煤气化技术的基本原理范例(3篇)
煤气化技术的基本原理范文
关键词：能源煤炭新疆煤化工煤气化
煤炭是我国的主要能源，是国民经济和社会发展不可缺少的物资基础。我国煤炭资源丰富，煤炭资源分布面积约60多万平方公里，占国土面积的6%。根据第三次全国煤炭资源预测与评价，全国煤炭资源总量5.57万亿吨，煤炭资源潜力巨大，煤炭资源总量居世界第一。已查明资源中精查资源量仅占25%，详查资源仅占17%。探明储量达到10202亿吨。其中可开采储量1891亿吨，占18%，人均占有量仅145吨，低于世界平均水平。国务院制订的《能源中长期发展规划纲要（2004-2022）》（草案）指出“要大力调整优化能源结构，坚持以煤炭为主体，电力为中心，油气和新能源全面发展的战略”。鉴于我国“多煤、贫油、少气”的特点，在今后一段相当长的时间内，能源结构仍然以煤炭为主，煤炭在一次能源消耗中占70%左右。2004年煤炭占我国一次能源生产的70%以上，在我国能源结构上占主要地位，有举足轻重的作用。
根据我国全面建设小康社会的需求，煤炭消费的趋势将有明显上升。在煤炭消费用户的构成中，电力、冶金、建材、化工4个行业煤炭消费量占煤炭消费总量从1990年的50%提高到2004年的84%，其中电力占51.8%，冶金11.64%，化工10.5%，建材10.06%。电力用煤的消费量从1990年占27%提高到2004年的51%，将近增长一倍。随着世界范围内石油资源的日益紧缺，石油价格的日益增长，使得人们将重点也转向了煤炭能源产业。与此同时，石油化工到煤化工的转型就成了煤化工发展当中的重点。
新疆是中国七大煤化工基地之一，作为拥有全国煤炭资源储量40%的能源战略重地，新疆理所当然地成为我国煤化工产业重点发展的战略高地。新疆煤炭资源不仅储量多，而且品质好，由于受运力限制，新疆的煤开采出来要运往华东很困难，就地发展煤化工是条合理的出路，因此，当地发展煤化工产业的潜力很大。新疆煤化工发展的最大动因是成本优势，虽然煤碳价格近年有所上涨，但涨幅明显低于国际市场的油价和气价的涨幅，而相应的产品价格却因国际接轨因素而大幅提高，从而使煤化工企业相关产品的毛利空间大幅提高，并推动了部分过去不具备技术经济可行性的项目跨过成本门槛，如煤炭的间接液化项目等。基于当前市场价格下，以原油、煤和天然气为原料的化工产品成本相比较，在国际市场产品价格大幅上扬的基础上，虽然国内煤、天然气等原料成本也大幅上扬，但其幅度明显弱于原油价格的涨幅，从而导致石油化工工艺在成本上明显处于劣势。相比之下，以煤为原料的煤化工产品在生产上具有更大的成本优势，因而成为相应石化产品最具竞争力的替代产品。同时，相比兰炭、PVC等传统煤化工产业，现在的煤制天然气、煤制烯烃、煤制油、煤制乙二醇等煤化工产业在生产工艺技术上也具备了可行性，得到各大投资商的青睐。
新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主，如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料（甲醇、二甲醚）等，它与能源、化工技术结合，可形成煤炭――能源化工一体化的新兴产业。其中就主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。其中，煤的气化技术是石油化工到煤化工的最关键技术。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。气化过程所产生的煤气经过净化分离以及成分调整以后就可以作为后续的化工原料合成气。之后的工艺流程就和石油化工的工艺流程类似了。
在新疆大力发展煤化工产业的同时，环境是不容忽视的一个问题，就拿煤制天然气项目为例，将煤气化处理得到含甲烷95的替代天然气，这一技术被视作为“富煤少气”中国解决资源现状问题的一把利刃，通过煤制气生产工艺技术不难发现，煤化工是高耗水产业，要保持煤化工企业正常运行，起码要有每小时上千吨新鲜水的供应。真正规模的煤化工企业，保证每小时2000―3000吨的用水量是必要的，建设煤化工项目一定要“量水而行”。类似的还有煤化工产业的三废排放对周边环境的影响问题。
