一、煤化工

    以煤炭為原料經(jīng)化學(xué)方法將煤炭轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體產(chǎn)品或半產(chǎn)品，而后再進(jìn)一步加工成一系列化工產(chǎn)品或石油燃料的工業(yè)，稱(chēng)之為煤化工。

    二、元素分析

    全面測(cè)定煤中所含化學(xué)成分的分析叫元素分析。對(duì)燃燒有影響的成分包括碳、氫、氧、氮、硫、灰分和水分，各化學(xué)元素成分用質(zhì)量百分?jǐn)?shù)表示。

    三、煤的工業(yè)分析

    是利用煤在加熱燃燒過(guò)程中的失重進(jìn)行定量分析，測(cè)定煤的水分、揮發(fā)分、固定碳和灰分的成分。

    四、煤里面都含有水分，水分的含量和存在狀態(tài)與外界條件和煤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)。

    根據(jù)水在煤里面的存在狀態(tài)，將煤中水分分別稱(chēng)為外在水分、內(nèi)在水分以及同煤中礦物質(zhì)結(jié)合的結(jié)晶水、化合水。

    五、在煤的工業(yè)分析中測(cè)定的水分可分為收到基水分和分析基水分兩種。

    六、煤的灰分

    是指煤完全燃燒后剩下來(lái)的殘?jiān)＿@些殘?jiān)鼛缀跞縼?lái)自于煤中的礦物質(zhì)。煤的組成以有機(jī)質(zhì)為主體，有機(jī)質(zhì)主要由碳、氫、氧、氮、硫5種元素組成。

    七、煤的熱解-干餾

    所謂煤的熱解，是指在隔絕空氣的條件下，煤在不同溫度下發(fā)生的一系列物理、化學(xué)變化的復(fù)雜過(guò)程。其結(jié)果是生成氣體（煤氣）、液體（焦油）、固體（半焦或焦炭）等產(chǎn)品。煤的熱解也稱(chēng)為煤的干餾或熱分解。按熱解最終溫度不同可分為：高溫干餾900-1050℃，中溫干餾700--800℃，低溫干餾500-600℃。

    八、煤的鋁甑（zeng）低溫干餾試驗(yàn)

    為了評(píng)定煤的煉油適合性以及干餾產(chǎn)物，常用鋁甑低溫干餾試驗(yàn)方法。要點(diǎn)是：將煤樣裝在鋁甑中，以一定程序加熱到510℃,保持一定時(shí)間，測(cè)定所得的焦油、熱解水和半焦和煤氣的產(chǎn)率。評(píng)價(jià)煤的低溫干燥焦油產(chǎn)率時(shí)用空氣干燥基指標(biāo)Tarad。Tarad＞12%稱(chēng)為高油煤，Tarad=7-12%稱(chēng)為富油煤，Tarad≤7%稱(chēng)為含油煤。

    九、煤氣化爐的分類(lèi)

    1、我們按氣化爐中的流體力學(xué)條件分，只有三種：固定床、流化床、氣流床。

    2、固定床的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠。氣化劑與煤逆流接觸，氣化過(guò)程比較完全，熱量利用比較合理，熱效率較高。

    3、氣流床技術(shù)是一種并流式氣化。其熱解、燃燒以及吸熱的氣化反應(yīng)，幾乎是同時(shí)發(fā)生的。

    氣流床技術(shù)特點(diǎn)：粉煤進(jìn)料、高溫氣化、液態(tài)排渣；

    總之，氣化爐按壓力分可分為常壓氣化與加壓氣化。大于2MPa的氣化統(tǒng)稱(chēng)為加壓氣化。還可按排渣方式分為固態(tài)排渣或液態(tài)排渣。氣化殘?jiān)怨虘B(tài)方式排出氣化爐的稱(chēng)固態(tài)排渣。氣化殘?jiān)砸簯B(tài)方式排出又經(jīng)急冷變成熔渣排出氣化爐外的稱(chēng)為液態(tài)排渣。

