应用化工技术毕业论文

应⽤化⼯技术毕业论⽂
应⽤化⼯技术毕业论⽂
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题⽬煤⽓化制甲醇(年产40万吨)的研究专业应⽤化⼯技术I
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⽬录
摘要 (1)
第⼀章绪论 (2)
1.2 新型煤化⼯内容简介 (3)
1.2.1发展现代煤化⼯的意义 (3)
1.2.2 现代煤化⼯的主要特点 (4)
1.3 煤炭⽓化⼯艺 (4)
1.4 煤炭⽓化技术应⽤领域 (8)
第⼆章煤炭⽓化原理 (10)
2.1煤炭⽓化技术 (10)
2.2 煤炭⽓化的原理 (12)
第三章煤⽓化制甲醇 (14)
3.1 合成⽓的制备 (14)
3.1.1 德⼠古⽔煤浆⽓化技术 (14)
3.1.2 德⼠古⽔煤浆⽓化激冷流程图 (15)
3.1.3 反应设备—⽓化炉 (15)
3.1.4 合成⽓的净化 (16)
3.2 甲醇的制备 (18)
3.2.1 甲醇的性质 (18)
3.2.2 合成⽓制甲醇 (18)
3.2.3 低压法合成甲醇的⼯艺 (19)
3.2.4 甲醇合成反应器 (21)
3.3物料衡算 (24)
3.4能量衡算 (28)
第四章结论 (30)
4.1低压法合成甲醇的影响因素 (30)
4.1.1温度对CH3OH合成的影响 (30)
4.1.2 压⼒对CH3OH合成的影响 (30)
4.1.3空速对甲醇合成的影响 (31)
II
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4.1.4 氢碳⽐的控制对甲醇合成的影响 (31)
4.1.5 惰性⽓体含量对CH3OH合成的影响 (32)
4.1.6甲醇合成催化剂以及催化剂对甲醇合成的影响 (32) 4.2 甲醇市场的展望 (32)
致谢 (34)
参考⽂献 (35)
III
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摘要
中国是世界上煤炭资源丰富的国家之⼀，煤炭储量远⼤于⽯油、天然⽓储量。

基于国情，将煤炭加⼯转化成清洁、⾼效的⼆次能源，寻找内燃发动机的替代燃料，使能源结构向多元化结构，解决对⽯油的过分依赖将是今后的主要发展⽅向。

本⽂主要综述了煤⽓化和合成甲醇基本原理、⼯艺流程、设备、净化、影响因素等。

基于此，选⽤德⼠古煤⽓化⼯艺和低压法合成甲醇⼯艺，在⼯艺计算基础上，设计了年产40万吨煤⽓化制甲醇⽣产线。

关键词：煤⽓化，低压法，甲醇
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第⼀章绪论
煤化⼯是以煤炭为主要原料⽣产化⼯产品的⾏业。

根据⽣产⼯艺与产品的不同，主要分为煤焦化、煤⽓化和煤液化三条产品链。

图1.1 煤化⼯产业链
随着⾼油价时代的到来，以⼤型煤⽓化为龙头的现代煤化⼯产业，以成为全球经济发展的热点产业，这是因为煤化⼯的能源化⼯⼀体化的产业模式，可以减少对原油资源的⾼度依赖，并有效的解决交通、⽕电等重要耗能⾏业的污染和排放等问题。

新型的煤化⼯产业必将迎来⼀个蓬勃发展的新时期，成为21世纪的⾼新技术产业的⼀个组织部分。

作为新型煤化⼯的⼀个重要单元技术－－⼤型先进的煤炭⽓化技术及⽓化产品的进⼀步合作利⽤，将成为今后的发展的主要⽅向。

1.1 煤炭⽓化的发展
中国是使⽤煤最早的国家之⼀，早在公元前就⽤煤冶炼铜矿⽯、烧陶瓷，⾄明代已⽤焦炭冶铁。

但煤作为化学⼯业的原料加以利⽤并逐步形成⼯业体系，则是在近代⼯业⾰命之后。

18世纪中叶由于⼯业⾰命的进展，英国对炼铁⽤焦炭的需要量⼤幅度地增加，炼焦炉应运⽽⽣。

18世纪末，煤⽤于⽣产民⽤煤⽓。

1792年，苏格兰⼈W.默多克⽤铁甑⼲馏烟煤，并将所得煤⽓⽤于家庭照明。

1812年，这种⼲
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馏煤⽓⾸先⽤于伦敦街道照明，随后世界⼀些主要城市也相继采⽤。

