有机化学与煤化工.ppt

,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,有机化学与煤化工,一、中国能源与石油问题,年份,2002,2003,2010,2020,需求,2.4,2.5,3.5,5.0,供应量,1.7,1.7,2.0,1.8,缺口,0.7,0.8,1.5,3.2,石油供应与需求预测 单位:亿吨/年,机动车燃料消耗预测 单位：亿吨/年,年 份,2015年,2020年,2030年,燃料油消耗,占石油总消耗,1.6,48,2.3,57,3.7,87,汽油、柴油、航空煤油,2002年中国部分石化产品进出口单位：万t/年,产品,聚乙烯,聚丙烯,聚氯乙烯,聚苯乙烯,苯乙烯,乙烯,丙烯,进口量,455.9,244.2,225.2,145.3,179.9,8.5,29.7,出口量,1.1,1.3,3.8,1.8,0.2,2.6,0,净进口,454.8,242.9,221.4,143.5,179.7,5.9,29.7,生产煤基发动机燃料和化工产品同样具有替代石油的意义。,石油化工的其它产品,煤炭是我国能源的主要提供者,2002,中国能源生产总量（以标准煤计）,16.03亿吨,24.6632.80亿吨,2003,2020,13.9亿吨,煤炭占71%,煤炭占71%,煤炭占59.463.2%,5,二、煤化工技术,中国能源发展的必然途径；,中国社会经济发展的需求；,中国煤炭企业在市场经济中的选择；,中国现代工业的新领域。,煤,制浆,气 化,加 氢 液 化,提 质 加 工,提 质 加 工,FT,合成,产 品,费-托法;Fischer-Tropsch process,一氧化碳在镍、铑、钴等催化剂存在下进行高温高压加氢生成烃类混合物的方法。由费歇尔（F.Fischer)和托罗普歇（H.Tropsch)所创立。可用以制备液体燃料和石蜡等。例如用氢和一氧化碳的混合气体为原料，在0.1-2兆帕（1-20大气压）和钴催化剂（160-225）或铁催化剂（220-325）的作用下进行合成，可得合成石油。主要成分是各种直链烃、大部分是烷烃。可经分馏为汽油、煤油和石蜡等。或经加工为化工产品等。,（1）液化技术,COH,2,合成物,分馏(离),提质加工,汽油、柴油、石脑油、乙烯、丙稀、含氧类蜡类、燃料气 等,催化剂、温度、压力,气化,煤,煤,加热加压催化,氢气,液化油,汽油、柴油、航空煤油、LPG、酚类、苯类、氨类等,气化,提质加工,间接液化,直接液化,煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。,（1）煤直接液化是煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。,（2）煤间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。,煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。典型的煤直接液化技术是在400、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化，,产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。,一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，大型化设备生产难度较大，使产品成本偏高。,直接液化新工艺的关键是大规模工程化开发,间接液化引进技术建设商业化工厂风险不大,煤液化技术,（2）煤气化合成甲醇、二甲醚,煤气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或煤焦为原料，,以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，,在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料外，还可以采用天然气、重质石油组分等为原料），进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。,煤炭气化,包含一系列物理、化学变化。