【正文】 年產(chǎn)300萬噸煤制油工程工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)論文1 緒論 工程設(shè)計(jì)的背景早在20世紀(jì)30年代，第一代煤炭直接液化技術(shù)—直接加氫煤液化工藝在德國(guó)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。但當(dāng)時(shí)的煤液化反應(yīng)條件較為苛刻，反應(yīng)溫度470℃，反應(yīng)壓力70MPa。相繼開發(fā)了多種第二代煤直接液化工藝，如供氫溶劑法（EDS）、溶劑精煉煤法（SRCⅠ、SRCⅡ）、美國(guó)的氫煤法（HCoal）等，這些工藝已完成大型中試，技術(shù)上具備建廠條件，只是由于經(jīng)濟(jì)上建設(shè)投資大，煤液化油生產(chǎn)成本高，而尚未工業(yè)化。1973年的世界石油危機(jī)，使煤直接液化工藝的研究開發(fā)重新得到重視。現(xiàn)在幾大工業(yè)國(guó)正在繼續(xù)研究開發(fā)第三代煤直接液化工藝，具有反應(yīng)條件緩和、油收率高和油價(jià)相對(duì)較低的特點(diǎn)。目前世界上典型的幾種煤直接液化工藝有：德國(guó)IGOR公司和美國(guó)碳?xì)浠衔镅芯浚℉TI）公司的兩段催化液化工藝。我國(guó)煤炭科學(xué)研究總院北京煤化所自1980年重新開展了煤直接液化技術(shù)研究，現(xiàn)已建成油品改質(zhì)加工、煤直接液化實(shí)驗(yàn)室。通過對(duì)我國(guó)上百個(gè)煤種進(jìn)行的煤直接液化試驗(yàn)，篩選出15種適合于液化的煤，液化油收率達(dá)50%以上，并對(duì)4個(gè)煤種進(jìn)行了煤直接液化的工藝條件研究，開發(fā)了煤直接液化催化劑。煤炭科學(xué)院與德國(guó)RUR和DMT公司也簽訂云南先鋒煤液化廠可行性研究項(xiàng)目協(xié)議，并完成了云南煤液化廠可行性研究報(bào)告。液化廠建成后，、、。擬建的云南先鋒煤液化廠年處理（液化）褐煤257萬噸，氣化制氫（含發(fā)電17萬KW）用原煤253萬噸，合計(jì)用原煤510萬噸。南非在這方面走在了世界前列。當(dāng)時(shí)南非政府開始研究煤液化的可能性，主要目的在于擺脫對(duì)石油的高度依賴性，保護(hù)南非國(guó)際收支平衡，提高能源供給安全。幾十年過去，通過妥善利用大量煤炭資源，南非還獲得了諸多方面的利益，包括增加就業(yè)機(jī)會(huì)，使原本過度依賴農(nóng)業(yè)與采礦業(yè)的國(guó)民經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。中國(guó)現(xiàn)在所處的環(huán)境條件與沙索在南非初創(chuàng)之際極為相似，特點(diǎn)就是 “富煤少油”，特別是經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展使得對(duì)能源的需求急劇增加。據(jù)介紹，15家商業(yè)規(guī)模的煤液化工廠的總產(chǎn)量將可以替代中國(guó)2020年石油進(jìn)口量的15%。當(dāng)今，人類石油需求量逐年增多，而世界的石油開采儲(chǔ)量逐年下降，兩個(gè)曲線之間會(huì)形成一個(gè)越來越大的空位。煤制油便可以填補(bǔ)這個(gè)空位。煤制油技術(shù)有助于中國(guó)擺脫對(duì)進(jìn)口原油和石油產(chǎn)品的過度依賴，從而提高能源安全。從中國(guó)的能源結(jié)構(gòu)來看，中國(guó)具備開發(fā)煤制油產(chǎn)業(yè)的各種戰(zhàn)略驅(qū)動(dòng)因素。煤液化技術(shù)最早起源于德國(guó)，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，在世界上部分國(guó)家經(jīng)歷了從實(shí)驗(yàn)室、工藝開發(fā)、中間試驗(yàn)、示范工程、工業(yè)化階段的不同歷史時(shí)期。我國(guó)雖然在解放前就有了關(guān)于煤制油技術(shù)的研究，甚至還建有一些小規(guī)模的液化廠，但隨著部分油田的發(fā)現(xiàn)，研究工作隨之都停止了。 在經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展的時(shí)代，人民生活水平在不斷提高，我國(guó)對(duì)石油的需求量也在不斷增加，從石油出口國(guó)到石油凈進(jìn)口國(guó)，再到對(duì)它高度依賴的轉(zhuǎn)變，同時(shí)加上國(guó)際油價(jià)的上漲，甚至是頻繁發(fā)生的波動(dòng)，使得原本“富煤、少油”的能源形勢(shì)變得更加嚴(yán)峻。