煤炭气化工业

2020/5/26《煤炭气化工艺》大型煤化工企业2020/5/26《煤炭气化工艺》什么是煤炭气化?原料联系到生活中用到的煤炉子引言2020/5/26《煤炭气化工艺》1-1发展煤化工的重要意义1-2煤炭气化发展简史1-3煤炭气化在新型煤化工发展中的应用1-4本课程内容与任务第一章绪论2020/5/26《煤炭气化工艺》煤化工是以煤为原料经过化学加工，实现煤的转化并进行综合利用的工业。炼焦工业、煤炭气化工业、煤炭液化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。什么是煤化工?煤化工包括哪些工业?1-1发展煤化工的重要意义2020/5/26《煤炭气化工艺》煤化工的范畴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。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，利于提高人民生活水平和环境保护;煤气化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的天然石油!煤的加工干馏气化液化合成化学品炼焦2020/5/26《煤炭气化工艺》其目的就是获得清洁能源和化工原料气化产品-----煤气新型煤化工的一个重要单元煤炭气化技术就是将固体煤变成气态烃,CO,H2气体等的技术2020/5/26《煤炭气化工艺》举例2020/5/26《煤炭气化工艺》1.作为工业燃气煤炭气化技术的应用要求：热值为4620～5670kJ／m3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。2020/5/26《煤炭气化工艺》2.作为民用煤气应用：城市煤气要求：热值在12600～16800kJ／m3，要求CO含量小于10％，H2、CH4及其他烃类可燃气体含量应尽量高。技术：鲁奇炉2020/5/26《煤炭气化工艺》3.作为化工合成和燃料油合成的原料气要求：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求技术：德士古气化炉、Shell气化炉应用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等2020/5/26《煤炭气化工艺》4.作为冶金用还原气原因：煤气中的CO和H2具有很强的还原作用应用：1）在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海绵铁；2）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，冶金还原对煤气中的CO含量有要求。2020/5/26《煤炭气化工艺》3.作为化工合成和燃料油合成的原料气要求：化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求技术：德士古气化炉、Shell气化炉应用：合成航空燃料油合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等2020/5/26《煤炭气化工艺》5.作为联合循环发电的燃气(IGCC)是煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度(如粉尘及硫化物)含量的要求很高。与IGCC配套的煤炭气化一般采用固定床加压气化(鲁奇炉)、气流床气化(德士古)、加压气流床气化(Shell气化炉)，加压流化床气化工艺等，煤气热值在9240～10500kJ／m3左右。2020/5/26《煤炭气化工艺》6.作煤炭气化燃料电池燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料(化学能)通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术燃料电池磷酸盐型(PAFC)熔融碳酸盐型(MCFC)固体氧化物型(SOFC)质子交换膜型(PEMFC)碱型(AFC)高效煤炭气化技术发电技术IG-MCFC和IG-SOFC2020/5/26《煤炭气化工艺》7.煤炭气化制氢氢气广泛用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域目前世界上96％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，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，再将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。2020/5/26《煤炭气化工艺》8.煤炭液化的气源不论煤炭直接液化和闻接液化，都离不开煤炭气化工艺。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括移动床加压鲁奇(Lurgi)气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。2020/5/26《煤炭气化工艺》第二节煤炭气化发展简史18世纪后半叶煤化工发展始于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大战时期二次世界大战时期，煤炭气化工业在德国得到迅速发展。1932年采用一氧化碳与氢通过费一托(FlscherTropsch)合成法生产液体燃料获得成功，1934年德国鲁尔化学公司应用此研究成果创建了第一个F-T台成油厂，1936年投产。1935~1945年期间德国共建立了9个合成油厂，总产量达570kt。二次世界大战后二次世界大战后，煤炭气化工业因石油、天然气的迅速发展减慢了步伐，进人低迷时期，煤气主要作为城市煤气及台成氪原料的生产等，直到20世纪70年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。70年代后1975年，美国Eastaman(依斯曼)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，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1977年中试成功。