【正文】 絕熱反應器的溫度分布如圖所示。混合后的溫度正好是反應溫度低限，混合氣進入下一段床層進行反應。 ①冷激式絕熱反應器 22 圖 3. 4 冷激式絕熱反應器 這類反應器把反應床層分為若干絕熱段，段間直接加入冷的原料氣使反應氣體冷卻，故稱之為冷激式絕熱反應器。因此，在設備結構上必須考慮高溫氣體的降溫問題。 ③高空速能獲得高產率，但氣體通過催化劑床層的壓力降必然會增加，因此應使合成塔的流體阻力盡可能小，避免局部阻力過大的結構。甲醇精餾塔力 60～ 70 塊塔板?？捎脙蓚€塔予以精餾。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)氣壓縮機循環(huán)使用。 利用煤轉化后 得到的（ H2+CO）合成氣，經(jīng)換熱脫硫，脫硫后的合成氣含硫不超過 10 ，經(jīng)水冷卻，分離出冷凝水后，進入合成壓縮機（三段），壓縮至壓力略低于 5MPa，與循環(huán)氣混合后在循環(huán)氣壓縮機中增壓至 5MPa，進入合成反應器，在催化床層中進行合成反應。 副反應不僅消耗原料，而且影響甲醇的質量和催化劑壽命。 1 主反應 CO+2H2→ CH3OH 當反應物中有二氧化碳存在時，二氧化 碳按下列反應生成甲醇： CO2+3H2→ CH3OH+H2O CO+2H2→ CH3OH 兩步反應的總反應式為： CO2+3H2→ CH3OH+H2OH+H2O 2．副反應又可分為平行副反應和連串副反應。 表 合成甲醇反應工藝條件 方 法 催 化 劑 條 件 備 注 壓力 /MPa 溫 度 /℃ 高壓法 ZnOCr2O3 二元催化劑 25～ 30 300～ 400 1924 低壓法 CuOZnOCr2O3 或 CuOZnOAl2O3 三元催化劑 5～ 10 240～ 270 1966 中壓法 CuOZnOAl2O3 三元催化劑 10～ 15 240～ 270 1970 19 低壓法合成甲醇的工藝 用一氧化碳與 氫氣為原料在低壓（ ）和 275℃左右的溫度下，采用銅基催化劑（ CuZnCr）合成甲醇。甲醇具有強烈的毒性，飲入 5— 8ml 致人雙目失明，飲入 30ml 則致人死亡，故操作場所空氣中甲醇允許濃度為 。 ②濕法脫硫 濕法脫硫是利用液體吸收劑選擇性的吸收煤氣中的硫化物，實現(xiàn)煤氣中的硫化物的脫除，根據(jù)吸收的原理可分為物理吸收法、 化學吸收法、物理 — 化學吸收法 （ 4） CO 的變換 煤氣中 CO 的變換所利用的原 理為變換反應，即 CO 和 H2O(g)反應生成 CO2和H2。 ③ 過濾 過濾法可將 ?m微粒有效的捕集下來，只是濾速不能高 ④ 洗滌 洗滌可用于脫除氣體中的顆粒物質，有可同時脫除氣體中的有害氣體成分，用途十分廣泛。其結構簡單，造價低 ， 但氣速低 使設備很龐大，而且一般只能分離 100?m以上的顆粒。 2 煤氣雜質的脫除方法 17 （ 1）煤氣除塵就是從煤氣中除去固體顆粒物。熔融渣粒淬冷成固態(tài)渣，從氣體中分離出來，被收集在激冷 室的下部，由鎖斗定期排出。 德士古激冷式氣化爐燃燒室為一帶拱形頂部和錐形下部的中空圓筒體，頂部燒嘴口供設置工藝燒嘴用，下部為合成氣和熔渣出口，去下面的激冷室。 此流程氣化爐和激冷室連為一體，設備結構緊湊，粗煤氣和熔渣所攜帶的顯熱直接被激冷水汽化所回收，同時熔渣被固化分離。 此外，德士古水煤漿氣化工藝還有氣化壓力選擇寬、氣化過程污染小，環(huán)保性能好等優(yōu)點。 4 操作彈性大，碳轉化率高。除可氣化從褐煤到無煙煤的大部分煤種外，還可氣化石焦油、煤液化殘渣、半焦、瀝青等原料。 [4] 德士古水煤漿氣化技術 德士古水煤漿氣化技術以水煤漿為原料，以純氧為氣化劑，在德士古氣化爐內高溫和高壓的條件下，進行氣化反應，制的以 H2 +CO 為主要成分的粗合成氣，是目前先進的潔凈煤氣化技術之一。合成氣先進行變換后再進行脫硫，這對于煤氣中的 COS 脫除較為有利，因為在變換時它可變?yōu)榱蚧瘹洹? 13 當煤的灰中含有氧化鈣一類礦物時，煤氣中常會有高的二氧化碳和氫的含量，說明這類礦物對變換反應有一定的催化作用。 