一、煤化工

    以煤炭為原料經(jīng)化學(xué)方法將煤炭轉化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后再進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品或石油燃料的工業(yè)，稱(chēng)之為煤化工。

    二、元素分析

    全面測定煤中所含化學(xué)成分的分析叫元素分析。對燃燒有影響的成分包括碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分，各化學(xué)元素成分用質(zhì)量百分數表示。

    三、煤的工業(yè)分析

    是利用煤在加熱燃燒過(guò)程中的失重進(jìn)行定量分析，測定煤的水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分的成分。

    四、煤里面都含有水分，水分的含量和存在狀態(tài)與外界條件和煤的內部結構有關(guān)。

    根據水在煤里面的存在狀態(tài)，將煤中水分分別稱(chēng)為外在水分、內在水分以及同煤中礦物質(zhì)結合的結晶水、化合水。

    五、在煤的工業(yè)分析中測定的水分可分為收到基水分和分析基水分兩種。

    六、煤的灰分

    是指煤完全燃燒后剩下來(lái)的殘渣。這些殘渣幾乎全部來(lái)自于煤中的礦物質(zhì)。煤的組成以有機質(zhì)為主體，有機質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫5種元素組成。

    七、煤的熱解-干餾

    所謂煤的熱解，是指在隔絕空氣的條件下，煤在不同溫度下發(fā)生的一系列物理、化學(xué)變化的復雜過(guò)程。其結果是生成氣體（煤氣）、液體（焦油）、固體（半焦或焦炭）等產(chǎn)品。煤的熱解也稱(chēng)為煤的干餾或熱分解。按熱解最終溫度不同可分為：高溫干餾900-1050℃，中溫干餾700--800℃，低溫干餾500-600℃。

    八、煤的鋁甑（zeng）低溫干餾試驗

    為了評定煤的煉油適合性以及干餾產(chǎn)物，常用鋁甑低溫干餾試驗方法。要點(diǎn)是：將煤樣裝在鋁甑中，以一定程序加熱到510℃,保持一定時(shí)間，測定所得的焦油、熱解水和半焦和煤氣的產(chǎn)率。評價(jià)煤的低溫干燥焦油產(chǎn)率時(shí)用空氣干燥基指標Tarad。Tarad＞12%稱(chēng)為高油煤，Tarad=7-12%稱(chēng)為富油煤，Tarad≤7%稱(chēng)為含油煤。

    九、煤氣化爐的分類(lèi)

    1、我們按氣化爐中的流體力學(xué)條件分，只有三種：固定床、流化床、氣流床。

    2、固定床的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠。氣化劑與煤逆流接觸，氣化過(guò)程比較完全，熱量利用比較合理，熱效率較高。

    3、氣流床技術(shù)是一種并流式氣化。其熱解、燃燒以及吸熱的氣化反應，幾乎是同時(shí)發(fā)生的。

    氣流床技術(shù)特點(diǎn)：粉煤進(jìn)料、高溫氣化、液態(tài)排渣；

    總之，氣化爐按壓力分可分為常壓氣化與加壓氣化。大于2MPa的氣化統稱(chēng)為加壓氣化。還可按排渣方式分為固態(tài)排渣或液態(tài)排渣。氣化殘渣以固態(tài)方式排出氣化爐的稱(chēng)固態(tài)排渣。氣化殘渣以液態(tài)方式排出又經(jīng)急冷變成熔渣排出氣化爐外的稱(chēng)為液態(tài)排渣。

    十、煤氣化爐的發(fā)展-爐型介紹及特點(diǎn)

    1、魯奇爐的特點(diǎn)是帶有夾套鍋爐固態(tài)排渣的加壓煤氣化爐，也稱(chēng)為碎煤加壓氣化。煤種要求：使用塊煤（6-50mm），熱穩定性好，不能有黏結性，灰熔點(diǎn)不能太低，煤種適應性差

    1.1 優(yōu)點(diǎn)：業(yè)績(jì)多、運行穩定；副產(chǎn)品附加值高（副產(chǎn)品：焦油、中油、石腦油、粗酚、氨）；粗煤氣中含10%-12%甲烷，甲烷合成負荷低，投資??；氧耗低，空分投資省，備煤系統相對簡(jiǎn)單；設備國產(chǎn)化率高；

