大型煤化工主要技术工艺路线图-.doc

煤化工技术工艺路线图气 化 煤 气 净 气 合成气 氨合成 合成氨 甲醇合成 甲醇 甲醇产品 毛比尔法间接液化 汽油 费托合成间接液化 醋酐合成 液体燃料、化学品 醋酐、醋酸甲酯 直接液化 油品加工 工 液体燃料、化学品 炼 焦 焦炉煤气 煤焦油 焦炭 分离 粗苯 煤气 城市煤气 苯、甲苯、二甲苯 加工 萘、蒽、吡啶、酚 冶金焦 沥青、炭素制品 低 温 干 馏 石灰石 电石炉 电石 乙炔化学品 煤气 燃料气 低温煤焦油 加工 液体燃料、酚 半焦 无烟燃料、还原剂、气化原料 其它加工 褐煤蜡、活性炭分子筛 煤 煤 气 化 固定床块煤 常压固定床U.G.I炉、恩德炉 加压固定床鲁奇炉 温克勒炉、U-Gas炉、灰熔聚炉 干粉煤谢尔炉、GSP炉 水煤浆德士古炉 流化床碎煤 气流床粉煤 碳转化率低、能耗高、污染严重 碳转化率低、能耗高、操作困难 碳转化率高、气化强度大、环保好,但投资较高,适合于大型的煤化工基地应用 烯烃、醋酸、甲醛 产品投资参考①焦炭含甲醇配套项目约1200万元/万吨;②煤制甲醇约4000万元/万 吨; ③煤制乙烯约2亿元/万吨;④煤炭液化约1亿元/万吨指设备投 资。 以上是指大、中型项目的概略投资。 相关转化2吨煤生产1吨甲醇,附加值可提高8倍;3吨甲醇生产1吨聚烯烃,附加值可提高1倍。4-5吨煤液化1吨油。 液化反应器工 氢气制备工 煤浆制备工 煤制甲醇典型工艺路线图 备煤制浆或磨粉 煤气化 CO变换 热回收 空分 循环机 甲醇合成 合成气压缩 低温甲醇洗脱硫脱碳 硫回收 粗甲醇 精馏 甲醇产品 空分 氧气 煤 CO2 H2S 循环气 COH2OgCO2H2放热反应 渣 驰放气 1、合成甲醇的化学反应方程式 1、主反应 C O2H2C H3O H102.5K J/m o l 2、副反应 2CO4H2CH3OCH3H2O200.2 KJ/mol C O3H2C H4H2O115.6K J/m ol 4C O8H2C4H9O H3H2O49.62K J/m o l C O2H2C OH2O-42.9K J/m o l 2、甲醇合成气要求氢碳比fH2-CO2/COCO2≈2.052.10,由于煤炭气化所得到的水煤气CO含量较高,H2含量较低,因此水煤气须经脱硫、变换、脱碳调整气体组成,以达到甲醇合成气的要求。 3、CO变换反应 C OH2OgC O2H2放热反应 4、水煤气组分与甲醇合成气组分对比 气体种类 气体组分 CO H2CO2CH4 水煤气37.350.0 6.50.3甲醇合成气29.9067.6429.900.1 天然气制甲醇工艺流程图 天然气 压缩 精脱硫 蒸汽转化 压缩 粗甲醇 精馏 甲醇产品 部分氧化 空分 空气 甲醇合成 CH4H2OgCOH2 强吸热反应 1、合成甲醇的化学反应方程式 C H4H2OC H3O HH2 2、甲醇合成气要求氢碳比fH2-CO2/COCO2≈2.052.10,由于天然气甲烷含量较高,因此要对天然气进行蒸汽转化,生成以H2、CO和CO2位主要成分的转化气。由于蒸汽转化反应是强吸热反应,因此还要对天然气进行纯氧部分氧化以获取热量,使得蒸汽转化反应正常连续进行,最终达到甲醇合成气的要求。 3、蒸汽转化反应 C H4H2OgC OH2强吸热反应 4、纯氧部分氧化反应 2C H4O22C O4H235.6k J/m o l C H4O2C O22H2109.45k J/m ol C H4O2C O2H2O802.3k J/m ol 5、天然气组分与甲醇合成气组分对比 气体种类 气体组分 CO H2CO2CH4 天然气----------- 3.296.2甲醇合成气29.9067.6429.900.1 石油化工、煤炭化工产品方案对比生产烯烃 1000万吨 原油 300万吨石脑油 100万吨乙烯 50万吨丙烯 石油裂解 蒸馏分离 1000万吨 煤炭 600万吨甲醇 100万吨乙烯 100万吨丙烯 MTP、MTO 气化合成 聚烯烃 聚烯烃 以天然气或煤气为原料的MTO技术流程天然气 7亿立方 MTO 甲醇 50万吨/年 乙烯、丙烯 16.7万吨 丁烯 2.2万吨 1.0万吨 液化气 1.2万吨 水 28.9万吨 Methanol-to-Olefin 甲醇制低碳烯烃 以天然气或煤炭为原料的MTP技术流程丙烯24万吨 汽油 4万吨 液化气 2万吨 水 28万吨 100万吨 MTP 甲醇 50万吨 聚丙烯16万吨 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摄氏度、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。 煤直接液化技术研究始于上世纪初的德国,1927年在Leuna建成世界上第一个10万吨/年直接液化厂。