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煤制甲醇工藝總結范文1

關鍵詞：醋酸工藝 技術分析 甲醇

甲醇是基礎有機化工生產的原料和產品，而且在變壓吸附制氫、情節燃料和生物技術等領域有著非常廣闊的應用前景。醋酸是一種非常重要的化工產品和化學中間體，可以用于生產多種下游的有機產品，與此同時也可以用作非常好的溶劑。發展大型煤制甲醇并且進行深度的加工，是煤化工業發展的必經道路之一。本文將以國內某個公司的實際生產流程為例子，對于所涉及的氣化、凈化、甲醇合成、醋酸合成、空分和CO分離技術進行細致的討論和分析。

一、生產流程概述

煤和空分的氧氣在氣化爐中制造得出了一氧化碳、氫氣和含量很高的粗煤氣。出氣爐中的粗煤氣的成為有三種：第一種是經過水蒸氣的變換，將部分的一氧化碳轉化成氫氣，合成甲醇合成時需要的氫碳比。第二種是和另一種粗煤氣混合，經過加熱和回收以后進入到凈化的程序中，將多出來的二氧化碳和硫化物脫除以后，就可以得到今春合成原料氣，合成后的粗甲醇精制過后就是甲醇產品。第三種是粗煤氣經過加熱回收和凈化之后，將分離出來的一氧化碳作為合成醋酸的原料氣，然后一氧化碳和精甲醇在催化劑的作用下合成了醋酸的原型，精制以后就可以得到醋酸產品。

二、關鍵技術的分析

1.氣化工藝的分析

目前一些大型的煤氣化技術中，最具代表性的有Shell粉煤加壓氣化、Texaco水煤漿氣化、Lurgi移動床加壓氣化和國內多噴嘴對置式水煤漿氣化技術四種。Texaco氣化技術和多噴嘴對置式新型氣化技術單臺爐的處理煤量很大，合成氣中的有效氣體（一氧化碳和氫氣）含量非常高，惰性組的成分很少，非常適合生產甲醇的原料氣，而且煤種的只用范圍非常寬泛，環境污染很小，投資的資金也很低廉。假如說我們按照年產20萬噸的醋酸汁和20萬噸的甲醇，那么合成氣中的氫氣和一氧化碳的比例為1.50。而Texaco及多噴嘴技術約為0.80，Shell的比例為0.50，因此采用Texaco和多噴嘴新型氣化技術可以很好的減少變化的負荷，而且可以避免氮氣含量過高對后系統的影響。

多噴嘴對置式水煤漿氣化技術是世界上最先進的氣流床氣化技術之一，多年來，經過科研、設計和生產等多個環節的技術攻關，技術日臻成熟，在國內已大量應用于工業化生產，同時該技術已走出國門，為美國一家石化公司提供氣化技術。該技術將城市煤氣、潔凈發電和供熱、液體燃料等清潔能源產品的生產與碳化學深加工相結合，尤其適用于生產開發甲醇、甲醛、甲胺等碳一系列產品，以及醋酸、二甲醚、DMF、DMC、合成油等一系列產品，從而形成以水煤漿氣化為樹干的產品樹。

2.凈化工藝的分析

采用水煤漿氣化生產的粗煤氣當中，除了含有一氧化碳、二氧化碳和氫氣之外，還有少量的氮氣、二氧化氫以及微量的氨、氯等成分。氯、重金屬和硫化物等都是必須去除的有毒氣體。從國內外煤氣化裝置采用的脫除酸性氣體的工藝技術來看，低溫甲醇洗工藝和NHD工藝是較為常見的工藝技術。兩種工藝技術都屬于物理吸收法。低溫甲醇洗工藝在國外主要有魯奇和林德兩種工藝流程，而且兩者在基本的原理上沒有太大的差別，而且技術方面都已經成熟，但是專利技術和設備的設計方面還是各具特色的。國內大連理工大學經過將近25年的研究，研究出了具有自主知識產權的低溫甲醇洗工藝。這項技術采用的是六塔流程，和林德的工藝非常相近。但是設備的投資量和冷負荷都比林德工藝低13%左右。所以，采用國內的低溫甲醇工藝技術將合成氣凈化，更加經濟

3.甲醇合成工藝的分析

甲醇合成工藝的核心技術是甲醇合成反應器，國外合成的反應器多種多樣，已經形成了適應各種要求的系列產品。國內自主研發方面，主要負責的公司是杭州林達化工技術工程公司的低壓均溫合成甲醇反應器，和華東理工大學的低壓甲醇反應器兩種。目前國內外在建的和生產的甲醇裝置大部分采用的是低壓法技術。低壓法和中高壓法相比較，具有耗能低、成本低和產品質量優秀等特點。上海的焦化有限公司在20萬噸的甲醇設備中，運用的工藝技術就是華東理工大學設計的合成塔，而且已經建成投產使用數十年之久，設備的運行狀況一切正常。所以，選用低壓法的絕熱-管殼外冷復合型列管式合成塔（華東理工大學設計方案）進行甲醇的合成，是非常適合、經濟的工藝技術。

4.醋酸工藝的分析

甲醇低壓羰基合成醋酸技術是當前最先進的醋酸生產工藝，主要工藝路線包括：美國孟山都公司的甲醇低壓羰基合成醋酸工藝技術、英國BP公司的Cativa甲醇羰基合成醋酸工藝技術、美國塞拉尼斯公司的AO工藝、我國西南化工研究設計院開發的蒸發流程等。自主知識產權的醋酸生產工藝技術已經在國內兗礦、天堿等企業成功使用，目前國內企業正著力于新工藝的技術改造，單套裝置產能不斷提升，消耗與成本有效降低，生產技術日趨完善提升。

5.CO分離工藝的分析

粗煤氣的凈化中有部分需要分離出一氧化碳成為合成醋酸的原料氣，而目前的分離方法有深冷分離法和變壓吸附法兩種。第一種：深冷分離法。這項工藝可靠、成熟，而且工藝極其簡單，占地面積小，可以同時制造兩種以上的高純度氣體，非常適合高壓環境下對一氧化碳的分離。但是唯一的缺點就是必須去除原料氣中二氧化碳和水，而且要求的密度標準非常苛刻。第二種：變壓吸附法。可以在環境溫度下面進行，但是缺點非常明顯。第一，分離過程非常復雜，需要兩套PSA的設備，才可以把一氧化碳的純度提高到95%，而且回收率是65%，因為裝置PSA設備規模受到一定的限制。第二，對原料氣的要求也很高。當原料氣中體積分數達到1.2%的時候，一氧化碳的純度最多達到95%。如果原料氣中的一氧化碳濃度很低的話，那么相對應的回收率也會降低。兩種方法相比較，如果粗煤氣采用的是低溫甲醇洗法凈化的話，而且采用深冷法進行一氧化碳的分離，效果會更加顯著

