1、煤化工简介2011年年6月月 概念煤炭煤炭是古代植物经过生物化学作用和地质作用而改变其物理、化学性质，由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。煤中有机质的化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种官能团的大分子结构。煤化工煤化工主要是指以煤为原料经过化学加工，使煤转化为气体、液体和固体燃料及化学品的过程。包括煤的高温干馏、煤的低温干馏、煤的气化、煤的液化、煤制化学品及其它煤加工制品。在煤的各种化学加工过程中，焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法，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很重要的地位，用于生产城市煤
2、气及各种燃料气（广泛用于机械、建材等工业），也用于生产合成气（作为合成氨、合成甲醇等的原料）；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，在20世纪上半叶曾得到发展，第二次世界大战以后，由于其产品在经济上无法与天然石油相竞争而趋于停顿，当前只有在南非仍有煤的间接液化工厂；煤的其他直接化学加工，则生产褐煤蜡、磺化煤、腐植酸及活性炭等，仍有小规模的应用。煤煤化化工工行行业业类类型型气化气化炼焦炼焦直接液化直接液化低温干馏低温干馏其它加工其它加工煤气煤气合成气合成气氨、甲醇、氨、甲醇、液体燃料、醋酐等液体燃料、醋酐等焦炉煤气：煤气、粗苯焦炉煤气：煤气、粗苯煤焦油：萘、蒽、吡啶、沥青等煤
3、焦油：萘、蒽、吡啶、沥青等焦炭：冶金焦、电石焦炭：冶金焦、电石乙炔乙炔聚氯乙烯聚氯乙烯液化油液化油液化燃料液化燃料化学品化学品煤气、低温煤焦油、半焦煤气、低温煤焦油、半焦褐煤蜡、活性炭等褐煤蜡、活性炭等 煤化工煤化工 产业链产业链 煤焦化煤焦化 煤气化煤气化 直接液化直接液化 焦炭焦炭 电石电石 乙炔乙炔 合成氨合成氨 煤焦油煤焦油 粗苯精制粗苯精制 焦炉气焦炉气 制氢制氢 BDOBDO 氮肥氮肥 甲醇甲醇 烯烃烯烃 二甲醚二甲醚 间接液化间接液化 合成气合成气 醋酸醋酸 烯烃烯烃 汽柴油汽柴油 传统煤化工传统煤化工 现代煤化工现代煤化工 各类油品各类油品 烯烃烯烃 醇、醛、醇、醛、酮、酸酮、
4、酸 车用燃料车用燃料 新型煤化工特点：新型煤化工特点：n产品以洁净能源和可替代石油化工产品为主产品以洁净能源和可替代石油化工产品为主n技术系统采用高新技术并优化集成技术系统采用高新技术并优化集成n产业规模建设大型联产企业和产业基地产业规模建设大型联产企业和产业基地n煤炭资源的有效、合理利用煤炭资源的有效、合理利用n经济最优化经济最优化n清洁生产与环境友好清洁生产与环境友好 煤煤 炭炭 的的 焦焦 化化一、基本原理一、基本原理 煤煤隔绝空气被加热到隔绝空气被加热到1000C，软化、熔融并，软化、熔融并发生一系列的分解和聚合反应，放出发生一系列的分解和聚合反应，放出气体气体（CO、CH4、H2、H
5、2S、烷烃类以及芳烃类气体）和、烷烃类以及芳烃类气体）和焦焦油油，最后生成，最后生成焦炭焦炭的过程。的过程。焦焦炉炉 煤煤焦焦 炭炭冷冷凝凝焦油加工焦油加工焦焦油油工业萘、洗油、酚、工业萘、洗油、酚、蒽、轻油蒽、轻油煤煤气气净净化化氨、粗苯、硫磺、氨、粗苯、硫磺、净煤气净煤气二、煤炭焦化的工艺过程二、煤炭焦化的工艺过程焦炭焦炭（约占（约占78%）90%以上用于冶金工业的高炉炼铁以上用于冶金工业的高炉炼铁其余应用于铸造、电石其余应用于铸造、电石热值高，冶金工业重要燃热值高，冶金工业重要燃料；料；净化后，作为工业燃料和净化后，作为工业燃料和民用煤气；民用煤气；可提取氨（生产合成硫胺可提取氨（生产合
6、成硫胺等）、粗苯等）、粗苯(精制得苯、精制得苯、甲苯、二甲苯等）、酚类、甲苯、二甲苯等）、酚类、硫化物（硫磺、吡啶）硫化物（硫磺、吡啶）炼焦炼焦焦炉煤气焦炉煤气（15-18%）煤焦油（煤焦油（2.5-4.5%)轻油馏分、酚油馏分、轻油馏分、酚油馏分、萘油馏分、蒽油馏分、沥青等萘油馏分、蒽油馏分、沥青等煤的气化一、基本原理一、基本原理 指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中的有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为以CO、H2、CH4等可燃气体为主要成分的生产过程。二、煤气化过程中主要化学反应：二、煤气化过程中主要化学反应：C+O2-CO2 C+O2-CO
