现代煤化工生产技术幻灯片(一)ppt课件.ppt

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1、现代煤化工生产技术,气化车间培训教材（一）,目 录,第一章 绪 论,第一节 传统煤化工与现代煤化工生产工艺与产品比较,第二节 我国现代化煤化工业的战略价值,第三节 发展现代煤化工的重要意义,第四节 现代煤化工的主要特点,特点一：以清洁能源为主要产品,现代煤化工以生产洁净能源和可替代石油化产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)、电力、热力等，以及煤化工独具优势的特有化工产品，如芳香烃类产品。,特点二：煤炭-能源-化工一体化,现代煤化工是未来中国能源技术发展的战略方向，紧密依托于煤炭资源的开发，并与其他能源、化工技术结合，形成煤炭-能源-化工一

2、体化的新兴产业。,特点三：高新技术及优化集成,现代煤化工根据煤种、煤质特点及目标产品不同，采用不同煤转化高新技术，并在能源梯级利用、产品结构方面对不同工艺优化集成，提高整体经济效益，如煤焦化煤直接液化联产、煤焦化-化工合成联产、煤气化合成-电力联产、煤层气开发与化工利用、煤化工与矿物加工联产等。同时现代煤化工可以通过信息技术的广泛利用，推动现代煤化工技术在高起点上迅速发展和产业化建设。,特点四：建设大型企业和产业基地,现代煤化工发展将以建设大型企业为主，包括采用大型反应器和建设大型现代化单元工厂如百万吨级以上的煤直接液化、煤间接液化工厂以及大型联产系统等。,特点五：有效利用煤炭资源,现代煤化工

3、注重煤的洁净、高效利用，如高硫煤或高活性低变质作化工原料煤。在一个工厂用不同的技术加工不同的煤种，并使各种技术得到集成和互补，使各种煤炭达到物尽其用，充分发挥煤种、煤质特点，实现不同质量煤炭资源的合理、有效利用。新型煤化工强化对副产品煤气、合成尾气、煤气化及燃料灰渣等废物和余能的利用。,特点六：经济效益最大化,通过建设大型工厂，应用高新技术，发挥资源与价格优势，资源优化配置，技术优化集成，资源、能源的高效合理利用等措施，减少工程建设的资金投入，降低生产成本，提高综合经济效益。,特点七：环境友好,通过资源的充分利用及污染的集中治理，达到减少污染物排放，实现环境友好。,特点八：人力资源得到发挥,通

4、过现代煤化工产业建设，带动煤炭开采业及其他加工业、运输业、建筑业、装备制造业、服务业等发展，扩大就业，充分发挥我国人力资源丰富的优势。,第五节 现代煤化工主要核心技术,一、煤直接液化 煤直接液化是煤化工领域的高新技术，该技术将煤制成油煤浆，在450左右和10-30Mpa压力下催化加氢获得液化油，并进一步加工成汽油、柴油及其他化工产品。(国内神华集团已经试车成功，需要进一步调试得到长周期运行),二、煤间接液化 煤间接液化是将煤气化，并制得合成气(CO和H2)，然后经过F-T(费托)合成，得到发动机燃料油和其他化工产品的过程。(山西潞安集团已经试车成功),三、大型先进煤气化 多喷嘴水煤浆气化、干煤

5、粉气流床气化技术以及适合灰熔点高、中强黏结性煤种的气化技术亟待研究开发。,四、一步法合成二甲醚技术 二甲醚可以代替柴油用作发动机燃料，也可以作为民用燃料替代液化石油气与以甲醇为原料两步法制取二甲醚相比，以合成气为原料通过一步法合成二甲醚的技术具有效率高、工艺环节少、生产成本降低的优点。,五、煤化工联产系统 煤化工联产系统是现代煤化工发展的重要方向，联产的基本原则是利用不同技术途径的优势和互补性，降不同工艺优化集成，达到能与昂、资源的综合利用，减少工程建设投资，降低生产成本，减少污染物或废弃物排放。,六、以煤气化为核心的多联产系统 以煤气化为核心的多联产系统是现代煤化工发展的主要内容，并有多种形

6、式，其要点是:以煤为气化原料，生产的煤气作为合成液体燃料、化工品及发电的原料或燃料，通过多种产品生产过程的优化集成，达到减少建设投资和运行费用，实现环保的目的。,七、其他先进煤化工技术 现代煤化工发展还涉及其他工艺技术的研发和应用，如高效气体净化和分离技术，大型高效合成技术，适用不同热值的燃气汽轮机发电技术等。,第二章 煤气化技术,煤气化的定义 煤气化是煤炭的一个热化学加工过程，以煤或煤焦为原料，以氧气（空气或富氧）、水蒸汽或氢气等作为汽化剂，在高温条件下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的过程。气化时所得的可燃气体称为煤气，所用的设备称为煤气发生炉。,第一节 煤气化主要用途,