總結：煤制甲醇聯產醋酸是煤用作清潔劑的重要途徑之一，在煤炭及其豐富的地區建立這個項目，不單單可以合理的利用現有的資源，還可以帶動地方經濟的高速發展。本文通過對氣化、凈化、甲醇合成、醋酸合成、空分和CO分離等一些關鍵技術分析，以及國內外相互對比的結果可以看出來，國外的技術遠早于國內的技術，而且已經相當成熟。但是國內的發展也非常迅速，許多關鍵性的技術已經成熟，而且得到了工業化應用的認可。所以，在選擇相關工藝技術的時候，建議企業結合地區資源的實際情況和特點，除了引進國外的先進設備以外，盡可能的使用國內已經成熟的工藝技術。

參考文獻

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[3]汪家銘.低溫甲醇洗凈化工藝的技術進展及應用概況[J].化肥設計，2010，（11）：125-128.

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煤制甲醇工藝總結范文2

關鍵詞：煤化工；CO2；減排

中圖分類號：

TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2013）17019401

，現在環境中的溫室氣體溶度顯著增加，全球變暖的趨勢變得明顯，各個國家正在采取防治措施，因為溫室氣體中最多的是CO2，所以要控制溫室效應就要先減少CO2的排放，要注重開發減排技術。目前我國的煤化工發展迅速，很多公司中的工藝流程是煤制甲醇和煤制油，但是這種工藝流程在運作的過程中會產生大量的CO2廢氣。煤化工的發展是符合我國煤炭多石油少的結構特點，煤化工的發展可以減輕我國對石油的依賴，使用非常先進的煤炭處理技術和污染治理技術，能夠降低廢氣對環境造成污染。但是在煤化工的發展過程當中，也出現了二氧化碳廢氣的排放問題。我國是一個能源消耗大國，因此就需要進行節能減排，煤化工在進行生產的同時也需要考慮如何減少CO2的排放。

1煤化工過程中CO2排放研究

1.1直接液化產生的CO2

煤直接液化就是把煤和氫氣放置在一起，加壓和高溫的條件下面發生反應，煤炭就會直接轉化為成品油。在煤炭當中含有氧，反應環境中含有很高純度的氫氣，反應生成了水，通過通道排除反應體系。直接液化過程當中產生的二氧化碳比較少，比如說上海神華公司PSU裝置上產生的二氧化碳不足百分之二，而該公司在美國的PSU裝置上產生的二氧化碳只有0.34%，這就意味著每生產一噸油就會產生兩噸的二氧化碳。

1.2間接液化產生的CO2

煤間接液化也就是需要分步進行，先是把煤氣化，然后再合成，最后進行精煉。在這三個過程當中，主要是氣化和合成這兩個步驟會產生二氧化碳，因為在進行氣化的時候需要加入氧氣和水蒸氣。煤炭和氧氣反應會生成CO2，CO和水蒸氣反應生成氫氣和CO2。在這兩個過程當中產生了大量的副產物CO2。通過計算可以知道大約每生產1噸的油就會附帶3噸的二氧化碳。

1.3生產甲醇過程產生的CO2

煤制造甲醇是一個復雜的過程，其中包括了煤的氣化、凈化合成氣，還有合成甲醇等過程，當共同存在氧氣和水蒸氣的時候，煤會發生下面的反應：

在甲醇的生產過程當中需要嚴格控制原料的配比，而煤氣化過程當中獲得的氣體配比不符合需求配比，這就需要一部分的CO通過反應轉化為氫氣和二氧化碳，這樣就可以滿足甲醇生產的要求，但是出現了副產物CO2，大部分的副產物都是在對合成氣進行凈化的時候除去。

1.4生產烯烴產生的CO2

煤制造烯烴其實就是在制造甲醇的過程當中加入一個過程——甲醇制備烯烴。煤制備烯烴過程中主要是煤氣化和制備甲醇的過程會產生副產物CO2。因為生產烯烴的時候會產生甲醇，這樣就可以按照產生的甲醇來衡量排放的CO2，可以知道每產生1噸的甲醇就會產生2噸的CO2。

至2020年，我國煤制造業的產量能將是每年三千萬噸，通過煤生產的烯烴能夠達到800萬噸，每年通過煤生產的甲醇的產量為六千萬噸。通過對各條生產線進行統計分析，如果按照上面的產量計算，將會產生兩億噸的CO2。

2生產工藝改進減排

2.1煤氣化技術的選擇

煤氣化的過程中可以使用CO2來替代N2來進行傳輸，作為載體的二氧化碳就來自排放的廢氣，所以用二氧化碳作為載體能夠在一定程度上減少CO2的排放。煤和富含氫氣的氣體共同氣化可以提高合成氣中的氫碳比例，合成氣中的氫碳比例提高能夠降低工藝的能量消耗，從而降低CO2的排放。現在很多，煤化工廠把富含氫氣的氣體直接燃燒，這樣就大大浪費了氫氣資源，合氣技術能夠加大對富氫氣的利用效率，這樣就可以降低工藝流程中產生的CO2。

2.2工藝流程優化改進

對煤化工的工藝流程進行優化改進，充分利用多余的氫能源，這也可以減少CO2的排放。比如說在制備甲醇的過程當中，N2會積累在反應器中，這就會降低反應器的效率。在合成的過程當中還會形成一股馳放氣，這樣才能夠保證合成系統處于動態平衡中。馳放氣中含有很多的氫氣，一般是進行燃燒處理，這樣既浪費了大量的氫資源，可以用膜分離來回收氫氣，重復利用，這樣就能夠降低能耗，從而減少溫室氣體CO2的排放。

3二氧化碳的減排方法

目前減少CO2排放的方法主要有三種，分別是存儲、循環利用術和化學轉化。這三種方法中的存儲和循環利用并不能夠減少排放CO2的總量，只有通過化學方法轉化CO2才能夠減少排放量，這樣才能夠生產出附加值高的油代產品。

3.1存儲技術

存儲技術主要是收集CO2廢氣，然后進行分離和壓縮，然后把它們輸送到地下，存儲在地殼中，這樣就能夠和大氣隔絕，在一段時間里面減少排放的二氧化碳量。從理論上來說，CO2是可以在一段時間里面被存儲在地下，不會和大氣混合到一起。向油田里面注入CO2，這樣可以提高煤層氣的回采率。現在世界上正在研究這種技術的項目有八十多個，目前世界上最大存儲CO2的量每年能達到100萬噸。這種方法可能帶來負面的影響，二氧化碳會形成一個酸性的環境，酸性環境會溶解重金屬和污染物，這樣水質就受到了嚴重的污染。

