【正文】 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。 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(zhuǎn)化為小分子的可燃?xì)怏w的技術(shù)；也有的認(rèn)為煤的完全氣化是通過煤的高溫燃燒和還原反應(yīng)生成氣態(tài)的燃料，因而稱煤的氣化為煤的“部分氧化”。 6 煤炭液化的氣源 不論煤炭直接液化和間接氧化，都離不開煤炭氣化。因此，冶金還原氣對(duì)煤氣中的 CO 含量有要求。 4 作為冶金還原氣 煤氣中的 CO 和 H2具有很強(qiáng)的還原作用。 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(huì)效益與環(huán)境效益。 1 作為工業(yè)燃?xì)? 一般熱值為 1100－ 1350 大卡熱的煤氣，采用常壓固定床氣化爐、流化床氣化爐均可制得。 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(jié)構(gòu)類似于德士古氣化爐。 （ 4） GSP 氣化爐 GSP（ GAS Schwarze Pumpe）稱為“黑水泵氣化技術(shù)”，由前東德的德意志燃料研究所（簡(jiǎn)稱 DBI）于 1956 年開發(fā)成功。氣化溫度為 1500～ 1700℃，氣化壓力為 。粉煤由 N2 攜帶，密相輸送進(jìn)入噴嘴。煤氣攜帶煤灰總量的 20%～ 30%沿氣化爐軸線向上運(yùn)動(dòng)，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(jìn)入管式余熱鍋爐。爐襯為水冷壁（ Membrame Wall），總重 500t。 EGas 氣化爐采用壓力螺旋式連續(xù)排渣系統(tǒng)。為提高冷煤氣效率，在第二階段中，采用總煤漿量的 10%～ 20%進(jìn)行冷激（該點(diǎn)與 Shell、 Prenflo 的循環(huán)沒氣冷激不同），此處的反應(yīng)溫度約 1040℃，出口煤氣進(jìn)火管鍋爐回收熱量。由于工程設(shè)計(jì)和操作經(jīng)驗(yàn)的不完善，還沒有達(dá)到長(zhǎng)周期、高負(fù)荷、穩(wěn)定運(yùn)行的最佳狀態(tài)，存在的問題還較多 ，主要缺點(diǎn)：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。該裝置為單爐，日處理煤 2021～ 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。 1）德士古（ Texaco）氣化爐 美國(guó) Texaco(2021 年初成為 Chevron 公司一部分， 2021 年 5 月被 GE 公司收購(gòu) )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(jìn)行氣化反應(yīng)，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(jī)物質(zhì)，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，碳轉(zhuǎn)化率 96～ 99%，氣化強(qiáng)度大，爐子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能耗低， 運(yùn)轉(zhuǎn)率高，而且煤適應(yīng)范圍較寬。隨氣流的運(yùn)動(dòng)，未反應(yīng)的氣化劑、熱解揮發(fā)物及燃燒產(chǎn)物裹夾著煤焦粒子高速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程中進(jìn)行著煤焦顆粒的氣化 反應(yīng)。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?jiān)匀墼问脚懦觥? 3 氣流床氣化 氣流床氣化是一種 并流式氣化。粗煤氣中幾乎不含焦油、酚等有害物質(zhì)，煤氣容易凈化，這種先進(jìn)的煤氣化技術(shù)中國(guó)已自行開發(fā)成功。魯奇公司的 CFB 氣化技術(shù)，在全世界已有 60 多個(gè)工廠采用，正在設(shè)計(jì)和建設(shè)的還有 30 多個(gè)工廠，在世界市場(chǎng)處于領(lǐng)先地位。氣化壓力。（ 3）對(duì)煤種煤質(zhì)的適應(yīng)性強(qiáng)，可利用如褐煤等高灰劣質(zhì)煤作原料。流化床氣化能得以迅速發(fā)展的主要原因在于：（ 1）生產(chǎn)強(qiáng)度較固定床大。 2 流化床氣化 流化床氣化又稱為沸騰床氣化。缺點(diǎn)是氣化爐結(jié)構(gòu)復(fù)雜、爐內(nèi)設(shè)有破粘和煤分布器、爐 篦等轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備，制造和維修費(fèi)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(fù)雜、流程長(zhǎng)、設(shè)備多、爐渣含碳 5%左右。