内门化学工业有限公司 ）、低压合成甲醇 510MP，230280. 铜锌基催化剂1971年、德国、Lurgi公司、低压合成甲醇法。（铜锌基铜锌基催化剂活性较高，低压合成与高压合成相比，设备简单、投资节省、动力消耗低、原料消耗低、产品质量好，各方面均具有显著的优越性，因而成为合成甲醇的唯一方法。）362商业化的经典合成塔 ICI冷激式、Lurgi水、气冷塔、TEC的MRF-Z

139、、MGC的超级反应器、卡萨利的轴径向塔、TOPSOE的径向塔、Linde的水冷塔、DPT的水、气冷塔、林达的均温塔、TOPSOE的径向塔、国内开发的有华东理工大学绝热等温低压合成塔等 。甲醇用途甲醇在有机合成工业中，是重要的基础有机化工原料。 甲醇是重要溶剂，他被广泛地用于有机合成、燃料、医药、涂料和国防工业等。 甲醇是运输安全、清洁的燃料。 3632.甲醇合成原理合成反应： CO + 2H2 -CH3OH +Q CO2 + 3H2- CH3OH +H2O +Q 可逆、强烈放热反应。生成甲醇的反应是一个体积缩小的反应反应热要及时移走高压低温下合成甲醇比较有利需要高效的催化剂3643.催化剂及反

140、应条件温度、压力 CU-Zn-Al催化剂：230280，5.010.0MP.(在催化剂运转初期，由于活性高，宜采用活性温度的下限，随着催化剂的老化，相应的提高反应温度，才能充分发挥催化剂效能，并提高催化剂寿命。)空速 一般：500010000h影响产品选择性：低空速：利于副反应。 高空速：转化率低，甲醇浓度低，难于从反应气中分离。365原料气组成 低压铜系催化剂：n(H2)n(CO)=2.03.0, H2过量；(高CO：温度不宜控制，催化剂积羰基铁易失活；)原料中一定CO2（5%）：可降低峰值温度，可抑制二甲醚的生成。3664.反应器冷激式绝热反应器ICI低压冷激式甲醇合成移热：床层分为若干绝

141、热段，两段之间直接加入冷的原料气，使反应气冷却。催化剂由反应器上部装入口加入，有下部卸出口卸出。367特点： 这种形式的甲醇塔虽然结构简单,生产能力较大,催化剂装卸方便，但是床层轴向温差大,出口浓度低,合成效率低。368管壳式等温反应器Lurgi低压管壳式甲醇合成 列管式结构，管程装填催化剂,壳程加入沸腾水，水汽化移走热量，反应温度由控制反应器壳程中沸水的压力来调节。369特点：特点：优点：优点：合成反应几乎是在等温条件下进行，合成反应几乎是在等温条件下进行，副反应少，粗甲醇杂质少；副反应少，粗甲醇杂质少； 催化剂床层温度易控制，床层的催化剂床层温度易控制，床层的温差较小，操作平稳；温差较小，

142、操作平稳； 出口甲醇浓度较出口甲醇浓度较ICIICI高，总循环高，总循环气量比气量比ICIICI几乎少一半；几乎少一半； 370缺点：缺点：材质与制造要比较高，结构复杂，制造困难，材质与制造要比较高，结构复杂，制造困难，维护成本高；维护成本高； 列管占用了反应器大量的空间，催化列管占用了反应器大量的空间，催化剂的装填量仅占反应器的剂的装填量仅占反应器的30%30%； 因用副产蒸汽从催化剂床层移热，受因用副产蒸汽从催化剂床层移热，受蒸汽压力限制，在催化剂寿命后期难以提高反应温度；蒸汽压力限制，在催化剂寿命后期难以提高反应温度； 限于列管长度，扩大生产时，只能增限于列管长度，扩大生产时，只能增加列