3.2循環利用

CO2的循環利用就是運用它的特性來進行它的循環使用，比如說制作干冰、滅火器等，這些制造技術也較為成熟，而且已經廣泛運用。現在比較流行的一種技術是CO2超臨界萃取技術，這種技術簡單方便。二氧化碳用作超臨界萃取劑的時候比較容易獲得，而且十分穩定，安全無毒。使用超臨界的CO2來代替氟利昂，用二氧化碳制冷的效果要差一點，但是它的制熱效果比較好。現在車用二氧化碳空調的技術已經成熟，還有就是使用CO2來代替N2來進行煤粉的運輸，一些CO2還可以作為氣化劑，這樣合成氣就更加容易制備甲醇、烯烴等產品。還可以二氧化碳還可以制作煤漿，這是一種全新的能源。煤粉在CO2中的質量分數能夠達到百分之七十五，水煤漿中的煤粉含量只有百分之五十。這樣運送的煤變多，使用的管道就可以更加細，傳輸的動力就能夠更加少，而且還可以降低對水的需求。

3.3化學轉化

化學轉化意味著吧二氧化碳轉化為其它的物質再進行利用，這樣就能夠提高氫原子的經濟性。比如說通過植物的光合轉化CO2，還有把CO2作為原料來制備碳酸鹽和水楊酸等。光合作用的效果十分明顯，一年植物可以把三百萬噸的二氧化碳轉化為兩百萬噸的有機物。這樣就保護了大氣的環境。使用二氧化碳肥料來種植蔬菜，不僅可以消耗排放的CO2，而且還能夠使得植物旺盛生長。現在較為熱門的是用二氧化碳制備可以降解的塑料，但是這種方法的效率比較低，這使得不太容易進行大規模生產。使用CO2來制備可以降解的塑料，這樣可以保護環境。除了制備可降解塑料，還有一些研究把二氧化碳轉變為甲醇、烴類等產品，這樣產品的附加值就會變高。

4總結

我國的經濟發展迅速，短時間里面排放的CO2變多。通過技術轉化CO2，能夠從根本上消耗排放的CO2，但是一些技術還存在一定的限制，所以現在還不能夠大規模依靠轉化技術來消耗排放的CO2。存儲技術則能夠在很短的時間里面存儲大量排放的CO2，而且技術也較為成熟。在煤化工生產的過程中，加大對二氧化碳排放的關注，多植樹造林吸收CO2。

參考文獻

[1]王健.煤化工產業面臨的CO2排放問題及對策[J].煤炭加工與綜合利用，2009，（6）：3437.

[2]勞旺梅.煤化工過程中CO2減排技術探討[J].煤炭技術，2013，32（4）：227229.

煤制甲醇工藝總結范文3

[關鍵詞]煤化工，CO2排放，減排措施

CO2是目前最主要的溫室氣體，溫室氣體的大量排放會導致全球氣候變暖，從而給人類的生產活動帶來不可預知的災難。于1997年通過的《京都議定書》規定各發達國家必須在2008年到2012年間將CO2排放量消減到1990年以前的水平，為此，許多工業化發達國家加大了對CO2捕集和處理技術的研究力度。目前我國的CO2排放量已高居世界第二位，雖然現階段對發展中國家尚未提出減排要求，但我國近年來CO2排放量的快速增長將使我國不得不面對越來越大的國際壓力。

2006年，我國原油進口量超過1.4億t，原油對外依存度達44%左右。我國擁有較為豐富的煤炭資源，煤炭保有儲量超過1萬億t，發展煤化工產業將成為今后一段時期內我國化工行業的重點和熱點。我國國民經濟和社會發展“十一五”規劃綱要中明確指出，要“發展煤化工，開發煤基液體燃料，有序推進煤炭液化示范工程建設，促進煤炭深度加工轉化”。近期國家發改委組織編制了《煤化工產業中長期發展規劃(征求意見稿)》，明確我國將建成七大煤化工產業區，從2006年至2020年，我國煤化工總計投資將超過1萬億元。

發展煤化工符合我國多煤少油的能源結構特點，可有效緩解國內對進口原油的依賴程度，同時采用先進的潔凈煤技術及污染物處理技術，通過集中處理的方式，可有效減少污染物的排放，相比傳統的煤直接燃燒方式，可大大降低對環境的污染。

然而，發展煤化工產業也面臨CO2排放的問題，從煤炭和石油的元素組成來看，煤的氫／碳原子比在0.2-1.0之間，而石油的氫／碳原子比達1.6～2.0，以煤替代石油生產傳統的石油化工產品的過程一般都伴隨著氫／碳原子比的調整.從而排放大量的CO2。以下對煤直接液化、間接液化、煤制烯烴等新型煤化工技術過程中的CO2排放問題進行分析。

1、煤直接液化過程中的CO2排放

直接液化是把固體狀態的煤在高壓和一定溫度下直接與氫氣反應，使煤炭直接轉化成液體油品的工藝技術。見圖1。從反應過程來看，反應系統中的氧主要來自煤中氧，反應環境氫氣純度較高(氫氣純度>80%)，反應后氧主要以水中氧的形式排出體系，CO2產率較低。神華上灣煤在日本NEDOL工藝1t／dPSU裝置上的CO2產率(daf煤為原料)約為2%，在美國HTI工藝PDU裝置上的CO2產率(daf煤為原料)為0.34%。

據估計，煤炭直接液化項目的CO2排放量，每噸液化粗油約為2.1t(此數據不包括燃料排放部分)。

2、煤間接液化過程中的CO2排放

煤間接液化工藝主要由三大步驟組成：第一是煤的氣化；第二是合成；第三是精煉(見圖2)。煤間接液化過程中的CO2主要來自氣化和合成兩步。在煤的氣化過程中，需要加入氧氣和水蒸氣作為氣化劑，因此存在以下的CO2生成反應：

C+O2=CO2

CO+H2O=CO2+H2

在合成步驟中，CO2是主要副產物之一，主要來自：

水煤氣變換反應

CO+H2O=CO2+H2

采用鐵基催化劑的F-T合成反應：

2CO+H2=—CH2—+CO2

甲烷化反應

2CO+2H2=CH4+CO2

歧化反應

2CO=C+CO2

煤間接液化過程生產每噸液化產品的CO2排放量約為3.3t(此數據不包括燃料排放部分)。

3、煤制烯烴過程中的CO2排放

煤制烯烴過程包括煤氣化、合成氣凈化、甲醇合成及甲醇制烯烴四項核心技術(見圖3)。煤制烯烴過程中的CO2主要來自煤氣化過程，煤氣化過程CO2的產生與前述間接液化類似，煤在氧氣和水蒸氣存在的條件下，發生以下的CO2生成反應：

