煤制取液體燃料

1、 10煤制取液體燃料第一局部煤氣化原理、工藝技術(shù)及氣化設(shè)備簡(jiǎn)介1、氣化原料煤、 煤焦2、氣化劑氧氣空氣、富氧或純氧+ 水蒸氣或氫氣等3、氣化條件高溫或熱條件4、氣化產(chǎn)物氣化煤氣、分散性液體和焦油、灰渣5、煤氣化的概念 煤炭氣化是以煤或煤焦為原料，在高溫條件和氣化劑的化學(xué)作用下將煤或煤焦中的可燃局部轉(zhuǎn)化為輕質(zhì)氣態(tài)燃料、分散性液體和焦油以及固體產(chǎn)物的工藝過程輕質(zhì)氣態(tài)燃料就是氣化煤氣，其有效成分包括 CO、HCH24等，可用作城市煤氣、工業(yè)燃?xì)夂突ぴ蠚狻Ｌ囟ǖ哪撤N或某些煤種有適應(yīng)性，并不是一種 技術(shù)或裝置可以氣化一切煤種的。二、煤氣化技術(shù)類別按煤氣用途分工業(yè)燃?xì)?、原料氣、城市煤氣生產(chǎn)技術(shù)。按裝置

2、的化學(xué)工程特征分固定床、流化床沸騰床、氣流床、熔融床、地下煤炭氣化等。按操作條件近代氣化技術(shù)特別留意加壓氣化 技術(shù)的開發(fā)，P2MPa按氣化劑分空氣煤氣、水煤氣、發(fā)生爐煤氣純氧和水蒸氣制氣的生產(chǎn)技術(shù)等，近代氣化技術(shù)幾乎都是以工業(yè)氧和高壓蒸汽做氣化劑的。另外，在標(biāo)志氣化特征意義時(shí)，往往也將某些拓制造之點(diǎn)予以指明。例如 “液態(tài)排渣的加壓魯奇氣化技術(shù)” 就是一例。此外，原料的粒度和狀態(tài)，也是表征氣化技術(shù)特性的，如粉煤氣化技術(shù)、水煤漿氣扮裝置等。三、煤氣的分類發(fā)生爐煤氣等，但煤氣行業(yè)則是按熱值區(qū)分的。另外，國(guó)際煤氣聯(lián)盟則按生產(chǎn)方法和華白指數(shù)把煤氣分為人工煤氣、自然氣、和油氣三大類按熱值區(qū)分煤氣低熱值 Q

3、12.56MJm33000kCal m3 中熱值 2800Q4560kCal高熱值 四、氣化過程的根本化學(xué)反響4560kCalm3 這些反響的綜合。雖然煤的 “分子” 構(gòu)造很簡(jiǎn)單，其中含有C、H、O在爭(zhēng)辯根本化學(xué)反響時(shí)，做了以下兩個(gè)假定：C 考慮在氣化反響前已發(fā)生了煤的干餾或熱解則進(jìn)展以下反響：r1C+0.5O2COH=110.4 kJ/molr2C+OCO22r3C+H OH2H=394.1 kJ/mol+COH=-135.0 kJ/molr4C+ CO2 2COH=-173.3 kJ/molr5C+2HCH24H=84.3 kJ/molr6H2+0.5O2H OH=245.3 kJ/mol

4、2r7CO+0.5OCO22H=283.7 kJ/molr8CO+H OH22+CO2H=38.4 kJ/molr9CO+3H2CH +H4OH=219.3 kJ/mol9r1r2r3r1r2r3CO、O2H2r4 r8r9劑之間的反響，該反響生成三次產(chǎn)物。五、氣扮裝置爐的根本原理假設(shè)在一個(gè)圓筒形容器內(nèi)安裝一塊多孔水平分布板，并將顆粒狀固體堆放在分布板上， 形成一層固體層，工程上則稱該固體層為 “床層” ，如將氣體連續(xù)引入容器的底部，使之 1固定床氣化爐固定床氣化爐一般使用塊煤或煤焦為原料，篩分范圍為 650mm，對(duì)細(xì)料或黏結(jié)性燃料2氣化 劑自氣化爐底部鼓入，含有殘?jiān)幕以誀t底排出，灰渣與進(jìn)