143、管数量，扩大反应器的尺寸，生产操作弹性小。加列管数量，扩大反应器的尺寸，生产操作弹性小。371浆态床反应器(气液固三相反应器) 在反应器内加入碳氢化合物的惰性油介质，把催化剂分散在液相介质中。 气体以鼓泡形式通过悬浮有催化剂细粒的浆液层，以实现气液固相反应过程的反应器。（等温过程） 372特点： 浆态床反应器结构简单，溶剂热容较大，合成气与催化剂混合更充分； 反应热容易移出，对强放热反应容易实现等温操作，催化剂活性稳定； 与固定床相比浆态床的CO转化率较高，而合成气的H2/CO比较低，有利于含富CO的煤基合成气作原料。缺点是三相反应器压降较大，液相内的扩散系数比气相小的多 。3735、合成甲醇

144、的工艺流程ICI工艺流程374Lurgi工艺流程3756、低温液相合成甲醇现在合成甲醇三大缺点： 单程转化率低，不得不使用多次循环。（受反应温度下热力学平衡的限制，产物甲醇含量7%） ICI等方法原料气要求含5%的CO2，产生杂质水。 ICI等方法合成气净化成本高。376低温液相合成甲醇催化剂体系活性更高的过渡金属络合催化剂过渡金属络合催化剂(镍系、铜系等)应温度低（一般不超过200）377催化反应工艺特点优点： 单程转化率高（90%）不需要循环； 粗产品不生成水和高级醇及羰基化合物； 使用浆态床可使用 n(H2)/n（co）比值低的合成气（11.7）； 缺点： 由于反应温度低，反应热不易回收

145、利用； CO2和H2O容易使复合催化剂中毒，因此对合成气体的要求很苛刻，不能含有CO2和 H2O。378 目前液相合成甲醇研究仍处于实验室阶段，尚未工业化，但它是一种很有开发前景的技术。379 63 甲醇转化制汽油 MTG（Methanol to Gasoline）1.概述甲醇作为燃料的一些缺陷 甲醇的热值只有汽油的一半; 纯甲醇在固定的沸点64（无沸腾范围）沸腾; 甲醇燃烧时火焰看不见，这是一个很大的安全问题. 甲醇吸湿性强; 甲醇和其氧化物（如蚁酸）会导致腐蚀想象发生; 甲醇可以任何比例溶于水，会对地下水源产生危害; 甲醇具有高毒性。380MTG工艺的意义意义：381典型工艺的核心： Mo

146、bil公司开发了ZSM-5ZSM-5沸石催化剂沸石催化剂，使甲醇转化成高辛烷值汽油。 1985年，在新西兰建成了第一套年产57万吨汽油（辛烷值为93.7）的MTG工厂。3822.化学反应MTG的基本原理:甲醇转汽油总反应：nCH30H(CH)n+nH20+Q过程反应甲醇脱水生成二甲基醚 2CH30H-CH30CH3+H20383生成小于C10的烃类二甲醚和水轻质烯烃（ C2C5烯烃）重质烯烃（重整为脂肪烃、环烷烃、芳香烃（ C10烃） ZSM-5ZSM-5沸石催化剂：沸石催化剂： 立体晶型结构，具有规则的孔道结构，结晶中有直的和拐弯的两种通道，尺寸为0.50.6nm，此尺寸正好和C10分子直径

147、相当。3843.反应器固定床反应器 固定床两步法：二甲醚反应器： 甲醇被汽化加热到300左右，首先进入二甲醚反应器，通过活性氧化铝催化剂的脱水作用，使部分甲醇变成二甲醚和水。（释放的热量是总反应热量的20%）二段反应器： 反应气在进入二段反应器之前再与循环气按1：（79）比例混合，混合物在343温度下自上而下进入二段反应器，使甲醇与二甲醚完全脱水、进一步发生低聚、重排转化成汽油馏分，反应操作压力为2MPa，温度343410。（释放的热量是总反应热量的15%20%）催化剂积碳失活需要周期再生385流化床反应器 催化剂连续再生（催化剂与气态产物分离，部分去再生，用空气烧去催化剂上的积碳）； 反应热

148、由催化剂外部循环直接或间接从流化床中移去（无需气体循环移热）；优点： 反应热除去容易，热效率高； 没有循环操作装置、建设费用低； 可以低压操作； 催化剂可以连续使用和再生； 催化剂活性稳定；缺点： 开发费用高，放大困难。3864.固定床工艺流程387388实例1：新西兰工业化生产：工艺过程：天然气去痕量硫（350400，用氧化锌）；甲烷重整（镍系催化剂，和水蒸气CH4+H2O-CO+3H2）；ICI低压合成甲醇；甲醇转汽油（两段固定床反应器，ZSM-5催化剂）389实例2： Lurgi合成甲醇工艺流程（只有一个阶段：管式反应器，管内为ZSM-5催化剂）3905.流化床工艺流程391 64 甲醇