氣化爐壓力（ ～ ） MPa，氣化反應(yīng)溫度（ 800～ 900）℃，固態(tài)排渣，氣化爐已定型（ MK1～ MK－ 5），其中 MK－ 5 型爐，內(nèi)徑 ，投煤量（ 75～ 84）噸 /h，粉煤氣產(chǎn)量（ 10～ 14）萬(wàn) m3/h。隨著能源政策和環(huán)境的要來越來越高，不久的將來，會(huì)逐步為新的煤氣化技術(shù)所取 代。該技術(shù)是 30 年代開發(fā)成功的，投資少，容易操作，目前已屬落后的技術(shù)，其氣化率低、原料單一、能耗高，間歇制氣過程中，大量吹風(fēng)氣排空，每噸合成氨吹風(fēng)氣放空多達(dá) 5 000 m3，放空氣體中含 CO、 CO H H2S、 SO NOx 及粉灰；煤氣冷卻洗滌塔排出的污水含有焦油、酚類及氰化物，造成環(huán)境污染。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(nèi)逐漸并緩慢往下移動(dòng)，因而又稱為移動(dòng)床氣化。煤由氣化爐頂加入，氣化劑由爐底加入。 5 1 固定床氣化 固定床氣化也稱移動(dòng)床氣化。 煤炭氣化工藝 煤炭氣化技術(shù)雖有很多種不同的分類方法，但一般常用按生產(chǎn)裝置化學(xué)工程特征分類方法進(jìn)行分類，或稱為按照反應(yīng)器形式分類。 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(zhì)煤作化工原料煤。 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(jí)利用、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面對(duì)不同工藝優(yōu)化集成，提高了整體經(jīng)濟(jì)效益。如煤炭氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)。 2 煤炭 — 能源 — 化工一體化。 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。 4 節(jié)約資源充分利用低成本劣質(zhì)煤 煤氣化技術(shù)與煤液化技術(shù)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)劣質(zhì)煤的充分利用。 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(chǎn)品 —— 污染排放”的單向流 4 動(dòng)特征，而現(xiàn)代煤化工屬于潔凈中煤炭轉(zhuǎn)化領(lǐng)域。 2 替代石油維護(hù)能源安全 我國(guó)能源資源儲(chǔ)量總體偏緊，特別是優(yōu)質(zhì)石油能源資源短缺，是我國(guó)能源供應(yīng)最突出的問題。 新型煤化工內(nèi)容簡(jiǎn)介 發(fā)展現(xiàn)代煤化工的意義 我國(guó)已成為世 界第二大能源生產(chǎn)國(guó)和第二大能源消費(fèi)國(guó)，能源消費(fèi)主要靠國(guó)內(nèi)供應(yīng)。其中二甲醚不僅從合成氣經(jīng)甲醇制汽油、低碳烯烴的重要中間體，而且也是多種化工產(chǎn)品的重要原料。 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(jìn)入低迷時(shí)期 ，煤氣主要作為城市煤氣及合成氨原料的生產(chǎn)等，直到 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。 1925 年，中國(guó)在石家莊建成了第一座焦化廠，滿足了漢冶萍煉鐵廠對(duì)焦炭的需要。 19 世紀(jì) 70 年代德國(guó)成功地建成了有化學(xué)品回收裝置的焦?fàn)t，由煤焦油中提取了大量的芳烴，作為醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料等工業(yè)的原料。 1792 年，蘇格蘭人 ，并將所得煤氣用于家庭照明。 18 世紀(jì)中葉由于工業(yè)革命的進(jìn)展，英國(guó)對(duì)煉鐵用焦炭的需要量大幅度地增加，煉焦?fàn)t應(yīng)運(yùn)而生。 煤炭氣化的發(fā)展 中國(guó)是使用煤最早的國(guó)家之一，早在公元前就用煤冶煉銅礦石、燒陶瓷，至明代已用焦炭冶鐵。 新型的煤化工產(chǎn)業(yè)必將迎來一個(gè)蓬勃發(fā)展的新時(shí)期，成為 21 世紀(jì)的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組織部分。根據(jù)生產(chǎn)工藝與產(chǎn)品的不同，主要分為煤焦化、煤氣化和煤液化三條產(chǎn)品鏈。 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(jì)算基礎(chǔ)上， 設(shè)計(jì)了年產(chǎn) 40 萬(wàn)噸 煤氣化制甲醇生產(chǎn)線?