2能源资源与煤化工

22能源资源与煤化工能源资源与煤化工工业化学能源概述能源是人类活动的物质基础。在某种意义上讲，人类社会的发展离不开优质能源的出现和先进能源技术的使用。在当今世界，能源的发展，能源和环境，是全世界、全人类共同关心的问题，也是我国社会经济发展的重要问题。工业化学能源分类能源是指可产生各种能量（如热量、电能、光能和机械能等）或可作功的物质的统称。是指能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。工业化学能源分类按能源的基本形态分类，有一次能源和二次能源。前者即天然能源，指在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等。后者指由一次能源加工转换而成的能源产品，如电力、煤气、蒸汽及各种石油制品等。工业化学能源分类一次能源又分为可再生能源（水能、风能及生物质能）和非再生能源（煤炭、石油、天然气、油页岩等）。一次能源包括可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气资源，其中包括水、石油和天然气在内的三种能源是一次能源的核心，它们成为全球能源的基础；除此以外，太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及核能等可再生能源也被包括在一次能源的范围内；工业化学能源分类二次能源则是指由一次能源直接或间接转换成其他种类和形式的能量资源，例如：电力、煤气、汽油、柴油、焦炭、洁净煤、激光和沼气等能源都属于二次能源。工业化学能源分类根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水力、电力、太阳能、风能以及核能等。工业化学能源分类根据能源使用的类型又可分为常规能源和新型能源。常规能源包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源。工业化学能源分类新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物能以及用于核能发电的核燃料等能源。由于新能源的能量密度较小，或品位较低，或有间歇性，按已有的技术条件转换利用的经济性尚差，还处于研究、发展阶段,只能因地制宜地开发和利用;但新能源大多数是再生能源。资源丰富，分布广阔，是未来的主要能源之一。工业化学能源分类再生能源和非再生能源凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为再生能源，反之称为非再生能源。风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；工业化学能源分类再生能源和非再生能源煤、石油和天然气等是非再生能源。地热能基本上是非再生能源，但从地球内部巨大的蕴藏量来看，又具有再生的性质。核能的新发展将使核燃料循环而具有增殖的性质。核聚变的能比核裂变的能可高出5～10倍，核聚变昀合适的燃料重氢（氘）又大量地存在于海水中，可谓“取之不尽，用之不竭”。核能是未来能源系统的支柱之一。工业化学能源展望随着全球各国经济发展对能源需求的日益增加，现在许多发达国家都更加重视对可再生能源、环保能源以及新型能源的开发与研究；同时我们也相信随着人类科学技术的不断进步，专家们会不断开发研究出更多新能源来替代现有能源，以满足全球经济发展与人类生存对能源的高度需求，而且我们能够预计地球上还有很多尚未被人类发现的新能源正等待我们去探寻与研究。工业化学2.1能源的需求与来源2.1.1能源的需求我们人类生存与发展中昀具有决定性意义的要素是三个：物质、能量和信息。组成我们的世界是物质；人类生存活动决定于对信息的认知和反应；而维持生命，从事发展的活动又地要通过消耗能量来进行。工业化学2.1能源的需求与来源2.1.1能源的需求一切能量来自能源，人类离不开能源。能源是人类生存、生活与发展的主要基础。能源科学与技术，能源利用的发展在人类社会进步中一直扮演着及其重要的角色。工业化学2.1能源的需求与来源2.1.2能源的来源9石油9天然气9煤9核燃料核能是今后合理解决能源问题的唯一途径，它在经济上的优越性已被证实。