【正文】 合成氣。 新型煤化工內(nèi)容簡(jiǎn)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。依靠煤炭資源，形成煤炭——能源——化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。（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(gè)主要發(fā)展方向。進(jìn)入 20 世紀(jì)以后針對(duì)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。今天的發(fā)展趨勢(shì)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） 6 第二章 煤炭氣化原理煤的氣化過(guò)程是一個(gè)熱化學(xué)過(guò)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(guò)程，該過(guò)程是在高溫、高壓下進(jìn)行的一個(gè)復(fù)雜的多項(xiàng)無(wú)力級(jí)物理化學(xué)過(guò)程，通過(guò)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。(二)地下氣化煤炭地下氣化是將未開(kāi)采的煤炭有控制的燃燒，通過(guò)對(duì)煤的熱化學(xué)作用上產(chǎn)煤氣的一種氣化方法。圖見(jiàn)下頁(yè) 圖 21 地下氣化示意圖1，鉆孔 水平通道 氣化盤(pán)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(duì)氣化性能的影響氣化用煤的種類對(duì)氣體過(guò)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。第三類，氣化時(shí)不但產(chǎn)黏結(jié)生焦油，代表性原料又褐煤。無(wú)煙煤在中國(guó)的儲(chǔ)量約占總儲(chǔ)量的 18%。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 8 （3）褐煤氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油。氣化時(shí)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Ｓ谜羝c氧氣(或空氣、富氧空氣)對(duì)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(dòng)方式,氣化方法可分為固定床(移動(dòng)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)、第三代煤氣化爐的爐型主要有德士古(Texaco)及謝爾柯柏斯(ShellKoppers)等。氣化產(chǎn)出的氣體既可作為發(fā)電用的燃料，又可作為化工原料。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 10 1972 年，開(kāi)始?xì)づ泼簹饣に?SCGP)的開(kāi)發(fā)。 反應(yīng)設(shè)備—?dú)饣癄t德士古（Texaco）氣化爐裝置為單爐，日處理煤 2022～2400 噸，氣化壓力為，氧純度為 95%，煤漿濃度 68%，冷煤氣效率 76%，凈功率250MW。噴嘴、氣化爐、激冷環(huán)等為 Texaco 水煤漿氣化的技術(shù)關(guān)鍵。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 11 圖 32 德 士 古 氣 化 爐 示 意 圖 合成氣的凈化煤氣的凈化包括固體顆粒的清除和氣體雜質(zhì)的凈化，一般分為與凈化和凈化兩個(gè)階段。同時(shí)，水洗急冷還可有效地減少或清除氣體中的某些化學(xué)雜質(zhì)，并可將它們從水中回收。這些氣體雜質(zhì)的清除往往需要在較低的溫度下進(jìn)行。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 12 對(duì)于粗煤氣中的二氧化碳，應(yīng)該根據(jù)其用途決定是否必須脫除。重質(zhì)焦油（大部分顆粒物質(zhì)積聚在此焦油內(nèi)）返回到氣化爐。制取高熱質(zhì)煤氣時(shí)，需在廢熱鍋爐后的工序中加入變換爐。甲醇的電導(dǎo)率，主要決定于它含有的能電離的雜質(zhì)，如胺、酸、硫化物和金屬等，工業(yè)生產(chǎn)的精甲醇都含有一定量的有機(jī)雜質(zhì)。 