；趪?guó)情，將煤炭加工轉(zhuǎn)化成清潔、高效的二次能源，尋找內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的替代燃料，使能源結(jié)構(gòu)向多元化結(jié)構(gòu)，解決對(duì)石油的過分依賴將是今后的主要發(fā)展方向。 32 甲醇合成催化劑以及催化劑對(duì)甲醇合成的影響 30 溫度對(duì) CH3OH 合成的影響 30 低壓法合成甲醇的影響因素 24 能量衡算 18 合成氣制甲醇 16 甲醇的制備 15 反應(yīng)設(shè)備 — 氣化爐 14 德士古水煤漿氣化激冷流程圖 14 德士古水煤漿氣化技術(shù) 4 煤炭氣化工藝 3 現(xiàn)代煤化工的主要特點(diǎn) 3 發(fā)展現(xiàn)代煤化工的意義 1 第一章 緒論 職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文） (冶金化工系 ) 題 目 煤氣化制甲醇 (年產(chǎn) 40 萬(wàn)噸 )的研究 專 業(yè) 應(yīng)用化工技術(shù) 班 級(jí) 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 完成日 期 2021 年 6 月 25 日 — 2021 年 10 月 10 日 I 目錄 摘要 2 新型煤化工內(nèi)容簡(jiǎn)介 4 煤炭氣化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域 8 第二章 煤炭氣化原理 10 煤炭氣化技術(shù) 10 煤炭氣化的原理 12 第三章 煤氣化制甲醇 14 合成氣的制備 15 合成氣的凈化 18 甲醇的性質(zhì) 18 低壓法合成甲醇的工藝 19 甲醇合成反應(yīng)器 21 物料衡算 28 第四章 結(jié)論 30 壓力對(duì) CH3OH 合成的影響 30 空速對(duì)甲醇合成的影響 31 氫碳比的控制對(duì)甲醇合成的影響 31 II 惰性氣體含量對(duì) CH3OH 合成的影響 32 甲醇市場(chǎng)的展望 32 致謝 34 參考文獻(xiàn) 35 附圖 36 1 摘要 中國(guó)是世界上煤炭資源豐富的國(guó)家之一，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于石油、天然氣儲(chǔ)量。本 文主要 綜述 了 煤氣化 和合成 甲醇 基本原理 、 工藝流程、 設(shè)備、 凈化 、 影響因素 等 。 關(guān)鍵詞： 煤氣化 ，低壓法， 甲醇 2 第一章 緒論 煤化工是以煤炭為主要原料生產(chǎn)化工產(chǎn)品的行業(yè)。 圖 煤化工產(chǎn)業(yè)鏈 隨著高油價(jià)時(shí)代的到來，以大型煤氣化為龍頭的現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)，以成為全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的熱點(diǎn)產(chǎn)業(yè)，這是因?yàn)槊夯さ哪茉椿ひ惑w化的產(chǎn)業(yè)模式，可以減少對(duì)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。作為新型煤化工的一個(gè)重 要單元技術(shù)－－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，將成為今后的發(fā)展的主要方向。但煤作為化學(xué)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。 18 世紀(jì)末，煤用于生產(chǎn)民用煤氣。 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。 第一次世界大戰(zhàn)期間，鋼鐵工業(yè)高速發(fā)展，同時(shí)作為炸藥原料的氨、苯及甲苯也很急需，這促使煉焦工業(yè)進(jìn)一步發(fā)展，并形成煉焦副產(chǎn)化學(xué)品的回收和利用工業(yè)。二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，煤炭氣化工業(yè)在德國(guó)得到迅速發(fā)展。 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(chǎng)前景。甲醇從今年供需情況來看，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。 1 我國(guó)煤炭資源豐富 我國(guó)煤炭、石油與天然氣的總儲(chǔ)量與 OECD（經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織）發(fā)達(dá)國(guó)家相比相差不大，但從人均儲(chǔ)量來看就有了較大的差別；其中煤炭資源情況與世界平均水平接近，具有相對(duì)比較優(yōu)勢(shì)，這決定了我國(guó)長(zhǎng)期依賴煤炭的能源格局。因此為了降低對(duì)進(jìn)口石油的嚴(yán)重依賴，必然要發(fā)展以“煤代油”