    1.2 缺點(diǎn)：煤鎖閥和灰鎖閥檢修頻繁；酚、氨回收系統開(kāi)車(chē)困難；氣化流程長(cháng)，操作性對復雜；污水量大、成分復雜，處理難度大，達標排放不易，投資高；

    煤種適應性差；

    2、濕法加壓氣流床氣化技術(shù)--GE的TEXACO水煤漿氣化技術(shù)

    TEXACO氣化技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)TCGP，是美國德士古公司發(fā)展起來(lái)的，后這項技術(shù)被GE收購。GE公司的水煤漿爐是粉煤利用技術(shù)最早的成熟的技術(shù)，在國內外有著(zhù)廣泛的應用。

    煤種要求：使用面煤，可磨性好，成漿性好（60%以上較優(yōu)），灰熔點(diǎn)<1350℃灰分<20%，煤種適應性差

    3、干法加壓氣流床技術(shù)

    3.1 hell（Shell Coal Gasfication Process）氣化技術(shù)

    Shell氣化工藝是由荷蘭國際石油公司開(kāi)發(fā)的一種加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)SCGP。

    3.2 西門(mén)子的GSP（Gaskombiant Schwarze Pumpe）氣化技術(shù)

    國內外使用GSP爐的有：德國黑水泵廠(chǎng)200MW帶水冷壁氣流氣化廠(chǎng)、捷克Sokolovska Uhelna廠(chǎng)140MW帶耐火磚氣流床氣化爐（720噸/天）；神化寧煤167萬(wàn)噸甲醇制烯烴項目，正在試車(chē)；山西蘭花45萬(wàn)噸尿素項目，兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)50萬(wàn)噸合成氨項目在建.

    3.3 航天氣化爐HT-L

    HT-L是由北京航天萬(wàn)源煤化工有限公司開(kāi)發(fā)的、具有自有知識產(chǎn)權的干煤粉氣化工藝。國內使用HT-L的企業(yè)有：已運行的有安徽臨泉和河南濮陽(yáng)年15萬(wàn)噸/甲醇項目，正在設計、施工的有河南煤業(yè)中新化工股份有限公司30萬(wàn)噸/年甲醇裝置、山東魯西化工30萬(wàn)噸/年合成氨等13家。

    十一、干法與濕法的比較：

    1、優(yōu)點(diǎn)：

    1.1 干煤粉進(jìn)料，氣化效率高：與濕法進(jìn)料相比，氣化1kg煤至少可以減少蒸發(fā)約0．35kg水。如果將這部分水氣化并將其加熱到1500℃左右，這大約需要2600KJ的熱量，假設1kg干煤的熱量是26000KJ，這意味著(zhù)原料煤中約10％左右熱量已經(jīng)被用掉。顯然從能量利用的角度來(lái)說(shuō)干法進(jìn)料是有利的，其冷煤氣效率比濕法進(jìn)料約提高10個(gè)百分點(diǎn)。

    1.2 煤種適應性廣：從無(wú)煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化，對煤的活性幾乎沒(méi)有要求，對煤的灰熔點(diǎn)范圍比其他氣化工藝較寬。對于高灰分、高水分、含硫量高的煤種同樣能夠氣化，但經(jīng)濟性稍差。

    1.3 氧耗低：與濕法進(jìn)料水煤漿氣化相比，氧氣消耗低（15％～25％），與之配套的空分裝置投資可相對減少。

    1.4 氣化爐無(wú)耐火磚襯里，維護量少，氣化爐內無(wú)轉動(dòng)部件，運轉周期長(cháng)，無(wú)需備用爐。

    2、缺點(diǎn)：

    2.1 氣化壓力低：干法氣化由于受粉煤加料方式的限制，氣化壓力一般為3.0MPa。

    2.2 粉煤制備投資高、能耗高，且沒(méi)有水煤漿制備環(huán)境好。粉煤制備對原料煤含水量要求比較嚴格，需進(jìn)行干燥，能量消耗高。粉煤制備一般采用氣流分離，排放氣需進(jìn)行洗滌除塵，否則易帶來(lái)環(huán)境污染，這樣使制粉系統投資增加。

    2.3 安全操作性能不如濕法氣化。主要體現在粉煤的加壓進(jìn)料的穩定性不如濕法進(jìn)料，會(huì )對安全操作帶來(lái)不良影響。濕法氣化由于將粉煤流態(tài)化（水煤漿）易于加壓、輸送。

