【正文】 4 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(wàn)噸／年，到 2020 年，甲醇需求預(yù)計(jì)達(dá) 5000 萬(wàn)噸／年。 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 。 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(guò)程。 隨著科學(xué)技術(shù)能力的提高，合成工藝日趨成熟和完善。 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(gè)組織部分。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 。依靠煤炭資源，形成煤炭 —— 能源 —— 化工一體化的新興產(chǎn)業(yè)。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。 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。 (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(guò)對(duì)煤的熱化學(xué)作用上產(chǎn)煤氣的一種氣化方法。 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。 （ 3）褐煤 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 8 氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生焦油。 用蒸汽與氧氣 (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床氣化法 .國(guó)內(nèi)用煤與焦炭制甲醇的煤氣化 —— 般都沿用固定床間歇?dú)饣?,煤氣爐沿用 UCJ 爐 .在國(guó)外對(duì)于煤的氣化 ,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)三種 .還有第二、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。 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 10 1972 年，開始?xì)づ泼簹饣に?(SCGP)的開發(fā)。噴嘴、氣化爐、激冷環(huán)等為 Texaco 水煤漿氣化的技術(shù)關(guān)鍵。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。 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。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。 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～ 20xx 年 ,年均增長(zhǎng)率為 %。有所下降。 二甲醚替代柴油作為車用燃料在國(guó)內(nèi)外均無(wú)大型裝置投產(chǎn)，二甲醚汽車發(fā)動(dòng)機(jī)雖已研制出樣車，但迄今尚無(wú)批量生產(chǎn)。該法的關(guān)鍵在于使用了一種新型銅基催化劑 (CuZnAl)。 ①平行副反應(yīng) 2 4 22 4 22 4 9 22 3 3 23224 8 324C O H C H H OC O H C H C OC O H C H O H H OC O H C H O C H H O? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? 當(dāng)有金屬鐵、鈷、鎳等存在時(shí)，還可能發(fā)生生碳反應(yīng)。 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)?？捎脙蓚€(gè)塔予以精餾。 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。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。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。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， 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 19 對(duì)催化劑也有一定的破壞作用。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。 不同類型的催化劑對(duì)合成壓力有不同的要求。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 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 27 或轉(zhuǎn)化后加入 CO2 調(diào)節(jié)合理的氫碳比。這些不參與 CH3OH 合成反應(yīng)的氣體稱為惰性氣體。 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。 回首三年，取得了些許成績(jī)，生活中有快樂(lè)也有艱辛。 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 31 參考文獻(xiàn) [1] 劉洪勤，范維海，趙得友等 .煤炭氣化技術(shù)與煤炭氣化鍋爐［ J］ .能源技術(shù)， 20xx， (3）： 1617 [2] 李師侖 .加快煤炭氣化、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， 20xx， (2):810,1920 [4] 閻承信。 學(xué)友情深，情同兄妹。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。但在系統(tǒng)中又不能排放過(guò)多 ，會(huì)引起有效氣體的損失。 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。 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。 一般 ZnCr 催化劑的活性溫度為 350420℃。 圖 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 年產(chǎn) 8萬(wàn)噸，甲醇合成反應(yīng)器的 物料衡算 ：反應(yīng)器 ： CO+2H2? CH3OH CO2+3H2? CH3OH+H2O 副反應(yīng)： CO+3H2? CH4+H2O 2CO+2H2? CH4+CO2 4CO+8H2? C4H9OH+3H2O 2CO+4H2? CH3OCH3+H2O 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 20 甲醇產(chǎn)率： %， C4H9OH 產(chǎn)率： % CH3OCH3產(chǎn)率： %， CH4產(chǎn)率： % ：合成氣消耗量和產(chǎn)物氣摩爾組成 年工作時(shí)： 7200h 80000t? 1000kg? 7200h=以 1h 為基準(zhǔn)（以下計(jì)算不再寫 h1） : 產(chǎn)物氣冷凝，精餾等單程質(zhì)量收率為 % CO 轉(zhuǎn)化率為 %， CO2 轉(zhuǎn)化率為 % CO∶ H2=1∶ 2 合成氣中 CO 組成（摩爾分?jǐn)?shù)）； CO:% CO2:% H2:% O2:% H2O:% CH4:% N2:% 產(chǎn)物氣中 CH3OH 量 : m olkgkg 32 62 2% 11 1 ??? 由 CO 生成的 CH3OH: mo lkg 9 4 0 9 2 1 1%% % 1 6 2 2 ???? 由 CO2生成的 CH3OH: m o lkgkgkg ??? 反應(yīng)消耗 CO量： m olkgm olgm olgkg ???? CO 消耗的 H2量： kgm ol ? 反應(yīng)消耗 CO2量： m o lkgm o lgm o lgkg 9 10 4 0/44/ 1 1 ???? CO2消耗的 H2量： 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 21 = 主反應(yīng) H2總消耗量 : m olkgkgkg 89 549 6 ??? CO 總反應(yīng)量 : kgm olm ol 52 67% ??? 純 CO 加入量： kgm olm ol 82 40% ??? 合成氣總加入量： m o lm o l 5 5 3 4 1% 9 8 2 4 0 ?? 合成氣中 O2含量： kgm olm ol 7% ??? 合成氣中 N2含量： kgm olm ol 08% 53 41 ??? 合成氣中 H2O 含量： kgm olm ol % ??? 合成氣中 CH4含量： kgm olm ol 7% ??? 合成氣中 CO2含量： kgm olm ol 60 9% 53 41 ??? 合成氣中 H2含量： kgm olm ol 675% ??? 生成 C4H9OH 量： kgm o lgm o lgkg %???? 生成 C4H9OH 消耗的 CO 量： 某 學(xué)院畢業(yè)（論文） 22 kgm o lg m o lgkg ??? 生成 C4H9OH 消耗的 H2量： kgm o lg m o lgkg ??? 生成 CH3OH 量： kgm o lgm o lgkg %????