化工工艺学论文
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学号： **********
班级： 2011级(3)班
专业：化学工程与工艺
时间：2014年6月9日
摘要：中国富煤少气贫油，煤的深度加工可以一定程度上缓解对石油的依赖。本文主要参考相关煤气化方面的资料，介绍了煤气化的机理和流程，几种典型的煤气化工艺，各种煤气化工艺的特点以及优缺点。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。
关键词：煤化工；煤气化；气化工艺特点；煤气化发展前景
一、煤化工概述
1 煤化工是指以煤为原料，经过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，并生产出各种化工产品的工业，简称煤化工，主要包括煤的气化、液化、干馏以及煤焦油加工和乙炔化工等。 煤化工开始于18世纪后半叶，19世纪形成完整的煤化工体系，第二次世界大战后，由于石油化工发展迅速，石油和天然气成为很多化学品的生产原料，煤化工的在化学工业中的地位被削弱了。20世纪70年代末以来，由于中东石油危机,世界经济大国开始重视能源消费结构的调整,进入21世纪后，国际社会对控制温室气体排放呼声日渐高涨，使煤炭的高效和低碳化利用得到越来越多的关注，煤化工再度成为化工产业的发展重点。
现代煤化工也称新型煤化工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 化工产品和燃料油等，包括煤制油，煤制烯烃，煤制二甲醚，煤制甲烷气，煤制乙二醇等，大多属于现有石化产品的替代品，目前尚处于发展初期。
2 我国煤化工产业的现状
经过几十年的努力，我国煤化工产业取得了长足发展，正逐渐从以焦炭、电石、合成氨为主的传统煤化工向石油替代品为主的现代煤化工转变。这有利于推动石油替代战略的实施，保证我国的能源安全，实现能源多样化，促进后石油时代化学工业可持续发展。
煤化工行业的发展对于缓解我国石油、天然气等优质能源供求矛盾，促进钢铁等相关产业的发展发挥了重要的作用。但是，以煤为原料的煤化工行业在短短几年内迅速升温，全国各地拟上和新上的煤化工项目不断增多，项目规模大小不一。我国煤化工过热的突出表现就是“逢煤必化”。为谋求把资源优势转化为经济优势，几乎所有煤产地甚至煤炭调入地区都要大力发展煤化工，煤化工“大干快上”的势头正在不断谋划。其中，晋蒙宁陕疆等资源型省区甚至纷纷出台了煤化工扶持政策，以期成为当地经济转型升级的重要依托。
二、煤气化工艺概述
我国以油为原料的氮肥企业不能满负荷生产,很多厂在做“以煤代油”的方案研究。目前世界上技术成熟的煤气化工艺主要有以下5种:德士古水煤浆气化(Texaco)、谢尔干煤粉气化(Shell)、鲁奇公司循环流化床技术(CFB)、鲁奇公司块煤加压气化技术(Lurgi)、固定层常压气化(UGI)。各种气化工艺各有特,对不同煤种各有
优缺点,所以选择不同的气化工艺适应煤的不同性质,是工艺方案选择的原则,以达到投资最低、操作费用最少、生产成本最低的目的。
三、各种煤气化工艺及工艺优缺点
1、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）气化技术
这是目前我国生产氮肥的主力军之一，其特点是采用常压固定层空气、蒸汽间歇制气，要求原料为25-75mm的块状无烟煤或焦炭，进厂原料利用率低，单耗高、操作繁杂、单炉发气量低、吹风气放空对大气污染严重。从发展看，属于将逐步淘汰的工艺。
2、常压固定层间歇式无烟煤（或焦炭）富氧连续气化技术
这是从间歇式气化技术发展过来的，其特点是采用富氧为气化剂，原料可采用8-10mm粒度的无烟煤或焦炭，提高了进厂原料利用率，对大气无污染、设备维修工作量小、维修费用低，适合于有无烟煤的地方，对已有常压固定层间歇式气化技术的改进。
3、鲁奇固定层煤加压气化技术
主要用于气化褐煤、不粘结性或弱粘结性的煤，要求原料煤热稳定性高、化学活性好、灰熔点高、机械强度高、不粘结性或弱粘结性，适用于生产城市煤气和燃料气，不推荐用以生产合成气。
4、灰熔聚流化床粉煤气化技术