5、入爐內(nèi)的氣化劑進(jìn)展逆 過高。如使用含有揮發(fā)分的燃料，床層中最高溫度在氧化層，即氧開頭燃燒至含量接 近為零的一段區(qū)域。HO(g2的方式 通過爐柵排出；反之，灰分也可熔化成液態(tài)灰渣 排出。流化床氣化爐參加爐中的煤料粒度一般為 35mm，如圖 3 所示，這些細(xì)粒煤料在自下而上的氣化劑的煤氣中根本上不含焦油類物質(zhì)。太細(xì)或顆粒間的摩擦形成細(xì)粉，則易使產(chǎn)生的煤氣中帶出物增多。氣流床氣化爐4(70200 爐內(nèi)的溫度很高。六、德士古氣化法Texaco19451977 150t 的示范工廠，此后 Texaco1832 t /dTexaco上海焦化廠、渭河化肥廠、安徽淮南化工廠等。6.1 根本原理和氣化爐型Tex

6、aco5示。水煤漿通過噴咀在高速 O2流作用下裂開、霧化噴入氣化爐。 O2和霧狀水煤漿在爐內(nèi)受到耐火襯里的高溫輻射作用，快速經(jīng)受著預(yù)熱、水分蒸發(fā)、煤的干餾、揮發(fā)物的裂解燃燒以CCO、H2、CO2、HO(g為主要成分2的濕煤氣及熔渣，一起并流而下離開反響區(qū)，進(jìn)入爐底部急冷室水浴，熔渣經(jīng)激冷、固化后被截留在水中落入渣罐，經(jīng)排渣系統(tǒng)定時(shí)排放。煤氣和所含飽和 H O(g進(jìn)入煤氣冷卻凈化2系統(tǒng)。整個(gè)反響過程歷時(shí)僅數(shù) s，反響歷程與K-THO(gK-TK-T1500 。2這個(gè)溫度高于煤灰的熔融溫度，所以 Texaco 氣化也是液態(tài)排渣。氣化操作壓力多在 2.58.0MPa氣化爐是一個(gè)內(nèi)部無構(gòu)造件的圓筒形容

7、器，修理簡(jiǎn)潔，運(yùn)行牢靠性高 。6.2Texaco氣化工藝6 可見， Texaco化等局部。煤漿制備多承受一段濕法制漿工藝，即煤、水按比例一次通過磨機(jī)制得水煤漿。其次局部煤 液 化煤的間接液化用煤氣化產(chǎn)生的合成氣CO+H2作原料合成液體燃料或化學(xué)產(chǎn)品，這個(gè)過程就是煤F-T 合成和甲醇轉(zhuǎn)化制汽油MTGMobil工藝。一、F-T合成1、概況1925 年費(fèi)雪和托普斯始爭(zhēng)辯開發(fā)，1936 年實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，70000t/a1945 年德國(guó)的生57 萬噸/aF-T 100 20 50 年月后爭(zhēng)辯1955 1982 3 個(gè)F-T 700 萬噸，其中油品近 600 萬噸，消耗低質(zhì)原煤 4000 多萬噸。其原則流程

8、如圖 1-1、圖 1-2所示。2、F-T合成原理F-T 合成的根本化學(xué)反響式是由CO+H2生成飽和烴和不飽和烴，反響式如下:nCO+2n+1H CnH2n+2 + nH O22nCO+2nH CnH2n+nH O22選擇催化劑和反響條件不同，產(chǎn)物組成不同，在這里催化劑選擇很關(guān)鍵。3、SASOL-的生產(chǎn)1955 13 3.85m 爐徑魯奇加壓氣化爐氣化制合成氣，粗煤氣經(jīng)低溫甲醇洗凈化后通過 F-T 1-31-4 所示。4、SASOL-SASOL-的工藝流程1980 年建成SASOL-1982 SASOL-3.85m 的魯奇加壓氣化，F(xiàn)-T 合成轉(zhuǎn)變了 SASOL-的固定床和氣流床聯(lián)合的方式，全部