19世纪70年代德国成功地建成了有化学品回收装置的焦炉，由煤焦油中提取了⼤量的芳烃，作为医药、农药、染料等⼯业的原料。

第⼀次世界⼤战期间，钢铁⼯业⾼速发展，同时作为炸药原料的氨、苯及甲苯也很急需，这促使炼焦⼯业进⼀步发展，并形成炼焦副产化学品的回收和利⽤⼯业。

1925年，中国在⽯家庄建成了第⼀座焦化⼚，满⾜了汉冶萍炼铁⼚对焦炭的需要。

⼆次世界⼤战时期，煤炭⽓化⼯业在德国得到迅速发展。

⼆次世界⼤战后，煤炭⽓化⼯业因⽯油、天然⽓的迅速发展减慢了步伐，进⼊低迷时期，煤⽓主要作为城市煤⽓及合成氨原料的⽣产等，直到20世纪70年代成功开发由合成⽓制甲醇技术，由于甲醇的⼴泛⽤途，使煤炭⽓化⼯业⼜重新引起⼈们重视。

现在，随着⽓化⽣产技术的进⼀步发展，以⽣产含氧燃料为主的煤炭⽓化合成甲醇、⼆甲醚，有⼴阔的市场前景。

其中⼆甲醚不仅从合成⽓经甲醇制汽油、低碳烯烃的重要中间体，⽽且也是多种化⼯产品的重要原料。

甲醇从今年供需情况来看，除了作基本有机化⼯原料、精细化⼯原料外，还可以做替代燃料应⽤。

1.2 新型煤化⼯内容简介
1.2.1发展现代煤化⼯的意义
我国已成为世界第⼆⼤能源⽣产国和第⼆⼤能源消费国，能源消费主要靠国内供应。

1我国煤炭资源丰富
我国煤炭、⽯油与天然⽓的总储量与OECD（经济合作与发展组织）发达国家相⽐相差不⼤，但从⼈均储量来看就有了较⼤的差别；其中煤炭资源情况与世界平均⽔平接近，具有相对⽐较优势，这决定了我国长期依赖煤炭的能源格局。

2替代⽯油维护能源安全
我国能源资源储量总体偏紧，特别是优质⽯油能源资源短缺，是我国能源供应最突出的问题。

因此为了降低对进⼝⽯油的严重依赖，必然要发展以“煤代油”为核⼼的现代煤化⼯产业。

3清洁利⽤能源降低环境污染
传统煤化⼯是污染⾏业，据具有“煤炭——化⼯产品——污染排放”的单向流
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动特征，⽽现代煤化⼯属于洁净中煤炭转化领域。