另外，甲醇合成過程要求原料氣中的H2和CO的摩爾比接近2：1，而煤氣化過程獲得的氣體中H2／CO摩爾比小于2，需要將一部分CO通過水煤氣變換反應生成H2和CO2以滿足甲醇合成的要求，這樣又會有部分CO2生成。除少量的CO2(占原料氣體總量的3%左右)參與甲醇合成反應外，大部分CO2在合成氣凈化過程中被脫除而進行排放。煤制烯烴過程的CO2排放量按每噸中間產品甲醇計：約2t，按每噸最終產品烯烴計算：約6t(此數據不包括燃料排放部分)。

4、發展煤化工面臨較大的CO2排放壓力

根據國家發改委《煤化工產業中長期發展規劃》(征求意見稿)的初步規劃，到2020年煤制油的發展規模將達到3000萬t／a，煤制烯烴規模將達到800萬t／a，煤制甲醇將超過6000萬t／a(含煤制烯烴所需甲醇用量)。按照各種煤化工工藝路線的平均CO2排放量進行估算，屆時生產上述煤化工產品所排放的CO2將超過2億t，因此發展煤化工產業面臨較大的CO2排放壓力。

5、CO2治理技術

目前的CO2治理技術可歸納為以下三個方面：(1)CO2儲存技術；(2)CO2轉化技術；(3)CO2循環利用技術。在以上三個方面的治理技術中，(1)和(3)并不能減少CO2的總量，但能阻止和延緩CO2對大氣環境的影響，而(2)則可以通過把CO2轉化為其他物質來減少CO2的總量。下面分別對以上三個方面的CO2治理技術作簡要介紹。

5.1、CO2儲存技術

CO2儲存技術是通過對CCO2進行收集、分離和壓縮，然后通過管道，在動力的作用下，送人地下或海底，儲存在地質構造中，使之在相當長的時間內與大氣隔絕，從而起到控制大氣中CO2濃度的目的。

目前，在研究或已采用的用于儲存CO2的主要地質體包括：(1)開采的和不經濟的或耗竭的油氣儲；(2)深部不可開采煤層；(3)陸上或海上深部咸水儲集層；(4)海洋。

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氣田、油田和深部煤層作為常規的地質圈閉，從理論上說能夠在足夠長的時間內保持隔離狀態，不被釋放到大氣中去。并且通過向耗竭的油氣田和不可開采的煤層注入CO2，可以提高耗竭油氣田和煤層氣的回采率。目前世界上有此類研究項目約70多個。實踐經驗表明，注入CO2大約可以增加油田產量10%-15%，我國遼河油田注入性質類似的煙道氣，也取得了良好的效果。

利用陸上或海上深部鹵水層儲集CO2時，由于鹵水層中富含各種金屬離子，從而存在CO2與金屬離子反應生成碳酸鹽沉淀，實現地下固定CO2的可能性。目前世界上最大的CO2捕集與儲存項目，就是在挪威開展的每年將100萬tCO2注入到在挪威北海海域中部深約900m處的砂巖鹵水層中。

海洋儲存是指將CO2注入海洋，在較深水位下，形成固態的CO2水合物的儲存方式。目前這種方式尚處于探索階段。

但是CO2的地下儲存可能存在以下負面影響，需要進行深入研究，以避免負面影響的出現：(1)CO2逃逸進人大氣環境，導致大氣環境迅速惡化；(2)CO2形成的酸性環境使許多重金屬元素及其他污染物溶解在水體中并隨著CO2的泄漏污染地下水質；(3)誘發地震活動；(4)引起地面沉降或升高。

5.2、CO2轉化及固定化技術

CO2轉化或固定化技術是指利用CO2的化學性質，將其轉化為其他物質進行資源再利用或固定到其他物體中的技術，其中最有代表性的是通過植物的光合作用吸收CO2。

光合作用是地球上維持生命的重大過程，地球上每分鐘大約有300萬tCO2和110萬t水被光合作用轉化為210萬t氧和200萬t的有機物。因此，增加地球植被是保護大氣環境的重要手段。

此外，在大棚養殖中利用CO2作為肥料，既能促進蔬菜的生長，又消耗掉了人類排放出的CO2。研究表明，使植物吸收CO2的量超過平常值的2～3倍，不僅對人體沒有危害，植物卻可因此增產20%—43%。在荷蘭南部，一些農民開始利用煉油廠排放的工業CO2種植蔬菜和鮮花，取得很好的效果，該煉油廠目前每年向500家用戶提供約17萬t工業CO2。

用CO2制可降解塑料是CO2綜合利用技術的另一開發熱點。CO2降解塑料可用于一次性包裝材料、餐具、保鮮材料、一次性醫用材料、地膜等方面。利用這一技術生產的降解塑料屬完全生物降解塑料類，可在自然環境中完全降解，避免了傳統塑料產品對環境的二次污染。但目前，受合成效率低的瓶頸制約，在國外只有美國、日本和韓國等少數國家形成了年產萬噸級的生產規模，在我國，開展這項工作的研究單位主要有：中科院長春應用化學研究所、中科院廣州化學所、吉化研究院、浙江大學等，中科院長春應用化學研究所和中科院廣州化學所還建有千噸級的生產裝置。利用CO2合成可降解塑料具有重要的環保意義，但工業化大規模生產可降解塑料的實現還有待于開發出高效的合成催化劑。

除了CO2制可降解塑料技術外，近幾年來，關于CO2催化轉換生成甲醇、二甲醚、烴類、合成氣等基礎化工原料，以及轉換為以碳酸二甲酯為代表的酯類、羧酸、廳—甲酰苯胺等多種高附加值產品的新催化合成技術的研究開發也十分活躍。

5.3、CO2循環利用技術

CO2循環利用技術是指利用CO2的物理特性來實現CO2的資源化利用的技術，如用CO2制作干冰、滅火劑、制冷劑、食品添加劑及超臨界萃取劑等。

目前，CO2主要用在食品行業。在美國，CO2消費量的46.8%用于食品的保鮮冷卻、冷藏和惰化，19.5%用于飲料碳酸化；在西歐，68%的CO2用于飲料碳酸化和食品加工。在我國，預計在5年內對食品級CO2的需求將達到1000萬t以上。此外，CO2在氣體保護焊接、煉鋼、冷凍、油氣井操作等行業有廣泛應用。

