煤炭气化工业课件.ppt

1、工艺工艺大型煤化工企业大型煤化工企业工艺工艺什么是什么是煤炭气化煤炭气化?原料原料联系到生联系到生活中用到活中用到的煤炉子的煤炉子工艺工艺1-1发展煤化工的重要意义发展煤化工的重要意义1-2 煤炭气化发展简史煤炭气化发展简史1-3 煤炭气化在新型煤化工煤炭气化在新型煤化工发展中的应用发展中的应用1-4 本课程内容与任务本课程内容与任务工艺工艺 煤化工是以煤为原煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利煤的转化并进行综合利用的工业。用的工业。 炼焦工业、煤炭气化工炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制学品工业

2、以及其他煤加工制品工业等。品工业等。 煤化工包煤化工包括哪些工括哪些工业业?工艺工艺煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体，液体，固体燃料以及化学品的过程。液体，固体燃料以及化学品的过程。煤的气化在煤化工中占有重要地位，用煤的气化在煤化工中占有重要地位，用于生产各种燃料起，是干净的能源，利于生产各种燃料起，是干净的能源，利于提高人民生活水平和环境保护于提高人民生活水平和环境保护; ;煤气化煤气化生产的合成气是合成液体燃料等多种产生产的合成气是合成液体燃料等多种产品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢品的原料。煤直接液化，即煤高压加氢液化，以生

3、产人造石油和化学产品。在液化，以生产人造石油和化学产品。在石油短缺时，煤的液化产品将替代目前石油短缺时，煤的液化产品将替代目前的天然石油的天然石油! !煤煤的的加加工工干馏干馏气化气化液化液化合成合成化学化学品品炼焦炼焦工艺工艺其目的就是获得清洁能源和化工原料气化产品气化产品-煤气煤气新型煤化工新型煤化工的一个重要的一个重要单元单元 煤炭气化技术煤炭气化技术就是将固体就是将固体煤变成气态煤变成气态烃烃, CO , H2气体等的技气体等的技术术工艺工艺举例举例工艺工艺1.作为工业燃气作为工业燃气 煤炭气化技术的应用要求：热值为要求：热值为462046205670kJ5670kJm m3 3 气化

4、技术：常压固定床气化炉和流化床气化炉气化技术：常压固定床气化炉和流化床气化炉应用：主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻应用：主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。接加热产品或半成品。工艺工艺应用应用：城市煤气：城市煤气要求要求：热值在：热值在126001260016800kJ16800kJm m3 3，要求要求COCO含量小于含量小于1010，H H2 2、CHCH4 4及其及其他烃类可燃气体含量应尽量高。他烃类可燃气体含量应尽量高。技术技术：鲁奇炉：鲁奇炉工艺工艺要求要求：化工合成气对热值要求不高，

5、：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的主要对煤气中的COCO、H H2 2等成分有要求等成分有要求 技术技术：德士古气化炉、：德士古气化炉、ShellShell气化炉气化炉 应用应用：合成航空燃料油合成氨、合成：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等合成液体燃料等 工艺工艺 2 2应用应用：1 1）在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿）在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海绵铁；石还原成海绵铁；2 2）在有色金属工业中镍、铜、钨、镁等金属）在有色金属工业中镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还氧化

6、物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原对煤气中的原对煤气中的COCO含量有要求。含量有要求。工艺工艺要求：化工合成气对热值要求不高，要求：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的主要对煤气中的COCO、H H2 2等成分有要求等成分有要求 技术：德士古气化炉、技术：德士古气化炉、ShellShell气化炉气化炉应用：合成航空燃料油合成氨、合成应用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等合成液体燃料等 工艺工艺3 3工艺工艺燃料电池是由燃料电池是由H H2 2、天然气或煤气等燃料、天然气或煤气等燃料( (化学能化学能) )通过电化学