    十、煤氣化爐的發(fā)展-爐型介紹及特點(diǎn)

    1、魯奇爐的特點(diǎn)是帶有夾套鍋爐固態(tài)排渣的加壓煤氣化爐，也稱(chēng)為碎煤加壓氣化。煤種要求：使用塊煤（6-50mm），熱穩(wěn)定性好，不能有黏結(jié)性，灰熔點(diǎn)不能太低，煤種適應(yīng)性差

    1.1 優(yōu)點(diǎn)：業(yè)績(jī)多、運(yùn)行穩(wěn)定；副產(chǎn)品附加值高（副產(chǎn)品：焦油、中油、石腦油、粗酚、氨）；粗煤氣中含10%-12%甲烷，甲烷合成負(fù)荷低，投資省；氧耗低，空分投資省，備煤系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單；設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率高；

    1.2 缺點(diǎn)：煤鎖閥和灰鎖閥檢修頻繁；酚、氨回收系統(tǒng)開(kāi)車(chē)?yán)щy；氣化流程長(zhǎng)，操作性對(duì)復(fù)雜；污水量大、成分復(fù)雜，處理難度大，達(dá)標(biāo)排放不易，投資高；

    煤種適應(yīng)性差；

    2、濕法加壓氣流床氣化技術(shù)--GE的TEXACO水煤漿氣化技術(shù)

    TEXACO氣化技術(shù)簡(jiǎn)稱(chēng)TCGP，是美國(guó)德士古公司發(fā)展起來(lái)的，后這項(xiàng)技術(shù)被GE收購(gòu)。GE公司的水煤漿爐是粉煤利用技術(shù)最早的成熟的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外有著廣泛的應(yīng)用。

    煤種要求：使用面煤，可磨性好，成漿性好（60%以上較優(yōu)），灰熔點(diǎn)<1350℃灰分<20%，煤種適應(yīng)性差

    3、干法加壓氣流床技術(shù)

    3.1 hell（Shell Coal Gasfication Process）氣化技術(shù)

    Shell氣化工藝是由荷蘭國(guó)際石油公司開(kāi)發(fā)的一種加壓氣流床粉煤氣化技術(shù)，簡(jiǎn)稱(chēng)SCGP。

    3.2 西門(mén)子的GSP（Gaskombiant Schwarze Pumpe）氣化技術(shù)

    國(guó)內(nèi)外使用GSP爐的有：德國(guó)黑水泵廠(chǎng)200MW帶水冷壁氣流氣化廠(chǎng)、捷克Sokolovska Uhelna廠(chǎng)140MW帶耐火磚氣流床氣化爐（720噸/天）；神化寧煤167萬(wàn)噸甲醇制烯烴項(xiàng)目，正在試車(chē)；山西蘭花45萬(wàn)噸尿素項(xiàng)目，兗礦貴州開(kāi)陽(yáng)50萬(wàn)噸合成氨項(xiàng)目在建.

    3.3 航天氣化爐HT-L

    HT-L是由北京航天萬(wàn)源煤化工有限公司開(kāi)發(fā)的、具有自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)的干煤粉氣化工藝。國(guó)內(nèi)使用HT-L的企業(yè)有：已運(yùn)行的有安徽臨泉和河南濮陽(yáng)年15萬(wàn)噸/甲醇項(xiàng)目，正在設(shè)計(jì)、施工的有河南煤業(yè)中新化工股份有限公司30萬(wàn)噸/年甲醇裝置、山東魯西化工30萬(wàn)噸/年合成氨等13家。