    十二、煤制氣項目主要生產(chǎn)工藝流程圖

    十三、煤制氣流程描述

    備煤--氣化--變換

    1、在變換過(guò)程中，粗煤氣變換裝置的任務(wù)是將粗煤氣中的CO變換為H2，以滿(mǎn)足合成氣對甲烷合成要求H2/CO=3.2，同時(shí)回收變換反應熱，最后將煤氣冷卻至40℃送入低溫甲醇洗裝置。

    2、在變換過(guò)程中的煤氣水分離

    工藝原理及流程簡(jiǎn)述：利用無(wú)壓重力沉降原理、焦炭過(guò)濾吸附特性和煤氣水中不同組分的密度差，把煤氣水中的含塵焦油、純焦油、油分離出來(lái)。利用氣體在液體中因壓力降低溶解度減小的原理，經(jīng)閃蒸膨脹，分離出煤氣水中溶解的CO2、CO、NH3等氣體。

    3、在變換過(guò)程中的酚、氨回收裝置

    工藝原理及流程簡(jiǎn)述：本裝置主要采用了萃取、精餾、蒸餾的工藝原理。

    十四．低溫甲醇洗

    碎煤加壓氣化由于是逆流氣化，煤氣出爐溫度低，粗煤氣成分復雜，其氣體組分包括CO、H2、CO2、CH4、H2S、有機硫、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10、HCN、N2、Ar以及焦油、脂肪酸、酚、氨、石腦油、油、灰塵等。在這些組分中除CO、H2、CH4有效組分和N2、Ar屬惰性氣體外，其余所有組分包括CO2和硫化物都是需要脫除的有害雜質(zhì)，可見(jiàn)其凈化任務(wù)的艱巨?？v觀(guān)當今各種氣體凈化工藝，能擔當此重任者非低溫甲醇洗莫屬。這是因為只有低溫甲醇洗凈化才可以在同一裝置內全部干凈地脫除各種有害成分，諸如CO2、H2S、COS、C4H10S、HCN、NH3、H2O、C2以上烴類(lèi)（包括輕油、芳香烴、石腦油、烯烴及膠質(zhì)物等）以及其他化合物等。另外碎煤加壓氣化壓力較高，氣體中CO2、H2S分壓相對較高，所以本身就有利于發(fā)揮低溫甲醇洗物理吸收的特性。

    1、混合制冷

    制冷方法的原理為相變制冷，所謂相變是指物質(zhì)積聚狀態(tài)的變化，在相變過(guò)程中，由于物質(zhì)分子重新排列和分子運動(dòng)速度改變就需要吸收或放出熱量，這種熱量稱(chēng)為相變熱。汽化、熔化、升華均屬相變過(guò)程，都有熱效應產(chǎn)生。

    相變制冷就是利用某些物質(zhì)相變化時(shí)的吸熱效應使環(huán)境達到冷凍目的。任何液體汽化時(shí)都產(chǎn)生吸熱效應，因此液體汽化被廣泛應用于制冷工業(yè)中。為低溫甲醇洗生產(chǎn)裝置提供冷量，并完成氨的制冷循環(huán)。

    2、甲烷化技術(shù)

    是20世紀70年代開(kāi)始工業(yè)化實(shí)驗，試驗證明了煤氣甲烷化可制取合格的合成天然氣。CO轉化率可達100%，CO2轉化率可達98%，甲烷可達95%，低熱值達8300Kcal/Nm3。

    甲烷化合成工藝技術(shù)，建議選用國外工程公司技術(shù)（Topsoe、Davy、Lurgi通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟交流后確定）。

    工藝描述：從低溫甲醇洗來(lái)的合成氣主要成分有CH4:15.2、CO:19.18、CO2:1.32、H2:63.7。合成氣首先進(jìn)入硫吸收器用ZnO脫硫后，合成氣去甲烷化第一、二、三、四反應器發(fā)生甲烷化化學(xué)反應：

    CO+3H2=CH4+H2O、CO2+4H2=CH4+2H2O

    因甲烷化反應是一個(gè)強放熱反應，因此采用逐級反應逐級回收反應熱，并在第二甲烷化爐出口返回一部分循環(huán)氣以降低第一、第二主反應器入口CO、CO2的方法，來(lái)保證甲烷化反應熱的均衡，最終將CO完全反應掉，CO2有較少的殘余。