9、承受氣流床合成。1-51-61-7所示。二、合成甲醇1923 年在德國(guó)建成第一個(gè)用合成氣CO+H 合成甲醇的工業(yè)化工廠。甲醇用途廣泛，2是很多下游化工產(chǎn)品的原料，也可作代用燃料或進(jìn)一步合成汽油，屬于大噸位產(chǎn)品。我國(guó)具有富煤、缺油、少氣的能源資源特點(diǎn)，所以用煤合成甲醇，進(jìn)一步進(jìn)展有機(jī)化學(xué)工業(yè)和燃料的重要途徑。1、合成原理合成氣合成甲醇是一個(gè)可逆平衡反響：CO + 2H2= CH OH3一氧化碳加氫合成是放熱反響，適合在高壓低溫條件下進(jìn)展。但溫度低反響速度慢，因230-280、5-10MP。2、合成工藝流程煤氣化制得合成氣，合成氣經(jīng)壓縮到 5-10MPa 壓力，進(jìn)入裝有催化劑的合成反響器進(jìn)展1-8

10、1-9 所示。三、甲醇轉(zhuǎn)化成汽油1、概述甲醇本身可用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃料，也可作混摻汽油的燃料。但甲醇能量密度低，單位容積甲50%，所以裝載、儲(chǔ)存和運(yùn)輸容量較之于汽油都要加倍。另外，甲醇溶水力量大，作為燃料使用時(shí)，能從空氣中吸取水分，再儲(chǔ)存時(shí)會(huì)導(dǎo)致醇水互溶的液相由燃料中分出，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停頓工作；而且甲醇對(duì)金屬有腐蝕作用，對(duì)橡膠有溶浸作用，對(duì)人體有毒害作用。所以甲醇用作燃料的有效方法之一就是將其轉(zhuǎn)變成汽油。甲醇轉(zhuǎn)化成汽油MT1986 年在西蘭實(shí)現(xiàn)工業(yè)化57萬噸/醇，由甲醇轉(zhuǎn)化成汽油的原則工藝流程如圖 1-10 所示。和煤直接液化技術(shù)相比，工業(yè)化放大的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小。2、反響原理甲醇轉(zhuǎn)化為汽油的化學(xué)反響可以簡(jiǎn)

11、化看成是甲醇脫水，可以原則表示為：nCH OHCH n+nH O322實(shí)際在反響器甲醇先生成二甲醚CH3OCH3和水，二甲醚和水再轉(zhuǎn)化成輕烯烴，然后成為重烯烴，在催化劑選擇作用和足夠量循環(huán)氣存在下，烯烴重整為脂肪烴、環(huán)烷烴和芳C C10。3、工藝流程固定床反響器工藝流程如圖 1-11，流化床反響器工藝流程如圖 1-12，魯奇合成工藝流1-13。四、甲醇利用進(jìn)展 能源構(gòu)成中，由煤制液體燃料勢(shì)在必行。1、甲醇燃料110-12050%。H、C、O， H、C 是可燃的，O 是助燃的，所以甲醇是15%的話，可不必改造發(fā)動(dòng)機(jī)。合成醇摻混汽油：通過改進(jìn)合成甲醇的催化劑，合成混合醇直接高比例向汽油摻混。2、甲

12、醇制烯烴烯烴是根本化工原料，可生產(chǎn)眾多的下游化工產(chǎn)品，由煤或自然氣動(dòng)身制合成氣，再合成甲醇，然后經(jīng)甲醇轉(zhuǎn)化為低碳烯烴的技術(shù)MTO目前已根本具備工業(yè)化條件。國(guó)外已10 萬噸/a 1 萬噸/a。五、煤制乙酐900 噸煤/d900 噸乙酐/d。六、合成氣兩段直接合成汽油1、MFT工藝為了抑制F-T 合成產(chǎn)物簡(jiǎn)單和選擇性差的缺陷，中科院山西煤化所歷經(jīng)近30 年的爭(zhēng)辯開發(fā)提出了MFT 工藝把產(chǎn)物分布由C1-C40 縮小到C5-C11，使產(chǎn)物的選擇性大為提高，實(shí)現(xiàn)了由合成氣直接合成汽油的目標(biāo)。目前工業(yè)化試驗(yàn)裝置為2022t/d。其原則流程如圖1-14 。2、TIGAS工藝TIGAS Mobil MTG 合