7、反应直接转化为电的化学发电技术通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术磷酸盐型磷酸盐型(PAFC)(PAFC)熔融碳酸盐型熔融碳酸盐型(MCFC)(MCFC)固体氧化物型固体氧化物型(SOFC)(SOFC)质子交换膜型质子交换膜型(PEMFC)(PEMFC)碱型碱型(AFC)(AFC)高效高效煤炭煤炭气化气化技术技术发电技术发电技术IG-MCFCIG-MCFC和和IG-IG-SOFCSOFC工艺工艺氢气广泛用于电子、冶金、玻璃生产、化氢气广泛用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域池等领域目前世界上目前世界上9696的氢气

8、来源于石化燃料转的氢气来源于石化燃料转化，同时煤炭气化制氢也起着很重要的作用，化，同时煤炭气化制氢也起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成一般是将煤炭转化成COCO和和H H2 2，然后通过变换，然后通过变换反应将反应将COCO转换成转换成H H2 2和和H H2 2O O，再将富氢气体经过，再将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。得氢气。工艺工艺工艺工艺煤化工发展始于18世纪后半叶，用煤生产民用煤气；在欧洲当时用煤干馏方法，生产的干馏煤气用于城市街道照明；1840年由焦炭制发生炉煤气来炼铁，1875年使用增热水煤气作为城市煤气二次世界

9、大战时期，煤炭气化工业在二次世界大战时期，煤炭气化工业在德国得到迅速发展。德国得到迅速发展。1932年采用一年采用一氧化碳与氢通过费一托氧化碳与氢通过费一托(Flscher Tropsch)合成法生产液体燃料获得合成法生产液体燃料获得成功，成功，1 934年德国鲁尔化学公司应年德国鲁尔化学公司应用此研究成果创建了第一个用此研究成果创建了第一个F-T台成台成油厂，油厂，1936年投产。年投产。19351945年年期间德国共建立了期间德国共建立了9个合成油厂，总个合成油厂，总产量达产量达570kt。二次世界大战后，煤炭气化工二次世界大战后，煤炭气化工业因石油、天然气的迅速发展业因石油、天然气的迅速

10、发展减慢了步伐，进人低迷时期，减慢了步伐，进人低迷时期，煤气主要作为城市煤气及台成煤气主要作为城市煤气及台成氪原料的生产等，直到氪原料的生产等，直到20世纪世纪70年代成功开发由合成气制甲年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人使煤炭气化工业又重新引起人们重视。们重视。1975年，美国年，美国Eastaman(依斯曼依斯曼)公司开始了合成醋酐的实验室研公司开始了合成醋酐的实验室研究，重点是开发适用的催化剂，究，重点是开发适用的催化剂，以便在工业化生产时能达到需要以便在工业化生产时能达到需要的条件下，减少副产物生成。他的条件下，减

11、少副产物生成。他们采用醋酸甲酯与一氧化碳为原们采用醋酸甲酯与一氧化碳为原料羰基合成制取醋酐，并于料羰基合成制取醋酐，并于1977年中试成功。到年中试成功。到20世纪世纪80年代末，年代末，由煤炭气化制合成气，羰基合成由煤炭气化制合成气，羰基合成生产醋酸、醋酐开始大型化生产，生产醋酸、醋酐开始大型化生产，这是煤制化学品的一个非常重要这是煤制化学品的一个非常重要的突破。的突破。 现在，随着气化生产技术的进一步发现在，随着气化生产技术的进一步发展，以生产含氧燃料为主的煤炭气化展，以生产含氧燃料为主的煤炭气化合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前景。其中二甲醚不仅是从合成气经

12、甲景。其中二甲醚不仅是从合成气经甲醇制汽油、低碳烯烃的重要中间醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体体而且也是多种化工产品的重要原而且也是多种化工产品的重要原料。甲醇从近年供需情况来看，除作料。甲醇从近年供需情况来看，除作基本有机化工原料、精细化工原料外，基本有机化工原料、精细化工原料外，作为替代燃料应用，预计需求量将达作为替代燃料应用，预计需求量将达8001000万吨年，到万吨年，到2020年年t甲甲醇需求预计达醇需求预计达5000万吨年。万吨年。 南非开发煤炭间接液化历史悠久，早南非开发煤炭间接液化历史悠久，早在在1 927年南非当局注意到依赖进口液年南非当局注意到依赖进口液体燃料的严重性，基于本