149、利用进展1.甲醇燃料甲醇汽油混合燃料合成醇燃料甲基叔丁基醚3922.甲醇制烯烃(MTO/MTP)甲醇制烯烃（Methanol to Olefins，MTO)和甲醇制丙烯（Methanol to Propylene，MTP） 催化反应机理MTO及MTG的反应历程主反应为： 2CH3OHC2H4+2H2O 3CH3OHC3H6+3H2O反应过程 首先甲醇脱水为二甲醚（DME)（形成的平衡混合物包括甲醇、二甲醚和水）； 然后转化为低碳烯烃，低碳烯烃通过氢转移、烷基化和缩聚反应生成烷烃、芳烃、环烷烃和较高级烯烃。393Mobil公司最初开发的MTO催化剂为ZSM-5，其乙烯收率仅为5%。改进后的工艺名

150、称MTE，即甲醇转化为乙烯，最初为固定床反应器，后改为流化床反应器，乙烯和丙烯的选择性分别为45%和25%。394UOP开发的以SAPO-34为活性组分的MTO-100催化剂，其乙烯选择性明显优于ZSM-5，使MTO工艺取得突破性进展。其乙烯和丙烯的选择性分别为43%61.1%和27.4%41.8%。从近期国外发表的专利看，MTO研究开发的重点仍是催化剂的改进，以提高低碳烯烃的选择性。将各种金属元素引入SAPO-34骨架上，得到称为MAPSO或ELPSO的分子筛，这是催化剂改型的重要手段之一。金属离子的引入会引起分子筛酸性及孔口大小的变化，孔口变小限制了大分子的扩散，有利于小分子烯烃选择性的提

151、高，形成中等强度的酸中心，也将有利于烯烃的生成395UOP/Hydro MTO工艺396Lurgi MTP工艺397SDTO新工艺具有如下特点：1、合成气制二甲醚打破了合成气制甲醇体系的热力学限制，CO转化率可接近100%，与合成气经甲醇制低碳烯烃相比可节省投资58%；2、采用小孔磷硅铝（SAPO-34)分子筛催化剂，比ZSM-5催化剂的乙烯选择性大大提高；3、第二段采用流化床反应器可有效地导出反应热，实现反应-再生连续操作；4、新工艺具有灵活性，它包含的两段反应工艺既可以联合成为制取烯烃工艺的整体，又可以单独应用。尤其是SAPO-34分子筛催化剂可直接用作MTO工艺。398在SAPO-34催

152、化剂的合成方面，大化所已成功地开发出以国产廉价三乙胺或二元胺为模板剂合成SAPO-34分子筛的方法，其生产成本比目前国内外普遍采用的四乙基氢氧化铵为模板剂的SAPO-34降低85%以上。去年8月，大连化学物理研究所与洛阳石化工程公司和陕西省新兴煤化工科技发展有限公司经过协商，正式签署了“甲醇制低碳烯烃工业化试验项目”合作协议，一致同意先建设万吨级示范装置，充分认识和验证MTO工艺在科研中试阶段尚未确认的问题，为建设百万吨级大型化MTO工业化装置打下扎实可靠的技术基础，共同开辟我国非石油资源生产低碳烯烃的煤化工新路线。 据悉，这一项目总投资万元，试验装置建设期个月，试验运行期为个月。计划于今年月

153、完成试验装置的建设、安装、调试工作，并正式投入实验运行，今年年底前完成全部试验工作。该项目要对MTO 工艺技术的选择、关键设备的设计、重要设备选型、催化剂工业化应用性能等问题进行工程验证与考核，为MTO 工业化提供宝贵的工程经验。不仅在科研方面，在建设大型MTO 工厂方面，除了我公司包头煤制烯烃项目外，我国各产煤大省也各有实质性的动作。399 65 煤制乙酐1.化学反应2.工艺流程400 66 合成气两段直接合成汽油1.FMT工艺MFT合成汽油新工艺 这是中国开发的把F-T合成和用ZSM-5催化剂改质组合而成的工艺。过程分二段，第一段由F-T合成生成C1-C40宽馏分烃类，第一段产物与未转化的