中科院山西煤炭化学研究所的技术，2001年单炉配套20kt/a合成氨工业性示范装置成功运行，实现了工业化，其特点是煤种适应性宽，可以用6-8mm以下的碎煤，属流化床气化炉，床层温度达1100℃左右，中心局部高温区达到1200-1300℃，煤灰不发生熔融，而只是使灰渣熔聚成球状或块状排出。床层温度比恩德气化炉高100-200℃，所以可以气化褐煤、低化学活性的烟煤和无烟煤，以及石油焦，投资比较少，生产成本低。缺点是气化压
力为常压，单炉气化能力较低，产品中CH4含量较高（1%-2%），环境污染及飞灰综合利用问题有待进一步解决。此技术适用于中小氮肥厂利用就地或就近的煤炭资源改变原料路线。
5、恩德粉煤气化技术
恩德炉实际上属于改进后的温克勒沸腾层煤气化炉，适用于气化褐煤和长焰煤，要求原料为不粘结或弱粘结性、灰分小于25%-30%，灰熔点高（ST大于1250℃）、低温化学活性好的煤。至今在国内已建和在建的装置共有9套，14台气化炉。属流化床气化炉，床层温度在1000℃左右。目前最大的气化炉，用富氧气化，最大产气量为40000m3/h半水煤气。缺点是气化压力为常压，单炉气化能力还比较低，产品气中CH4含量高达1.5%-2.5%，飞灰量大、对环境的污染及飞灰综合利用问题有待解决。
6、GE德士古（Texaco)水煤浆加压气化技术
GE德士古（Texaco)水煤浆加压气化技术，属气流床加压气化技术，原料煤经磨制成水煤浆后用泵送进气化炉顶部单烧嘴下行制气，原料煤运输、制浆、泵送入系统比Shell和GSP
等干粉煤加压气化要简单得多，安全可靠、投资省。单炉生产能力大，目前国际上最大的气化炉日投煤量为2000t，国内已投产的最大气化炉日投煤量为1000t。对原料煤适应性较广，气煤、烟煤、次烟煤、无烟煤、高硫煤及低灰熔点的劣质煤、石油焦等均能作气化原料。但要求原料煤含灰量较低、还原性气氛下的灰熔点低于1300℃，灰渣粘结特性好。气化压力从2.5、4.0、6.5到8.0MPa皆有工业性生产装置在稳定长周期运行，装置建成后即可正常稳定生产。气化系统的热利用有两种形式，一种是废热锅炉型，可回收煤气中的显热，副产高压蒸汽，适用于联合循环发电；另一种是水冷激型，制得的合成气水气比高达1.4，适用于制氢、制合成氨、制甲醇等化工产品。气化系统不需要外供蒸汽、高压氮气及输送气化用原料煤的N2和CO2。气化系统总热效率高达94%-96%，高于Shell干粉煤气化（为91%-93%）和GSP干粉煤气化（为88%-92%）。气化炉结构简单，为耐火砖衬里。气化炉无转动装置或复杂的膜式水冷壁内件，所以制造方便、造价低，在开停车和正常生产时无需连续燃烧一部分液化气或燃料气（合成气）。煤气除尘也比较简单，无需价格昂贵的高温高压飞灰过滤器，投资省。碳转化率达96%-98%，有效气成分（CO+H2）为80%-83%；有效气（CO+H2）比氧耗为336-410m3/km3，有效气（CO+H2）比煤耗为550-620kg/km3。国外已建成投产的装置有6套，15台气化炉；国内已建成投产的装置有7
套，21台气化炉，正在建设、设计的装置还有4套，13台气化炉。已建成投产的装置最终产品有合成氨、甲醇、醋酸、醋酐、氢气、一氧化碳、燃料气、联合循环发电。各装置建成投产后，一直连续稳定、长周期运行。装备国产化率已达90%以上，由于国产化率高，装置投资较其它加压气化装置都低。水煤浆加压气化与其它加压气化装置建设费用的比例为Shell法：GSP法：多喷嘴水煤浆加压气化：水煤浆法=(2-2.5)：(1.4-1.6)：(1.2-1.3)：1。国内已掌握了丰富的工程技术经验，已培养出一大批掌握该技术的设计、设备制造、建筑安装、煤种评价、试烧和工程总承包的单位及工程技术人员，所以从建设、投产到正常连续运行的周期比较短，这是业主所期望的。缺点是气化用原料煤受气化炉耐火衬里的限制，适宜于气化低灰熔点的煤。碳转化率较低，比氧耗和比煤耗较高。气化炉耐火砖使用寿命较短，一般为1-2年，国产砖寿命为一年左右，有待改进。气化烧嘴寿命较短，一般使用2个月后，需停车进行检查、维修或更换喷嘴头部，有待改进和提高。
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