7、C+H2O-CO+H2 CO+H2O-CO2+H2 C+H2-CH4 S+O2-SO2 SO2+H2-H2S+H2O 三、煤气化的方法煤气化的方法按煤在气化炉中的流体力学行为分为：按煤在气化炉中的流体力学行为分为：固定床气化固定床气化流化床气化流化床气化气流床气化气流床气化固定床气化固定床气化 固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底加入。固定床气化炉常见有间歇式气化（UGI）和连续式气化（鲁奇Lurgi）2种。流化床气化流化床气化 又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料，这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和
8、热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化炉常见有温克勒（Winkler）、灰熔聚（U-Gas）、循环流化床（CFB）、加压流化床（PFB是PFBC的气化部分）等气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，气化温度13501500；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在15001900高温下气化，残渣以熔渣形式排出。气流床气化气流床气化几种典型的气化工艺几种典型的气化工艺气化技术气化技术床型床型煤料煤料气化剂气化剂排渣排渣压力压力煤气发生炉煤气发生炉固定床固定床块煤块煤空气空气/水
9、蒸汽水蒸汽固态固态常常Lurgi炉炉固定床固定床块煤块煤氧气氧气/水蒸汽水蒸汽固态固态加加Winkler炉炉流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽固态固态常常HTW流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽固态固态加加U-GAS流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽团聚团聚加加KRW流化床流化床碎煤碎煤空气空气/水蒸汽水蒸汽团聚团聚加加K-T气流床气流床煤粉煤粉氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态常常Texaco气流床气流床水煤桨水煤桨氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态加加Shell气流床气流床煤粉煤粉氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态液态加加Prenflo气流床气流床煤粉煤粉氧气氧气/水蒸汽水蒸汽液态
10、液态加加德士古（德士古（Texaco）气化炉）气化炉 美国Texaco(2002年初成为Chevron公司一部分，2004年5月被GE公司收购)开发的水煤浆气化工艺是将煤加水磨成浓度为6065%的水煤浆，用纯氧作气化剂，在高温高压下进行气化反应，气化压力在3.08.5MPa之间，气化温度1400，液态排渣，煤气成份COH2为80%左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境无污染，碳转化率9699%，气化强度大，炉子结构简单，能耗低，运转率高，而且煤适应范围较宽。煤的液化煤的液化 煤炭液化是指将煤通过化学加工过程煤炭液化是指将煤通过化学加工过程,使其转使其转化为液体燃料化为液体燃料(如汽油、柴油等如汽
11、油、柴油等)或化工产品的技或化工产品的技术术,根据加工过程的不同根据加工过程的不同,分为分为直接液化直接液化和和间接液间接液化化两大类技术。两大类技术。液化的关键是液化的关键是加氢加氢，加氢的关键是，加氢的关键是催化剂催化剂、反、反应的应的温度温度和和压力压力。煤的直接液化的原理煤的直接液化的原理煤煤加热加压催化加热加压催化氢气氢气液化油液化油汽油、柴油、汽油、柴油、航 空 煤 油、航 空 煤 油、LPG、酚类、酚类、苯类、氨类等苯类、氨类等气化气化提质加工提质加工煤的间接液化煤的间接液化 煤的间接液化是以煤基合成气（煤的间接液化是以煤基合成气（CO+H2)为原料为原料,在一定的温在一定的温度
12、和压力下度和压力下,充分地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺。充分地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺。间接液化技术是间接液化技术是1923年由德国的年由德国的FranzFicher和和HanbsTropsch提提出的出的,故称为故称为F-T合成合成。COH2合成物合成物分馏分馏(离离)提质加工提质加工汽油、柴油、汽油、柴油、石脑油、乙烯、石脑油、乙烯、丙稀、含氧类丙稀、含氧类蜡类、燃料气蜡类、燃料气 等等催化剂、温度、压力催化剂、温度、压力气化气化煤煤煤间接液化合成油的典型工艺煤间接液化合成油的典型工艺1.1.煤经气化炉气化后转化为粗合成气煤经气化炉气化后转化为粗合成气,2.2.合成气经脱硫