CO2超臨界萃取技術是國內外正在發展的一種新型的CO2利用技術。超臨界流體萃取技術萃取效率高、萃取劑易分離回收、操作方便、工藝流程短、耗時少，而CO2作為超臨界萃取劑，具有臨界條件容易達到，化學性質穩定，無色無味無毒，安全性好，價格便宜，容易獲得等優點。目前CO2超臨界萃取技術的研究主要集中在從天然藥物或天然香料中提取高附加值的熱敏性有效成分方面。

CO2利用技術的另一研究熱點是采用跨臨界CO2取代氟利昂作為空調介質。CO2的臨界壓力是7.3MPa，臨界溫度為31℃，其臨界溫度正好在日常空調運行可以接受的范圍內，跨臨界循環時，CO2在壓縮機出口側達到超臨界條件，經過節流管降壓后，超臨界CO2回到亞臨界狀態，吸熱蒸發.帶走環境熱量。在跨臨界循環中，由于超臨界流體的特殊性質，其冷凝過程中沒有氣液相變，而只有“冷卻”過程，因此其制冷效率比傳統的氟利昂工質要差一些，但其制熱效率則相對較高，并且由于超臨界流體比熱大的特點，故對于給定的熱負荷，CO2空調系統所需的工質用量有可能比其他工質少得多，管道面積相應減少。跨臨界CO2空調系統的壓縮機和耐高壓系統的研制是降低成本和提高熱效率的關鍵。目前車用CO2空調技術已相對比較成熟。

6、CO2綜合治理技術比較

表1從CO2處理能力、技術進展階段、技術開發瓶頸、技術成本幾方面對以上技術進行了比較。從表中可以看出，就技術的環保性來說，利用植物的光合作用轉化CO2利用的是取之不盡的太陽能，并將碳固定在植物體內，轉化為對植物生長有利的物質，釋放出人類生存必須的氧氣。但植物的光合作用反應速率較低，地球植被不能滿足實現CO2減排的需要；從技術的成熟度來說，將CO2作為保鮮劑、食品添加劑的利用技術較成熟，但市場需求總量較小，CO2利用量很低；而可降解塑料的市場需求量雖然較大，但目前的CO2轉化技術路線合成效率低，成本高，大規模的工業化技術路線還有待開發。比較而言，CO2儲存技術在CO2處理量上占有絕對優勢，且利用油氣儲和煤層儲的技術已較成熟，不僅對CO2的處理量大，而且能創造部分經濟價值，是CO2實現資源化利用前的最好的處理方式。尤其對于煤化工CO2排放問題來說，企業主要集中在煤礦坑口附近，開展枯竭煤層儲存CO2的研究具有地質條件和經濟優勢。

煤制甲醇工藝總結范文4

[關鍵詞]煤化工；潔凈技術；現狀分析；對策建議

中圖分類號：TP303 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）20-0398-01

1、 煤炭的重要性

從統計的數據來看，煤炭在一次能源中占據著很大的比例，并且這種比例，長時間內不會發生太大的變化。在我國能源的供給中，煤炭的位置僅次于石油的地位。雖然近年來，我國出現了許多的新型能源，這些新型能源雖然改變了能源的布局情況，但是在我國北方地區，煤炭依然占據著很重要的位置。現在面臨的一個問題是煤炭在能源消費出現了下降的趨向。因此，研究煤化工和潔凈技術就顯得十分必要。

2、新一代煤化工和潔凈技術利用現狀分析

2.1 煤化工的含義和特征

煤化工顧名思義就是將煤為基礎材料變換成氣體、液體等等過程。我們之前了解的煤化工是煤的氣化、液化等等過程的產物，而現在在這個基礎上又補充了一些內容諸如還可以通過氧化、溶劑處理得到的材料等等。

新一代煤化工的技術的概念就是以煤氣化為主導，一碳化學作為輔助材料，然后制成各種產品的工藝。

煤化工的特點根據煤的變化而進行變化，但一般有以下特征：涉及到的專業較多（地質勘查專業、化學專業）；涉及到的工藝較多；由于其復雜性，涉及到的成本較大。但是，新一代的煤化工具有著自己獨特的優點和優勢。新一代煤化工技術的比較明顯的特色就是能源上的綜合優化，與周圍環境和諧發展。

2.2 潔凈煤技術的含義及其范圍

潔凈煤技術最早提出來是為了酸雨的治理。潔凈煤技術顧名思義就是在煤的加工過程中，能夠使其效率提高，不污染環境，達到最有效果的技術。因此，通過定義可以得出，潔凈煤技術污染程度低、技術較為新穎。在操作方面，技術可以分成開采方面、提前處理方面、控制方面、發電方面、利用效率方面的等等。

總的來說，潔煤技術從開始到結束所有的過程中都是較為合理和環保的即潔凈消費。所以，新一代煤化工和潔凈技術可以歸咎到這個里面。

2.3 目前新一代煤化工和潔凈技術的問題

從國外的研究情況來看，新一代煤化工發展并不是很快。而現在它的特點和優點正好是我們目前整個世界背景下所需要的。這些技術的應用都是以化學專業相關為背景然后解決實際中的問題。這項研究是從1983年開始的，現在形成比較成熟的系統技術有配煤燃燒專家系統，先進煤精制過程，溫和煤氣化項目，煤制液體甲醇/二甲醇工藝等等。

從國內的現狀來看，主要包括兩部分，一部分為成就，另一部分為缺點。在成就里面講述到的內容有原有的煤化工的技術的產品量在不斷提高尤其是煤氣化工藝，所帶來的產量年年提高；煤基一碳化工工藝的發展有了很大的進步，醋酸纖維的能力有所提高以及從甲醇里面得出其他有機物的工藝也取得了顯著性進步；在原有的基礎上，又借鑒了比較新的煤炭技術諸如灰熔聚氣化技術等等；潔凈煤技術能夠對我國的環境以及國家的長期發展都會有重要的影響，現在在我國，已經把潔凈煤技術劃入到我國發展的重要技術之中；并且國家已經相應的一些高校把重心轉移到該技術的研究之上，也在著力培養一批專業的潔凈煤技術的相關人員；最后，我們在這些技術方面已經形成了一些較為成熟的模型諸如PDAS模型等等。從我國的目前形勢來看，仍然存在著許多方面的不足：紙上談兵，一些規劃只是出現在口頭上，而并沒進行落實；在該領域研究出來的成果數不勝數，可是能真正落實到實踐中去的微乎其微；從國外借鑒別人的技術數不勝數，可是屬于自己的真正技術特別少，并且即使在有的情況下，這些技術并不是成熟。