12 圖 外熱式煤的水蒸氣氧化原理 煤炭氣化的原理 煤氣化過程中的基本化學反應式見表 表 煤氣化過程中的基本化學反應 在這些反應中，反應 反應 11 兩反應是煤的熱解反應，因煤的變質程度的加深，煤中的氫和氧都在減少，到無煙煤的年老階段，兩者都很少 ，熱解中產生的氫和甲烷更少，煤氣中的氫大部分產生于水蒸氣氣化反應 (反應 3)。根據(jù)氣化爐類型的不同，反應溫度在 800 一1800℃之間，壓力在 — 4MPa 之間，制得的煤氣中除了 CO2及少量或微量 CH4外，主要含 CO 和 H2。只提取煤中含能組分，而將灰渣等污染物滯留在井下。 11 4 熔浴床氣化。 2 流化床氣化：它是以粒度為 010mm 的小顆粒煤為氣化原料，在氣化爐內使其懸浮分散在垂直上升的氣流中，煤粒在沸騰狀態(tài)進行氣化反應，從而使得煤料層內溫度均一，易于控制，提高氣化效率。 煤炭氣化技術 氣化技術發(fā)展已有 150 年的歷史，許多技術已經(jīng)相當成熟并廣泛應用于生產實際，根據(jù)技術大類可分為地面氣化和地下氣化。 10 第二章 煤炭氣化原理 人們稱煤的氣化是將大分子的煤轉化為小分子的可燃氣體的技術；也有的認為煤的完全氣化是通過煤的高溫燃燒和還原反應生成氣態(tài)的燃料，因而稱煤的氣化為煤的“部分氧化”。因此，冶金還原氣對煤氣中的 CO 含量有要求。 2 作為民用煤氣 與直接燃煤相比，民用煤氣不僅可以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污染，而且能夠極大地方便人民生活，具有良好的社會效益與環(huán)境效益。 GSP 氣化爐是 一種下噴式加壓氣流床液態(tài)排渣氣化爐，其煤炭加入方式類似于 shell，爐子結構類似于德士古氣化爐。氣化溫度為 1500～ 1700℃，氣化壓力為 。煤氣攜帶煤灰總量的 20%～ 30%沿氣化爐軸線向上運動，在接近爐頂處通入循環(huán)煤氣激冷，激冷煤氣量約占生成煤氣量的60%～ 70%，降溫至 900℃，熔渣凝固，出氣化爐，沿斜管道向上進入管式余熱鍋爐。 EGas 氣化爐采用壓力螺旋式連續(xù)排渣系統(tǒng)。由于工程設計和操作經(jīng)驗的不完善，還沒有達到長周期、高負荷、穩(wěn)定運行的最佳狀態(tài)，存在的問題還較多 ，主要缺點：噴嘴壽命短、激冷環(huán)壽命僅一年、褐煤的制漿濃度約 59%～ 61%；煙煤的制漿濃度為 65%；因汽化煤漿中的水要耗去煤的 8%，比干煤粉為原料氧耗高12%～ 20%，所以效率比較低。 1）德士古（ Texaco）氣化爐 美國 Texaco(2021 年初成為 Chevron 公司一部分， 2021 年 5 月被 GE 公司收購 )開發(fā)的水煤漿氣化工藝是將煤加水磨成濃度為 60～ 7 65%的水煤漿，用純氧作氣化劑，在高溫高壓下進行氣化反應，氣化壓力在 ～ 之間，氣化溫度 1400℃，液態(tài)排渣，煤氣成份 CO＋ H2為 80%左右，不含焦油、酚等有機物質，對環(huán)境無污染，碳轉化率 96～ 99%，氣化強度大，爐子結構簡單，能耗低， 運轉率高，而且煤適應范圍較寬。前者是先將煤粉制成煤漿，用泵送入氣化爐，氣化溫度 1350～ 1500℃；后者是氣化劑將煤粉夾帶入氣化爐，在 1500～1900℃高溫下氣化，殘渣以熔渣形式排出。粗煤氣中幾乎不含焦油、酚等有害物質，煤氣容易凈化，這種先進的煤氣化技術中國已自行開發(fā)成功。氣化壓力。流化床氣化能得以迅速發(fā)展的主要原因在于：（ 1）生產強度較固定床大。缺點是氣化爐結構復雜、爐內設有破粘和煤分布器、爐 篦等轉動設備，制造和維修費用大；入爐煤必須是塊煤；原料來源受一定限制；出爐煤氣中含焦油、酚等，污水處理和煤氣凈化工藝復雜、流程長、設備多、爐渣含碳 5%左右。隨著能源政策和環(huán)境的要來越來越高，不久的將來，會逐步為新的煤氣化技術所取 代。另外，從宏觀角度看，由于煤從爐頂加入，含有殘?zhí)康臓t渣自爐底排出，氣化過程中，煤粒在氣化爐內逐漸并緩慢往下移動，因而又稱為移動床氣化。 