從國(guó)家能源安全戰(zhàn)略方面考慮，綜合國(guó)內(nèi)的能源形式和能源結(jié)構(gòu)，以煤代油便成為新的煤化工發(fā)展方向，也成為人們?cè)俅侮P(guān)注的焦點(diǎn)。 自 2004 年 8 月國(guó)務(wù)院主管部委審批的國(guó)內(nèi)第一個(gè)由神華集團(tuán)負(fù)責(zé)的煤制油項(xiàng)目在內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市伊金霍洛旗正式開工建設(shè)以來，到目前為止，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有多家企業(yè)陸續(xù)開始投入建設(shè)，甚至一些還沒有得到審批的企業(yè)早已躍躍欲試，等待時(shí)機(jī)開發(fā)項(xiàng)目。如今，在內(nèi)蒙古的煤制油項(xiàng)目當(dāng)中，既有神華集團(tuán)負(fù)責(zé)的煤直接液化技術(shù)，又有內(nèi)蒙古最大的民營(yíng)企業(yè)——伊泰集團(tuán)負(fù)責(zé)的煤間接液化技術(shù)。神華集團(tuán)的煤制油項(xiàng)目于2004 年正式開工建設(shè)，到2007年7月，項(xiàng)目建成了第一條生產(chǎn)線，已于2008 年 12 月底成功出油；伊泰集團(tuán)的項(xiàng)目于 2006 年 5 月正式開工建設(shè)，并于 2009年3月份成功出油。 煤制油項(xiàng)目是國(guó)家的新型科研項(xiàng)目之一，尚處于試驗(yàn)和示范階段。對(duì)于這種資金、技術(shù)、人才高度密集型的項(xiàng)目，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了兩種不同的呼吁聲音，一種表達(dá)了支持的態(tài)度，另一種則持反對(duì)意見。然而，最終會(huì)發(fā)展到什么程度，現(xiàn)在誰都無法給出一個(gè)準(zhǔn)確的答案。 工程設(shè)計(jì)的必要性2013年我國(guó)石油需求低速增長(zhǎng),％。,％。,％.各石油產(chǎn)品需求增速延續(xù)上年明顯分化的態(tài)勢(shì),％％,。％,％,％.汽、煤、柴油繼續(xù)全面凈出口,％和4％。,同比分別增長(zhǎng)1％和4％。,％.,％％,％％。供求缺口非常大，所以煤制油工程勢(shì)在必行。本項(xiàng)目建成投產(chǎn)后，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中具有如下優(yōu)勢(shì)：（1）本工程投產(chǎn)后，其產(chǎn)品憑借自身的優(yōu)良品質(zhì)和綜合價(jià)格優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)完全可以占據(jù)主導(dǎo)地位。解決石油總是依賴進(jìn)口的問題。（2）本工程投產(chǎn)后，利用相對(duì)廉價(jià)的原料煤和國(guó)內(nèi)廉價(jià)的人工費(fèi)用，生產(chǎn)出油制品有很大的市場(chǎng)潛力，大部分產(chǎn)品立足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，運(yùn)輸距離短，損耗少；所需化工原料大部分自給或由國(guó)內(nèi)供應(yīng)，因此本工程在生產(chǎn)成本上將占有很大的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，項(xiàng)目在生產(chǎn)、營(yíng)銷以及人事等各方面的運(yùn)作，均與世界先進(jìn)模式接軌，實(shí)行高效管理，將明顯降低企業(yè)運(yùn)作和管理費(fèi)用，所以本工程在生產(chǎn)成本和銷售價(jià)格上均具有很強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力。（3）本工程的生產(chǎn)設(shè)備擬引進(jìn)世界上先進(jìn)的工藝技術(shù)和裝備，對(duì)生產(chǎn)其右產(chǎn)品有可靠的質(zhì)量擔(dān)保。（4）本工程的建成投產(chǎn)，有政府的優(yōu)惠政策和主管部門的大力支持，各項(xiàng)優(yōu)惠政策的實(shí)施無疑會(huì)大大提高本項(xiàng)目的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。（5）目前在國(guó)內(nèi)石油主要依靠進(jìn)口，價(jià)格較高，所以在中國(guó)推廣煤制油勢(shì)在必行。 產(chǎn)品污染小于同等開采石油產(chǎn)品。（6） 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人民生活水平及生活品味的不斷提高，市場(chǎng)對(duì)石油產(chǎn)品的需求必將越來越旺盛。