3、新一代煤化工和潔凈技術對策建議

3.1 從我國的現有狀況得出

從目前的形勢看出，新一代煤化工和潔凈技術的發展必須依靠真實的原材料。一旦材料或者資源上存在問題，那么該項技術的發展出現錯誤。對于出現錯誤的，一定要認真總結，吸取教訓。新一代煤化工和潔凈技術在發展過程中也必須的遵守一些規則即效益、生產技術方面的主要性等等。它往往涉及到的東西有以下幾部分組成：對于技術的評價必須要看其是否符合我國的現有背景，在選擇技術上盡量要成熟、較為先進最重要的是能夠運行等等。在該方法上要盡量丟棄那些污染技術程度較高的技術，可能它符合國家的標準以及相關方面的要求，但是盡量不要再使用，另外，在技術的考核方面還需要結合著我國的現有的狀況諸如資源方面的情況以及國家政策方面的要求等等。在新一代煤化工和潔凈技術的選擇上，要考慮其經濟性，并且要進行合理地計劃。在技術上一定要持續不斷地進行科研，并且要秉著長期不斷地創新的原則，一定要側重于基礎方面的研究，并且還要側重于其創新，要達到這方面的相應的條件必須有建立相應的體系以及相應的管理制度以及有一套相應的高素質員工的隊伍。在整個煤化工的技術中，煤氣化是特別重要的內容。在該項技術中，煤氣化需要重視，并且在該方面的投資上需要加大力度。

3.2 側重于較為重要的內容

我國能源技術未來走向的趨勢是和諧、成本低、多元化、切實可行的，有創新性。所以新一代煤化工和潔凈技術的發展的重要的內容包括以下幾點：在節約資源以及保護環境方面，盡量使該項技術達到污染環境的最低限水平，并且要保證其高效率的運轉；在發展上面盡量使用一些有機物的燃料的，并且盡量擴大其應用；盡量使煤化工的工藝含量高些；在發展上提倡多元化的項目；在能源材料的科研上盡量使其能夠滿足各種各樣的條件諸如高溫、腐蝕性等等。

4、結束語

煤炭行業一直在我國的能源供給上處于非常重要的地位。新一代煤化工和潔凈技術有著其獨有的特點，它的優勢也是傳統的技術不可比擬。因此，煤炭的高效率的利用以及結煤技術引起了大家的關注。本文從研究煤炭的重要性出發，詳細地介紹了我國新一代煤化工和潔凈技術利用現狀與對策建議。希望本文對研究該領域的人員有所幫助，若有不足，懇請指正。

參考文獻

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煤制甲醇工藝總結范文5

(一)現代化進程中的能源需求

中國正處于工業化、城鎮化快速發展階段。可以預期的是,在未來較長時期內,中國經濟仍將會保持較快的發展速度,并逐步完成工業化和城市化,在2030年左右將達到中等發達國家的水平。

在這一過程中,公眾對生活質量、居住環境、城市狀況等將提出越來越高的標準,生活方式和消費方式將會發生越來越顯著的變化。汽車保有量的持續增長、住房面積的擴大,以及在此基礎上形成的衍生需求將成為經濟和社會持續發展的最主要動力。這將導致經濟結構的一系列變化,也將帶來能源消費總量的持續增長,特別是對石油和天然氣消費的增長。根據國內外有關研究機構的預測,到2030年,我國的能源需求總量將會達到50―60億噸標煤。

(二)以煤為主的能源戰略

從中國的資源條件和現有的技術發展看,能源自給率的保障只能來自于煤炭資源的大規模使用,以煤為主的能源戰略是不可避免的選擇。

首先,中國缺乏油氣資源是一個公認的事實。至2007年末,剩余技術可開采儲量為石油28.32億噸,天然氣3.2萬億立方米(2007年統計年鑒)。2007年的石油產量為1.86億噸,消費量為3.66億噸。天然氣產量為692億立方米,消費量為695億立方米(不包括液化石油氣)。以年產2億噸計算,石油的可開采年限為14年。

其次,中國的煤炭資源儲量相對豐富。根據第三次全國煤炭資源評價數據(1999年),全國煤炭資源總量達到5.57萬億噸,已發現煤炭儲量1.02萬億噸,已查證煤炭儲量6769億噸,其中精詳查儲量4433億噸。隨著勘探工作的深入,煤炭資源精詳查儲量將會有較大幅度的增長。從近年來內蒙、新疆和陜西煤炭儲量迅速增長的趨勢清晰地反映了資源的潛力。

第三,受技術、成本、資源量、可利用程度、實際運行時間等多方面因素的制約,水電、太陽能、生物質能等新能源和可再生能源在能源的供應總量中所占比重將是有限的,并在相當大程度上取決于政府財政的補貼能力和數量。

盡管對煤炭儲量的準確數據、煤炭能否支持中國的能源需求、煤炭與溫室氣體的關系等存在較大的爭議。但煤炭是現有技術條件下中國儲量最多的一次能源資源,無論對煤炭資源量、應用技術和環境問題存在何種分歧,在新的、革命性能源供應方式出現之前,中國只能主要依靠煤炭資源來保障未來能源供應的可靠性,這是無法改變的事實。

二、替代油氣資源是國家能源戰略的基礎

(一)我國能源的關鍵問題是油氣短缺

中國能源問題的實質是油氣資源短缺,關鍵問題是對石油天然氣的需求遠遠超過國內資源可以承擔的程度。保障能源自給率的關鍵是在液體燃料、氣體燃料和化工原料等領域中實現煤炭對石油的可替代。

經濟發展、城市化和現代化的一個必然結果是,液體和氣體燃料顯著地替代煤炭等固體燃料,其中最為突出的是汽車生產量和汽車擁有量的迅速增長。1990年全國汽車產量僅為51.4萬輛,到2009年汽車產量已增加到1379萬輛,18年間增長了27倍,年均增長率為19%。其中2000―2009年,汽車產量的增長率23%以上。預計2010年汽車總產量將達到1700萬輛以上。中國已迅速取代了美國成為全球最大的汽車生產國和消費國。到2020年,汽車保有量超過2億輛已成定局。

由此形成的直接后果是對油氣資源需求量的迅速增長。IEA數據顯示,到2030年中國石油消費量將達到10.5億噸標油,天然氣消費量將達到2.76億噸標油(3340億方)1。即使中國石油產量能夠保持在現有的2億噸,石油的進口量將可能高達9億噸,石油的自給率已不到20%。如在資源儲量方面沒有重大突破,天然氣的生產量也不可能有大的提升,天然氣的自給率大體將會和石油相當。考慮到這些預測數據大多是在多年平均增長率基礎上得出,如果實際的能源需求超過前述的預測,油氣資源的自給率將會進一步下降。