煤气化技术的基本原理范文
关键词：煤制油技术现状发展
1前言
我国的自然资源存在富煤、贫油、少气的特点。相对于石油和燃气的储量，我国的煤储量较为丰富，能够占到世界煤储量的百分之十二，在世界排名前三。可见，我国是一个产煤大国，同时也是煤消费大国。而我国的石油可采资源量才占世界总储量的百分之二，天然气资源仅占百分之一。但是，石油时非常重要的资源，随着我国经济的迅速发展，我国对石油的需求量也逐渐增加，国内的石油产量已经不能够满足日益增长的需求。因此煤制油已经成为我国能源战略的一个非常重要的发展趋势。当前，我国全国各地都计划兴建煤制油项目，因此本文就煤制油技术在我国的发展状况进行了综述，希望对煤制油技术在我国的进一步发展有一定的推动作用。
2煤制油技术简介
当前，煤制油技术主要工艺有两种路线，一种是间接液化技术，另一种是直接液化技术。下面就这两种煤制油技术进行简单的介绍和对比。
2.1间接液化煤制油技术
间接液化煤制油技术主要是先将煤气化形成合成气，之后再将煤基合成气（CO、H2）为原料，通过加温和加压，将其催化合成烃类燃料油及化工原料和产品。间接液化煤制油技术工艺过程包括煤炭气化制取合成气、气体净化与交换、催化合成烃类产品以及产品分离和改制加工等工艺流程。根据合成温度的差异，间接液化煤制油技术还可以划分为高温合成和低温合成两种不同的工艺，二者得到的产品有一定的差异。通常，高温合成工艺得到的主要产品包括石脑油、丙烯、C14-C18烷烃、烯烃等，这些产物能够用作生产石化替代产品的原料，也能够加工成柴油、汽油等燃料。而低温合成工艺的主要产品则是航空煤油、柴油、LPG、蜡等产品。目前，研究相对较热的间接液化制油工艺主要有Sasol工艺、SHell的SMDS工艺、Syntroleum技术、Exxon的AGC-21技术、RentecH技术。其中Sasol浆态床、流化床、固定床工艺以及SHell的固定床工艺已经进入工业化阶段。
以典型的煤基F-T合成工艺为例简单介绍一下间接煤制油工艺的工艺流程。F-T合成工艺流程包括煤的气化剂煤气净化、变换和脱碳、F-T合成反应、油品加工等个步骤。原煤经过气化装置后气化成粗煤气，之后将粗煤气进行除尘、冷却等操作后，得到净化煤气，将净化煤气再经过耐硫变换和脱除酸性气体流程后得到合成气。之后，合成气就会进入到反应器当中，在一定温度和压力以及催化剂的催化下进行反映，将硫化氢和一氧化碳等直接转换为链烃、水和少量有机化合物。将生成物进行三相分离，之后进一步加工成所需的产品。间接煤制油工艺条件温和，转化率高等优势，但是也存在合成副产物较多，废水排放量大，煤消耗量大等缺点，因此还需要进一步的优化。
2.2直接液化煤制油工艺
直接液化煤制油工艺是指先将煤进行研磨，制成煤粉，之后再通过高温高压条件，在催化剂催化作用下加氢裂解，从而转化为液体燃油的过程。第一代直接液化煤制油工艺最早出现在二十世纪三十年代的德国，但是当时该工艺的条件要求十分苛刻，反应温度在470℃，反应压力在70Mpa。之后，世界各国相继开发了多种第二代直接液化煤制油工艺，例如美国的氢-煤法、供氢溶剂法、溶剂精练煤法等等。但是这些工艺还是存在一些缺陷与不足，随着科技的进步，许多国家已经开发出了第三代直接液化煤制油工艺，具有反应条件温和，转化率高，成本较低等优势，得到许多国家的认可。比较有代表性的有德国IGOR工艺、美国HTI工艺和日本NEDOL工艺，相对成熟可靠的就是德国IGOR工艺，转化率高达百分之九十七。
直接液化煤制油工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固液分离、气体净化、液体产品分馏和精制以及液化残渣气化制取氢气等流程。其中，加氢液化的重要环节就是氢气的制备。大规模的氢气制备通常要利用煤气化及天然气转化。在液化过程中，将煤、催化剂和循环油制成煤浆，再和氢气进行混合后送入反应器。在反应器中，首先将煤进行热解，从而生成自由基碎片，之后这些自由基碎片再与氢气在催化剂存在的条件下进行结合，从而形成分子量较低的加氢产物。之后再将这些产物加工成合格的汽油、柴油等产品。直接液化煤制油工艺具有转化率高，煤消耗量少的有点，但是该工艺还需要选择液化的煤的种类，原料煤中的氢含量要求高，水分和氧含量低，灰分含量低。除此之外，直接液化煤制油工艺化学反应条件也相对苛刻，液化生成物也很复杂，耗氢量大，因此需要进一步进行优化提高。