一般包括热解和气化和燃烧四个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。其他属于化学变化，,燃烧也可以认为是气化的一部分,。煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解水等），同时煤粘结成半焦。煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。,主要反应有：,1、水蒸气转化反应,C+H,2,O=CO+H,2,-131KJ/mol,2、水煤气变换反应,CO+H,2,O=CO,2,+H,2,+42KJ/mol,3、部分氧化反应,C+0.5 O,2,=CO+111KJ/mol,4、完全氧化（燃烧）反应,C+O,2,=CO,2,+394KJ/mol,5、甲烷化反应,CO+2H,2,=CH,4,+74KJ/mol,6、Boudouard反应,C+CO,2,=2CO-172KJ/mol,甲醇原料：合成各种化工产品、溶剂、合成添加剂等；代用液体（汽油）燃料,二甲醚用于日用化工、制药、农药、燃料、涂料等；,代用液化石油气,弛放气,弛放气（purge gas），是化工生产中的一个名词，是在化工生产中合成工艺生产工段那些没有参加合成反应，最终当作合成工艺生产工段的废弃物而被排放的这部分气体的统称。它的范围很广泛，可以是合成氨，或是合成甲醇，也可以是合成其他化工产品的工程中所被排放的气体。,1.77亿吨/年，占46；,焦炭市场：冶金75，机械、化工等，,出口1470万吨（2003年），占世界贸易量57%；,炼焦技术：世界先进行列，大型化，环保，产品质量，化工产品，机械化技术；,技术发展：原料分析、质量控制、化工产品。,产量、生产能力快速增长。,（4）煤炭气化,煤化工重要单元技术；,国外引进与国内开发；,地下气化；,煤化工能源技术需求；,多联产技术系统,气化炉,高温燃,料电池,空分,热交换器,发电,电力,电力,热水,CO,2,及有害物处理,空气,O,2,O,2,煤气,H,2,Vision21,能源系统,煤,O,2,制氢分离,（5）主要技术进展,煤化工多联产系统的特点,以煤基清洁燃料和化工产品为主；,通过单元技术耦合简化流程；,通过资源优化配置、公用工程共享减少建设投入；,通过调整合成气循环比提高单元设备的效率；,灵活调整产品品种和产量；,尾气、废渣循环利用；,以减少投入（降低折旧）、提高效率（单台设备产量提高）、废弃物利用达到经济效益最优化。,例1 能源化工联产,备,煤,联 合,发 电,合成气,生 产,FT,合成,空 分,甲 醇,合 成,锅 炉,灰渣,利用,氮气等,燃油,化工品,热,硫磺,甲醇,电,建材,原料、产品方案,原煤：,486万吨/年,油品：,80万吨/年,甲醇：,70万吨/年,硫磺：,1.9万吨/年,发电：,150MW联合循环,关于F-T合成,X21X11,X23X13,高温合成,调整X2/X1的高温合成,反,应,器,X12,X11,X13,反,应,器,X22,X23,X21,X14,X24,X12=2 X11 X13X11,X14小,X22=（02）X21,X23X21 X24大,例2 焦炉煤气提氢直接液化,液化备煤,焦化化产,炼 焦,膜分离,煤气压缩,直接液化,氢压缩,提质加工,残渣热解,联合发电,油品,电力,化产,焦炭,例3 不同气化工艺、FT甲醇联产,备,煤,合成气,生 产,FT,合成,空 分,甲 醇,合 成,燃油,化工品,硫磺,甲醇,焦油,产品,产品,分离,甲 醇,精馏,定产品方案、不同气化工艺,80万吨合成油品，120万吨甲醇,项 目,鲁奇气化,壳牌气化,总投资，万元,1025908,1166958,总成本，万元/年,230806,228398,内部收益率（稅前），,16.57,15.45,内部收益率（稅后），,13.11,12.24,关于气化工艺加压鲁奇气化,加压鲁奇炉,原煤加工,块煤,焦油回收及 