(二)以煤為主戰略的關鍵是煤的化工轉化

國家能源戰略的核心目標是減少關鍵領域中對進口資源的依賴,以保障國內經濟發展的穩定性和控制能源的總體成本。基于這些目標,在液體燃料、氣體燃料和化工原料領域中逐步擴大煤炭資源對油氣資源的替代是不可避免的。煤化工產業是將煤炭轉換為液體燃料、氣體燃料和化工原料的基本途徑,因而也是在關鍵的能源領域中保障自給率,落實以煤為主能源戰略的基礎。

隨著液體燃料、氣體燃料和化工原料在能源消費總量中比重的逐步提高,以煤炭的化工轉化保障關鍵能源領域中自給率的能源發展路線實質上意味著對能源產業鏈的重新構造:即將大部分由國外石油天然氣資源支持的新增能源需求逐步轉變到以國內煤炭資源支持的方向上,并形成一組新型的能源產業。

盡管煤化工產業與煤炭的直接燃燒一樣存在著諸如二氧化碳排放、單位產品能耗較高、生產技術不盡完善、裝置規模小于油氣化工等問題,盡管近期內對煤化工產業存在多種質疑,政策也在調整過程中,但發展煤化工是中國保持必要能源自給率的唯一選擇。隨著經濟規模的進一步擴大和能源消費的進一步增長,發展煤化工產業的作用將更為突出。除非我們準備承擔全球石油市場的急劇動蕩對經濟發展的沖擊。

三、煤的轉化需要與能源的優化使用相結合

(一)煤轉化技術的選擇需要服從經濟發展全局

2000年以來,我國的煤化工產業得到了迅速的發展。在“逢煤必化”的區域經濟發展目標和巨大投資能力的推動下,短短數年間,煤化工產業的發展重點經歷了在煤基甲醇、煤基二甲醚、煤制油、煤基甲烷以及煤基烯烴等主要領域。受市場容量、技術發展成熟程度以及煤資源利用本身的特點制約,在上述各領域中,均在不同程度上出現了多方面的問題,尤為突出的是生產能力的嚴重過剩、高能耗和溫室氣體排放。雖然這些問題的出現并不能否定煤炭轉化液體燃料、氣體燃料和化工原料的必要性,但從另一個側面顯示了合理選擇煤轉化的技術路線和產業發展模式是實現以煤為主戰略的重要基礎。

煤的分子結構是以帶有側鏈和官能團的縮合芳香環為基本結構單元,結構單元間通過各種橋鍵相連。在煤的結構內,除了含有碳和氫元素外,還有氧、氮、硫等元素,這些元素大多以官能團的形式存在于煤中。從元素組成看,煤的碳氫原子比顯著地低于石油、天然氣以及生物質。隨著成煤時間和煤化程度的提高,煤中的官能團和烷基側鏈逐步減少,固定碳的比重逐步增加,氫比重逐步減少。

基于煤的結構特點,從技術面看,煤的轉化必需解決三個基本問題2:

一是將煤炭的大分子結構分解為烴類、一氧化碳和氫等小分子,為潔凈化燃燒和化工轉化利用奠定基礎。二是調整煤炭中間產出物的碳氫原子比,使其達到最終產品所需要的碳氫原子比水平。三是脫除煤炭中氧、氮、硫等雜原子以及無機礦物質,使其達到最終產品需要的標準。

煤化工產業的技術路線,無論是熱解技術、氣化技術、直接液化技術,以及超臨界水解技術均是圍繞這些問題,通過對溫度、壓力、氧化劑、溶劑、催化劑等不同工作條件的選擇,采用不同形式的反應器、罐、閥、管路、泵等技術手段組合,采用不同流程控制方式所形成的不同解決方案。

選用何種解決方案,或者何種解決方案更具有發展前景,需要權衡以下基本關系:

1、煤的轉化方式需要與煤的自身特點相結合

煤炭本身含有各類碳氫化合物、氫、一氧化碳和硫化氫等可燃的可揮發性組分。褐煤和長焰煤中揮發性組分約占原煤干重的37%以上,不粘煤和弱粘煤中揮發性組分約占原煤干重的20―37%3。上述四大煤種約占我國煤炭資源儲量的50%,且隨新疆、內蒙、陜西等地長焰煤、不粘煤和弱粘煤新增儲量的大幅度增加,這些煤種在總儲量中的比重將會逐步增加。煤的轉化應著力于采用低成本方式優先提取煤炭中的高揮發性組分,充分發揮煤炭本身的潛在價值。

2、煤的轉化方式需要與能源的使用結構相匹配

在我國的能源使用結構中,煤約占能源消費量的75%,其中的70%作為動力煤供發電和工業鍋爐等的燃燒使用。結合煤炭的使用結構,在電煤和一般工業用煤等動力煤進行的優化使用和潔凈化使用中尋求煤轉化的路線將可大幅度降低轉化成本和提高轉化價值。

3、煤化工產業的發展需要符合節能減排和資源循環利用的基本趨勢

轉化過程本身需要潔凈化和低碳化,需要盡可能控制和降低煤炭轉化利用中的能源消耗、溫室氣體排放和環境污染。

4、煤化工產業的發展需要充分考慮其他競爭性技術和競爭性資源開發的影響,以及新能源和可再生能源技術發展的影響

例如,來自中東的石油伴生氣制甲醇、合成氣和烯烴對煤氣化制甲醇和烯烴的成本優勢。

在諸多解決方案中,相對而言,煤的熱解技術能夠更好地滿足上述這些要求,并可能為逐步解決煤化工產業現存的諸多問題發揮重要作用。

(二)煤熱解技術和熱解產物

煤熱解是一類弱吸熱反應,反應本身的能量消耗僅相當于原料熱值的3―5%。在絕氧工作條件,溫度的增加將會導致煤的大分子逐步解構,通過氫轉移、脫氫和縮合反應,芳核逐步縮聚,從單環芳烴―稠環芳烴―多環芳烴―半焦,直至焦炭4。

煤的熱解過程通常可以形成可燃氣、焦油和半焦(或焦炭)等三類產出物,熱解工藝的不同,三類產品的比例有著較大差別,并影響到最終的產品價值和對能源供應結構的影響。

熱解焦油:煤熱解過程形成的焦油通過加氫可以轉換為汽油或柴油等輕質油,焦油的產出率和品質取決于熱解過程的控制。在理想的工藝條件下,焦油產出率可以達到原料煤干重的20%以上。焦油加氫過程與石油工業中的重油和渣油加氫過程大體相似,可以作為石油工業的煉油原料用以生產各類油品。