    十五．天然氣干燥：常用干燥方法有冷分離法、固體吸收法、溶劑吸收法。

    十六．煤制油工藝

    360萬(wàn)噸/年煤制油項目為大型煤間接液化制油產(chǎn)業(yè)化項目，公稱(chēng)規模為360萬(wàn)噸/年煤制油。項目是以煤為原料和燃料，采用干粉煤氣化工藝制取合成氣，合成氣經(jīng)過(guò)凈化后采用高溫漿太床F-T合成工藝制取中間油品，再經(jīng)過(guò)油品加工裝置制取成品油。

    工藝生產(chǎn)裝置包括六大裝置，即空分裝置、氣化裝置、凈化裝置、尾氣轉化裝置、油品合成裝置和油品加工裝置。

    1.精脫硫技術(shù)方案選擇

    本單元的原料為低溫甲醇洗后的變換氣和非變換氣，總硫含量為0.1ppm，為滿(mǎn)足F-T合成反應要求，需要將硫含量進(jìn)一步脫至小于0.05ppm ,屬于氣體精細脫硫，應采用干法脫硫技術(shù)。原料氣的主要硫成分為H2S和COS，溫度為常溫，常用的常溫干法脫硫劑主要是氧化鋅或特種氧化鐵，本項目原料氣的特點(diǎn)是來(lái)自低溫甲醇洗的脫硫氣，含硫量非常低，采用的是干法精細脫硫技術(shù)。

    其中：費托（F-T）合成已成為煤炭間接液化制取各種烴類(lèi)及含氧化合物的重要方法之一。

    費托（F-T）合成的反應式是指費托（F-T）合成是CO和H2在催化劑作用下，反應生成以液態(tài)烴類(lèi)為主要產(chǎn)品的復雜反應系統。

    總的來(lái)講，是CO加氫和碳鏈增長(cháng)的放熱反應，生成以液態(tài)為主的烷烴和烯烴，同時(shí)還有一些副反應（如生成甲烷、醇類(lèi)、醛類(lèi)和碳）的反應。

    2.油品合成裝置：

    是將凈化后的合成氣經(jīng)過(guò)F-T合成工藝制取輕質(zhì)石腦油、穩定重油和精濾蠟等中間產(chǎn)品，為維持系統惰性氣體的平衡，需要排出一定量的合成氣。油品合成裝置包括F-T合成單元、還原單元、蠟過(guò)濾單元、脫碳單元、膜分離單元。

    3.油品加工裝置

    3.1 加氫反應部分

    加氫反應部分的換熱流程通常有兩種：一種為單相換熱，爐后混油；另一種為混相換熱，部分爐前混氫。

    3.1.1加氫反應產(chǎn)物分離部分

    加氫反應產(chǎn)物分離流程通常有兩種：一種為冷高分流程；另一種是熱高分流程。

    冷高分流程：通常全部的反應產(chǎn)物經(jīng)過(guò)空冷器后進(jìn)行氣液分離叫做冷高分流程。

    熱高分流程：全部反應產(chǎn)物在空冷器前在某溫度下先進(jìn)行一次氣液分離，閃蒸出的油氣再經(jīng)換熱空冷后進(jìn)行二次分離，稱(chēng)之為熱高分方案或溫高方案。

    3.2加氫精制的主要反應有：

    加氫脫硫（HDS）、加氫脫氮（HDN）、加氫脫氧（HDO）和加氫脫金屬（HDM）反應以及烯烴和芳烴（主要是稠環(huán)芳烴）的加氫飽和反應；此外，還有少量的開(kāi)環(huán)、斷鏈和縮合反應。

    加氫精制的目的是將非烴類(lèi)物質(zhì)含有的雜原子硫、氮、氧分別轉化為硫化氫（H2S）、氨（NH3）、水（H2O），有機金屬化合物轉化為金屬硫化物而加以脫除，其主體部分生產(chǎn)相應的烴類(lèi)。

    3.3加氫裂化單元

    加氫裂化（記為HC-Hydrocracking）烴類(lèi)在氫壓合催化劑存在下，≥50%的原料油轉化為產(chǎn)品分子小于原料分子的加氫過(guò)程。

    4.尾氣轉化裝置

    是將尾氣中的烴類(lèi)組分先轉化為合成氣，合成氣經(jīng)變換和MDEA(N－甲基二乙醇胺)脫碳后生成富氫氣體，再經(jīng)PSA制氫裝置脫除其中的惰性氣組分，為全廠(chǎng)提供純氫。