因为核燃料的能值高，应用现在的反应堆技术,至少能满足今后50年、甚至更长时间内能源增长的需要。工业化学煤的时代能源结构的变迁历史上，伴随着新的化石资源的发现和大规模开采与应用，世界的能源消费结构经历了数次变革。18世纪的以煤炭替代柴薪，到19世纪中叶煤炭已经逐渐占主导地位。20世纪20年代，随着石油资源的发现与石油工业的发展，世界能源结构发生了第二次转变，即从煤炭转向石油与天然气，到20世纪60年代，石油与天然气已逐渐称为主导能源，动摇了煤炭的主宰地位。工业化学煤的时代能源结构的变迁但是，20世纪70年代以来两次石油危机的爆发，开始动摇了石油在能源中的支配地位。以此同时，大部分化学能源的储量日益减少，并伴随着许多环境污染问题。工业化学地球能源的储量估计煤炭：～200年石油、天然气：～50年核能：无穷多20世纪末，能源结构开始经历第三次转变，即从以石油为中心的能源系统开始向以煤、核能和其它再生能源等多元化的能源结构转变。特别是随着时间的推移，核能的比例将不断增长，并将逐步替代石油和天然气而成为主要的大规模能源之一。工业化学2.1能源的需求与来源2.1.3新能源9燃料电池9新型汽车燃料™燃料酒精及燃料甲醇™生物柴油1少排放CO2，从而减少对地球的温室效应2本生无毒、无害，能自行分解回归自然界3不排放SOx，是一种清洁燃料工业化学2.1能源的需求与来源2.1.4能源与环境9燃煤烟气产生的大气污染主要表现在：™温室效应——CO2™酸雨——SO2NOx™大气臭氧层破坏——NOx™颗粒悬浮物气溶胶―煤灰尘9烟气脱硫方法™石灰石——石膏法™炉内喷钙加尾部增湿烟气脱硫™海水烟气脱硫工业化学煤煤是由高等植物经生物化学、物理化学和地球化学作用转变成的固体有机可燃矿物。煤化序列为：植物→泥炭(腐泥)→褐煤→烟煤→无烟煤。成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其中主要是纤维素和木质素。工业化学煤煤是由含稠合芳香环和氢化芳香环的大分子构成的，其近似组成为(C135H97O9NS)n。煤是由碳、氢、氧、氮、硫构成的有机物和硅、铁、铝、钙等构成的无机物质所组成。煤与有机化工产品相比，含氢量太少，而且具有稠环结构，将煤转换为有用的化学品需要进行深加工。工业化学2.2煤化工煤化工指以煤为原料，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。煤化工开始于18世纪后半叶，19世纪形成了完整的煤化工体系。进入20世纪，许多以农林产品为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产，煤化工成为化学工业的重要组成部分。第二次世界大战以后，石油化工发展迅速，很多化学品的生产又从以煤为原料转移到以石油、天然气为原料，从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。工业化学煤及其加工利用我国探明的可采储量为1886亿吨,04年开采量为19亿吨,成为我国昀主要的能量来源和化工原料。煤加工的方法有:9煤的干馏煤的焦化得到煤焦油和焦炭；9煤的气化煤的气化得到合成气，作为化学合成的原料；9煤的液化煤的液化得到合成燃料；9焦油加工9电石乙炔化工煤与氧化钙制取电石，进一步生产乙炔系产品。工业化学煤加工方法焦化是应用昀早且至今仍然是昀重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭，同时副产煤气和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃。煤气化在煤化工中也占有重要的地位，用于生产城市煤气及各种燃料气，也用于生产合成气。煤低温干馏、煤直接液化及煤间接液化等过程主要生产液体燃料。煤与氧化钙制取电石，进一步生产乙炔系产品。工业化学新一代煤化工技术是指以煤气化为龙头，以一碳化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术，与电热等联产可以实现煤炭能源效率昀高、有效组分昀大程度转化、投资运行成本昀低和全生命周期污染物排放昀少的目标。