甲醇市場(chǎng)現(xiàn)狀及展望國(guó)內(nèi)甲醇生產(chǎn)始于 1957 年 ,以小甲醇起家。40～100 千噸/年 (不含 100 千噸/ 年)規(guī)模的有 22 套。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 13 近年來(lái),我國(guó)甲醇產(chǎn)量有較大的增長(zhǎng),1998～2022 年,年均增長(zhǎng)率為 %。目前因甲醇利潤(rùn)高，投資者對(duì)大型甲醇項(xiàng)目十分關(guān)注，特別是煤產(chǎn)地和天然氣產(chǎn)地,在積極研究建設(shè)大型甲醇項(xiàng)目的可能，有的已經(jīng)開(kāi)工建設(shè)。有所下降。目前燃料甲醇與甲醇汽車(chē)經(jīng) 20 年的探索與試用，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，推廣阻力來(lái)自缺少政策扶持和目前高價(jià)位兩方面。二甲醚替代柴油作為車(chē)用燃料在國(guó)內(nèi)外均無(wú)大型裝置投產(chǎn)，二甲醚汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)雖已研制出樣車(chē)，但迄今尚無(wú)批量生產(chǎn)。（1）高壓法即用一氧化碳與氫在高溫（340420℃）高壓（ ）下用鋅－鉻氧化物作催化劑合成甲醇。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑(CuZnAl)。銅基催化劑的選擇性比鋅鉻催化劑好，因此，消耗在副反應(yīng)中的原料氣和粗甲醇中的雜質(zhì)都比較少。①平行副反應(yīng) 242923248COHCHO???當(dāng)有金屬鐵、鈷、鎳等存在時(shí)，還可能發(fā)生生碳反應(yīng)。特別是生成甲烷的反應(yīng)為一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，不利于反應(yīng)溫度的操作控制，而且生成的甲烷不能隨產(chǎn)品冷凝，甲烷在循環(huán)系統(tǒng)中循環(huán)，更不利于主反應(yīng)的化學(xué)平衡和反應(yīng)速率。利用煤轉(zhuǎn)化后得到的（氫氣+一氧化碳）合成氣，經(jīng)換熱脫硫，脫硫后的合成氣含硫不超過(guò) ，經(jīng)水冷卻，分離出冷凝水后，進(jìn)入合成壓縮機(jī)（三段），壓縮至壓力略低于 5 兆帕，與循環(huán)氣混合后在循環(huán)氣壓縮機(jī)中增壓至 5MPa，進(jìn)入合成反應(yīng)器，在催化床層中進(jìn)行合成反應(yīng)。甲醇分離器分出的氣體含大量的氫和一氧化碳，返回循環(huán)氣壓縮機(jī)循環(huán)使用?？捎脙蓚€(gè)塔予以精餾。甲醇精餾塔力 60～70 塊塔板。②甲醇合成是在催化劑作用下進(jìn)行，生產(chǎn)能力與催化劑的裝填量成正比例關(guān)系，所以要充分利用合成塔的客積，盡量多裝催化劑，以提高設(shè)備的生產(chǎn)能力。⑤合成反應(yīng)器應(yīng)能防止氫、一氧化碳、甲醇、有機(jī)酸及羰基物在高溫下對(duì)設(shè)備的腐蝕,要求出塔氣體溫度不得超過(guò) 160℃。以下主要介紹低壓法合成甲醇所采用的冷激式和列管式兩種反應(yīng)器。反應(yīng)氣體由上部進(jìn)入反應(yīng)器，冷激氣在段間經(jīng)噴嘴噴入，噴嘴分布于反應(yīng)器的整個(gè)截面上，以便冷激氣與反應(yīng)氣混合均勻。這類反應(yīng)器的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，催化劑裝填方便，生產(chǎn)能力大，但要有效控制反應(yīng)溫度，避免過(guò)熱現(xiàn)象發(fā)生．冷激氣和反應(yīng)氣的混合及均勻分布是關(guān)鍵。反應(yīng)熱由管外鍋爐給水帶走，同時(shí)產(chǎn)生高壓蒸汽。一氧化碳在高溫高壓下易和鐵發(fā)生作用生成五碳基鐵，引起設(shè)備的腐蝕，對(duì)催化劑也有一定的破壞作用。碳——化學(xué)是在 20 世紀(jì) 70 年代兩次石油危機(jī)中得到迅速發(fā)展的其目的在于尋求化工原料“多樣化”和能源資源“非石油化”的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)移。對(duì)于可逆放熱反應(yīng)來(lái)說(shuō)，溫度降低固然使反應(yīng)速率增大，但平衡常數(shù)的數(shù)值將會(huì)下降。