154、原料气一并进入第二段，用ZSM-5催化剂改质，使产物分布由原来的C1-C40缩小到C1C11，每m3（COH2）得汽油100110g，汽油收率76.3，汽油辛烷值大于80。 开发一步合成汽油工艺以上二种工艺的反应还是分成二段的，国内外正在开发由合成气（COH2）一步合成汽油的工艺，例如Mobil公司正在开发Fe/ZSM-5等催化剂，将合成气一步合成高辛烷值汽油，若一步法开发成功，将使F-T合成油技术有新的突破。 4014022.TIGAS工艺Tigas工艺 采用双功能催化剂Cu-Zn-Al/Al2O3，使合成生成的甲醇立即变成二甲醚，从而使CO的单程转化率达98，而且因为这催化剂具有变换功能，

155、加入水蒸气可发生CO的变换反应，因此装有双功能催化剂的一段反应器，同时具有甲醇合成，甲醇脱水生成二甲醚和CO变换等功能。第一段出来的反应气直接进入二段反应器，在ZSM-5催化剂作用下转化为高辛烷值的汽油。C5+ 烃类收率为75.1，汽油质量与Mobil法相当。4034043.浆态床F-T和Mobil法组合工艺405 7 7、煤的直接液化 71 煤直接液化的意义和发展概况 72 煤加氢液化原理 73 德国煤直接液化工艺的发展406 71 煤直接液化的意义和发展概况1.煤直接液化的意义直接液化：将煤在较高温度（400以上）、和压力（10MPa以上），下与氢反应使其降解和加氢，从而转化为液体油类的工

156、艺，故又称加氢液化。 4072.煤直接液化的发展状况1913年，德国柏吉斯（Bergins）首先研究了煤的高压加氢，从而为煤加氢液化技术奠定了基础。 1927年在德国建立了世界第一个煤直接液化工厂，以后又建11套装置，在1944年总生产能力达到400万吨/年，为德国提供了发动战争用油。 50年代中东廉价石油的大量开发，使煤液化失去竞争力。 1973年石油价格暴涨之后，煤直接液化技术的开发又活跃起来。 408美国开发了溶剂精制煤法（SRC），供氢溶剂法（EDS）、氢煤法（H-Coal）和催化两段液化工艺（CTSL）。 日本NEDOL工艺，超临界溶剂抽提法（SCE）煤和石油渣油联合加工工艺（简称C

157、OP工艺） 。 德国开发了新IG（NewIG）工艺和IGOR工艺。409 72 煤加氢液化原理1.煤与石油的比较燃料 H/C比值燃料主体煤中矿物质1、煤加氢液化原理煤和石油在结构、组成和性质上有很大差异：石油的H/C比高于煤， 原油为1.76而煤只有0.30.7，而煤氧含量显著高于石油，煤含氧221，而石油含氧极少；石油的主体是低分子化合物，而煤的主体是高分子聚合物；煤中有较多的矿物质。 因此要把煤转化为油，需加氢，裂解和脱灰4102.煤加氢液化中的主反应煤的热解o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为基体的自由

158、基碎片，自由基的相对分子质量在数百范围。 R-CH2-CH2-RRCH2+RCH2411对自由基“碎片”的供氢煤热解自由基“碎片”的加氢： RCH2+RCH2+2HRCH3+RCH3以及再缩聚反应：RCH2+RCH2RCH2-CH2R2RCH2RCH2-CH2R2RCH2RCH2-CH2R412反应中氢的来源有几个方面： 溶解于溶剂中的氢在催化剂作用下变为活性氢 （氢气中的氢分子被催化剂活化）； 溶剂油提供的或传递的氢 （供氢溶剂碳氢键断裂产生的氢自由基）； ； 煤本身可供应的氢 （煤分子中碳氢键断裂产生的氢自由基） ； 化学反应生成的氢 （如CO+H2OCO2+H2）。413采取以下措施对供