19361943年间,德国先后建成11套直接液化装置,1944年总生产能力达到400万吨/年,为德国在第二次世界大战中提供了近三分之二的航空燃料和50的汽车及装甲车用油。第二次世界大战结束,美国、日本、法国、意大利及前苏联等国相继开展了煤直接液化技术研究。50年代后期,中东地区廉价石油的大量开发,使煤直接液化技术的发展处于停滞状态。1973年,爆发石油危机,煤炭液化技术重新活跃起来。德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺,其中研究工作重点是降低反应条件的苛刻度,从 而达到降低液化油生产成本的目的。目前不少国家已经完成了中间放大试验,为建立商业化示范厂奠定了基础。 世界上有代表性的煤直接液化工艺是德国的新液化IGOR工艺,美国的HTI工艺和日本的NEDOL工艺。这些新液化工艺的共同特点是煤炭液化的反应条件比老液化工艺大为缓和,生产成本有所降低,中间放大试验已经完成。目前还未出现工业化生产厂,主要原因是生产成本仍竞争不过廉价石油。今后的发展趋势是通过开发活性更高的催化剂和对煤进行顶处理以降低煤的灰分和惰性组分,进一步降低生产成本。 德国IGOR工艺 1981年,德国鲁尔煤矿公司和费巴石油公司对最早开发的煤加氢裂解为液体燃料的柏吉斯法进行了改进,建成日处理煤200吨的半工业试验装置,操作压力由原来的70兆帕降至30兆帕,反应温度450480摄氏度;固液分离改过滤、离心为真空闪蒸方法,将难以加氢的沥青烯留在残渣中气化制氢,轻油和中油产率可达50。 工艺特点把循环溶剂加氢和液化油提质加工与煤的直接液化串联在一套高压系统中,避免了分立流程物料降温降压又升温升压带来的能量损失,并在固定床催化剂上使二氧化碳和一氧化碳甲烷化,使碳的损失量降到最小。投资可节约20左右,并提高了能量效率。 美国HTI工艺 该工艺是在两段催化液化法和H-COAL工艺基础上发展起来的,采用近十年来开发的悬浮床反应器和HTI拥有专利的铁基催化剂。 工艺特点反应条件比较缓和,反应温度420450摄氏度,反应压力17兆帕;采用特殊的液体循环沸腾床反应器,达到全返混反应器模式;催化剂是采用HTI专利技术制备的铁系胶状高活性催化剂,用量少;在高温分离器后面串联有在线加氢固定床反应器,对液化油进行加氢精制;固液分离采用临界溶剂萃取的方法,从液化残渣中最大限度回收重质油,从而大幅度提高了液化油回收率。 日本的NEDOL工艺 19781983年,在日本政府的倡导下,日本钢管公司、住友金属工业公司和三菱重工业公司分别开发了三种直接液化工艺。所有的项目是由新能源产业技术机构NEDO负责实施的。1983年,所有的液化工艺以日产0.12.4t不同的规模进行了试验。新能源产业技术机构不再对每个工艺单独支持,相反将这三种工艺合并成NEDOL液化工艺,主要对次 烟煤和低阶烟煤进行液化。有20家公司合并组成了日本煤油有限公司， 负责设计、建造和经营一座250吨/天规模的小型试验厂。但是，该项目 于1987年由于资金问题**搁置。一座1t/d的工艺支持单元（PSU）按计 划于1988年安装投产，项目总投资3000万美元，由于各种原因该项目进 展的断断续续。1988年，该项目被重新规划，中试规模液化厂的生产能 力被重新设计为150t/d。新厂于1991年10月在鹿岛开工，于1996年初完 工。 从1997年3月1998年12月，日本又建成了5座液化厂。这5座液化厂对三 种不同品种的煤（印度尼西亚的Tanito Harum煤和Adaro煤以及日本的 Ikeshima煤）进行了液化，没有太大问题。液化过程获得了许多数据和 结果，如80天连续加煤成功运转，液化油的收率达到58wt（干基无灰 煤），煤浆的浓度达50，累计生产时间为6200小时。 俄罗斯FFI工艺 俄罗斯煤加氢液化工艺的特点为一是采用了自行开发的瞬间涡流仓煤 粉干燥技术，使煤发生热粉碎和气孔破裂，水分在很短的时间内降 到1.5～2％，并使煤的比表面积增加了数倍，有利于改善反应活性。该 技术主要适用于对含内在水分较高的褐煤进行干燥。二是采用了先进高 效的钼催化剂，即钼酸铵和三氧化二钼。催化剂添加量为0.02 ～0.05％，而且这种催化剂中的钼可以回收85～95％。三是针对高活性 褐煤，液化压力低，可降低建厂投资和运行费用，设备制造难度小。由 于采用了钼催化剂，俄罗斯高活性褐煤的液化反应压力可降低到6～10 兆帕，减少投资和动力消耗，降低成本，提高可靠性和安全性。但是对 烟煤液化，必须把压力提高。 煤炭直接液化工艺流程简图 煤浆制备单 氢气 循环氢气 尾气 水 液化油 残渣 循环溶剂 煤 催化剂 元 液化单元 分离单元 日本NEDOL直接液化工艺流程 液化反应器 分离器 常压蒸馏塔 减压蒸馏塔 溶剂加氢反应器 分离罐 氢气 燃料气 煤浆罐 煤 催化剂 轻质油 中质油 加氢石脑油 预热器 残渣 氢气 加氢循环溶剂 循环氢气 操作温度430465℃ 操作压力1719MPa 冷却减压 操作温度320400℃ 压力10MPa