對(duì)每種催化劑在活性溫度范圍內(nèi)都有適當(dāng)?shù)牟僮鳒囟葏^(qū)間，如 ZnCr 催化劑的 370380℃ 左右，銅基催化劑為 250270℃左右。不同類型的催化劑對(duì)合成壓力有不同的要求。 如果采用較低的空速，反應(yīng)過(guò)程中氣體混和物的組成與平衡組成較接近，催化劑的生產(chǎn)強(qiáng)度較低，但是單位 CH3OH 產(chǎn)品所需循環(huán)氣量較小，氣體循環(huán)的動(dòng)力消耗較低，預(yù)熱未反應(yīng)氣體到催化劑進(jìn)口溫度所需換熱面積較小，并且由于氣體中反應(yīng)產(chǎn)物的濃度降低，增大了分離反應(yīng)產(chǎn)物的費(fèi)用。例如，用天然氣(主要成分甲烷) 為原料采用蒸氣轉(zhuǎn)化法所得粗原料氣中 H2 過(guò)多，這就要在轉(zhuǎn)化前或轉(zhuǎn)化后加入 CO2 調(diào)節(jié)合理的氫碳比。 例如：在 Lurgi(魯奇)合成流程中，甲醇合成塔入氣口 CO 占 %，CO2 %， H2 %；在 JopsΦe(托普索) 合成流程中，合成循環(huán)氣中含 CO5%，CO2 5%，H2 90%。這些不參與 CH3OH 合成反應(yīng)的氣體稱為惰性氣體?？刂蒲h(huán)氣中惰性氣體含量的主要方法是排放粗甲醇分離器后的氣體。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 29 第五章 結(jié)束語(yǔ)臘月寒冬，瑞雪紛飛。三年的大學(xué)生活就快走入尾聲，我們的校園生活就要?jiǎng)澤暇涮?hào)，從這里走出，對(duì)我的人生來(lái)說(shuō)，將是踏上一個(gè)新的征程，要把所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去?；厥兹?，取得了些許成績(jī)，生活中有快樂(lè)也有艱辛。在我的十幾年求學(xué)歷程里，離不開(kāi)父母的鼓勵(lì)和支持，是他們辛勤的勞作，無(wú)私的付出，為我創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)條件，我才能順利完成完成學(xué)業(yè)，感激他們一直以來(lái)對(duì)我的撫養(yǎng)與培育。某學(xué)院畢業(yè)（論文） 31 參考文獻(xiàn)[1] 劉洪勤，范維海，［J］.能源技術(shù)，2022， (3）：1617 [2] 、液化的科研工作［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，1982，(8):56 [3] 朱本啟，裴學(xué)國(guó)，豐中田等 [J] .煤化工，2022，(2):810,1920[4] 閻承信。在此向張老師表示深深的感謝和崇高的敬意。學(xué)友情深，情同兄妹。很慶幸這些年來(lái)我遇到了許多恩師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長(zhǎng)。在這個(gè)美好的季節(jié)里，心中涌現(xiàn)的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。但是純氧化鋅或氧化銅的催化劑的活性相當(dāng)?shù)停挥泻推渌饘傺趸锕餐瑯?gòu)成某些多組分催化劑，則具有較高活性和較長(zhǎng)的壽命。但在系統(tǒng)中又不能排放過(guò)多，會(huì)引起有效氣體的損失。 惰性氣體含量對(duì) CH3OH 合成的影響甲醇原料氣的主要組分是：CO、COH2，其中含少量 CH4，或 N2 及其它氣體組分。 生產(chǎn)中合理的氫碳比應(yīng)比化學(xué)計(jì)量比略高些，按化學(xué)計(jì)量比值，f 值或 M 值為 ，實(shí)際上控制略高于 ，即通常保持確定的 H2 含量。另外，空速增大到一定程度之后，催化劑溫度將不能維持，在甲醇合成生產(chǎn)中，空速一般控制在 1000030000h1 之間。 空速對(duì)甲醇合成的影響 在甲醇生產(chǎn)中，氣體通過(guò)合成塔僅能得到 3%6%的 CH3OH，新鮮氣的甲醇合成率較低，因此新鮮氣必須循環(huán)使用。 另外，甲醇合成反應(yīng)溫度越高，則副反應(yīng)越多，生成的粗 CH3OH 中的有機(jī)雜質(zhì)組分的含量增多，給后期 CH3OH 的精餾加工帶來(lái)困難。 一般 ZnCr 催化劑的活性溫度為 350420℃。 低壓法合成甲醇的影響因素 溫度對(duì) CH3OH 合成的影響在甲醇合成過(guò)程中，溫度對(duì)反應(yīng)混和物的平衡和速率都有很大的影響?！　　　　D 35 冷激式絕熱結(jié)構(gòu)圖 圖 36 列管式等溫反應(yīng)器 物料衡算年