5 1 固定床氣化 固定床氣化也稱移動床氣化。 4 有效的利用煤炭資源 現(xiàn)代煤化工注重煤的潔凈、高效利用，如高硫煤或高活性低變質煤作化工原料煤。如煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術。 新型煤化工生產的主要產品是潔凈能源和可替代石油化工產品。 3 清潔利用能源降低環(huán)境污染 傳 統(tǒng)煤化工是污染行業(yè)，據(jù)具有“煤炭 —— 化工產品 —— 污染排放”的單向流 4 動特征，而現(xiàn)代煤化工屬于潔凈中煤炭轉化領域。 新型煤化工內容簡介 發(fā)展現(xiàn)代煤化工的意義 我國已成為世 界第二大能源生產國和第二大能源消費國，能源消費主要靠國內供應。 二次世界大戰(zhàn)后，煤炭氣化工業(yè)因石油、天然氣的迅速發(fā)展減慢了步伐，進入低迷時期 ，煤氣主要作為城市煤氣及合成氨原料的生產等，直到 20 世紀 70 年代成功開發(fā)由合成氣制甲醇技術，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。 19 世紀 70 年代德國成功地建成了有化學品回收裝置的焦爐，由煤焦油中提取了大量的芳烴，作為醫(yī)藥、農藥、染料等工業(yè)的原料。 18 世紀中葉由于工業(yè)革命的進展，英國對煉鐵用焦炭的需要量大幅度地增加，煉焦爐應運而生。 新型的煤化工產業(yè)必將迎來一個蓬勃發(fā)展的新時期，成為 21 世紀的高新技術產業(yè)的一個組織部分。 基于此，選用德士古煤氣化工藝和低壓法合成甲醇工藝， 在工藝計算基礎上， 設計了年產 40 萬噸 煤氣化制甲醇生產線。 30 溫度對 CH3OH 合成的影響 30 低壓法合成甲醇的影響因素 24 能量衡算 16 甲醇的制備 15 反應設備 — 氣化爐 3 現(xiàn)代煤化工的主要特點 3 發(fā)展現(xiàn)代煤化工的意義 1 第一章 緒論 4 煤炭氣化技術應用領域 10 煤炭氣化技術 10 煤炭氣化的原理 14 合成氣的制備 15 合成氣的凈化 18 低壓法合成甲醇的工藝 19 甲醇合成反應器 28 第四章 結論 31 氫碳比的控制對甲醇合成的影響 31 II 惰性氣體含量對 CH3OH 合成的影響 32 甲醇市場的展望 32 致謝 34 參考文獻 本 文主要 綜述 了 煤氣化 和合成 甲醇 基本原理 、 工藝流程、 設備、 凈化 、 影響因素 等 。 圖 煤化工產業(yè)鏈 隨著高油價時代的到來，以大型煤氣化為龍頭的現(xiàn)代煤化工產業(yè)，以成為全球經(jīng)濟發(fā)展的熱點產業(yè)，這是因為煤化工的能源化工一體化的產業(yè)模式，可以減少對原油資源的高度依賴，并有效的解決交通、火電等重要耗能行業(yè)的污染和排放等問題。但煤作為化學工業(yè)的原料加以利用并逐步形成工業(yè)體系，則是在近代工業(yè)革命之后。 1812 年，這種干 3 餾煤氣首先用于 倫敦街道照明，隨后世界一些主要城市也相繼采用。二次世界大戰(zhàn)時期，煤炭氣化工業(yè)在德國得到迅速發(fā)展。甲醇從今年供需情況來看，除了作基本有機化工原料、精細化工原料外，還可以做替代燃料應用。因此為了降低對進口石油的嚴重依賴，必然要發(fā)展以“煤代油”為核心的現(xiàn)代煤化工產業(yè)。 [1] 現(xiàn)代煤化工的主要特點 1 清潔能源是新型煤化工的主要產品。 新型煤化 工是未來中國能源技術發(fā)展的戰(zhàn)略方向，依靠煤炭資源，形成煤炭 —— 能源 —— 化工一體化的新興產業(yè)。同時，現(xiàn)代煤化工可以通過信息技術的廣泛利用、推動現(xiàn)代煤化工技術在高起點上迅速發(fā)展和產業(yè)化建設。氣化工藝在很大程度上影響煤化工產品的成本和效率，采用高效、低耗、無污染的煤氣化工藝 (技術 )是發(fā)展煤化工的重要前提，其中反應器便是工藝的核心，可以說氣化工藝的發(fā)展是隨著反應器的發(fā)展而發(fā)展的，為了