到20世纪80年代末，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，这是煤制化学品的一个非常重要的突破。现在现在，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甲醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体·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800～1000万吨／年，到2020年t甲醇需求预计达5000万吨／年。南非南非开发煤炭间接液化历史悠久，早在1927年南非当局注意到依赖进口液体燃料的严重性，基于本国有丰富的煤炭资源，开始寻找煤基合成液体燃料的新途径，1939年首先购买了德国F—T合成技术在南非的使用权，在20世纪50年代初，成立了SASOL公司，1955年建立了SASOLIT，1980年和1982年叉相继建成了SASOL一Ⅱ厂和SA—SOLⅢ厂。2020/5/26《煤炭气化工艺》气化压力向高压发展气化炉能力向大型化发展气化压力由常压、低压（1.0MPa）向高压（2.0～8.5MPa）气化发展，从而提高气化效率、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Texaco气化压力可达6.5～8.5MPa，Shell气化压力为2～4MPa。Texaco和Shell单台气化炉气化煤量已达2000t/d以上。Prenflo气化炉单炉气化煤量已达2600t/d。大型化便于实现自动控制和优化操作，降低能耗和操作费用。气化温度向高温发展Texaco气化温度1400～1500℃，Shell气化温度高达1400～1700℃，流化床气化温度为1000～1200℃。气化温度高，煤中有机物质分解气化，消除或减少环境污染，对煤种适应性广。尘降到1～2mg/m3(标)以下。技术不断进步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。目前碳转化率高达98%～99%，煤气中含CO+H2达到80%～90%。现代煤气化技术与其他先进技术联合应用如与燃气轮机发电组合的IGCC发电技术；高压气化（615MPa）与低压合成甲醇、二甲醚技术联合实现等压合成，省去合成气压缩机，使生产过程简化，总能耗降低。环保效果更好煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合，实现环境友好，减少污染。如在气化炉内加入脱硫剂（石灰石），脱硫效率可达80%～90%；采用高效除尘器使煤气中含煤炭气化发展方向2020/5/26《煤炭气化工艺》一、新型煤化工内容简介1-3煤炭气化在新型煤化工发展中的应用①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、乙烯原料、甲醇、二甲醚等以及一些化工产品②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新兴产业。如煤炭气化联合循环发电(简称IGCC)技术。③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，提高了整体经济效益。④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2020/5/26《煤炭气化工艺》煤炭气化是发展新型煤化工的重要单元技术。国内近年来加大了对煤炭气化开发和利用，一些新台成工艺和新生产方法的应用技术，使煤炭气化得到迅速发展。二、新合成工艺、新生产方法的应用2020/5/26《煤炭气化工艺》1.煤炭气化技术现状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20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K—T炉、温克勒气化炉等应用最广。20世纪70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，促使了新一代气化工艺诞生。美国45个洁净煤技术示范项目中有7个煤炭气化联合循环发电项目，配套有6种煤炭气化技术，它们是德士古水煤浆气化技术、CE两段式气流床气化技术、Destec两段加压气流床气化技术、KRW气化技术、U-Gas气化(灰熔聚)技术及BG／L固定床熔渣气化技术等。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中国煤炭气化技术现状2020/5/26《煤炭气化工艺》2·利用MFT、F-T等方法用合成气生产液体燃料、化工产品F-T合成始于第二次世界大战时的德国。20世纪60年代南非选用了德国的固定床技术和美国凯洛格循环流化床技术建立SASOL(萨索尔)I、Ⅱ厂，产品主要是汽油218万吨／年；柴袖150万吨／年、乙烯23万吨／年用于深加工聚乙烯和氨乙烯；丙烯46万吨／年用于深加工聚丙烯和丙烯腈；其他化工产品46万吨／年以及氨50万吨／年、硫26万吨／年、城市煤气56万吨／年MFT称为改良F—T合成t主要是通过在F—T台成之后加进ZSM-5择形催化剂，使产物分布向预定目标调整。用这种方法可以将C5～C11的份额由一般F-T合成时的30%～40％调整到70％。2020/5/26《煤炭气化工艺》3．煤制含氧化合物煤制甲醇发展甲醇化学是煤制含氧化合物的主要途径，称羰基合成法。主要有煤-合成气-甲醇-醋酐-醋酸纤维-胶片路线，即合成气-甲醇-醋酸。羰基合成路线与乙炔法和乙烯法合成醋酸相比，成本低、设备投资少，目前巳广泛推广和利用，有较好前景。2020/5/26《煤炭气化工艺》碳一化学是以含有一个碳原子的物质(如CO、CO2、CH4、CH3OH、HCHO)为原料合成化工产品或液体燃料的有机化工生产过程。碳一化学是一个很大的领域，其产品包括由合成气台成燃料、甲醇及系列产品，合成低碳醇、醋酸及系列产品，合成低碳烯烃、燃料添加剂等方面。碳-化学是在20世纪70年代两次石油危机中得到迅速发展的，其目的在于寻求化工原料“多样化”，和能源资源“非石油化”的战略转移。近年来，随着能源结构的多元化发展趋势以及碳-化学系列生产技术的突破，其应用领域越来越广。碳-化学发展趋势用图1—1表示。三、碳-化学应用发展趋势2020/5/26《煤炭气化工艺》图1-1碳一化学发展