发展循环经济型煤炭能源化⼯，尤其是各种类型的多联产系统已经是解决环境问题的主要⽅向。

4节约资源充分利⽤低成本劣质煤
煤⽓化技术与煤液化技术都已经实现了对劣质煤的充分利⽤。

[1]
1.2.2 现代煤化⼯的主要特点
1清洁能源是新型煤化⼯的主要产品。

新型煤化⼯⽣产的主要产品是洁净能源和可替代⽯油化⼯产品。

如柴油、汽油、⼄烯原料、甲醇、⼆甲醚等以及⼀些化⼯产品。

2煤炭—能源—化⼯⼀体化。

新型煤化⼯是未来中国能源技术发展的战略⽅向，依靠煤炭资源，形成煤炭——能源——化⼯⼀体化的新兴产业。

如煤炭⽓化联合循环发电技术。

3⾼新技术及优化集成。

新型煤化⼯⽣产采集⽤煤转化⾼新技术，在能源梯级利⽤、产品结构⽅⾯对不同⼯艺优化集成，提⾼了整体经济效益。

同时，现代煤化⼯可以通过信息技术的⼴泛利⽤、推动现代煤化⼯技术在⾼起点上迅速发展和产业化建设。

4有效的利⽤煤炭资源
现代煤化⼯注重煤的洁净、⾼效利⽤，如⾼硫煤或⾼活性低变质煤作化⼯原料煤。

在⼀个⼯⼚⽤不同的技术加⼯不同煤种，并使各种技术得到集成与互补，使各种煤炭达到物尽其⽤，充分发挥各种煤种、煤质特点，实现不同质量煤炭资源的合理利⽤。

1.3 煤炭⽓化⼯艺
煤炭⽓化技术虽有很多种不同的分类⽅法，但⼀般常⽤按⽣产装置化学⼯程特征分类⽅法进⾏分类，或称为按照反应器形式分类。

⽓化⼯艺在很⼤程度上影响煤化⼯产品的成本和效率，采⽤⾼效、低耗、⽆污染的煤⽓化⼯艺(技术)是发展煤化⼯的重要前提，其中反应器便是⼯艺的核⼼，可以说⽓化⼯艺的发展是随着反应器的发展⽽发展的，为了提⾼煤⽓化的⽓化率和⽓化炉⽓化强度，改善环境，新⼀代煤⽓化技术的开发总的⽅向，⽓化压⼒由常压向中⾼压（8.5 MPa）发展；⽓化温度向⾼温（1500～1600℃）发展；⽓化原料向多样化发展；固态排渣向液态排渣发展。

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1固定床⽓化固定床⽓化也称移动床⽓化。

固定床⼀般以块煤或焦煤为原料。

煤由⽓化炉顶加⼊，⽓化剂由炉底加⼊。

流动⽓体的上升⼒不致使固体颗粒的相对位置发⽣变化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层⾼度亦基本保持不变，因⽽称为固定床⽓化。

另外，从宏观⾓度看，由于煤从炉顶加⼊，含有残炭的炉渣⾃炉底排出，⽓化过程中，煤粒在⽓化炉内逐渐并缓慢往下移动，因⽽⼜称为移动床⽓化。

（1）固定床间歇式⽓化炉（UGI）以块状⽆烟煤或焦炭为原料，以空⽓和⽔蒸⽓为⽓化剂，在常压下⽣产合成原料⽓或燃料⽓。

该技术是30年代开发成功的，投资少，容易操作，⽬前已属落后的技术，其⽓化率低、原料单⼀、能耗⾼，间歇制⽓过程中，⼤量吹风⽓排空，每吨合成氨吹风⽓放空多达5 000 m3，放空⽓体中含CO、CO2、H2、H2S、SO2、NOx及粉灰；煤⽓冷却洗涤塔排出的污⽔含有焦油、酚类及氰化物，造成环境污染。

我国中⼩化肥⼚有900余家，多数⼚仍采⽤该技术⽣产合成原料⽓。

随着能源政策和环境的要来越来越⾼，不久的将来，会逐步为新的煤⽓化技术所取代。

（2）鲁奇⽓化炉30年代德国鲁奇（Lurgi）公司开发成功固定床连续块煤⽓化技术，由于其原料适应性较好，单炉⽣产能⼒较⼤，在国内外得到⼴泛应⽤。

⽓化炉压⼒（2.5～4.0）MPa，⽓化反应温度（800～900）℃，固态排渣，⽓化炉已定型（MK-1～MK－5），其中MK－5型炉，内径4.8m，投煤量（75～84）吨/h，粉煤⽓产量（10～14）万m3/h。

煤⽓中除含CO和H2外，含CH4⾼达10%～12%，可作为城市煤⽓、⼈⼯天然⽓、合成⽓使⽤。

缺点是⽓化炉结构复杂、炉内设有破粘和煤分布器、炉篦等转动设备，制造和维修费⽤⼤；⼊炉煤必须是块煤；原料来源受⼀定限制；出炉煤⽓中含焦油、酚等，污⽔处理和煤⽓净化⼯艺复杂、流程长、设备多、炉渣含碳5%左右。

针对上述问题，1984年鲁奇公司和英国煤⽓公司联合开发了液体排渣⽓化炉（BGL），特点是⽓化温度⾼，灰渣成熔融态排出，炭转化率⾼，合成⽓质量较好，煤⽓化产⽣废⽔量⼩并且处理难度⼩，单炉⽣产能⼒同⽐提⾼3～5倍，是⼀种有发展前途的⽓化炉。