7、煤气化是重要的洁净煤应用技术之一，也是发展现代化重要的单元技术。随着石油资源的紧缺，煤气化在化工行业的地位越来越重要。广泛地应用于生产工业和民用燃料气。化工合成原料气、合成燃料油原料气、制造氢燃料电池、煤气联合循环发电、合成燃料气和火箭燃料等。,第二节 煤气的种类（一）,煤气成分取决于燃料、汽化剂的种类以及气化过程的条件。根据汽化剂和煤气成分的不同进行分类，有以下几种：,煤气的种类（二）,根据煤气热值的高低可将煤气分为三类,第三节 煤气化技术分类（一）,按气化压力分为：常压气化和加压气化 按操作方式分为：间歇气化和连续气化 按排渣方式分为：固态排渣和液态排渣 按进煤状态分为：块煤、粉煤、水煤浆

8、,煤气化技术分类（二）,按煤与汽化剂在气化炉内运动状态分类,固定床气化特点,气化过程中，煤粒在炉内缓慢下移，因而也称移动床气化，,流化床气化特点,气流床气化特点,熔融床气化特点,第三章 目前存在的煤气化技术,第一节 固定床气化第二节 流化床气化第三节 气流床气化,第一节 固定床气化（一）,固定床间歇式气化 以块状无烟煤或焦炭为原料，以空气和水蒸汽为气化剂，在常压下生产合成原料气或燃料气。优点：投资少、操作简单 缺点：1、气化效率低、原料单一、能耗高。2、大量吹风气排空，每吨合成氨吹风气放空多达5000m3，放空气中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰；污水中含有焦油、酚类及氰化物

9、，造成环境污染。,第一节 固定床气化（二）,鲁奇加压连续气化 以5-50mm的块煤为原料，以氧气和水蒸汽为汽化剂，在2.85-3.06MPa压力下连续气化，生产合成原料气或燃料气。优点：原料适应性好，单炉生产能力大 缺点：1、气化炉结构复杂，制造维修费用大 2、入炉煤必须是块煤，原料来源受一定限制 3、污水处理和煤气净化工艺复杂,鲁奇加压气化炉装置示意图,第一节 固定床气化（三）,一种有发展前途的气化炉BGL炉 优点：气化温度高，灰渣成熔融状态排出，碳转化率高，合成气质量较好，煤气化产生废水小并且处理难度小，单炉生产能力同比提高3-5倍。,第二节 流化床气化（一）,（1）流化床气化技术现有：温

10、克勒（Winkler）灰熔聚（U-Gas和ICC）循环流化床（CFB）加压流化床（PFB）特点：生产强度大；煤种适应性强；生产能力大。,第二节 流化床气化（二）,1）循环流化床气化组成：上升管（即反应器）、气固分离器、回料立管和返料机构等几部份组成。特点：循环流化床气化炉操作气速范围在鼓泡流化床和气流床反应器之间，具有较大的滑移速度使其气固之间的传热和传质速率提高。它综合了并流输送反应器和全混釜式鼓泡流化床反应器的优点，整个反应器系统的温度均匀，可使煤气化操作温度达到最大临界温度即灰熔点温度，从而有利于煤气化反应的快速进行。发展状态：循环流化床气化气化炉基本是常压操作，若以煤为原料生产合成气，

11、每公斤煤消耗水蒸汽1.3kg，氧气0.4kg，可生产煤气1.92.0m3，煤气成份CO+H2含量75%，CH4含量2.5%左右，CO2含量15%，低于德士古炉和鲁奇炉中CO2含量，有利于合成氨生产。加压流化床是对常压流化床的改进，压力提高，提高反应速率，缩小气化炉的体积，大大降低了炉内的表观流速，减轻炉内磨损，同时可用的床层压降较高，允许深床运行。,第二节 流化床气化（三）,鲁奇公司循环流化床气化特点：气化各种煤，包括碎木、树皮、城市可燃垃圾水蒸汽和氧气作气化剂气化强度大，碳转化率高（97%）气化原料循环过程中返回气化炉内的循环物料是新加入物料的40倍炉内气流速度在57m/s之间，传热传质速度