酚水处理,煤气净化、甲烷转化,合成气,原料煤粉碎,煤粉输送,水煤浆气化,合成气,煤气净化,关于气化工艺干煤粉气化,气化工艺比较的若干方面1,项目,加压鲁奇,德士古,壳牌干煤粉,原料煤加工,破碎筛分,磨煤制浆,磨煤干燥,原料煤灰分要求,一般无限制,低,低,原料煤加工费,低,高,较高,原料煤输送,容易,较容易,较难,气化压力（MPa）,23，较低,26.5，高,24，较高,气化温度（,）,9001100，低,13001400，较高,14001600，高,单炉投煤（t/d）,1000-1300,低,2000，较高,2500，高,耗氧量(M,3,/1000M,3,）,267-350,低,380-430,高,330-360,较高,碳转化率（）,8895，低,9698，较高,99，高,冷煤气效率（）,6575，低,7076，较高,8085，高,总热效率（）,8090，低,9095，较高,98，高,商业运行经验,丰富,基本丰富,不丰富,气化工艺比较的若干方面2,项 目,加压鲁奇,德士古,壳牌干煤粉,环境处理及特性,必须处理，较好,需要处理，好,需要处理，好,干煤气CO+H,2,(%),低,较高,高,干煤气CH,4,(%),高,低,很低,有效CO+H,2,产率,低,较高,高,水蒸气消耗,高,较高,电消耗,低,高,高,煤粉输送气,需要,设备投资,低,高,高,占地,大,较小,较小,煤间接液化多联产,1,、主产品,洁净发动机燃料油和可替代石油化工品；,2,、副产品,适量的其它化工产品和电力；,3,、气化,适合当地煤质特点，相对成熟的大型先进煤气化,技术；,4,、工艺系统,满足主产品条件下的工艺优化、耦合；,5,、投入及效益,满足前,4,项条件的最低投资和最高效益。,工艺方案研究原则,发挥资源优势，以国内短缺油品和石油替代化工品为主；,注重规模经济和产品结构配置优化，油品80万吨/年，甲醇120万吨/年；,采用国内外先进技术，具有发展前瞻性；,工艺优化集成，提高资源利用率，提高经济效益；,节能、节水，清洁生产和环境友好。,工艺方案研究方案,备煤,合成气,生 产,高温,FT,空 分,甲 醇,合 成,锅炉,焦油,回收,油品,加工,石脑油,a-烯烃,精甲醇,乙烯,软蜡,甲醇精馏,含氧物,聚丙烯,硫磺,杂醇油,C,14-18,LPG,焦油,鲁奇气化：MARK-,400t/d，30台（备2），,F-T 合成：SASOL，SAS高温合成，10.7M,甲醇合成：鲁奇，Megaz组合反应器，一套。,工艺方案研究方案,备煤,合成气,生 产,高温,FT,空 分,甲 醇,合 成,锅炉,焦油,回收,油品,加工,石脑油,a-烯烃,精甲醇,乙烯,软蜡,甲醇精馏,含氧物,聚丙烯,硫磺,杂醇油,C,14-18,LPG,焦油,鲁奇气化：MARK-,400t/d，30台（备2），,F-T 合成：SASOL，SAS高温合成，10.7m,甲醇合成：鲁奇，Megaz组合反应器，一套。,工艺方案研究方案,备煤,合成气,生 产,低温,FT,空 分,甲 醇,合 成,锅炉,焦油,回收,油品,加工,石脑油,甲醇,柴油,甲醇精馏,含氧物,硫磺,杂醇油,LPG,焦油,鲁奇气化：MARK-,400t/d，30台（备2），,F-T 合成：SASOL低温合成，SSPD，浆态床，,10M，,甲醇合成：鲁奇，Megaz组合反应器，一套。,工艺方案研究方案,备煤,合成气,生 产,FT,合成,空 分,甲 醇,合 成,锅炉,焦油,回收,油品,加工,石脑油,a-烯烃,甲醇,乙烯,软蜡,甲醇精馏,含氧物,聚丙烯,硫磺,杂醇油,C,14-18,LPG,焦油,Shell气化：2500t/d，4台，,F-T 合成：SASOL高温合成，SAS，10.7M,甲醇合成：鲁奇 Megaz组合反应器，一套。,工艺方案研究产品规模与结构,万吨/年）,产 品,方案,方案,方案,方案,LPG,2.83,2.81,8.81,2.84,乙烯,0.76,0.75,0.76,聚丙烯,19.42,19.28,19.47,石脑油,31.13,31.30,15.46,31.09,a-烯烃,10.17,10.22,10.15,柴油,55.66,C14-C18烷烃,6.10,6.13,6.09,软蜡,4.14,4.16,4.14,含氧化合物,5.49,5.35,1.83,5.31,精甲醇,120.20,119.99,119.99,119.78,杂醇油,0.17,0.16,0.16,0.16,硫磺,1.03,1.03,1.00,0.64,主产品合计,201.44,201.18,202.91,200.43,焦油,3.15,3.14,3.06,燃料气(M,3,/h）,10663,27695,19623,24715,煤化工联产项目1,CO分离,气化,低温,甲醇洗,甲 醇,合 成,燃气,轮机,醋酸合成,发电机,醋酸,甲醇,电,煤,脱硫,蒸气,轮机,废热,锅炉,蒸气,氧气,蒸气,煤化工联产项目2,备煤,联 合,发 电,合成气,生 产,FT,合成,空 分,甲 醇,合 成,氮气等,燃油及化工品,硫磺,甲醇,电、热,锅炉,特点：,1 F-T合成、甲醇合成、发电串联设置；,2 调整F-T合成循环比，提高设备能力，尾气合成甲醇；,3 甲醇合成尾气发电，电力供工厂自用。