【正文】 某學(xué)院畢業(yè)（論文） 2 前言中國作為一個煤資源比較豐富，但油資源較為貧乏的國家。隨著節(jié)能減排等一系列國家政策的提出，我國越注重對能源的合理、最大化利用。 隨著科學(xué)技術(shù)能力的提高，合成工藝日趨成熟和完善。我們也看到了許多方面的技術(shù)先進(jìn)性，所以提出了在煤氣化制甲醇的一些工藝流程。該畢業(yè)設(shè)計(jì)主要從煤氣化的基本原理，以及工藝流程、工藝原理，煤氣化的設(shè)備、方法 ，合成氣制甲醇的原理、工藝流程，合成甲醇的技術(shù)及影響因素等方面闡述了我的意見和想法；能夠做到自己認(rèn)為比較重要的方面。關(guān)鍵詞: 節(jié)能減排、 煤氣化 甲醇 設(shè)備 反應(yīng)器 某學(xué)院畢業(yè)（論文） 3 第一章 緒論煤化工是指以煤為原料，經(jīng)化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。主要包括煤的氣化、液化、干餾，油加工和電石乙炔化工、焦工業(yè)、煤炭氣化工業(yè)、煤制化學(xué)品工業(yè)以及其他煤加工制品工業(yè)等。煤的綜合利用包括將煤本身作為一次能源，用煤制造二次能源和化工原料環(huán)保節(jié)能幾個方面。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，經(jīng)過化學(xué)加工對煤的綜合利用越來越社會發(fā)展的趨勢，將煤炭利用率和附加值、煤炭深加工等的增值可達(dá)到幾十甚至幾百倍，這給新型煤化工發(fā)展奠定了基礎(chǔ)和有力的發(fā)展空間。將會成為未來資源的中堅(jiān)力量。新型煤化工產(chǎn)業(yè)必將成為 21 世紀(jì)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組織部分。大型先進(jìn)的煤炭氣化技術(shù)及氣化產(chǎn)品的進(jìn)一步合作利用，也將成為今后的發(fā)展的主要方向。 煤炭氣化的發(fā)展煤的氣化是煤或煤焦在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中有機(jī)物轉(zhuǎn)變?yōu)槊簹獾倪^程。煤化工開始于 18 世紀(jì)后半葉， 19 世紀(jì)形成了完整的煤化工體系。進(jìn)入 20 世紀(jì)，許多以農(nóng)林產(chǎn)品為原料的有機(jī)化學(xué)品多改為以煤為原料生產(chǎn)，煤化工成為化學(xué)工業(yè)的重要組成部分。第二次世界大戰(zhàn)以后，石油化工發(fā)展迅速，很多化學(xué)品的生產(chǎn)又從以煤為原料轉(zhuǎn)移到以石油、天然氣為原料，從而削弱了煤化工在化學(xué)工業(yè)中的地位。煤中有機(jī)質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，是以芳香族為主的稠環(huán)為單元核心，由橋鍵互相連接，并帶有各種官能團(tuán)的大分子結(jié)構(gòu)，通過熱加工和催化加工，可以使煤轉(zhuǎn)化為各種燃料和化工產(chǎn)品。焦化是應(yīng)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 ，同時副產(chǎn)煤氣 和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烴。煤氣化在煤化工中也占有重要的地位，用于生產(chǎn)城市煤氣及各種燃料氣 ，也用于生產(chǎn)合成氣。 煤氣主要作為城市煤氣及合成氨原料的生產(chǎn)等，20 世紀(jì) 70 年代成功開發(fā)由合成氣制甲醇技術(shù)，由于甲醇的廣泛用途，使煤炭氣化工業(yè)又重新引起人們重視。 現(xiàn)在，隨著氣化生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，以生產(chǎn)含氧燃料為主的煤炭氣化合成甲醇、二甲醚，有廣闊的市場前景。甲醇從今某學(xué)院畢業(yè)（論文） 4 年供需情況來看，除了作基本有機(jī)化工原料、精細(xì)化工原料外，還可以做替代燃料應(yīng)用，預(yù)計(jì)需求量將達(dá) 800~1000 萬噸／年，到 2020 年，甲醇需求預(yù)計(jì)達(dá) 5000 萬噸／年。 新型煤化工內(nèi)容簡介新型煤化工的主要特點(diǎn)如下：（1）清潔能源是新型煤化工的主要產(chǎn)品。新型煤化工生產(chǎn)的主要產(chǎn)品是潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品。