12、高气化压力：0.15MPa，循环旋风除尘器温度在8001050世界上60多个工厂使用，正在设计和建设的还有30多个，处于世界领先地位,第二节 流化床气化（四）,2）灰溶剂流化床粉煤气化技术原料：碎煤（6mm）气化剂：水蒸汽和空气床层特点：粉煤沸腾，气固两相充分混合，温度到处均一，煤在床内一次实现破粘、脱挥发份、气化、灰团聚及分离、焦油及酚类的裂解等过程发展状态：可用于生产可燃气、合成气和联合循环发电，特别适用于中小氮肥厂替代间歇式固定床气化炉，以烟煤替代无烟煤，可使合成氨成本降低15%20%，具有广阔的发展前景。,第二节 流化床气化（五）,灰溶剂流化床与传统流化床相比：1、传统流化床：炉内的强

13、烈混合状态导致了炉顶带出飞灰和炉底排渣中的碳损失较高。传统流化床为降低碳含量，维持稳定的不结渣操作，不得不采用较低的操作温度（950），所以传统的流化床气化炉只适用于高活性的褐煤或次烟煤。2、灰溶剂流化床根据射流原理，设计了独特的气体分布器和灰团聚分离装置，中心射流形成床内局部高温区（12001300）促使灰渣团聚成球，借助密度差异，达到灰团与半焦的分离，在非结渣情况下连续有选择地排出低碳含量的灰渣，提高了床内碳含量和操作温度，从而使其适用煤种拓宽到低活性的烟煤乃至无烟煤,第二节 流化床气化（六）,技术现状：温克勒已有用于合成氨生产案例，但对粒度、煤种要求较为严格，煤气中甲烷含量高（0.72.

14、5%）。而且设备生产强度较低，已不代表发展方向。U-Gas在上海焦化厂1994年11月开车，长期运转不正常，于2002年停运。循环流化床和加压流化床可以生产燃料气，但国际上尚无生产合成气先例。中科院山西煤化开发的ICC灰熔聚气化炉，已通过工业示范装置试运行阶段，在多家合成氨厂开始推广使用。,第三节 气流床气化（一）,气流床气化是一种并流式气化，对煤种、粒度含硫、含灰都具有较大的兼容性，国际上已有多家单系列、大容量、加压厂在运作，其清洁、高效代表着当今技术发展潮流。按进料状态分为：干粉进料和水煤浆进料两种：干粉进料的主要有K-T（Koppres-Totzek）炉、Shell气化炉、Prenflo

15、炉、Shell-Koppres炉、GSP气化炉和ABB-CE炉水煤浆进料的主要有德士古（Texaco）气化炉、Destec（Global-Gas）气化炉。,第三节 气流床气化（二）,德士古（Texaco）气化炉工艺介绍：将煤加水磨成浓度为60%65%的水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，气化压力在3.08.5MPa之间，气化温度1400，液态排渣，煤气成份CO+H2为80%左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境无污染，碳转化率96%99%，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高，而且煤适应范围较宽。,第三节 气流床气化（三）,德士古（Texaco）气化炉工艺介绍（美国Texac

16、o 开发）：组成：喷嘴、气化室、激冷室（或废热锅炉）组成。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。优点：水煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率高，投资省。缺点：水煤浆气化喷嘴经常面临喷口磨损问题，主要是水煤浆在较高线速下（约30m/s）对金属材质的冲刷腐蚀。1、激冷环和耐火砖寿命仅一年。2、汽化水煤浆中的水要耗去煤的8%，比干煤粉为原料氧耗高12-20%，效率低。关键技术：喷嘴、气化炉、激冷环。,第三节 气流床气化（四）,Destec（Global-Gas）气化炉工艺介绍（两套在美国，1987年和1995年投运）：组成：两个喷嘴对置，分第一段（

17、水平段）与第二段（垂直段）。优点：借助撞击流以强化混合，克服了Texaco炉型的速度成钟形（正态）分布的缺陷。缺点：二次水煤浆停留时间短，碳转化率低，设有一个庞大的分离器，以分离一次煤气中携带的灰渣和二次煤浆的灰渣和残碳。关键点：适合于生产燃料气，不适合生产合成气。,第三节 气流床气化（五）,Shell气化炉（荷兰IGCC电站，1993年开车）：组成：四个喷嘴沿圆周分布，分第一段（水平段）与第二段（垂直段）；炉衬为水冷壁。优点：1、单炉日处理煤量（2000t）。2、采用干煤粉进料，氧耗比水煤浆低15%；碳转化率高，可达99%，煤耗比水煤浆低8%，调节负荷方便，3、水冷壁寿命据称为20年，喷嘴寿