2流化床⽓化流化床⽓化⼜称为沸腾床⽓化。

其以⼩颗粒煤为⽓化原料，这些细颗粒在⾃下⽽上的⽓化剂的作⽤下，保持着连续不断和⽆秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进⾏着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均⼀。

流化床⽓化能得以迅速发展的主要原因在于：（1）⽣产强度较固定床⼤。

（2）直接- 5 -
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使⽤⼩颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展，避开了块煤供求⽭盾。

（3）对煤种煤质的适应性强，可利⽤如褐煤等⾼灰劣质煤作原料。

（1）循环流化床⽓化炉CFB 鲁奇公司开发的循环流化床⽓化炉（CFB）可⽓化各种煤，也可以⽤碎⽊、树⽪、城市可燃垃圾作为⽓化原料，⽔蒸⽓和氧⽓作⽓化剂，⽓化⽐较完全，⽓化强度⼤，是移动床的2倍，碳转化率⾼（97%），炉底排灰中含碳2%～3%，⽓化原料循环过程中返回⽓化炉内的循环物料是新加⼊原料的40倍，炉内⽓流速度在（5～7）m/s之间，有很⾼的传热传质速度。

⽓化压⼒0.15MPa。

⽓化温度视原料情况进⾏控制，⼀般控制循环旋风除尘器的温度在（800～1050）℃之间。

鲁奇公司的CFB⽓化技术，在全世界已有60多个⼯⼚采⽤，正在设计和建设的还有30多个⼯⼚，在世界市场处于领先地位。

（2）灰熔聚流化床粉煤⽓化技术灰熔聚煤⽓化技术以⼩于6mm粒径的⼲粉煤为原料，⽤空⽓或富氧、⽔蒸⽓作⽓化剂，粉煤和⽓化剂从⽓化炉底部连续加⼊，在炉内（1050～1100）℃的⾼温下进⾏快速⽓化反应，被粗煤⽓夹带的未完全反应的残碳和飞灰，经两极旋风分离器回收，再返回炉内进⾏⽓化，从⽽提⾼了碳转
化率，使灰中含磷量降低到10%以下，排灰系统简单。

粗煤⽓中⼏乎不含焦油、酚等有害物质，煤⽓容易净化，这种先进的煤⽓化技术中国已⾃⾏开发成功。

该技术可⽤于⽣产燃料⽓、合成⽓和联合循环发电，特别⽤于中⼩氮肥⼚替代间歇式固定床⽓化炉，以烟煤替代⽆烟煤⽣产合成氨原料⽓，可以使合成氨成本降低15%～20%，具有⼴阔的发展前景。

3⽓流床⽓化⽓流床⽓化是⼀种并流式⽓化。

从原料形态分有⽔煤浆、⼲煤粉2类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。

前者是先将煤粉制成煤浆，⽤泵送⼊⽓化炉，⽓化温度1350～1500℃；后者是⽓化剂将煤粉夹带⼊⽓化炉，在1500～1900℃⾼温下⽓化，残渣以熔渣形式排出。

在⽓化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进⼊反应室，会在瞬间着⽕，直接发⽣⽕焰反应，同时处于不充分的氧化条件下，因此，其热解、燃烧以吸热的⽓化反应，⼏乎是同时发⽣的。

随⽓流的运动，未反应的⽓化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒⼦⾼速运动，运动过程中进⾏着煤焦颗粒的⽓化反应。

这种运动状态，相当于流化技术领域⾥对固体颗粒的“⽓流输送”，习惯上称为⽓流床⽓化。

1）德⼠古（Texaco）⽓化炉美国Texaco(2002年初成为Chevron公司⼀部分，2004年5⽉被GE公司收购)开发的⽔煤浆⽓化⼯艺是将煤加⽔磨成浓度为60～
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65%的⽔煤浆，⽤纯氧作⽓化剂，在⾼温⾼压下进⾏⽓化反应，⽓化压⼒在3.0～8.5MPa之间，⽓化温度1400℃，液态排渣，煤⽓成份CO＋H2为80%左右，不含焦油、酚等有机物质，对环境⽆污染，碳转化率96～99%，⽓化强度⼤，炉⼦结构简单，能耗低，运转率⾼，⽽且煤适应范围较宽。