    十一、干法與濕法的比較：

    1、優(yōu)點(diǎn)：

    1.1 干煤粉進(jìn)料，氣化效率高：與濕法進(jìn)料相比，氣化1kg煤至少可以減少蒸發(fā)約0．35kg水。如果將這部分水氣化并將其加熱到1500℃左右，這大約需要2600KJ的熱量，假設(shè)1kg干煤的熱量是26000KJ，這意味著原料煤中約10％左右熱量已經(jīng)被用掉。顯然從能量利用的角度來(lái)說(shuō)干法進(jìn)料是有利的，其冷煤氣效率比濕法進(jìn)料約提高10個(gè)百分點(diǎn)。

    1.2 煤種適應(yīng)性廣：從無(wú)煙煤、煙煤、褐煤到石油焦均可氣化，對(duì)煤的活性幾乎沒(méi)有要求，對(duì)煤的灰熔點(diǎn)范圍比其他氣化工藝較寬。對(duì)于高灰分、高水分、含硫量高的煤種同樣能夠氣化，但經(jīng)濟(jì)性稍差。

    1.3 氧耗低：與濕法進(jìn)料水煤漿氣化相比，氧氣消耗低（15％～25％），與之配套的空分裝置投資可相對(duì)減少。

    1.4 氣化爐無(wú)耐火磚襯里，維護(hù)量少，氣化爐內(nèi)無(wú)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，運(yùn)轉(zhuǎn)周期長(zhǎng)，無(wú)需備用爐。

    2、缺點(diǎn)：

    2.1 氣化壓力低：干法氣化由于受粉煤加料方式的限制，氣化壓力一般為3.0MPa。

    2.2 粉煤制備投資高、能耗高，且沒(méi)有水煤漿制備環(huán)境好。粉煤制備對(duì)原料煤含水量要求比較嚴(yán)格，需進(jìn)行干燥，能量消耗高。粉煤制備一般采用氣流分離，排放氣需進(jìn)行洗滌除塵，否則易帶來(lái)環(huán)境污染，這樣使制粉系統(tǒng)投資增加。

    2.3 安全操作性能不如濕法氣化。主要體現(xiàn)在粉煤的加壓進(jìn)料的穩(wěn)定性不如濕法進(jìn)料，會(huì)對(duì)安全操作帶來(lái)不良影響。濕法氣化由于將粉煤流態(tài)化（水煤漿）易于加壓、輸送。

    十二、煤制氣項(xiàng)目主要生產(chǎn)工藝流程圖

    十三、煤制氣流程描述

    備煤--氣化--變換

    1、在變換過(guò)程中，粗煤氣變換裝置的任務(wù)是將粗煤氣中的CO變換為H2，以滿(mǎn)足合成氣對(duì)甲烷合成要求H2/CO=3.2，同時(shí)回收變換反應(yīng)熱，最后將煤氣冷卻至40℃送入低溫甲醇洗裝置。

    2、在變換過(guò)程中的煤氣水分離

    工藝原理及流程簡(jiǎn)述：利用無(wú)壓重力沉降原理、焦炭過(guò)濾吸附特性和煤氣水中不同組分的密度差，把煤氣水中的含塵焦油、純焦油、油分離出來(lái)。利用氣體在液體中因壓力降低溶解度減小的原理，經(jīng)閃蒸膨脹，分離出煤氣水中溶解的CO2、CO、NH3等氣體。

