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1、煤气化工艺流程及节能研究,报告人：胡显三日 期：20120410,一、煤的化工概况以及发展趋势,1.1、煤化工简介煤化工是指以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。煤化工产业链的延伸主要有三条：传统的焦化和电石乙炔化工、煤气化和煤液化。通过这几条产业链，煤炭可以再石化产品、燃料油等多个领域替代石油和天然气。三条产业链中煤化油技术壁垒最高，而煤气化应用最广泛，几乎是所有煤化工产业的基础。,1.2、煤化工的意义（1）提高了煤炭的综合利用率煤炭深加工将地下开采出来的原煤经过工艺加工，增加其使用价值、提高附加价值
2、。煤炭深加工主要有煤炭洗选、煤炭煤气化、煤变电等。煤炭经过深加工，大大提高了煤炭及附属产品的价值，提高了煤炭的综合利用率。（2）煤炭的相对成本优势从等热值的能源价格对比来看，目前国内煤炭的单位价格远低于原油、液化石油气、甲醇、二甲醇、乙醇、汽油、柴油、电等主要能源价格。,1.3、未来煤化工产业的发展趋势（1）以洁净能源为主要产品 新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工产品为主，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。（2）煤炭-能源化工一体化 紧密依托于煤炭资源的开发，并与其它能源、化
3、工技术结合，形成煤炭能源化工一体化的新兴产业。（3）高新技术及优化集成 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。同时，新型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。,（4）建设大型企业和产业基地 以建设大型企业为主，在建设大型企业的基础上，形成新型煤化工产业基地及基地群。每个产业基地包括若干不同的大型工厂，相近的几个基地组成基地群，成为国内新的重要能源产业。（5）有效利用煤炭资源新型煤化工注重煤的洁净、高效利用，如高硫煤或高活性低变质煤作化工原料，在一个工厂用不同的技
4、术加工不同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煤气、合成尾气、煤气化及燃烧灰渣等废物和余能的利用。（6）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。,（7）环境优化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。（8）人力资源充分发挥 通过新型煤化工产业建设，带动煤炭开采业及其加工业、运输业、建筑业、装备制造业、服务业等发展，扩大就业，
5、充.分发挥我国人力资源丰富的优势。,二、煤化工行业工艺流程概要图,2.1、煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。,气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气固反应和均相的气相反应。不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为
6、重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。,2.2、煤炭的液化 煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和化学产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类。直接液化分成碳化和氢化。间接液化就是先把煤进行气化，生成水煤气，再合成乙烷、乙醇等燃料，也可以进一步合成燃油。,2.3、煤焦化 又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。主要生产炼钢用焦炭，同时生产焦炉煤气、苯、
7、萘、蒽、沥青以及碳素材料等产品。,三、煤炭的气化,3.1、煤气化的分类（1）气化方法按煤炭是否需要开采分为地面气化煤的地面气化是指原料煤炭预先开采出来在地面气化炉内进行气化反应生成煤气的过程，目前开发应用的绝大多数属于地面气化。地下气化地下气化是指在地下煤层内直接进行的气化过程，煤炭不需要预先开采出来，而是通过地面向煤层打钻孔建立一定的通道后，直接将气化剂通入地下煤层并发生气化反应，产生的煤气经通道导出输送至地面上。地下气化的主要技术瓶颈 不可视 不可控。（2）气化方法按气化炉内煤料与气化剂的接触方式分为移动床(固定床)气化法在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化
