煤制油与煤化工生产工艺课件

现代煤制油和煤化工生产工艺及技术路线介绍2014年12月1内容一、发展现代煤制油和煤化工产业的必要性二、现代煤制油和煤化工生产工艺简介三、中国煤制油和煤化工技术发展现状四、现代煤制油和煤化工发展前景2一、发展现代煤制油及煤化工产业的必要性1.中国能源现状中国是一个是“多煤、少油、缺气”的国家，煤炭资源是我国主要的能源。根据2009年的统计数据，中国煤炭探明可采储量达到1145亿吨，居世界第三位；探明资源储量1.02万亿吨，预测资源总量将达到5.57万亿吨。根据国家统计局公布的《2009年国民经济和社会发展统计公报》，2009年我国煤炭产量达到30.5亿吨，约占世界煤炭总产量的40%。截止2009年，我国探明的化石能源资源总量构成中，煤炭资源占化石能源资源总量的96.42%，远大于石油（1.71%）和天然气（1.87%）的资源量。我国的油气对外依存度日益提高对能源安全形成严峻挑战。32.现代煤制油化工是中国石油替代战略的核心石油替代的途径包括用非常规石油作为补充资源；用生物质燃料替代石油；用煤基能源替代石油或化学品等。我国的非常规石油资源十分丰富，但由于技术复杂、开采难度大、资金投入大，近期难以实现大规模开发。生物燃料的原料过于分散，不易获取，而为了保证加工厂周期运转，就要消耗能源，通过保险处理或加工成干物质，增加了生产成本，使得我国生物质燃料的发展受到了很大限制，难以规模化生产。我国煤炭资源储量丰富，富煤地区相对集中，煤种丰富，为煤化工产业提供了坚强的原料保障。传统的煤炭利用方式效率低、浪费大、污染严重，现代煤制油化工产业发展，有效地延伸了传统煤炭产业链。42010/2013年能源生产与消费能源生产：29.9/34亿tce能源消费：32.5/37.5亿tce2010/2013年煤炭生产与消费原煤产量：32.4/36.8亿t煤炭消费量：31.3/36.1亿t52010年,中国消费石油4.39亿吨，进口原油达2.4亿吨；2013年,中国消费石油5.14亿吨，进口原油达2.82亿吨；4.8%石油剩余可采储量约20亿吨，占世界1.1%，储采比约9.9年。石油资源匮乏和国内石油供需矛盾，已经成为制约中国经济和社会发展的重要因素。63.我国能源生产及消费特点能源结构以煤为主；石油、天然气短缺；能源消费中的环境问题严重；能源消费需求增长迅速；温室气体减排压力增大。74.中国发展清洁煤转化的动力国内能源消费的日益增长和严峻的石油供应形势。解决石油供应的安全问题，降低对石油的依赖，实现石油替代；实现煤炭资源的低碳化、清洁化利用，解决煤炭利用中的环境问题；利用国内的优势能源，优化终端能源结构。8实现煤洁净利用气化液化化工产品液体燃料化工产品电力产品氢能IGCC发电煤基多联产中国发展煤炭清洁转化的路径和目标9106.现代煤化工特点传统煤化工：现代煤化工：以产品型为主焦化、合成氨能源及产品型结合现代煤化工实际上是先进煤气化技术与先进化工合成技术的结合。117.煤直接液化技术128.煤制油技术发展概况直接液化间接液化汽油柴油航煤通过溶剂抽提或在高温高压有催化剂的作用下，给煤浆加氢使煤中复杂的有机物分子结构发生变化，提高H/C比，直接转化为液体油品。煤炭加氧和水蒸气进行气化，制成合成气（CO＋H2），在一定的温度、压力和催化剂作用下，合成为液体燃料（合成油品）。13无论是间接液化还是直接液化，早在二战前德国就已实现工业化生产。有12家煤直接液化工厂，油品规模达到423万吨/年有9套煤炭间接液化的生产装置，年生产能力达67万吨油品1415国外煤直接液化新工艺•德国IGOR技术•美国SRC-Ⅰ、SRC-Ⅱ、EDS、H-coal、HTI技术•日本NEDOL技术、TSP两段液化技术、煤油共炼技术•英国SCE技术•俄罗斯低压加氢技术169.中国神华煤液化工艺的开发历程BSU神华与科研院所10次249天油品收率高产品结构良好神华与科研院所2次长周期试验工艺简单，操作稳定成本低863催化剂神华与大学1米直径冷模实验设备结构合理设备神华与企业完成了2次试验工程放大、优化工艺运行支持PDU开发试验验证17二、现代煤制油和煤化工生产工艺简介1.