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现代煤化工生产技术气化车间培训教材（一）目录绪论煤气化技术煤气化基本原理目前存在的煤气化技术煤气化技术发展的主要趋势第一章绪论煤化工生产分为：传统煤化工生产现代煤化工生产第一节传统煤化工与现代煤化工生产工艺与产品比较煤化工产业链煤焦化煤气化直接液化焦炉气煤焦油焦炭制氢粗苯精制电石BDO乙炔合成气甲醇氮肥烯烃二甲醚醋酸间接液化烯烃汽柴油合成氨传统煤化工现代煤化工BDO-1,4-丁二醇第二节我国现代化煤化工业的战略价值资源条件已经决定以煤为基础的能源格局在长期难以有实质性改变，我国石油较低的储采比已经危及能源安全，替代能源是必然选择，新兴煤化工是推动煤炭清洁利用的重要途径，由于技术提升因素可以充分利用劣质煤资源、增强经济性，促进可持续发展第三节发展现代煤化工的重要意义资源禀赋状况决定我国能源战略以煤为基础替代石油维护能源安全清洁利用能源降低环境污染节约资源充分利用低成本劣质煤第四节现代煤化工的主要特点01以清洁能源为主要产品0203煤炭---能源---化工一体化高新技术及优化集成04建设大型企业和产业基地05有效利用煤炭资源06经济效益最大化0708环境友好人力资源得到发挥特点一：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：煤气种类汽化剂煤气成分特点用途空气煤气空气CO、CO2、N2热值低燃烧发电水煤气水蒸汽、氧气H2、CO热值高合成原料混合煤气蒸汽、空气CO、CO2、N2、H2热值稍高于空气煤气作燃料气、高热值煤气稀释剂半水煤气蒸汽、空气或空气煤气和水煤气混合CO、CO2、N2、H2V（CO+H2）/V(N2)=3.1~3.2合成氨的原料气焦炉煤气煤干馏CO、CH4、H2、少量乙烯、N2、CO2也可直接作燃料合成氨的原料煤气的种类（二）根据煤气热值的高低可将煤气分为三类煤气种类热值kJ/m3所属种类用途低热值煤气3800~7600空气煤气、混合煤气高热值煤气稀释剂中热值煤气10000~20000水煤气、焦炉煤气民用、工业用、发电高热值煤气＞21000中热值煤气甲烷化所得合成天然气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流化床气化气流床气化熔融床气化固定床气化特点块煤或煤焦原料炉内各反应层高度基本维持不变床层特点煤由气化炉顶部加入，汽化剂由炉底送入入炉方式流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化即固体颗粒处于相对固定状态运动状态气化过程中，煤粒在炉内缓慢下移，因而也称移动床气化，流化床气化特点小颗粒煤原料床层温度和组成均一床层特点煤由气化炉顶部加入，汽化剂由炉底送入入炉方式连续、无序的沸腾和悬浮状态运动运动状态气流床气化特点煤粉原料床层温度和组成均一床层特点汽化剂（蒸汽、氧气）将煤粉夹带由炉底送入，属并流式气化入炉方式汽化剂、热解挥发物、燃烧产物裹挟着煤焦粒子高速运动运动状态熔融床气化特点粉煤原料床层温度和组成均一床层特点汽化剂与煤粉以切线方向高速喷入熔池（1600~1700℃）内。入炉方式熔融物高速旋转运动状态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，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高压蒸汽、氧气煤灰夹套自产蒸汽粗煤气中压锅炉给水出口温度高压蒸汽、氧气煤灰夹套自产蒸汽粗煤气中压锅炉给水出口温度第一节固定床气化（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，每公斤煤消耗水蒸汽1.3kg，氧气0.4kg，可生产煤气1.9~2.0m3，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5~7m/s之间，传热传质速度高气化压力：0.15MPa，循环旋风除尘器温度在800~1050℃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（1200~1300℃）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（0.7~2.5%）。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