159、氢有利： 使用有供氢性能的溶剂； 提高系统氢气压力； 提高催化剂的活性； 保持一定的H2S浓度等。414脱杂原子的反应脱氧反应脱硫反应脱氮反应结焦反应防止结焦的措施：防止结焦的措施：提高系统的氢的分压提高供氢溶剂的浓度反应温度不要太高降低循环油中沥青烯含量缩短反应时间4153.加氢液化的产物416固体残渣： 是不溶于吡啶或四氢呋喃部分，它是由未转化的煤、矿物质和外加催化剂组成。气体（包括两部分）： 杂原子的H2O，H2S，NH3，CO2和CO等； 气态C1-C4。其产率与煤种和工艺条件有关。 417液体：前沥青烯： 是指不溶于苯但可溶于吡啶和四氢呋喃的重质煤液化产物，其平均分子量约1000，杂

160、原子含量较高。沥青烯： 是指可溶于苯，但不溶于正己烷或环己烷的部分，类似石油沥青质的重质煤液化产物，其平均分子量约为500。油： 是轻质的可溶于正己烷或环己烷的产物，其分子量大约在300以下。轻油或石脑油：沸点200部分；中油：沸点200325部分。4184.4.煤加氢液化的反应历程煤加氢液化的反应历程煤不是组成均一的反应物 煤中有易液化的成分，也有难液化的成分；反应以顺序进行为主 即反应产物的分子量由高到低，结构从复杂到简单，出现的时间先后大致有一次序；前沥青烯和沥青烯是中间产物， 它们的组成是不确定的，在不同反应阶段，生成的沥青烯和前沥青烯肯定不同，由它们转化成油的速率较慢，需活性较高的催

161、化剂；也有可能发生结焦的逆反应。419C C1 1是煤有机质主体；C C2 2是煤中低分子化合物；C C3 3是惰性成分；4205 5、工艺特点、工艺特点（1）液化油收率高 例如采用HTI工艺，神华煤的油收率可高达6368；（2）煤消耗量小 一般情况下，1吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油，加上制氢用煤，约34吨原料产1吨液化油。（3）馏份油以汽、柴油为主，目标产品的选择性相对较高；（4）油煤浆进料，设备体积小，投资低，运行费用低；421（5）反应条件相对较苛刻 如德国老工艺液化压力甚至高达70MPa，现代工艺如IGOR、HTI、NEDOL等液化压力也达到1730MPa，液化温度430470

162、；（6）产物组成较复杂，分离相对困难 液、固两相混合物由于粘度较高，分离相对困难；（7）氢耗量大 一般在610，工艺过程中不仅要补充大量新氢，还需要循环油作供氢溶剂，使装置的生产能力降低。422 73 德国煤直接液化工艺的发展1.德国煤直接液化老工艺第二次世界大战战前的煤直接液化工厂工艺流程过程分两段： 第一段为糊相加氢： 将煤转化为粗汽油和中油； 第二段为气相加氢： 将上述产物加工成商品油。 423第一段为糊相加氢：424第二段为气相加氢：425主要工艺条件和产品收率催化剂糊相加氢： 拜尔赤泥（炼铝工业的废弃物含Fe2O3）、硫酸亚铁和硫化钠。气相加氢： 白土为载体的硫化钨。温度和压力 热交

163、换器： 煤糊预热至300350；预热器： 比预定反应温度低2060 ；426反应器： 470 左右；热分离器： 将沸点325 以下的油和气体与沸点325 以上的油和不挥发的残渣分开，反应系统压力大多为70MP；固液分离离心过滤机分离： 从热分离器底部流出的淤浆在140160 温度下直接进入离心过滤机分离。 淤浆太稠加油稀释； 回收滤饼中的油采用干馏：两种干馏炉：（褐煤残渣采用螺旋式炉；烟煤残渣采用装有钢球或瓷球的回转炉。） 产品收率4272.德国直接液化新工艺（NewIG）德国鲁尔煤矿公司和威巴石油公司合作，把战前的IG老工艺发展为IG新工艺，在1981年在德国Bottrop建立了200吨/日