煤制油工艺简介181）直接液化将煤干燥磨成煤粉，再和煤液化自身产生的液化重油（循环溶剂）配成煤浆，在高温和高压下直接加氢，生产出液体油品。整个过程可由4个主要工艺单元组成：煤浆制备：将煤破碎至小于0.2mm以下与溶剂、催化剂一起制成煤浆；反应单元：在反应器内高温、高压下进行加氢反应，生成液体产物；分离单元：分离出液化反应生成的气体、水、液化油和固体残渣；提质加工单元：将液化油加工成汽柴油等产品。1920（1）神华直接液化项目概况建设工程项目名称、内容与规模：神华煤直接液化项目，是以神华集团所属的神东矿区上湾煤为原料，利用拥有我国自主知识产权的神华煤直接液化工艺技术，将煤直接加工成市场需求的油品，该项目位于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍勒旗乌兰木伦镇马家塔。项目规划建设总规模为年产油品500万吨，分两期建设，其中：一期320万吨，由三条生产线组成。按照2004年国家发改委批示，同意先建设一条生产线，称为先期工程。此次竣工项目即为生产能力为108万吨/年的第一条生产线（先期工程）。先期工程包括15套工艺装置以及配套的储运和公用工程系统。21煤直接液化项目总平面布置分为生产厂区和铁路装卸区两部分，厂外工程有厂外供水、厂外天然气、厂外铁路和厂外渣场等工程。本项目于2004年8月正式开工建设，共包括61个主项。其中主要生产装置有备煤装置、催化剂制备装置、煤液化装置、加氢稳定装置、加氢改质装置、轻烃回收装置、第一和第二煤制氢装置、空分制氧装置、油渣成型等；辅助生产装置和公用工程主要包括污水处理场、含硫污水汽提、酚回收、硫磺回收、凝结水站、渣场、应急事故水池、蒸发塘、循环水场、油品储运罐区、铁路装卸系统、消防/气防站、管网系统等。2006年2月至2008年11月，各主项陆续完成机械竣工并实现中交。2008年12月30日，本项目进行了第一次投料试车，生产出了合格的汽、柴、石脑油等产品，标志着世界上首套煤直接液化商业化工程首次投煤试车取得成功。2220048月25日开工建设2005详细设计、土建基础施工阶段2006土建、钢结构、设备安装阶段2007管道、电气、仪表安装与调试阶段2008装置中交、试车23催化剂煤浆制备煤氢气反应分离提质加工循环溶剂气体汽油柴油航空燃料残渣直接液化流程简图24世界上单台重最大的（2250吨）25反应器装配现场三、神华煤液化项目循环泵三、神华煤液化项目循环泵28催化剂生产单元29煤直接液化单元30溶剂加氢单元31④企业安全生产管理按照神华集团本安体系建设要求，建立完善的风险辨识、风险管控、隐患治理和应急救援体系。2011年取得国家安全生产标准化二级企业达标证书2011年、2012年、2013年均获得神华集团本安体系达标一级连续多年被授予内蒙古自治区“职业安全健康典型示范企业”2012年获鄂尔多斯市安全生产考核“突出企业”荣誉生产以来，未发生过重大安全生产事故和人员伤亡事故322）间接液化技术煤的间接液化将煤气化和净化后F－T合成，再将合成油精制。产品有柴油、石脑油、LPG以及蜡等产品。F-T合成工艺的技术核心是F-T合成反应器。固定床反应器和浆态床反应器是目前已经商业运行的两种主要的反应器形式。F-T合成工艺的另一技术核心是催化剂，目前较为广泛研究的主要有钴基催化剂及铁基催化剂。主要反应原理：C＋H2O→CO＋H2（H2/CO为1～2）CO+H2→-CH2-+H2O33原料煤气化残渣净化精制粗煤气H2+CO合成燃料气汽油柴油化工产品间接液化流程简图34核心装置---费脱合成工艺说明（1）1923年，德国科学家Fischer和Tropsch在研究CO和H2反应时发现在高温高压下使用加碱的铁屑作催化剂成功得到了直链烃类，称为费托合成（FT合成）反应；（2）煤间接液化工艺核心技术是浆态床费托合成反应器及其配套工艺技术；（3）工艺过程：合成原料气在一定的压力和温度下进入浆态床反应器，在催化剂的作用下发生费托合成反应，合成产品和反应尾气在经过换热、分离和收集后液体中间产品送油品加工单元或水处理单元，而大部分气体直接作为循环气再返回反应器入口，少部分尾气经脱除CO2后循环回反应器。