8、剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。,流化床气化法它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。气流床气化法它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。熔融床气化它是将粉煤和气化剂以切
9、线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。,（3）气化方法按气化剂的种类分为空气水蒸气气化法是以空气和蒸汽作为气化剂，生产的煤气中氮气含量高，热值低，如常压移动床气化法。富氧空气水蒸气气化法是以富氧空气和蒸汽作为气化剂，随着氧浓度提高，煤气中有效成分增加，热值提高。富氧气化也适用于合成氨生产。纯氧水蒸气气化法是以纯氧(99.6%)和蒸汽作为气化剂，煤气中氮气含量很低，有效成分(CO+H2)含量高，煤气主要用于化工合成、IGCC多联产。加氢气化气化剂中含有高浓度的氢，如Hygas法，以制取高热值煤气为目的。C
10、O2(部分)替代水蒸气气化法如为了获得高浓度CO，以CO2为气化剂与焦炭反应;有时以CO2替代部分蒸汽做气化剂，即调节煤气组成，也节约水蒸气。,与甲烷共气化法即将甲烷与气化剂同时通入气化炉反应，以制得更多的合成气CO+H2，如焦化厂煤气富含甲烷，或化工厂合成尾气中往往也含较高甲烷，则可采用甲烷入炉反应的方法。煤炭气化工艺还可按压力、气化过程供热方式等分类,国外技术主要有：德士古水煤浆气化技术、壳牌粉煤气化技术、鲁奇碎煤加压气化技术、循环流化粉煤气化技术、GSP煤气化。国内技术主要有：固定层间歇气化技术、固定层富氧连续气化技术、灰融聚粉煤气化技术、间歇流化床粉煤气化技术、恩德粉煤流化床气化、新型
11、水煤浆气化等。,国内外的煤气化技术比较,3.2、煤气化的工艺流程图,一次反应,二次反应,总反应,3.3、气化过程主要化学反应,S+02 S02S02+3H2 H2S+2H20S02+2CO S+2CO22H2S十S02 3S+2H20C+2S CS2C0+S COSN2十3H2 2NH3N2+H20+2C0 2HCN+02N2+X02 2NOx,副反应,3.4、SHELL粉煤加压气化技术工艺流程介绍,Shell粉煤加压气化技术包含主装置7个单元和公用工程7个单元。下面简单介绍壳牌煤气化主装置7个单元流程：,（1）壳牌煤气化工艺主装置工艺流程方框图,（2）1100单元 磨煤及干燥系统流程简图,煤
12、粉袋式过滤器S1103A/B,磨煤机A1101A/B,热风炉F1101A/B,循环风机K1102A/B,石灰石仓V1103,碎煤仓V1101A/B,称重给煤机X1101A/B,粉煤到V1201A/B,放空,（3）1200单元 煤粉加压及输送系统流程简图,气化炉煤烧嘴A1301A/B/C/D,煤粉锁斗V1204A/B,煤粉给料仓V1205A/B,煤粉储仓V1201A/B,煤粉,煤粉仓装料袋滤器S1201A/B,（4）1300单元 气化、急冷及冷却系统流程简图,气化炉V-1301,激冷管,合成气冷却器V-1302,V1303,氧气,蒸汽,煤粉,渣,锅炉给水,合成气,输气管,汽包V-1304,中压过
13、热蒸汽,激冷气,敲击器,中压强制循环水泵P-1301A/B/C,（5）1400单元渣脱除系统流程简图,渣锁斗V-1403,捞渣机X-1402,渣收集器V-1402,渣,渣池,P-1401A/B,1700单元,P-1402A/B,输渣皮带X-1403,渣场,破渣机X-1401,V-1402,渣池冷却器E-1401,高压补充水,充满液水,水到1700单元,（6）1500单元干灰脱除系统流程简图,飞灰锁斗V-1502,飞灰气体冷却罐V-1504A/B,飞灰过滤器S/V-1501,1600单元,激冷气压缩机,合成气,飞灰中间储仓V-1505,灰库,排灰仓泵V-1508,（7）1600单元湿灰脱除系统工艺流程简图,合成气出界区,1700单元,热风炉,火炬,P-1601A/B,水,碱,激冷气压缩机,合成气,蒸汽喷射器J1601,文丘里洗涤器J1602,洗涤塔,补充水,（8）1700单元初步水处理系统工艺流程简图,V-1703,S-1701,V-1701,蒸汽,C-1701,6,8,V-1702,V-1704,1,1600/17003000/3100,3,1400,1600,3100,N2,2,3100,锅炉,4,5,9,S-1702,T-1702,酸,酸,滤饼,The end,