13、国有丰富的体燃料的严重性，基于本国有丰富的煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃料的新途径，料的新途径，1939年首先购买了德国年首先购买了德国FT合成技术在南非的使用权，在合成技术在南非的使用权，在20世纪世纪50年代初，成立了年代初，成立了SASOL公司，公司，1955年建立了年建立了SASOL I T，1980年和年和1982年叉相继建成了年叉相继建成了SASOL一一厂厂和和SASOL厂厂。 工艺工艺气化压力由常压、低压（气化压力由常压、低压（1.0MPa）向高）向高压（压（2.08.5MPa）气化发展，从而提高）气化发展，从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力

14、，实现气化效率、碳转化率和气化炉能力，实现气化装置大型化和能量高效回收利用，降气化装置大型化和能量高效回收利用，降低合成气的压缩能耗或实现等压合成（如低合成气的压缩能耗或实现等压合成（如甲醇低压合成），降低生产成本。如甲醇低压合成），降低生产成本。如Texaco气化压力可达气化压力可达6.58.5MPa，Shell气化压力为气化压力为24MPa。Texaco气化温度气化温度14001500，Shell气气化温度高达化温度高达14001700，流化床气化温，流化床气化温度为度为10001200。气化温度高，煤中有。气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，机物质分解气化，消除或减少环

15、境污染，对煤种适应性广。尘降到对煤种适应性广。尘降到12mg/m3(标标)以下。以下。不断开发新的气化技术和新型气化炉，提不断开发新的气化技术和新型气化炉，提高碳转化率和煤气质量，降低建设投资。高碳转化率和煤气质量，降低建设投资。目前碳转化率高达目前碳转化率高达98%99%，煤气中含，煤气中含CO+H2达到达到80%90%。工艺工艺 一、新型煤化工内容简介一、新型煤化工内容简介清洁能源是新型煤化工的主要产品。新型煤化工生产的主清洁能源是新型煤化工的主要产品。新型煤化工生产的主要产品是洁净能源和可替代石油化工产品。如柴油、汽油、要产品是洁净能源和可替代石油化工产品。如柴油、汽油、乙烯原料、甲醇、

16、二甲醚等以及一些化工产品乙烯原料、甲醇、二甲醚等以及一些化工产品煤炭能源化工一体化。新型煤化工是未来中国能源技术发煤炭能源化工一体化。新型煤化工是未来中国能源技术发展的战略方向，依托煤炭资源，形成煤炭能源化工一体化的展的战略方向，依托煤炭资源，形成煤炭能源化工一体化的新兴产业。如煤炭气化联合循环发电新兴产业。如煤炭气化联合循环发电(简称简称IGCC)技术。技术。高新技术及优化集成。新型煤化工生产采用煤转化高新技，高新技术及优化集成。新型煤化工生产采用煤转化高新技，在能源梯级利用、产品结构方面对不同工艺优化集成，提高在能源梯级利用、产品结构方面对不同工艺优化集成，提高了整体经济效益。了整体经济效

17、益。环境污染得到有效治理，人力资源得到发挥是新型煤化工环境污染得到有效治理，人力资源得到发挥是新型煤化工的一个主要发展方向的一个主要发展方向工艺工艺工艺工艺传统的气化技术是利用炼焦炉、发生炉和水煤气炉气化。传统的气化技术是利用炼焦炉、发生炉和水煤气炉气化。进入进入2020世纪以后针对不同煤种和气体用途发展了几百种气化方法，其中以世纪以后针对不同煤种和气体用途发展了几百种气化方法，其中以鲁奇碎煤加压气化炉、常压鲁奇碎煤加压气化炉、常压KTKT炉、温克勒气化炉等应用最广。炉、温克勒气化炉等应用最广。2020世纪世纪7070年代以来围绕提高燃煤电厂热效率、减少对环境的污染技术同题，年代以来围绕提高燃