164、工业试验装置，试验于1987年结束，共用煤16万吨。 428本工艺简化流程图见图6-3-03。 磨细的煤（0.2mm）和铁催化剂（2）与过程自产油按1：1.2比例混合，加入氢气后，在管式炉中加热，在一台大容积的加氢反应器或三台串联反应器中，于压力30MPa和温度485下进行加氢裂化。反应产物在热分离器中分离为塔顶产物和塔底产物。塔底产物（包括所有固体物即未转化煤、灰和催化剂以及高沸点组分）进入减压塔蒸馏。减压塔顶产物用作过程循环油，塔底残渣油送德士古气化炉气化生产氢气。热分离器的顶部产物进一步在冷分离器分成气体和液体，气体经油洗净化后返回液相加氢，而液体烃通过常压蒸馏分为轻油（185）、中馏分

165、油（185325）和高沸点塔底产物。常压塔的塔底产物作为混合油也在过程中循环。轻油与中馏分油可以进一步精制为汽油、柴油和家庭炉用油。由煤生产油的热效率在60以上。油产率（按无水无灰基煤为基准）在50以上。429此工艺的特点是：液固分离采用闪蒸塔，生产能力大，效率高；循环油不含固体，还基本上排除了沥青烯；煤糊相加氢和油的加氢精制，使油收率增加，质量提高 430431432 氢-煤（H-Coal）法此法是美国碳氢化合物研究公司（HRI）开发的，它是由石油重油催化加氢的H-oil法演变而来，已完成煤处理量200600t/d的中间试验。干煤粉碎到40目以下与自产油（按油煤比1.52）混合制成煤浆，煤浆

166、与氢气混合后经预热进入流化床反应器。床内装有颗粒状Co-Mo/Al2O3催化剂，反应温度450，压力1619MPa。反应器底部设有高温油循环泵，使循环油向上流动以保证催化剂处于流化状态。由于催化剂的密度比煤高，催化剂可保留在反应器内，而未反应的煤粉随液体从反应器排出。反应产物的分离与IGNew相近。用此法合成原油时，煤转化率94.8，氢耗4.9，制燃料油时分别为93.2和3.2。H-Coal法 流程图示于图6-3-04. 433434 供氢溶剂法（Exxon Donor Solvent，EDS）本法借助于供氢溶剂的作用，在一定的温度和压力下使煤加氢液化。其特点是把一部分循环溶剂，在一个独立的固

167、定床反应器中，用高活性催化剂预先加氢为供氢溶剂。本技术由埃克森公司开发，并于1985年完成250t/d的大型中试。烟煤、次烟煤和褐煤的液化油产率分别为5560，4450和47。435 溶剂精炼煤法（SRC）本法属加氢抽提液化工艺。按加氢深度不同，它又分成SRC-和SRC-。SRC-以生产超低灰（0.16）低硫（0.76）固体精炼煤（发热量38.7MJ/kg）为主，煤浆在反应器中的操作条件是：停留时间40min；出口温度450；压力1013MPa。SRC-以生产液体燃料为主，煤浆停留时间1小时。表6-3-02是两种方法液化烟煤时的产品产率比较：4364374384394403煤加氢液化的影响因素

168、 氢耗量 氢耗量的大小与煤的转化率和产品分布密切相关。见图6-3-05。由图6-3-05可见氢耗量低时，煤的转化率低，产品主要是沥青，各种油的产率随氢耗量增加而增加，同时气体的产率也有所增加。由表6-3-03可见因工艺、原料煤和产品的不同，氢耗也不同。一般产品重时氢耗低。氢耗大多在5左右。可以注意到，直接液化消耗的氢有4070转入C1C3气体烃，另外2540用于脱杂原子，而转入产品油中的氢是不多的。脱杂原子和转入产品油中的氢是过程必须的，对提高产品质量有利，故降低氢耗的潜力要放在气态烃上。要降低气态烃的产率，措施有：缩短糊相加氢的反应时间，例如SRC-I工艺中，若停留时间从40min缩短到4m

169、in，气体产率由8.2降为1.3，氢耗量从2.9降为1.6；适当降低煤的转化率，例如转化率达80后，再提高不仅费时而且耗氢多；选用高活性催化剂；采用后文介绍的分段加氢法。441 液固分离液化反应后总有固体残渣（包括原煤灰分，未转化的煤和外加催化剂），因此需要液固分离，早期的工艺采用过滤法，现在广泛采用真空闪蒸方法，前述四种液化工艺都采用此法，其优点是操作简化，处理量剧增，蒸馏油用作循环油，煤浆粘度降低。缺点是收率有所降低。另外还有二种液固分离方法。一是反溶剂法（anti-solvent），它是指采用对前沥青烯和沥青烯等重质组分溶解度很小的有机溶剂，把它们加到待分离的料浆中时，能促使固体粒子析出