⽬前Texaco最⼤商业装置是Tampa 电站，属于DOE的CCT-3，1989年⽴项，1996年7⽉投运，12⽉宣布进⼊验证运⾏。

该装置为单炉，⽇处理煤2000～2400吨，⽓化压⼒为2.8MPa，氧纯度为95%，煤浆浓度68%，冷煤⽓效率～76%，净功率250MW。

从已投产的⽔煤浆加压⽓化装置的运⾏情况看，主要优点：⽔煤浆制备输送、计量控制简单、安全、可靠；设备国产化率⾼，投资省。

由于⼯程设计和操作经验的不完善，还没有达到长周期、⾼负荷、稳定运⾏的最佳状态，存在的问题还较多，主要缺点：喷嘴寿命短、激冷环寿命仅⼀年、褐煤的制浆浓度约59%～61%；烟煤的制浆浓度为65%；因汽化煤浆中的⽔要耗去煤的8%，⽐⼲煤粉为原料氧耗⾼12%～20%，所以效率⽐较低。

（2）Destec（Global E-Gas）⽓化炉Destec⽓化炉已建设2套商业装置，都在美国：LGT1（⽓化炉容量2200吨/天，2.8MPa，1987年投运）与Wabsh Rive（⼆台炉，⼀开⼀备，单炉容量2500吨/天，2.8MPa，1995年投运）炉型类似于K-T，分第⼀段（⽔平段）与第⼆段（垂直段），在第⼀段中，2个喷嘴成180度对置，借助撞击流以强化混合，克服了Texaco炉型的速度成钟型（正态）分布的缺陷，最⾼反应温度约1400℃。

为提⾼冷煤⽓效率，在第⼆阶段中，采⽤总煤浆量的10%～20%进⾏冷激（该点与Shell、Prenflo的循环没⽓冷激不同），此处的反应温度约1040℃，出⼝煤⽓进⽕管锅炉回收热量。

熔渣⾃⽓化炉第⼀段中部流下，经⽔冷激固化，形成渣⽔浆排出。

E-Gas⽓化炉采⽤压⼒螺旋式连续排渣系统。

（3）Shell⽓化炉Shell⽓化炉壳体直径约4.5m，4个喷嘴位于炉⼦下部同⼀⽔平⾯上，沿圆周均匀布置，借助撞击流以强化热质传递过程，使炉内横截⾯⽓速相对趋于均匀。

炉衬为⽔冷壁（Membrame Wall），总重500t。

炉壳于⽔冷管排之间有约0.5m间隙，做安装、检修⽤。

煤⽓携带煤灰总量的20%～30%沿⽓化炉轴线向上运动，在接近炉顶处通⼊循环煤⽓激冷，激冷煤⽓量约占⽣成煤⽓量的60%～70%，降温⾄900℃，熔渣凝固，出⽓化炉，沿斜管道向上进⼊管式余热锅炉。

煤灰总量的70%～80%以熔态流⼊⽓化炉底部，激冷凝固，⾃炉底排出。

粉煤由N2携带，密相输送进⼊喷嘴。

⼯艺氧（纯度为95%）与蒸汽也由喷嘴进⼊，其
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压⼒为3.3～3.5MPa。

⽓化温度为1500～1700℃，⽓化压⼒为3.0MPa。

冷煤⽓效率为79%～81%；原料煤热值的13%通过锅炉转化为蒸汽；6%由设备和出冷却器的煤⽓显热损失于⼤⽓和冷却⽔。

（4）GSP⽓化炉GSP（GAS Schwarze Pumpe）称为“⿊⽔泵⽓化技术”，由前东德的德意志燃料研究所（简称DBI）于1956年开发成功。

⽬前该技术属于成⽴于2002年未来能源公司(FUTURE ENERGY GmbH)（Sustec Holding AG⼦公司）。

GSP⽓化炉是⼀种下喷式加压⽓流床液态排渣⽓化炉，其煤炭加⼊⽅式类似于shell，炉⼦结构类似于德⼠古⽓化炉。

1.4 煤炭⽓化技术应⽤领域
我国现代煤化⼯业的战略价值主要在于：资源条件已经决定以煤为基础的能源格局在长期难以有实质性的改变；我国⽯油较低的储采⽐已经危及能源安全，替代能源其必然选择；新兴煤化⼯是推动煤炭清洁利⽤的重要途径；由于技术提升因素可以充分利⽤劣质煤资源、增强经济性，促进可持续发展。