13、成的改進(jìn)。Mobil MTG 合成是甲醇合成與甲醇轉(zhuǎn)化成汽油在兩個(gè)獨(dú)立的單元中進(jìn)展，TIGAS 工藝則把合成甲醇與甲醇合成汽油兩段組合1-15。煤的直接液化一、煤直接液化的意義和進(jìn)展概況1、意義直接液化是把煤在較高溫度和壓力下與氫反響使煤降解和加氫，轉(zhuǎn)化為液體油類的工藝，所以也叫加氫液化。2 億噸。所以利用液化技術(shù)把煤轉(zhuǎn)化為發(fā)動(dòng)機(jī)燃料和化工原料的爭(zhēng)辯與開發(fā)已成當(dāng)務(wù)之急。煤的間接和直接液化的優(yōu)缺點(diǎn)。直接液化熱效率比間接液化高，但對(duì)煤質(zhì)的要求高，較工原料和烯烴等。2、進(jìn)展概況1913 年在德國(guó)首先開頭煤的加氫液化爭(zhēng)辯，1927 年建成世界上第一個(gè)工業(yè)裝置規(guī)模為10 t/a1944400t/a。19

14、50 年月廉價(jià)石油的大量開采，使煤液化產(chǎn)品失去經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力而導(dǎo)致煤液化爭(zhēng)辯速度放慢，其間由于美國(guó)的持續(xù)爭(zhēng)辯使之成為開發(fā)的主要國(guó)家。1970 年月的石油危機(jī)，使煤轉(zhuǎn)化爭(zhēng)辯重活潑起來，到目前為止在工藝和技術(shù)上都取得了肯定的突破。同、熱解方式和加氫方式的不同以及工藝條件的不同，其工藝可分為：溶解熱解液化法、溶劑加氫抽提液化法、高壓催化加氫法、煤和渣油聯(lián)合加工法、干餾液化法、地下液化法。 二、煤加氫液化原理1、煤與石油的比較同為可燃礦物，有機(jī)質(zhì)均由C、H、O、N、S 元素構(gòu)成，但構(gòu)造、組成、性質(zhì)差異很大。H/CO 2-1。1、煤與石油的比較煤中有較多的礦物質(zhì)，所以把煤轉(zhuǎn)化為油就需要加氫、裂解和脫灰。2、

15、煤加氫液化中的主要反響所以熱解和供氫是兩個(gè)格外重要的反響。煤熱解和加氫的溫度范圍根本全都，在 400-450 左右。自由基“碎片”是不穩(wěn)定的，如能與氫結(jié)合就能變得穩(wěn)定，成為相對(duì)分子質(zhì)量比原來的煤要低得多的加氫產(chǎn)物。不能與氫結(jié)合時(shí)，自由基“碎片”則彼此結(jié)合實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，變成煤焦或類似的重質(zhì)產(chǎn)物?；瘜W(xué)方程式示意如下：溶解于溶 劑油中的氫在催化 劑作溶解于溶 劑油中的氫在催化 劑作用下變?yōu)榛钚詺錃涞膩碓慈軇┯涂晒┙o的或傳遞的氫煤本身可供給的氫化學(xué)反響生成的氫3、煤加氫液化的反響產(chǎn)物液化產(chǎn)物組成格外簡(jiǎn)單，是氣、液、固三相的混合物。按在不同溶劑中的溶解度不同， 對(duì)液固相局部可以進(jìn)一步分別，流程如下：4、煤加氫液化的反響歷程三、德國(guó)煤直接液化工藝的進(jìn)展進(jìn)展，所以首先介紹一下德國(guó)煤直接液化工藝的進(jìn)展。1、德國(guó)直接液化的老工藝最早的IG 工藝，過程分為兩段：第一段為糊相加氫，把煤轉(zhuǎn)化為粗汽油和中油；其次段氣相加氫，把一段的產(chǎn)物加工成商品油。一段工藝流程見圖2-1，二段工藝流程見圖 2-2。2、德國(guó)直接液化的工藝1970 年月石油危機(jī)后，在IG 老工藝的根底上進(jìn)展起來的