170、和凝聚，颗粒变大，利于分离。常用含苯类的溶剂油，它和料浆的混合比为0.30.4：1，固体沉降速度提高十倍以上，用此法可使SRC的灰分降到0.1左右。另一种是临界溶剂脱灰，它利用超临界抽提原理，使料浆中可溶物溶于溶剂而留下不溶的残煤和矿物质，常采用的溶剂是含苯、甲苯和二甲苯的溶剂油。液固分离出来的残渣占原料煤的30左右，处理方法有干馏、锅炉燃烧以及气化等，其中气化制氢是最方便的利用方法。442 循环油煤直接液化中溶剂的作用有：供氢与传递氢；溶剂提抽作用，例如煤焦油馏分和煤液化油对煤有较好的溶解能力；对氢的溶解作用，一般氢的溶解度随溶剂氢含量增加而提高，且随温度升高而增加。至今所采用的液化工艺，都

171、采用蒸馏油为循环油。 催化剂有两类，一类是铁系统催化剂，如含氧化铁的矿物，铁盐及煤中硫铁矿等，使用时要求系统中有硫，否则活性不高，铁系催化剂用于煤的糊相加氢，反应后不回收。另一类是石油工业中常用的工业加氢催化剂，其活性成分是NiO、MoO3、CoO、WO3等，以Al2O3为载体。使用前要预硫化，也要求气相中有足够的H2S存在。这类催化剂活性明显高于铁催化剂，但价格较贵，需反复使用，不适合用于糊相加氢。 原料煤用于液化的煤应符合以下条件：高挥发分年青烟煤和硬质褐煤，碳含量约在7782之间；煤中惰性组分15；灰分10；硫含量要高，即需用高硫煤。 反应温度与压力各工艺采用的温度大致相同，大多为450

172、，也有485。反应温度高有利于沥青烯向油的转化，但温度高会引起结焦和产生更多的气体。氢在煤浆中的溶解度随压力增加而增加，由于煤液化温度较高，采用较高的压力才有足够的氢分压，一般压力控制在20MPa以下是完全可行的。4434煤直接液化新技术的开发为了进一步提高煤液化工艺的技术水平和经济的竞争能力，国内外进行了新技术开发，并取得了相当的进展。 超临界溶剂抽提（Supercritical Solvent Extraction Process，SCE）对煤进行溶剂抽提时，溶剂密度越高对煤的溶解度越大，但因粘度高，液固分离困难，当溶剂处于气态时，粘度小密度也小，对溶解不利，当处于超临界状态下，溶剂兼有液

173、体的高密度和气体的低粘度的特点。抽提温度一般在410左右，不超过440，压力一般10MPa，不超过20MPa。用于超临界抽提的溶剂应对煤有较好的溶解能力，故可从苯、甲苯、二甲苯和三甲苯等溶剂中选取，其中三甲苯的临界温度（364）与使用温度差最小，密度最高，但考虑到廉价易得，一般还是用甲苯。抽提过程是在一个萃取塔内逆流萃取的，煤的停留时间不少于30min，而气体停留时间尽可能短，应小于2min，使萃取物迅速离开高温区。超临界甲苯流体形成的溶液经闪蒸分离，塔底得到煤的萃取物（分子量约300左右）。回收甲苯循环使用。煤萃取残渣为多孔炭，可用于气化或燃烧。腐泥煤与褐煤是比较合适的原料煤，油产率为305

174、0。 444 煤二段液化法（Integrated two-stage liquifaction process，ITSL）在煤液化反应历程的讨论中已知，液化过程实质分成两个阶段：热解抽提，煤转化为中间产物前沥青烯和沥青烯；中间产物转化成可蒸馏的油。这两个阶段的反应性质明显不同，前者速度快，耗氢少，催化剂的影响小，而后者则相反。在以前介绍的一段法工艺中都让这二个阶段放在同一反应器中进行，工艺虽简单，但不能兼顾两个阶段的优化条件。于是提出了两段液化的设想，即先进行热解抽提，然后脱灰，再对初级液化产物加氢得到蒸馏油。两段法的原则流程示于图6-3-06。第一段热解抽提条件与SRC-基本相同。脱灰可采用