3煤制油技术在我国的应用于推广
近几年，由于燃料短缺和环境保护双重压力的影响，煤制油技术在我国的发展比较快，生产规模也在不断扩大，技术水平与质量也不断提高。但是在整车和发动机上的应用研究还相对落后。北京交通大学的胡准庆等人使用煤间接液化燃油工艺制备了煤制油，并且在一台ZS195单缸直喷式柴油机上进行了燃烧特性和排放特性的研究。结果表明，发动机燃用煤制油比0号柴油油耗低，热效率高，有害排放量也降低。从而证实煤制油是一种清洁能源。神华煤制油研究中心有限公司的直接液化煤制油工艺经过氢改质和改进剂加工后得到的十六烷值能够达到45以上，从而使得煤直接液化燃油在我国的大规模推广成为可能。2006年山西潞安矿业集团煤基合成油示范厂奠基。此厂“煤制油”技术是国家863项目和中科院创新工程重大项目的延续，其煤间接液化采用的浆态床反应器、油品加工装置和系统集成等技术，全部是我国科学家自主研制拥有完全自主知识产权。示范厂的规模为年产16万吨油品，主要产品为柴油、石脑油、LPG及少量混合醇燃料，从技术指标看，它将是世界上最洁净的煤液化燃料，不需经任何处理再加工就可直接作为汽车燃油使用，百公里油耗为4.5～5L，比一般汽车耗油可节省30%～40%。
4结束语
我国是煤炭大国，合理发展煤炭深加工具有重大的现实和长远的意义。我国石油资源短缺，国家油价逐渐攀升，因此以煤代油迫在眉睫，煤制油技术必然是我国能源战略中的重要发展趋势。发展煤制油工艺，一定要注意煤炭和石油市场价格的波动，注意技术的进一步改进以及环境友好型技术的开发，这样才能够使得煤制油产业在我国得到更好的发展，为我国创造更多的经济效益和社会效益。
参考文献
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[3]屈革荣.浅析我国煤间接液化技术开发现状及其发展前景[J].硅谷，2010（24）.
煤气化技术的基本原理范文篇3
国内现代煤化工产业概况及特点
目前我国煤化工产业有以下核心技术，如图1所示。图1现代煤化工产业方向1煤直接液化是将煤制成油煤浆，并在合适的温度及压力下催化加氢，生成液化油，加工成柴油、汽油及其他化工产品的技术。2煤间接液化是将煤气化，并制得合成气CO、H2等气体，然后通过F－T合成技术，得到发动机燃料油和其他化工产品的过程。3大型先进煤气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽/空气或氧气等发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。4一步法合成二甲醚技术是以合成气为原料通过一步法合成二甲醚的技术。该技术与甲醇为原料两步法制取二甲醚相比，具有效率高、生产成本低、工艺环节少的优点。二甲醚可以作为民用燃料替代LPG。也可以代替柴油用作发动机燃料。5煤化工联产系统是利用不同技术途径的优势和互补性，将不同工艺优化集成，如煤焦化与直接液化联产、F－T合成与甲醇合成联产。6以煤气化为核心的多联产系统是以煤、渣油、石油焦等为气化原料，生产的煤气作为合成液体燃料、化工品及发电的原料或燃料的过程。其中，煤直接液化是煤化工领域的高新技术，我国煤直接液化技术已完成基础研究，正在工程化开发之中，但是该项技术对煤质的要求相当挑剔，沙井子矿区煤炭的灰分、挥发分及煤的镜质组平均透光率均达不到要求，目前不具备发展条件。若发展其他工业路线，也存在三个问题。一是耗水量大。水资源是建设新型煤化工工程的重要基础条件。据调查目前煤化工技术的耗水量情况如下:生产一吨煤制烯烃的耗水量约为20t，煤制乙二醇耗水量约为9t，煤制二甲醚耗水量约为12t，煤制天然气(甲烷耗水量约为6t。二是建设资金投入巨大。据了解，煤气化制甲醇工艺转化过程中:2t煤生产1t甲醇;3t甲醇生产1t聚烯烃;4～5t煤液化1t油。煤化工大、中型项目的概略投资，焦炭(含甲醇配套项目:约1200万元/万t;煤制甲醇:约4000万元/万t;煤制乙烯:约2亿元/万t;煤炭液化:约1亿元/万t(仅指设备投资。三是技术及工程管理水平高。新型煤化工工程建设和生产运行是应用多领域高新技术和实施大规模工程相结合的复杂系统工程，工程管理和技术水平要求高，因此必须注重组织管理和培育高素质的技术队伍，实行先进、科学、高效的经营和管理模式。