,煤化工联产项目3,液化备煤,焦化化产,炼 焦,膜分离,煤气压缩,直接液化,氢压缩,提质加工,残渣热解,联合发电,油品,电力,化产,焦炭,炼焦备煤,煤基能源化工多联产的几点思考,1、原料：,煤：神华煤，灰分510，水分1215，,高（转）炉气：3.2亿m,3,/a，最大可提供CO1.92亿m,3,/a，,原热值：7.745MJ/m,3,(1506 kcal/m,3,)，,提取CO后热值：,50 3.927MJ/m,3,（764kcal/m,3,）,60 2.591MJ/m,3,（500kcal/m,3,）,70 1.254MJ/m,3,（244kcal/m,3,）,2、规模与消耗概算：,甲醇166万t/a，原料煤：约330万t/a；,F-T油品12万t/a，原料煤：约55万t/a；,醋酸20万t/a，甲醇：约11.2万t/a；CO:约0.88亿m,3,/a；,醋酐10万t/a，醋酸：约5.9万t/a；甲醇：约3.2万t/a；,CO：约0.25亿m,3,/a；,剩余：甲醇151.8万t/a；醋酸14.1万t/a；,高（转）炉气中CO利用率：约5060；,剩余甲醇如全部经MTO制得三烯：约60万t/a。,煤,气化,煤气,净化,高炉气,净化,甲醇,合成,醋酸生产,醋酐生产,转炉气,煤,F-T,合成,联合循,环发电,产品,加工,MTO,油品,电热,甲醇,烯烃,聚丙烯,醋酸,醋酐,分离,聚丙烯,3 原则工艺,CO,分离,系统特征：从气化出发，发电、合成燃料和化学品,国际发展趋势,美国“21世纪展望”多联产过程,气化,蒸汽轮机,燃气轮机,净化,燃料合成,制氧,合成气,尾气,煤,电,液体燃料,化学品,国际发展趋势,美国近期多联产过程（EECP）示意图,系统特征,气化为中心，发电、合成燃料为重要内容,Early Entrance Coproduction Plant,欧洲Shell公司Syngas Park（合成气园）,气化,蒸汽轮机,燃气轮机,气体转化,甲醇系列,产品合成,尾气,煤,电,工业用气,城市煤气甲醇系列化学品,化肥,化肥合成,气体制备,国际发展趋势 欧洲Shell公司Syngas Park 概念,系统特征,从气化出发，发电、合成甲醇系列产品、化肥、气体制备,国内多联产过程示意图,燃烧,热解,半焦,煤,电,蒸汽,城市煤气,焦油,系统特征,从热解出发，发电、蒸汽、煤气、焦油,国内发展状况,热解-燃烧,未来中国的煤多联产宏观系统举例,净,化,氢,分离,马达燃料等,分精,离制,马达燃料,城市煤气,焦油,燃蒸气汽轮轮机机,燃料电池,燃气,化学品,调配,尾气,电,热,O,2,气,化,热解,合成,氢,集成优化,CO,2,吸收,化学品,煤,污染控制,多联产优越性的原理：在更大的尺度上解决问题,原料100%的转化,目标产物100%的收率,污染物排放控制,最经济的转化过程,热力学限制,动力学限制,化学反应计量限制,过程经济的限制,现有状况：单一过程，原料在单一过程中“吃干榨尽”,各方面的限制，难以实现理想目标,多联产：多过程耦合、多产物制备，总体实现“吃干榨尽”,在大尺度层面解决效率、环境、效益问题,可操作性？,任何化工过程,原料,产品,原料,副产品,污染,理想：,实际：,多联产原理：煤组成的复杂性及反应性的差异,富氢部分,富碳部分,污染元素,易挥发富氢组份、难挥发富碳组份,与易挥发、难挥发组份相结合的,S,、,N,发 展 目 标 概 述,配套国内示范工程进行工艺优化和其它配套研究；,开发自主知识产权工艺技术，配套基础研究和技术基础研究，“十五”完成基础开发，“十一五”进行工程开发。,高效纳米催化剂工程开发及应用，“十一五”完成。,关键工业设备开发，“十五、十一五”进行。,100人的专业研究和工程服务队伍，“十一五期间”。,自主知识产权工艺形成对产业化工程技术支持，“十一五后”（2020年国内2000万t/a产业能力）。,发 展 关 键,煤直接液化工艺是成熟的。,关键是通过工程开发，建成世界第一条新工艺工业示范生产线，取得工程经验。,发展重点是开发适合中国煤特点的、具有自主知识产权工艺，形成对大规模工程建设的技术支持能力。,谢 谢！,