13、、脱氧净化后合成气经脱硫、脱氧净化后,依据采用的依据采用的合成合成反应反应器器,经水汽变换反应调整为高经水汽变换反应调整为高2/比为比为(1.52.1)进进入固定床反应器合成烃入固定床反应器合成烃;3.3.不同链长的烃经加工改质后即可得到汽油、柴油、煤不同链长的烃经加工改质后即可得到汽油、柴油、煤油等油等,并可副产硬蜡并可副产硬蜡;4.4.尾气可深冷分离得到低碳烯烃尾气可深冷分离得到低碳烯烃,或经齐聚反应增加油品或经齐聚反应增加油品收率收率,或重整为合成气返回用于合成烃或重整为合成气返回用于合成烃;5.5.弛放气可用于供热、发电或合成氨等。弛放气可用于供热、发电或合成氨等。煤制油（煤液化）工业
14、化的关键：煤制油（煤液化）工业化的关键：1.1.开发出廉价高性能的合成工业催化剂；开发出廉价高性能的合成工业催化剂；2.2.开发高效可靠的合成工业反应器；开发高效可靠的合成工业反应器；3.3.与现有成熟的或半成熟的配套工艺技术相结合与现有成熟的或半成熟的配套工艺技术相结合,使全流使全流程工艺集成优化程工艺集成优化,提高过程的效率和经济性。提高过程的效率和经济性。乙烯是石油化工的核心和最重要的基础原料。是合成纤维、橡胶、塑料等的基本化学原料，也用于制造氯乙烯、苯乙烯、环氧乙烷、醋酸、乙醛、炸药等，还可用作水果蔬菜的催熟剂；乙烯产品占石化产品的70%以上，世界上已将乙烯产量作为衡量国家工业发展水平
15、的重要标志之一。二甲醚是一种极具发展潜力的有机化工产品；作为清洁燃料,可替代液化气用于民用(工业)燃料;由于其具有高的十六烷值(55),又可作为醇醚燃料和柴油替代品,亦可替代氯氟烃作气雾剂,有可能成为合成乙烯的原料。煤化工下游重要产品煤化工下游重要产品-乙烯和二甲醚（乙烯和二甲醚（DME）甲醇既是重要的基础有机化工产品和原料,又是极有前途的代用燃料之一。甲醇用途如下:(1)国内40%以上的甲醇用于制甲醛，进而合成树脂、塑料及其它化工原料。(2)作为清洁燃料替代汽油或与汽油掺混使用;(3)甲醇氨化制甲胺，制得一、二、三甲胺，用于农药、医药、燃料方面或者用作有机原料中间体；(4)甲醇羰基化制醋酸；
16、(5)甲醇酯化可生产各种脂类化合物；(6)甲醇与氯气、氢气催化生成一、二、三、四氯甲烷；(7)甲醇脱水制二甲醚；(8)甲醇脱氢制甲酸甲酯；(9)甲醇制甲基叔丁基醚 (10)甲醇制微生物蛋白()饲料国外已工业化;(11)甲醇制低碳烯烃()和甲醇制汽油(MTC）技术已有较大突破。煤合成气制甲醇煤合成气制甲醇坑式存煤 4.0MPa分级氧化气化 耐硫全低变 胺法脱硫 MDEA脱碳 活性炭精脱硫 背压式透平压缩机 6.0MPa等温低压合成 垂直筛板 三塔精馏 甲醇生产工艺流程甲醇生产工艺流程一、空分一、空分二、气化二、气化三、净化三、净化四、合成四、合成CO+2H2-CH3OHCO2+3H2-CH3OH
17、+H2O汽包加水来自净化除氧器脱盐水回水去回水管排污去地沟开车用中压过热蒸汽来自锅炉中间换热器开工蒸汽喷射器汽包甲醇反应器最终冷却器 I最终冷却器 I I十万吨甲醇合成带控制点工艺流程图甲醇反应器入口气来自压缩工段背压蒸汽管网汽包出口蒸汽冷凝液排地沟放空低压蒸汽来自背压蒸汽管网循环水上水来自上水管循环水回水去回水管脱盐水上水来自上水管2500GRI02-377212500GR01-426302500GRI03-426302500GR02-37721250005-15911250001-574250001-899250002-15911250003-15911250004-15911汽包出口蒸汽
18、冷凝液排地沟MM吹煮蒸汽来自0.5MPa蒸汽管网0.5MPa蒸汽管网1.3MPa饱和蒸汽管网去甲醇分离器脱盐水来自管网FIQ 高 放 气 去 放 空 总 管水 泵 给 水 来 自 脱 盐 水 工 段氮 气 来 自 空 分闪 蒸 气 去 一 厂 气 柜粗 甲 醇 去 罐 区稀 醇 水 去 精 馏PI2500GR 03-377 212500GR 01-377 212500GR 02-377 21循 环 气 去 合 成 压 缩 机弛 放 气 去 一 厂 三 段 出 口弛 放 气 去 放 空 总 管甲 醇 分 离 器甲 醇 醇 洗 塔脱 盐 水 槽高 压 柱 塞 泵 P闪 蒸 槽来 自 最 终 冷 却 器 十 万 吨 甲 醇 合 成 带 控 制 点 工 艺 流 程 图五、精馏五、精馏