因此，本設(shè)計(jì)題目具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義，亦有很大的發(fā)展前景。2 煤直接液化技術(shù)概論 煤直接液化的基本原理煤炭直接液化是指把固體狀態(tài)的煤炭在高壓和一定溫度下直接與氫氣發(fā)生加氫反應(yīng)，使煤炭轉(zhuǎn)化為液體油品的工藝技術(shù)。在直接液化工藝中，煤炭大分子結(jié)構(gòu)的分解是通過加熱來實(shí)現(xiàn)的，橋鍵的斷裂產(chǎn)生了以結(jié)構(gòu)單元為基礎(chǔ)的自由基，自由基非常不穩(wěn)定，在高壓氫氣環(huán)境和有溶劑分子分隔的條件下，它被加氫生成穩(wěn)定的低分子產(chǎn)物，在沒有高壓氫氣環(huán)境和沒有溶劑分子分隔的條件下，自由基又會(huì)相互結(jié)合而生成較大的分子。煤炭經(jīng)過加氫液化后剩余的無機(jī)礦物質(zhì)和少量未反應(yīng)煤還是固體狀態(tài)，可采用各種不同的固液分離方法把固體從液化油中分離出去，常用的方法有減壓蒸餾、加壓過濾、離心沉降和溶劑萃取等固液分離方法。煤炭經(jīng)過加氫液化產(chǎn)生的液化油含有較多的芳香烴，并含有較多的氧、氮和硫等雜原子。必須再經(jīng)過提質(zhì)加工才能生產(chǎn)合格的汽油和柴油產(chǎn)品。不同的工藝路線，得到的直接液化產(chǎn)品也相差甚遠(yuǎn)，同時(shí)液化產(chǎn)品也與煤種和反應(yīng)條件(例如壓力、溫度和催化劑)有關(guān)。 煤直接液化工藝介紹直接液化典型的工藝過程主要包括煤的破碎與干燥、煤漿制備、加氫液化、固液分離、氣體凈化、液體產(chǎn)品分餾和精制，以及液化殘?jiān)鼩饣迫錃獾炔糠帧錃庵苽涫羌託湟夯闹匾h(huán)節(jié)，大規(guī)模制氫通常采用煤氣化及天然氣轉(zhuǎn)化。液化過程中，將煤、催化劑和循環(huán)油制成的煤漿，與制得的氫氣混合送入反應(yīng)器。在液化反應(yīng)器內(nèi)，煤首先發(fā)生熱解反應(yīng)，生成自由基“碎片”，不穩(wěn)定的自由基“碎片”再與氫在催化劑存在條件下結(jié)合，形成分子量比煤低得多的初級(jí)加氫產(chǎn)物。出反應(yīng)器的產(chǎn)物構(gòu)成十分復(fù)雜，包括氣、液、固三相。氣相的主要成分是氫氣，分離后循環(huán)返回反應(yīng)器重新參加反應(yīng)；固相為未反應(yīng)的煤、礦物質(zhì)及催化劑；液相則為輕油（粗汽油）、中油等餾份油及重油。液相餾份油經(jīng)提質(zhì)加工（如加氫精制、加氫裂化和重整）得到合格的汽油、柴油和航空煤油等產(chǎn)品。重質(zhì)的液固淤漿經(jīng)進(jìn)一步分離得到重油和殘?jiān)赜妥鳛檠h(huán)溶劑配煤漿用。煤直接液化粗油中石腦油[6]餾分約占15~30%，且芳烴含量較高，加氫后的石腦油餾分經(jīng)過較緩和的重整即可得到高辛烷值汽油和豐富的芳烴原料，汽油產(chǎn)品的辛烷值、芳烴含量等主要指標(biāo)均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB179301999），且硫含量大大低于標(biāo)準(zhǔn)值（≤%），是合格的優(yōu)質(zhì)潔凈燃料。中間油約占全部直接液化油的50~60%，芳烴含量高達(dá)70%以上，經(jīng)深度加氫后可獲得合格柴油。重油餾分一般占液化粗油的10~20%，有的工藝該餾分很少，由于雜原子、瀝青烯含量較高，加工較困難，可以作為燃料油使用。煤液化中油和重油混合經(jīng)加氫裂化可以制取汽油，并在加氫裂化前進(jìn)行深度加氫以除去其中的雜原子及金屬鹽。煤在一定溫度、壓力下的加氫液化過程基本分為下面三大步驟：（1）當(dāng)溫度升至300℃以上時(shí)，煤受熱分解，即煤的大分子結(jié)構(gòu)中較弱的橋鍵開始斷裂，打碎了煤的分子結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生大量的以結(jié)構(gòu)單元為基體的自由基碎片，自由基的相對(duì)分子質(zhì)量在數(shù)百范圍。（2）在具有供氫能力的溶劑環(huán)境和較高氫氣壓力的條件下、自由基被加氫得到穩(wěn)定，成為瀝青烯及液化油分子。能與自由基結(jié)合的氫并非是分子氫（H2），而應(yīng)是氫自由基，即氫原子，或者是活化氫分子，氫原子或活化氫分子的來源有：（a）煤分子中碳?xì)滏I斷裂產(chǎn)生的氫自由基；（b）供氫溶劑碳?xì)滏I斷裂產(chǎn)生的氫自由基；（c）氫氣中的氫分子被催化劑活化；（d）化學(xué)反應(yīng)放出的氫。當(dāng)外界提供的活性氫不足時(shí)，自由基碎片可發(fā)生縮聚反應(yīng)和高溫下的脫氫反應(yīng)，最后生成固體半焦或焦炭。（3）瀝青烯及液化油分子被繼續(xù)加氫裂化生成更小的分子。 煤直接液化技術(shù)的發(fā)展煤炭直接液化技