1作为⼯业燃⽓
⼀般热值为1100－1350⼤卡热的煤⽓，采⽤常压固定床⽓化炉、流化床⽓化炉均可制得。

主要⽤于钢铁、机械、卫⽣、建材、轻纺、⾷品等部门，⽤以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。

2作为民⽤煤⽓
与直接燃煤相⽐，民⽤煤⽓不仅可以明显提⾼⽤煤效率和减轻环境污染，⽽且能够极⼤地⽅便⼈民⽣活，具有良好的社会效益与环境效益。

3作为化⼯合成和燃料油合成原料⽓
随着合成⽓化⼯和碳－化学技术的发展，以煤⽓化制取合成⽓，进⽽直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化⼯的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、⼆甲醚以及合成液体燃料等。

4作为冶⾦还原⽓
煤⽓中的CO和H2具有很强的还原作⽤。

在冶⾦⼯业中，利⽤还原⽓可直接将铁矿⽯还原成海棉铁；在有⾊⾦属⼯业中，镍、铜、钨、镁等⾦属氧化物也可⽤还原⽓来冶炼。

因此，冶⾦还原⽓对煤⽓中的CO含量有要求。

5作煤炭⽓化燃料电池
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燃料电池是由H2、天然⽓或煤⽓等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。

6煤炭液化的⽓源
不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭⽓化。

煤炭液化需要煤炭⽓化制氢，⽽可选的煤炭⽓化⼯艺同样包括固定床加压Lurgi⽓化、加压流化床⽓化和加压⽓流床⽓化⼯艺。

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第⼆章煤炭⽓化原理
⼈们称煤的⽓化是将⼤分⼦的煤转化为⼩分⼦的可燃⽓体的技术；也有的认为煤的完全⽓化是通过煤的⾼温燃烧和还原反应⽣成⽓态的燃料，因⽽称煤的⽓化为煤的“部分氧化”。

前⼀种概念可包括煤的热解，⽽后⼀种概念对煤的完全⽓化描述得更切合实际些。

煤的⽓化过程是⼀个热化学过程，是煤或焦煤与⽓化剂（空⽓、氧⽓、⽔蒸⽓、氧等）在⾼温下发⽣化学反应将煤或焦煤中有机物转化为煤⽓的过程，该过程是在⾼温、⾼压下进⾏的⼀个复杂的多项⽆⼒级物理化学过程，通过煤炭⽓化⼯艺可以利⽤煤中所含的⼏乎全部有机物，是获得基本有机化学⼯业原料的重要途径。

[2]煤⽓的有效成分为⼀氧化碳、氢⽓、甲烷等，其可作为化⼯染料、城市煤⽓和⼯业燃⽓。

2.1煤炭⽓化技术
⽓化技术发展已有150年的历史，许多技术已经相当成熟并⼴泛应⽤于⽣产实际，根据技术⼤类可分为地⾯⽓化和地下⽓化。

(⼀)地⾯⽓化
将煤从煤从地下挖掘出来再经过各种⽓化技术获得煤⽓的⽅法称为地⾯⽓化。

地⾯⽓化现在被世界各国⼴泛采⽤，该⽅法可利⽤煤炭⽓化⽅法获得⽓化煤⽓，⽣产⼯艺也很成熟。

其⽅法主要有：
1 固定床⽓化：在⽓化过程中，煤由⽓化炉顶部加⼊，⽓化剂由⽓化炉底部加⼊，煤料与⽓化剂逆流接触，相对于⽓体的上升速度⽽⾔，煤料下降速度很慢，甚⾄可视为固定不动，因此称之为固定床⽓化；⽽实际上，煤料在⽓化过程中是以很慢的速度向下移动的，⽐较准确的称其为移动床⽓化。

2流化床⽓化：它是以粒度为0-10mm的⼩颗粒煤为⽓化原料，在⽓化炉内使其悬浮分散在垂直上升的⽓流中，煤粒在沸腾状态进⾏⽓化反应，从⽽使得煤料层内温度均⼀，易于控制，提⾼⽓化效率。