如柴油、汽油、乙烯原料、甲醇、二甲醚等以及一些化工產(chǎn)品。（2）煤炭—能源—化工一體化。依靠煤炭資源，形成煤炭——能源——化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。如煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。（3）高新技術(shù)及優(yōu)化集成。新型煤化工生產(chǎn)采集用煤轉(zhuǎn)化高新技術(shù)，在能源梯級利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面對不同工藝優(yōu)化集成，提高了整體經(jīng)濟(jì)效益。（4）使環(huán)境污染得到有效治理，發(fā)揮人力資源是新型煤化工的一個主要發(fā)展方向。 煤炭氣化在新型煤化工中的應(yīng)用煤炭氣化是發(fā)展新型煤化工的重要單元技術(shù)。國內(nèi)近年來加大了對煤炭氣化開發(fā)和利用，一些新合成工藝和新生產(chǎn)方法的應(yīng)用技術(shù)，使煤炭氣化得到迅速發(fā)展。 煤炭氣化技術(shù)傳統(tǒng)的氣化技術(shù)是利用煉焦?fàn)t、發(fā)生爐和水煤氣爐氣化。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后針對不同煤種和氣體用途發(fā)展了幾百種氣化方法，其中以魯奇碎枚加壓氣化爐常壓 KT爐、濕克勒氣化爐等應(yīng)用最廣。20 世紀(jì) 70 年代以來圍繞提高燃煤電廠熱效率、減少對環(huán)境的污染技術(shù)問題，促使了新一代氣化工藝誕生。美國 45 個潔凈煤技術(shù)示范項(xiàng)目中有 7 個煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電項(xiàng)目，配套有 6 中煤炭氣化技術(shù)，他們是德士古水煤漿氣化技術(shù)，CE 兩段式氣化床氣化技術(shù)、Destec 兩段加壓氣化床氣化技術(shù)、KRW 氣化技術(shù)、UGas 氣化技術(shù)及 BG/L 固定床熔渣氣化技術(shù)等。國內(nèi)目前采用的煤炭氣化技術(shù)主要以常壓固定床煤氣化發(fā)生爐和水煤氣發(fā)生爐為多，開發(fā)引進(jìn)了水煤氣兩段爐、魯奇加壓氣化爐和德士古水煤漿氣化技術(shù)。今天的發(fā)展趨勢是效率較高、煤氣成分較好的干粉煤炭氣化技術(shù)。 某學(xué)院畢業(yè)（論文） 5 煤制含氧化合物煤制甲醇發(fā)展甲醇化學(xué)是煤制含氧化合物的主要途徑，稱羰基合成法。主要有EastmanKODA 路線，即煤——合成氣——甲醇——醋酐——醋酸纖維——膠片和MonsantoBP 路線，即合成氣——甲醇——醋酸。羰基合成路線與乙炔法和乙烯法合成醋酸相比，成本低、設(shè)備投資少，目前已廣泛推廣和利用，有較好前景。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 6 第二章 煤炭氣化原理煤的氣化過程是一個熱化學(xué)過程，是煤或焦煤與氣化劑（空氣、氧氣、水蒸氣、氧等）在高溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)將煤或焦煤中有機(jī)物轉(zhuǎn)化為煤氣的過程，該過程是在高溫、高壓下進(jìn)行的一個復(fù)雜的多項(xiàng)無力級物理化學(xué)過程，通過煤炭氣化工藝可以利用煤中所含的幾乎全部有機(jī)物，是獲得基本有機(jī)化學(xué)工業(yè)原料的重要途徑。煤氣是指氣化劑通過炙熱固體燃料層時，所含游離氧或結(jié)合氧將燃料中的碳轉(zhuǎn)化成的可燃性氣體。汽化過程中產(chǎn)生的混合氣體組成，隨氣化時所用的煤或煤焦的性質(zhì)、氣化劑的類別、氣化過程中條件以及煤氣發(fā)生爐的結(jié)構(gòu)不同，因此，在生產(chǎn)工業(yè)用煤氣時，必須根據(jù)煤氣所需的組成來選擇煤氣的類別和氣化條件，才能滿足生產(chǎn)的需要。煤氣的有效成分為一氧化碳、氫氣、甲烷等，其可作為化工染料、城市煤氣和工業(yè)燃?xì)狻? 煤炭氣化技術(shù) 氣化技術(shù)發(fā)展已有 150 年的歷史，許多技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟并廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)技術(shù)大類可分為地面氣化和地下氣化。以傳熱方式可分為外熱式、內(nèi)熱式、等。 (一)地面氣化 將煤從煤從地下挖掘出來再經(jīng)過各種氣化技術(shù)獲得煤氣的方法稱為地面氣化。地面氣化現(xiàn)在被世界各國廣泛采用，該方法可利用煤炭氣化方法獲得氣化煤氣，生產(chǎn)工藝也很成熟。(二)地下氣化煤炭地下氣化是將未開采的煤炭有控制的燃燒，通過對煤的熱化學(xué)作用上產(chǎn)煤氣的一種氣化方法。一般可用于煤層薄、深部煤層、急傾斜煤層等。這一方法有效地提高了煤炭資源的利用率，將井建采煤、轉(zhuǎn)化工藝集為一體，減少了煤炭生產(chǎn)過程中的危害和對環(huán)境造成的破壞。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 7 煤的地下氣化是一種有效利用煤炭的方法，可以從根本上消除煤炭開采的地下作業(yè)，將煤中可利用部分以潔凈方式輸出地面，殘?jiān)蛷U渣留于地下，對環(huán)境保護(hù)與開發(fā)有很重要意義。圖見下頁 圖 21 地下氣化示意圖1，鉆孔 水平通道 氣化盤區(qū) 火焰工作面 崩落的巖石Ⅰ、燃燒區(qū) Ⅱ、還原區(qū) Ⅲ、干餾區(qū) Ⅳ、干燥區(qū) 原料煤對氣化性能的影響氣化用煤的種類對氣體過程有很大的影響，煤種不僅影響氣化產(chǎn)品而且關(guān)系到氣化的生產(chǎn)操作條件。所以，在選氣化用原料種類時，必須結(jié)合氣體方法和氣化爐的結(jié)構(gòu)進(jìn)行考慮，也要充分；利用資源，合理選用資源。根據(jù)氣化用煤的主要特征，將氣化煤大致分為以下四類：第一類，氣化時不黏結(jié)也不產(chǎn)生焦油，代表性原料有無煙煤、焦煤、半焦和貧焦。第二類，氣化時并產(chǎn)黏結(jié)生焦油，代表性原料又弱粘結(jié)或不粘結(jié)煙煤。第三類，氣化時不但產(chǎn)黏結(jié)生焦油，代表性原料又褐煤。第四類，以泥炭為代表性原料，氣化時不，能黏結(jié)產(chǎn)生大量的甲烷。 氣化用煤種的主要特性（1）無煙煤 、焦炭、半焦和貧煤這類原料氣化時不黏結(jié)，不會產(chǎn)生焦油，所生產(chǎn)的煤氣中含有少量的甲烷，不飽和碳?xì)浠衔飿O少，但煤氣熱值較低。其中的無煙煤和貧煤都屬于變質(zhì)程度非常高的煤種，加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)提。無煙煤在中國的儲量約占總儲量的 18%。（2）煙煤這種煤炭氣化時黏結(jié)，并產(chǎn)生焦油，煤氣中的不飽和烴、碳氧化合物較多，煤氣的凈化系統(tǒng)復(fù)雜，煤氣的熱值較高。煙煤屬于中等變質(zhì)程度的煤種。中國的煙煤主要分布在北方各省，華北地區(qū)的儲量 約占全國總儲量的 60%以上。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 8 （3）褐煤氣化時不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油。褐煤是變質(zhì)程度較低的煤，加熱時不產(chǎn)生膠質(zhì)體，含有較高的內(nèi)在水分和數(shù)量不等的腐殖酸，揮發(fā)份高，加熱時不軟化，不熔融。中國褐煤的儲量約占總儲量的 10%。（4）泥炭煤泥炭煤中含有大量的腐殖酸，揮發(fā)份產(chǎn)率近 70%左右。氣化時不黏結(jié)，但產(chǎn)生焦油和脂肪酸，所生產(chǎn)的煤氣中含有大量的甲烷和不飽和碳?xì)浠衔铩?煤的反應(yīng)性能對煤氣化工藝來說，煤的反應(yīng)性能（級別）通常無關(guān)緊要，因?yàn)閷Υ蠖鄶?shù)煤來說，無機(jī)物的成分/性能在煤氣化工藝中，偏愛高的操作溫度。這些高溫保證所有品種和等級（包括石油焦和無煙煤）的煤的高轉(zhuǎn)化率。然而，煤的等級通常影響產(chǎn)氣量和合成所氣的成分，如下表所示：煤種 O2/MAF 煤比率 H2O/O2比率 合成氣中CO2（%v） 合成氣 CO/H2比率石油焦 ~ ~ 1~ ~煙煤 ~ ~ 1~ ~褐煤 ~ 0 3~5 ~某學(xué)院畢業(yè)（論文） 9 第三章 煤氣化制甲醇 煤氣化制甲醇工藝流程括燃料的氣化、氣體的脫硫、變換、脫碳及甲醇合成與精制。用蒸汽與氧氣(或空氣、富氧空氣)對煤、焦炭進(jìn)行熱加工稱為固體燃料氣化,氣化所得可燃性氣體通稱煤氣是制造甲醇的初始原料氣,氣化的主要設(shè)備是煤氣發(fā)生爐,按煤在爐中的運(yùn)動方式,氣化方法可分為固定床(移動床)氣化法、流化床氣化法和氣流——般都沿用固定床間歇?dú)饣?煤氣爐沿用 UCJ ,目前已工業(yè)化的煤氣化爐有柯柏斯托切克(KoppersTotzek)、魯奇(Lurge)及溫克勒(Winkler)