18、煤电厂热效率、减少对环境的污染技术同题，促使了新一代气化工艺诞生。促使了新一代气化工艺诞生。美国美国4545个洁净煤技术示范项目中有个洁净煤技术示范项目中有7 7个煤炭气化联合循环发电项目，配套个煤炭气化联合循环发电项目，配套有有6 6种煤炭气化技术，它们是德士古水煤浆气化技术、种煤炭气化技术，它们是德士古水煤浆气化技术、CECE两段式气流床气化两段式气流床气化技术、技术、DestecDestec两段加压气流床气化技术、两段加压气流床气化技术、KRWKRW气化技术、气化技术、U-GasU-Gas气化气化( (灰熔聚灰熔聚) )技术及技术及BGBGL L固定床熔渣气化技术等。固定床熔渣气化技术等

19、。国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固定床煤气发生炉和水煤气发生国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固定床煤气发生炉和水煤气发生炉为多，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和德士古水煤浆气化炉为多，开发和引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和德士古水煤浆气化技术。技术。今后的发展趋势是效率较高、煤气成分较好的干粉煤炭气化技术。今后的发展趋势是效率较高、煤气成分较好的干粉煤炭气化技术。世界煤炭气化技术的现状世界煤炭气化技术的现状中国煤炭气化技术现状中国煤炭气化技术现状工艺工艺F-TF-T合成始于第二次世界大战时合成始于第二次世界大战时的德国。的德国。2020世纪世纪6060年代南非选用了德国

20、年代南非选用了德国的固定床技术和美国凯洛格循的固定床技术和美国凯洛格循环流化床技术建立环流化床技术建立SASOL(SASOL(萨索萨索尔尔)I)I、厂，产品主要是汽油厂，产品主要是汽油218218万吨年；柴袖万吨年；柴袖150150万吨万吨年、乙烯年、乙烯2323万吨年用于深加万吨年用于深加工聚乙烯和氨乙烯；丙烯工聚乙烯和氨乙烯；丙烯4646万万吨年用于深加工聚丙烯和丙吨年用于深加工聚丙烯和丙烯腈；其他化工产品烯腈；其他化工产品4646万吨万吨年以及氨年以及氨5050万吨年、硫万吨年、硫2626万万吨年、城市煤气吨年、城市煤气5656万吨年万吨年MFTMFT称为改良称为改良FTFT合成合成t

21、t主要是通过在主要是通过在FTFT台成台成之后加进之后加进ZSM-5ZSM-5择形催择形催化剂，使产物分布向预化剂，使产物分布向预定目标调整。用这种方定目标调整。用这种方法可以将法可以将C C5 5C C1111的份额的份额由一般由一般F-TF-T合成时的合成时的30%30%4040调整到调整到7070。工艺工艺工艺工艺3 3工艺工艺图图1-11-1碳一化学发展趋势碳一化学发展趋势工艺工艺工艺工艺气化原理气化原理。讨论气化方法、气化热力学、动力学过程对。讨论气化方法、气化热力学、动力学过程对气化过程的影响。气化过程的影响。煤炭性质对气化的影响煤炭性质对气化的影响。介绍了煤种及煤质对气化的影。介

22、绍了煤种及煤质对气化的影响响. .气化炉气化炉。讨论各类气化炉结构特点、工艺流程、工艺条。讨论各类气化炉结构特点、工艺流程、工艺条件选择对气化的影响等件选择对气化的影响等. .气化炉的操作管理气化炉的操作管理。介绍了气化过程中如何正常、安全、。介绍了气化过程中如何正常、安全、经济地操作、调控方法及参数选定等。经济地操作、调控方法及参数选定等。煤气的净化煤气的净化。讨论了气化产品。讨论了气化产品煤气的净化方法、流煤气的净化方法、流程及典型设备。程及典型设备。F-TF-T合成原理合成原理。介绍。介绍F-TF-T合成生产原理和典型工艺流程。合成生产原理和典型工艺流程。碳一化学及其应用碳一化学及其应用。根据新型煤化工发展趋势，以台成。根据新型煤化工发展趋势，以台成气合成化工原料、精细化工原料为重点，结合碳一化学发气合成化工原料、精细化工原料为重点，结合碳一化学发展及应用作了介绍。展及应用作了介绍。工艺工艺工艺工艺工艺工艺再见！再见！