175、反溶剂法或临界溶剂抽提法。第二段催化加氢可用H-Coal法中的流化床反应器或固定床反应器。两段法有好几种类型，例如美国Lummus公司开发的Lu-ITSL过程，它由短接触时间溶剂热溶解，反溶剂脱灰和精炼三步组成。美国HRI公司开发了催化两段液化工艺（CTSL），流程见图6-3-07，除了增加了一个反应器，还采用了临界溶剂脱灰工艺，试验表明，转化率提高，液化油产率由H-Coal法的53提高到63。德国在IG工艺基础上也进行了两段液化的研究，提出了IGOR工艺，如图6-3-08所示，在高温分离器和低温分离器之间，增加了一个固定床加氢反应器，把一段加氢液化和二段液化油加氢组合在一起，使液化油产率增加

176、了10左右。445 煤-渣油共炼法（Coprocessing）所指的渣油是原油的常压渣油和减压渣油。煤和渣油共炼是以渣油作为煤加氢的制浆油，制成的煤浆在高温高压下裂解和加氢，使煤和渣油同时发生转化的工艺。原油加工时，减压渣油量占原油的3040，数量相当大，也需寻求新的利用途径。 进行煤-渣油共炼的主要有美国烃类研究公司(HRI)的催化两段法，加拿大的Canmet法以及德国的Pyrosol法。联合加工的工艺流程与煤直接液化法基本相同，主要区别是没有循环油。把粉煤和渣油制成煤浆（煤浓度3040）一次通过加氢反应器，反应温度420450，压力1520MPa。HRI法使用Ni-Mo及Co-Mo催化剂，

177、Canmet和Pyrosol都使用铁催化剂。表6-3-04列出了HRI的煤-油共炼的典型数据，可见煤和渣油都发生了变化。446表6-3-04 HRI两段煤-油共炼性能 煤油共炼的特点是：装置处理能力提高。因为煤和渣油都是加工对象，总加工能力可提高一倍以上，油产量可增加23倍；煤和渣油的协同效应、在反应过程中渣油起供氢溶剂作用，煤及煤中矿物质具有促进渣油的转化、防止渣油结焦和吸附渣油中镍钒重金属等作用。由于这种协同作用，共炼比煤或渣油单独加工时油收率高，可以处理劣质油，工艺过程比煤液化工艺简单；与液化油相比，共炼的馏分油比重较低，H/C比高，易于精炼提质；氢的利用率高，因为煤液化工艺中，不少氢消

178、耗于循环油加氢。而共炼时由于渣油本身的H/C比高（H/C=1.7），所以加工时以热裂解反应为主，消耗的氢少，甚至还有氢多余，例如共炼时生成油与消耗氢的重量比约为15，而煤直接液化的这一比值只有7；对煤性质要求放宽，因为煤在煤浆中只占3040；成本大幅度下降，工厂总投资只是煤两段催化液化的67.5，氢-油工艺的1.4倍，共炼时产品油成本只有直接液化产品油成本的5070，而煤油共炼由于用低价煤代替了一部分渣油，所以生产经营费只有H-Oil工厂的86.5。447煤直接液化的发展前景涉及到众多问题，如本身的工艺技术水平和经济成本问题，在很大程度上取决于石油的供应形势和价格。国外曾对日产十万桶粗馏分油的两段催化液化（CTSL），煤油共炼（HRICop）和石油渣油深加工的H-Oil法三种工艺建厂进行评价，三种工艺的粗馏分油折算成原油价格，分别相当于32.9美元/桶，28.24美元/桶和26.27美元/桶。所以当油价上升到高于30美元/桶时，HRI煤油共炼工艺将有经济上建厂条件。看来煤油共炼技术将是未来首选的煤直接液化技术。中国有丰富的煤炭资源，特别在某些地区，交通困难，而煤资源丰富，发展煤液化并非遥远的事，我们必须从国情出发，为煤液化的工业化作好必要的准备。 448