环县沙井子矿区煤化工技术路线规划
综上所述，与煤制烯烃、煤制油、煤制乙二醇等技术相比，煤制天然气示范项目在经济合理的前提下，适度、规模化发展煤制天然气项目问题相对要少一些，沙井子矿区适合发展以煤制天然气为主的煤化工产业。其理由如下:1我国正处于经济发展的快速通道，天然气在我国能源消费中的地位必将越来越重要，同时在环境保护转变能源结构的大背景下天然气的消费将长期处于上升趋势。国家能源局对中国能源需求的预测显示:基准情景下2022年、2030年我国能源需求总量将分别达到44.3亿t标煤、54.3亿t标煤，如果届时天然气占一次能源的比例达到8%和10%，则2022年天然气需求量约为2900亿m3、2030年为4500亿m3。目前我国进口天然气的数量逐年增长，据预测，2015年之后，如果没有新增进口资源，2022年天然气供应将出现400亿m3左右的缺口。国际局势风云变幻，一定程度上会因为政治、资源、价格等多方面的原因对我国的能源供应构成风险，大力发展煤制天然气是我们实现能源自给的必由之路。2煤制天然气产业可以定位为洁净煤转化的“新兴能源产业”。该产业具有二氧化碳等温室气体排放量少、资源利用充分、能源利用率高等众多优势，成为煤化工产业未来发展的重要领域。据专家测算，“新兴煤化工产业”单位产品能耗往往要比传统煤化工降低20%以上，“三废”排放减少一半以上，如果加以科学设计与管理，还可实现“三废”的资源化利用甚至“零”排放。是未来我国解决能源和环境问题的一条现实途径，特别是对实现具备条件的偏远地区的煤炭资源转化具有重要意义，符合国家煤炭和电力发展要求，且属于鼓励项目。3据报道，目前20亿Nm3/a煤制天然气项目建设期投资144亿元，生产期成本1.07元/Nm3。随着天然气价格的不断上涨，将使煤制天然气项目具备成本低、具有较好的经济效益的特点，适合于沙井子矿区发展。4庆阳市水资源十分匮乏，环县更是干旱少雨的缺水地区，按照庆阳市水资源保护配置总体思路，庆阳市水务局全县内没有大的河流通过，编制的《甘肃省庆阳市水资源中长期利用规划》，对煤化工项目在内的能源化工产业水资源保障进行了统一规划。并将陕甘宁盐环定扬黄续建工程进行续建，可为环县、庆城工业用水提供战略资源。但是基于西部能源化工基地对水资源的大量需求，水资源依然是阻碍煤炭工业发展的瓶颈，耗水量小的煤化工工艺是首选。煤制天然气(甲烷耗水量是煤化工中耗水量最小的项目，相比较而言对陇东地区更适合。5专业人才有保障。华能集团作为国内大型能源企业集团，其总部设在庆阳市，有着众多的专业人才，可通过在国内招聘或与大型化工企业合作开发等形式，保障庆阳煤化工项目技术人才需求。另外，庆平两地的唯一高等院校陇东学院开办煤化工专业，旨在为陇东培养大批的高等技能型人才。庆阳市境内有多家化工企业，其中规模较大的有中石油庆阳石油炼化公司和原庆阳市化肥厂，庆阳石化公司有加工原油150万t/a的生产能力。在20世纪70－90年代，两户企业曾经分别兴建过7500t/a合成氨、3000t/a合成氨、6300t/a硝酸铵、12000t/a碳酸氢铵的生产线，两厂化肥产量最高年份达到2万多t，拥有化工行业工程众多的高中级专业技术人员。6技术水平有保障。沙井子矿区是新建矿区，现代化程度高，在考察配套煤化工项目时，均采用国内及国际上较为先进的煤化工工艺及设施设备及管理方式，能够满足此工艺的多项需求。7随着我国西气东输等管道工程项目的竣工，目前管网已经覆盖我国30个省市，陇东矿区发展煤制天然气项目可以就近接入国网、省网，管网投资较小。
本文作者：余岚工作单位：陇东学院能源工程学院