3⽓流床⽓化。

它是⼀种并流⽓化，⽤⽓化剂将粒度为100um以下的煤粉带⼊⽓化炉内，也可将煤粉先制成⽔煤浆，然后⽤泵打⼊⽓化炉内。

煤料在⾼于其灰熔点的温度下与⽓化剂发⽣燃烧反应和⽓化反应，灰渣以液态形式排出⽓化炉。

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4 熔浴床⽓化。

它是将粉煤和⽓化剂以切线⽅向⾼速喷⼊⼀温度较⾼且⾼度稳定的熔池内，把⼀部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并⽓化。

⽬前此⽓化⼯艺已不再发展。

(⼆)地下⽓化
煤炭地下⽓化是将地下煤炭有控制燃烧、产⽣可燃⽓体的⼀种开发清洁能源与化⼯原料的新技术。

只提取煤中含能组分，⽽将灰渣等污染物滞留在井下。

这种新技术集建井、采煤、转化⼯艺为⼀体，⼤⼤减少了煤炭⽣产和使⽤过程中所造成的环境破坏，并可⼤⼤提⾼煤炭资源的利⽤率。

因此深受世界各国重视。

以传热⽅式可分为外热式、内热式
(⼀)⾃热式煤的⽔蒸汽⽓化
⾃热式即⽓化过程中没有外界供热，煤与⽔蒸汽进⾏吸热反应所消耗的热量，是由煤与氧进⾏的放热反应所提供。

根据⽓化炉类型的不同，反应温度在800⼀1800℃之间，压⼒在0.1—4MPa之间，制得的煤⽓中除了CO2及少量或微量CH4外，主要含CO和H2。

该过程中，也可⽤空⽓代替氧⽓，这样制得的煤⽓含有相当量的氮⽓。

图2.1 ⾃热式煤的⽔蒸汽⽓化原理
(⼆) 外热式煤的⽔蒸⽓⽓化
外热式⽓化是指利⽤外部给⽓化炉提供热量的过程，其热源可由加热外部炉壁来加热燃料，炉壁需选⽤耐⽕度⾼且导热性好的材料，同时也可⽤⾼度过热⽔蒸⽓，（1100C）；另外也可⽤加热⽔蒸⽓和粉末燃料的混合物到1100C,达到⽔煤⽓反应温度。

其反应原理如图2-3所⽰。

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图2.3外热式煤的⽔蒸⽓氧化原理
2.2 煤炭⽓化的原理
煤⽓化过程中的基本化学反应式见表2.1
表2.1煤⽓化过程中的基本化学反应
在这些反应中，反应10、反应11两反应是煤的热解反应，因煤的变质程度的加深，煤中的氢和氧都在减少，到⽆烟煤的年⽼阶段，两者都很少，热解中产⽣的氢和甲烷更少，煤⽓中的氢⼤部分产⽣于⽔蒸⽓⽓化反应(反应3)。

加氢反应和甲烷化反应是放热反应和体积缩⼩的反应，加压和低温有利于反应的进⾏，常压和⾼温对甲烷的⽣成都不利。

加氢⽓化反应5只在⽣产城市煤⽓中应⽤，这些反应在常压移动床⽓化炉内⽐较常见。

⽽甲烷化反应9有时⽤于煤⽓净化中脱除微量的⼀氧化碳。

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当煤的灰中含有氧化钙⼀类矿物时，煤⽓中常会有⾼的⼆氧化碳和氢的含量，说明这类矿物对变换反应有⼀定的催化作⽤。

变换反应8也称均相⽔煤⽓反应，在⽓化炉中根据炉温起到各组分的平衡。

该反应主要是在煤⽓净化，调节合成⽓中⼀氧化碳和氢的⽐例时应⽤。

根据催化剂的不同，该过程有两种形式：⼀种是常规的变换，可以在较低的压⼒下进⾏变换反应，但它应⽤的不耐硫催化剂，要求变换前煤⽓中的硫含量很低，称为⽆硫煤⽓的变换；另⼀种是耐琉变换，变换反应要求在较⾼的压⼒下进⾏(1.0MPa以上)使⽤耐硫变换催化剂。

合成⽓先进⾏变换后再进⾏脱硫，这对于煤⽓中的COS脱除较为有利，因为在变换时它可变为硫化氢。

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第三章煤⽓化制甲醇
3.1 合成⽓的制备
⽓化是⼀种将碳氢原料转变为CO和H2为主要⽓体成分的⼯艺。