部分脱碳后的尾气送轻烃回收单元。（4）浆态床反应器工艺可以实现催化剂的在线补充和卸出，实现生产过程的连续操作。352.煤化工工艺简介煤化工是碳一化工的重要组成部分。煤化工是以煤为原料，经过化学加工将煤转化为气体（主要CO+H2）、液体、固体以及化学品的过程。也就是生产烯烃（乙烯和丙烯）、合成氨、甲烷气、二甲醚、乙二醇、煤制汽油、煤制芳烃等，然后以这些产品为原料进一步生产成千上万的化学品，应用到国民经济的各个领域。36煤化工产品流程简图371）煤制甲醇甲醇是重要的有机原料,以碳一化学工业的基础产品，甲醇为原料能生产100多种产品。目前主要包括甲醛、醋酸、甲基叔丁基醚（MTBWE），正在发展的有制烯烃、二甲醚、甲醇燃料及甲醇蛋白等等。以煤为原料进行气化，经净化处理制得总硫含量小于0.1ppm，氢碳比为2合成气。经压缩机压缩后进入合成塔，在催化剂的作用下反应生成甲醇和水等。粗甲醇经分离得到高纯度甲醇产品。主要工艺有：并联工艺流程（Topsoe）串联工艺流程（Lurgi）串/并联工艺流程（Davy）382）煤制烯烃以煤为原料采用甲醇制烯烃的技术路线需经过以下三个步骤第一步：煤气化生成合成气；第二步：由合成气制备甲醇或二甲醚；第三步：由甲醇或二甲醚制备烯烃。39目前世界上现行的甲醇制烯烃技术主要有两种：MTO技术（甲醇制烯烃），即将甲醇转化为乙烯和丙烯混合物的工艺；MTP技术（甲醇制丙烯），即将甲醇转化成丙烯的工艺。40MTO（MethanoltoOlefin）技术MTO是由合成气经过甲醇转化为低碳烯烃的工艺。具有代表性的工艺有中科院大连化学物理研究所（DICP）开发的DMTO技术和UOP的MTO技术。DMTO技术的工业示范装置已经在包头成功运行，UOP技术的中试装置于2010年在比利时建成并开车。在DMTO技术基础上，中科院大连化学物理研究所（DICP）开发了第二代DMTO-II技术，并于2010年成功地进行了DMTO-II的中试。41MTP技术（MethanoltoPropylene)德国鲁奇公司在二十世纪九十年代开发了甲醇制丙烯的MTP工艺。MTP工艺的代表技术有鲁奇公司（Lurgi）开发的LurgiMTP技术和我国清华大学自主研发的FMTP技术。42（1）MTO反应机理甲醇转化为烃类是非常复杂的反应，其中包含了甲醇转化为二甲醚的反应，和催化剂表面的甲氧基团进一步形成C—C健的反应和一系列形成烯烃的反应。到目前为止，甲醇转化为二甲醚的反应已经得到证实，但第一个C—C健的形成机理仍不十分清楚。在酸性分子筛催化剂上，目前比较一致的看法是：甲氧基通过与分子筛内预先形成的“碳池”中间物作用，可以同时形成乙烯、丙烯、丁烯等烯烃，“碳池”具有芳烃的特征，反应是并行的。如图所示。通常新鲜催化剂中不含芳烃类物质，而以富氢和氧的甲醇为原料在分子筛孔内形成芳烃类并非易事，因此在适当的条件下可以发现甲醇转化为烃类的反应存在诱导期。43采用小孔分子筛可以有效地扩大乙烯、丙烯和丁烯分子在分子筛孔道中的扩散时的差别，提高低碳烯烃的选择性。C3H6CH3OHC2H4C4H8Men44（2）反应方程式①主反应：2CH3OH→CH3OCH3＋H2O（1）CH3OH→C2H4＋C3H6＋C4H8（2）CH3OCH3→C2H4＋C3H6＋C4H8（3）②副反应：甲醇在分子筛上的催化转化反应，副反应极多，下面列出一些主要的副反应。CH3OH→CO＋2H2（4）CH3OH→CH2O＋H2（5）CH3OCH3→CH4＋CO＋H2（6）CO＋H2O→CO2＋H2（7）2CO→CO2+C（8）45•（3）MTO所用催化剂S