18、命为一年。缺点：设备投资大于水煤浆气化技术，气化炉及废热锅炉结构过于复杂，加工难度大。,第三节 气流床气化（六）,GSP气化炉（黑水泵气化技术，1956年德国西门子公司开发；我国宁煤集团引进）：特点：煤炭加入方式类似于Shell炉，炉子结构类似与德士古炉。1、单炉日处理煤量（720t）。2、下喷式加压气流床液态排渣气化炉,第四章 煤气化技术发展的主要趋势（一）,1、技术先进 如干法粉煤加压气化技术具有先进的各项指标，是今后煤化工技术研发的重中之重。2、煤种适应广泛 国内煤炭资源相对分散，煤质差异大，先进的煤气化技术应对煤种相对有较宽的适应性，以消除煤质变化给应用带来的不利影响。3、生产能力大

19、扩大单炉生产能力，不仅能减少投资，节省占地面积，而且可降低操作费用，从而降低产品成本。,第四章 煤气化技术发展的主要趋势（二）,4、加压气化 提高气化压力，有利于提高单炉生产能力、气化效率，对降低生产成本有重要意义，比压缩煤气要经济的多。5、煤能源的综合利用 把煤气化与发电、化工联合起来，综合利用资源，可以提高总热效率，降低生产成本6、清洁生产 煤中含有部分无机矿物质，在加工利用的过程中，存在三废排放，先进的煤气化技术，排放物应相对减少或容易处理,第五章 煤气化的基本原理,什么叫煤的干馏？煤的干馏又称煤的热分解或热解，是指煤的有机质在高温的环境下发生分解而逸出煤种的挥发份，并残存半焦或焦炭的过

20、程；,第一阶段（从室温350）从室温到活泼热分解温度为干馏脱气阶段，煤的外形无变化。150 前主要为干燥阶段，在150 200 时放出吸附在煤中的气体主要为甲烷、二氧化碳和氮气；当温度达到200 以上时有机质分解（褐煤脱羟基）；300 左右开始热解，烟煤和无烟煤的原始分子结构仅发生有限的热作用（主要是缩合作用）第二阶段（350550）活泼分解是主要特征。以解聚和分解反应为主，生成大量的挥发物（煤气及焦油），煤黏结成半焦。煤种的灰分几乎全部存在于半焦中。煤气成分除热解水、一氧化碳、二氧化碳外，主要是气态烃。烟煤在这一阶段经历了软化、熔融、流动和膨胀直到再固化等过程。出现了一系列特殊现象，形成气液

21、固三相共存的胶质体。在分解的产物中出现烃类和焦油的蒸汽。在450 左右时焦油量最大，在450550 内，气体析出量最多。黏结性差的气化用煤，胶质体不明显，半焦不能黏结为大块，而是松散的原粒度大小，或因受压受热而碎裂。,第一节 煤干馏过程的不同阶段所发生的主要变化,第三阶段（超过550）在这一阶段，以缩聚反应为主，又称二次脱气阶段，半焦变成焦炭，析出的焦油量很少，挥发份主要是多种烃类气体。氢气和碳的氧化物。,第二节 煤干馏过程中发生的主要反应,煤干馏的化学反应包括：裂解和缩聚两大类，前期以裂解反应为主。后期以缩聚反应为主。干馏的宏观形式：煤 煤气（CO2,CO,CH4,H2,NH3,H2S）+焦

22、油（液体）+焦炭1、裂解反应：根据煤的结构特点，裂解反应大致分四种桥键断裂生成自由基脂肪侧链的裂解；生成气态烃，如CH4、C2H4、C2H6、环氧官能团的裂解 羟基最稳定，在高温和有氢存在时，可生成水。羰基在400 左右可裂解，生成一氧化碳；羧基在200 以上即能分解，生成CO2，含氧杂环在500 以上也有可能断开，放出一氧化碳。低分子化合物的裂解 煤的干馏过程中释出挥发份的次序依次为：H2O、CO2、CO、C2H6、CH4、焦油、H2。上述干馏产物通常称为一次分解产物。,加热,2、二次热分解反应：一次热分解产物中的挥发性成分在析出过程中，如受到更高温度的作用，就会产生二次热分解反应主要的热分

23、解反应有以下四种，裂解反应，芳构化反应加氢反应缩合反应 在煤干馏的后期以缩聚反应为主。当温度在550600 时主要是胶质体再固化过程中的缩聚反应，反应的结果是生成了半焦，当温度更高时，芳香结构脱氢缩聚，即从半焦到焦炭。,第三节 影响干馏过程的因素,1、原料煤种对煤干馏的影响：煤的煤化程度、岩相组成、粒度等都对煤干馏过程有影响。其中煤化程度是最重要的影响因素之一，它直接影响煤干馏起始温度、干馏产物。随着煤化程度增加，干馏起始温度逐渐升高。年轻煤干馏时，煤气、焦油和热解水产率高，残碳没有黏结性。中等变质程度的烟煤干馏时，煤气和焦油比较高，热解水少，残碳黏结性强。年老煤干馏时，煤气和焦油的产率很低，