其它⽓体成分如CH4、CO2、H2S、苯酚、烟和微量的氨、HCl、HCN以及在特殊⼯艺下基于原料和⼯况产⽣的甲酸盐。

⽓化产出的⽓体既可作为发电⽤的燃料，⼜可作为化⼯原料。

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3.1.1 德⼠古⽔煤浆⽓化技术
德⼠古⽔煤浆⽓化技术以⽔煤浆为原料，以纯氧为⽓化剂，在德⼠古⽓化炉内⾼温和⾼压的条件下，进⾏⽓化反应，制的以H2 +CO为主要成分的粗合成⽓，是⽬前先进的洁净煤⽓化技术之⼀。

德⼠古煤⽓化法原料煤种⼴泛，可利⽤劣质煤，只要灰熔点较低即可，碳转化率为98.5%——99.5%，且炉内耐⽕材料可以连续使⽤两年。

该法⽓化强度⾼，可直接获得较低含量烃（甲烷含量《01.%，⽆需加⼊⽔蒸⽓，不⾜之处是由于⼊炉⽔分过⼤，氧耗较⾼。

主要⽓化优势：
1 可⽤于⽓化原料范围较宽。

除可⽓化从褐煤到⽆烟煤的⼤部分煤种外，还可⽓化⽯焦油、煤液化残渣、半焦、沥青等原料。

2 与⼲粉煤进料相⽐，更安全和容易控制。

3 ⼯艺技术成熟，流程简单，设备布置紧凑，运转率⾼。

⽓化炉结构简单，炉内没有机械传动装置，操作性能好，可靠程度⾼。

4 操作弹性⼤，碳转化率⾼。

碳转化率⼀般可达95%——99%，负荷调整范围为50%——105%。

5 粗煤⽓质量好，⽤途⼴。

由于⽓化温度⾼，煤⽓中的有效成分（CO+H2）可达80%左右，除含少量甲烷外不含其它烃类、酚类和焦油等物质，后续净化⼯艺简单。

此外，德⼠古⽔煤浆⽓化⼯艺还有⽓化压⼒选择宽、⽓化过程污染⼩，环保性能好等优点。

同时还存在需到突出的问题，如：炉内耐⽕砖寿命短，更换费⽤⼤、喷嘴使⽤周期短和煤⽓中有效成分⽓体偏低等。

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3.1.2 德⼠古⽔煤浆⽓化激冷流程图
激冷流程指出⽓化炉燃烧室的⾼温⽓流和熔渣经激冷环被⽔激冷后沿下降管导⼊激冷室进⾏⽔浴，熔渣迅速固化，粗煤⽓被⽔饱和。

出⽓化炉的煤⽓，经⿊洗涤塔除掉夹带的粉尘后，制的洁净的粗煤⽓。

此流程⽓化炉和激冷室连为⼀体，设备结构紧凑，粗煤⽓和熔渣所携带的显热直接被激冷⽔汽化所回收，同时熔渣被固化分离。

具有配置简单，便于操作管理，粗煤⽓中的⽔蒸⽓量能满⾜变换⼯段要求的特点。

适合于⽣产合成氨和制纯氢的⽣产，如⽤于⽣产城市煤⽓，需进⾏部分变换及甲烷化，以减少⼀氧化碳含量并提⾼煤⽓的热值。

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汽化流程图
图3.1德⼠古⽓化激冷流程图
3.1.3 反应设备—⽓化炉
⽓化炉上部是燃烧室，为⼀中空内衬耐⽕材料的⽴式圆筒形结构；下部根据不同需要，可为激冷室或为辐射废热锅炉结构。

德⼠古激冷式⽓化炉燃烧室为⼀带拱形顶部和锥形下部的中空圆筒体，顶部烧嘴⼝供设置⼯艺烧嘴⽤，下部为合成⽓和熔渣出⼝，去下⾯的激冷室。

激冷室内有和燃烧室连为⼀体的下降管，下降管的顶部设有激冷环，喷出的⽔沿下降管流下形成⼀下降⽔膜，这层⽔膜可避免由燃烧室来的⾼温⽓体中夹带的熔融渣粒附着在下降管上。

激冷室内保持相当⾼的液位。

夹带的⼤量熔融渣粒的⾼温⽓体通过下降管
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