    3、在變換過(guò)程中的酚、氨回收裝置

    工藝原理及流程簡(jiǎn)述：本裝置主要采用了萃取、精餾、蒸餾的工藝原理。

    十四．低溫甲醇洗

    碎煤加壓氣化由于是逆流氣化，煤氣出爐溫度低，粗煤氣成分復(fù)雜，其氣體組分包括CO、H2、CO2、CH4、H2S、有機(jī)硫、C2H4、C2H6、C3H8、C4H10、HCN、N2、Ar以及焦油、脂肪酸、酚、氨、石腦油、油、灰塵等。在這些組分中除CO、H2、CH4有效組分和N2、Ar屬惰性氣體外，其余所有組分包括CO2和硫化物都是需要脫除的有害雜質(zhì)，可見(jiàn)其凈化任務(wù)的艱巨。縱觀(guān)當(dāng)今各種氣體凈化工藝，能擔(dān)當(dāng)此重任者非低溫甲醇洗莫屬。這是因?yàn)橹挥械蜏丶状枷磧艋趴梢栽谕谎b置內(nèi)全部干凈地脫除各種有害成分，諸如CO2、H2S、COS、C4H10S、HCN、NH3、H2O、C2以上烴類(lèi)（包括輕油、芳香烴、石腦油、烯烴及膠質(zhì)物等）以及其他化合物等。另外碎煤加壓氣化壓力較高，氣體中CO2、H2S分壓相對(duì)較高，所以本身就有利于發(fā)揮低溫甲醇洗物理吸收的特性。

    1、混合制冷

    制冷方法的原理為相變制冷，所謂相變是指物質(zhì)積聚狀態(tài)的變化，在相變過(guò)程中，由于物質(zhì)分子重新排列和分子運(yùn)動(dòng)速度改變就需要吸收或放出熱量，這種熱量稱(chēng)為相變熱。汽化、熔化、升華均屬相變過(guò)程，都有熱效應(yīng)產(chǎn)生。

    相變制冷就是利用某些物質(zhì)相變化時(shí)的吸熱效應(yīng)使環(huán)境達(dá)到冷凍目的。任何液體汽化時(shí)都產(chǎn)生吸熱效應(yīng)，因此液體汽化被廣泛應(yīng)用于制冷工業(yè)中。為低溫甲醇洗生產(chǎn)裝置提供冷量，并完成氨的制冷循環(huán)。

    2、甲烷化技術(shù)

    是20世紀(jì)70年代開(kāi)始工業(yè)化實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)證明了煤氣甲烷化可制取合格的合成天然氣。CO轉(zhuǎn)化率可達(dá)100%，CO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%，甲烷可達(dá)95%，低熱值達(dá)8300Kcal/Nm3。

    甲烷化合成工藝技術(shù)，建議選用國(guó)外工程公司技術(shù)（Topsoe、Davy、Lurgi通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)交流后確定）。

    工藝描述：從低溫甲醇洗來(lái)的合成氣主要成分有CH4:15.2、CO:19.18、CO2:1.32、H2:63.7。合成氣首先進(jìn)入硫吸收器用ZnO脫硫后，合成氣去甲烷化第一、二、三、四反應(yīng)器發(fā)生甲烷化化學(xué)反應(yīng)：

    CO+3H2=CH4+H2O、CO2+4H2=CH4+2H2O

    因甲烷化反應(yīng)是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng)，因此采用逐級(jí)反應(yīng)逐級(jí)回收反應(yīng)熱，并在第二甲烷化爐出口返回一部分循環(huán)氣以降低第一、第二主反應(yīng)器入口CO、CO2的方法，來(lái)保證甲烷化反應(yīng)熱的均衡，最終將CO完全反應(yīng)掉，CO2有較少的殘余。

    十五．天然氣干燥：常用干燥方法有冷分離法、固體吸收法、溶劑吸收法。

    十六．煤制油工藝

    360萬(wàn)噸/年煤制油項(xiàng)目為大型煤間接液化制油產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目，公稱(chēng)規(guī)模為360萬(wàn)噸/年煤制油。項(xiàng)目是以煤為原料和燃料，采用干粉煤氣化工藝制取合成氣，合成氣經(jīng)過(guò)凈化后采用高溫漿太床F-T合成工藝制取中間油品，再經(jīng)過(guò)油品加工裝置制取成品油。