24、残碳没有黏结性,2、加热条件对煤干馏的影响：最终温度、升温速率和压力等对煤的热解过程均有影响。最终温度不同分为：低温干馏（最终温度600）中温干馏（最终温度800）高温干馏（最终温度1000）低温干馏时煤气产率较低，而煤气中甲烷含量高。,热解过程升温速率不同分为：慢速加热（加热速率5K/S）中速加热（加热速率5100K/S）快速加热（加热速率100106K/S）闪蒸加热（加热速率106K/S）固定床气化属于慢速加热；流化床与气流床气化则具有快速加热裂解的特点；闪蒸加热其目的在于得到更多的烯烃与乙炔。,习惯上把气化反应分为三种类型：（1）煤和氧的主要反应有：2C+O2=2CO+QC+O2=CO2

25、+QC+CO2=2CO-Q2CO+O2=2CO2+Q 从化学平衡的角度来考虑，增加反应的温度可以使反应向着CO生成的方向进行，降低反应的压力，有利于CO的生成，所以在高温低压的条件下，产物中的CO的含量会升高。,第四节 气化反应分类,（2）煤和水蒸气的反应：C+H2O=CO+H2-QC+2H2O=CO2+2H2-QCO+H2O=CO2+H2+Q 从化学平衡的角度来考虑,提高温度有利于CO和H2的生成，同时也可以降低H2O的含量。,（3）煤气中的甲烷反应：C+2H2=CH4+QCO+3H2=CH4+H2O+Q2CO+2H2=CH4+CO2+QCO2+4H2=CH4+2H2O+Q2C+2H2O(g

26、)=CH4+CO2+Q 从化学平衡的角度来考虑,降低反应的温度有使反应向着正反应的方向进行，煤气中的甲烷含量增加，反之则减少；提高压力有使反应向着正反应的方向进行。煤气中的甲烷含量增加，反之则减少；所以说在高压低温的条件下，有利于甲烷的生成。,（1）碳和氧的反应速率主要受氧的浓度；气流的速度；反应的温度来影响；在一定的温度下，氧的浓度增加，气流的速度加快，可使反应的速率加快。当温度达到一定的值时，再提高温度对加快反应速率并没有多大的影响了；也就说明了此温度以上主要是扩散控制的，反之，在较低的温度下，反应的速率受温度的影响很大。因此时过程受化学反应速率控制。,第五节 气化反应速率影响因素,（2）

27、碳和水蒸气的反应速率主要受碳的粒度和温度来控制速率；研究的结果表明，对于较小的粒度以及温度在10001200度时，碳和水蒸气的反应属于化学动力学控制。,（3）碳和氢的反应生成甲烷的速率主要受煤炭活性来控制的，由反应速率的方程可知；反应速率是煤炭活性的函数，也是温度和氢气分压的函数。甲烷的生成量将随煤炭的活性和氢气分压的提高而增大。高氢气分压下，可认为反应是一级的。,对于动力学控制的过程，反应的总速率取决于气体在煤炭的内、外表面化学反应的速率。而在这种情况下可用提高温度来强化反应过程。对于内扩散控制的过程，颗粒外表面和部分内表面参加反应。这时减少粒度是强化反应的关键，随着压力的增加，分子的扩散阻

28、力增加，是不利的，但较高的压力却有利用提高反应物的浓度，而且不论在那种工况中，反应速率总是随着反应物浓度的增加而加快，有利于煤气的产率。对于外扩散控制的过程，气化过程进行的总速率取决于气体向反应表面的质量传递速率。增加单位体积内的反应表面积，可强化反应过程因此，在强化生产的过程中，应特别注重采用提高温度、减少燃料粒度和利用加压气化的可能性。,第六节 气化生产过程的强化措施,冷煤气效率是指：用于衡量原料中的化学能转化成产品化学能的效率；冷煤气效率=产品气体的热值/原料的热值气化效率是指：用于衡量原料中的化学能转化成可回收的能量的效率；气化效率=（产品煤气的热值+可回收的热量）/原料的热值碳转化效率是指：用于衡量原料中的碳转化成煤气中的碳的效率；碳转化率=1-残渣中的碳/原料中的碳有效气体产率是指：用于衡量单位原料可以产生的有效气体量有效气体产率=（制得的CO+H2量）/原料煤量,第七节 煤气化过程的常用评价指标,第一部分的培训到此结束感谢您的关注！,