工业化学煤化工60年代后，由于石油化工的发展，使煤化工居于次要地位，由于石油、天然气储量有限，煤作为能源及有机化工原料仍在不断开发，并将取代石油作为化学工业中碳源的主要来源。工业化学煤化工产业链图煤化工产业链图煤化工产业链煤焦化煤气化直接液化焦炭电石乙炔合成氨煤焦油粗苯精制焦炉气制氢BDO氮肥甲醇烯烃二甲醚间接液化合成气醋酸烯烃汽柴油各类油品烯烃醇、醛、酮、酸车用燃料传统煤化工现代煤化工工业化学2.2.1洁净煤技术概述：9洁净煤技术是指在煤炭开采到利用的全过程中，旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化和污染控制等新技术。高温、高压鼓氧煤气化炉水煤气变换器，氢分器高温燃料电池高温、高压，热交换器先进的汽轮机发电系统氧分离煤煤气氢电H2O2CO2O2CO2封存O2蒸汽工业化学2.2.1洁净煤技术内容：9煤炭洗选；9煤炭加工——型煤及水煤浆技术；9转化——煤炭气化、液化；9先进的发电技术；9烟气净化——除尘、脱硫、脱氮。工业化学2.2.1洁净煤技术选煤：9除去原煤中的矿物质，加工成质量均匀用途不同的个品种煤；型煤技术：制块状燃料或原料技术水煤浆技术：9新型煤基液体燃料，用一定细度的煤粉与水混合而成，具有一定稳定性和流动性，可长距离泵输送。9具有代油、环保、节能、运输等多方面综合经济效益和社会效益洁净燃烧技术：9循环流化床燃烧，煤气、蒸汽联产，部分气化联合循环发电，整体煤气化联合循环。工业化学2.2.2煤的液化将煤经化学加工转化为液体燃料的过程，是洁净煤技术之一。91直接液化，煤经高压加氢直接转化为液体产品；92间接液化，煤先气化制得合成气，再催化合成得到液体产品工业化学1913年德国Berguis首先研究了煤高温高压加氢技术，并从中获得了液体燃料。1927年，I.G.Farben公司在德国Leuna建成了第一座10×104t/a褐煤液化厂。1935年，英国I.C.I.公司在Bilingham建成烟煤加氢液化厂。在1973年世界发生石油危机时，各国又重新开始重视煤液化制液体燃料的技术研究工作，开发了许多煤直接液化制油新工艺。主要有美国开发的溶剂精制煤工艺（SRC）、供氢溶剂工艺（EDS）等。煤的直接液化煤直接液化技术发展简介煤直接液化技术发展简介工业化学煤的液化Liquefactionofcoal煤加氢液化为直接液化。直接液化的主要产物有轻油柴油等，还副产环烷烃和脂肪烃等化工原料和动力燃料。直接液化要求的原料煤为低灰、磨细、干燥的褐煤，或高挥发分的长焰煤、不粘煤，煤种限制严格。间接液化则是以煤气化产物合成气为原料合成液体燃料或化学品的过程。间接液化产品主要有脂肪烃化合物，适合作燃料。工业化学1）直接液化加氢液化，通常在深度加氢的情况下，煤才会转化为液体产品。主要反应：9煤受热裂解的热裂解反应；9煤加氢裂解反应，多环芳香结构饱和加氢，环破裂及脱烷基，降低分子量；9煤中氧、硫、氮原子的脱除反应。优点：溶剂循环使用，热效率高，液体产品收率高。缺点：加氢工艺操作调件相对苛刻。工业化学已开发直接液化方法：1）柏吉斯法高压方法使煤加氢裂解为液体燃料。将煤与溶剂（重质油）制成浆液，预热后注入反应器内进行高压加氢，所得的反应混合物经分离，得到轻油和中间馏分油。工业化学已开发直接液化方法：2）埃克森供氢溶剂法（EDS法）借助供氢溶剂的作用，在450℃和15MPa下将煤加氢液化为液体燃料供氢溶剂是将循环溶剂加氢得到的。过程包括：原料混合、加氢液化和产物分离。工业化学已开发直接液化方法：3）溶剂精炼煤法（SRC法）将煤用溶剂制成浆液送入反应器，在440℃～460℃和氢压12～14MPa下，裂解或解聚成较小的分子。SRC-Ⅰ氢耗量较低，产品是固态的。SRC-Ⅱ氢耗量较高，产品是液态的燃料重油。工业化学已开发直接液化方法：4）氢煤法在450℃和高温载体催化剂的作用下，使煤在氢压（21MPa）下裂解成小分子的烃类液体燃料。采用加压催化流化床反应器。工业化学目前昀先进的工艺IGOR工艺将一段加氢液化与二段加氢结合在一起，在高温分离器和低温分离器之间增加了一个固定床反应器，在反应器内装填高活性载体催化剂。两反应器操作温度475℃和400℃，压力30MPa，液化油收率60%。工业化学IGOR工艺流程示意图123478109665H2尾气轻油中油残渣煤1煤浆配置2加热炉3