    工藝生產(chǎn)裝置包括六大裝置，即空分裝置、氣化裝置、凈化裝置、尾氣轉(zhuǎn)化裝置、油品合成裝置和油品加工裝置。

    1.精脫硫技術(shù)方案選擇

    本單元的原料為低溫甲醇洗后的變換氣和非變換氣，總硫含量為0.1ppm，為滿(mǎn)足F-T合成反應(yīng)要求，需要將硫含量進(jìn)一步脫至小于0.05ppm ,屬于氣體精細(xì)脫硫，應(yīng)采用干法脫硫技術(shù)。原料氣的主要硫成分為H2S和COS，溫度為常溫，常用的常溫干法脫硫劑主要是氧化鋅或特種氧化鐵，本項(xiàng)目原料氣的特點(diǎn)是來(lái)自低溫甲醇洗的脫硫氣，含硫量非常低，采用的是干法精細(xì)脫硫技術(shù)。

    其中：費(fèi)托（F-T）合成已成為煤炭間接液化制取各種烴類(lèi)及含氧化合物的重要方法之一。

    費(fèi)托（F-T）合成的反應(yīng)式是指費(fèi)托（F-T）合成是CO和H2在催化劑作用下，反應(yīng)生成以液態(tài)烴類(lèi)為主要產(chǎn)品的復(fù)雜反應(yīng)系統(tǒng)。

    總的來(lái)講，是CO加氫和碳鏈增長(zhǎng)的放熱反應(yīng)，生成以液態(tài)為主的烷烴和烯烴，同時(shí)還有一些副反應(yīng)（如生成甲烷、醇類(lèi)、醛類(lèi)和碳）的反應(yīng)。

    2.油品合成裝置：

    是將凈化后的合成氣經(jīng)過(guò)F-T合成工藝制取輕質(zhì)石腦油、穩(wěn)定重油和精濾蠟等中間產(chǎn)品，為維持系統(tǒng)惰性氣體的平衡，需要排出一定量的合成氣。油品合成裝置包括F-T合成單元、還原單元、蠟過(guò)濾單元、脫碳單元、膜分離單元。

    3.油品加工裝置

    3.1 加氫反應(yīng)部分

    加氫反應(yīng)部分的換熱流程通常有兩種：一種為單相換熱，爐后混油；另一種為混相換熱，部分爐前混氫。

    3.1.1加氫反應(yīng)產(chǎn)物分離部分

    加氫反應(yīng)產(chǎn)物分離流程通常有兩種：一種為冷高分流程；另一種是熱高分流程。

    冷高分流程：通常全部的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)過(guò)空冷器后進(jìn)行氣液分離叫做冷高分流程。

    熱高分流程：全部反應(yīng)產(chǎn)物在空冷器前在某溫度下先進(jìn)行一次氣液分離，閃蒸出的油氣再經(jīng)換熱空冷后進(jìn)行二次分離，稱(chēng)之為熱高分方案或溫高方案。

    3.2加氫精制的主要反應(yīng)有：

    加氫脫硫（HDS）、加氫脫氮（HDN）、加氫脫氧（HDO）和加氫脫金屬（HDM）反應(yīng)以及烯烴和芳烴（主要是稠環(huán)芳烴）的加氫飽和反應(yīng)；此外，還有少量的開(kāi)環(huán)、斷鏈和縮合反應(yīng)。

    加氫精制的目的是將非烴類(lèi)物質(zhì)含有的雜原子硫、氮、氧分別轉(zhuǎn)化為硫化氫（H2S）、氨（NH3）、水（H2O），有機(jī)金屬化合物轉(zhuǎn)化為金屬硫化物而加以脫除，其主體部分生產(chǎn)相應(yīng)的烴類(lèi)。

    3.3加氫裂化單元

    加氫裂化（記為HC-Hydrocracking）烴類(lèi)在氫壓合催化劑存在下，≥50%的原料油轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品分子小于原料分子的加氫過(guò)程。

    4.尾氣轉(zhuǎn)化裝置

    是將尾氣中的烴類(lèi)組分先轉(zhuǎn)化為合成氣，合成氣經(jīng)變換和MDEA(N－甲基二乙醇胺)脫碳后生成富氫氣體，再經(jīng)PSA制氫裝置脫除其中的惰性氣組分，為全廠(chǎng)提供純氫。