可燃性氣體:熱解形成的可燃性氣體的主要成份是甲烷、一氧化碳、氫和二氧化碳。在理想的工藝條件下,可燃性氣體的產出率也可以達到原料煤干重的20%以上。在控制二次熱解反應的條件下,可燃氣熱值約50%來自其中的甲烷。其余部分經過適當變換工藝和合成工藝,可以進一步轉換為合成甲烷,或將其中的氫氣用于焦油的精制。

熱解半焦:半焦是一種優質燃料,其熱值在20―30MJ/kg。半焦內部多孔隙結構,原煤中所賦存的硫、磷等化合物在半焦的生產過程中大部分已進入熱解氣體,因而具有低污染特征。半焦可以通過氣化和直燃等方式應用于發電、熱力以及其他工業用途。此外,半焦也可以替代無煙煤和焦炭用于工業造氣生產化肥和工業還原劑。

(三)熱解技術的主要優點

經過多年的研究和大量的試驗裝置運行,基本的共識是煤炭資源使用的合理方式是根據煤在不同轉化階段反應性的不同特點,采用分級轉化、分組分利用的方式。熱解技術則是分級、分組分利用煤炭的基本途徑。通過熱解過程,可以優先從煤炭析出焦油和可燃性氣體等高附加值組分,提高煤炭中高附加值組分的利用率和碳的利用率,使煤炭達到最有效的應用,同時經濟地解決煤炭利用過程中污染物的控制,實現傳統污染物的近零排放。

從經濟發展和保障能源供應的全局看,煤熱解技術的大規模產業化具有重要的作用:

1、為石油天然氣產業的發展開拓新的國內資源

2007年我國發電熱力用原煤約15億噸,發電熱力用原煤總熱值34.5EJ5 。如將其中60%由半焦替代,按等熱值計算則需要半焦約8.3億噸6 。在采用較成熟先進技術的條件下7,通過熱解過程,至少可以從每噸原煤中獲得20%左右的液體產品和可燃性氣體產品,以及50%的產品半焦(扣除了過程加熱用半焦)。換言之,每1億噸原煤大體上可以產出1800萬噸焦油和可燃性氣體(原煤以10%含水量計),以及4500萬噸左右的半焦(半焦含水量以5%計)。8.3億噸半焦需要用原煤15.4億噸,同時聯產焦油和可燃性氣體3.1億噸。2007―2009年,我國的原油產量大體在1.8―1.9億噸左右,天然氣產量在692―851億方。僅從熱值計算,上述焦油和可燃性氣體的產量已與國內原油和天然氣產量大體相當。

2、提高油氣資源的自給率,降低對進口原油和天然氣的依賴

受制于國內油氣資源的限制,隨著國內能源需求的增長,進口原油和天然氣的比重將會持續上升,到2020年甚至可能上升到70%以上。考慮到近年來國內汽車產業的增長極為迅速,屆時的實際比例可能將更大。對于中國來說,數量巨大的油氣產品進口本身將會對全球油氣市場的供求平衡和價格帶來重大的沖擊,油氣產品供應的穩定性和價格的波動也會對國內經濟的穩定發展和能源成本帶來重大的影響。如果中國的實際油氣需求規模進一步增加,這種影響帶來的動蕩將更為突出。通過熱解技術的大規模產業化,可以在保障發電、熱力等產業用煤的同時,大幅度降低對進口油氣資源的依賴。

3、顯著提高煤炭資源開發的綜合經濟價值

在分級、分組的條件下,一方面通過對焦油和可燃性氣體的深度加工,可以獲得多種高附加值的化工產品、氣體燃料、液體燃料及其他產品。液體和氣體的綜合產出率越高,高附加值部分產出率越大,煤炭的綜合經濟價值也越高。另一方面,熱解產出的半焦本身既是一種潔凈的燃料,也是一種優良的工業還原劑,可廣泛應用于冶金、有色、化工等多種領域,具有高于原煤的經濟價值。

4、為全面治理環境污染提供技術手段和基礎

大規模使用煤炭的最突出問題是煤的污染特征。熱解技術的大規模產業化可以全面提升治理環境污染的能力,較大幅度降低煤炭使用過程中二氧化硫等溫室氣體的排放量,推進煤炭潔凈化利用的實質性進展。一是半焦在生產過程中大部分硫已進入液體和氣體產物中。以半焦替代煤炭作為燃料可以大幅度降低發電、熱力等產業的二氧化硫等等溫室氣體的排放量,并減少發電廠等燃燒裝置脫硫的投資和運行成本。二是半焦本身是一種大空隙度、大比表面積的吸附材料,其功能大體類似于活性炭,但價格僅為后者的1/10至1/100。由于價格低廉,可以在污水處理、煙氣處理等領域中全面推廣半焦地應用,顯著提高污染物的處理效率。三是用于煙氣處理和污水處理的半焦在失效后仍可作為鍋爐燃料和氣化原料繼續回收使用,進一步降低污染物的處理成本。

5、生產過程能耗較低

從現有的大型熱解裝置的運行實踐看,熱解工藝的能耗顯著的低于氣化方式。以產品熱值計算,在熱解方式下,半焦、焦油和可燃氣的合計熱值大體相當于原料煤熱值的85%左右8。在氣化路線下,煤制油和煤制甲醇等產品的熱值僅相當于原料煤熱值的40―50%9(以水煤漿氣化為龍頭,以2.5噸煤產1噸甲醇,4噸煤產1噸油計)。

6、可以較大幅度降低煤炭轉化過程中的投資和成本

熱解的單位投資遠低于氣化和直接液化路線。從榆林的實踐看,以原料煤計算,低溫干餾裝置的噸煤投資在200元左右。采用技術較為先進的大連理工大學固體熱載體熱解裝置,年原煤轉化能力為60萬噸,總投資僅為1.35億元。噸煤投資也僅為200元左右。比較而言10,煤氣化制甲醇、煤制油等裝置的噸煤轉化投資均在1000元以上。由于投資構成了固定成本中最主要的部分,單位投資的顯著差距使熱解技術在生產成本和抵制市場波動方面具有顯著的優勢。

綜合上述討論,可以看出煤炭熱解產業在高油氣產率的技術路線支持下,通過與發電、熱力等用煤產業的協同發展,將可以發揮逐步重新構造中國的能源產業鏈的作用,并替代進口油氣資源,承擔起保障關鍵產品領域中能源安全的功能。

四、大規模應用熱解技術需要解決的問題

從上世紀90年代中期,特別是近年以來,我國煤炭熱解產業和熱解技術得到較快的發展。從產業發展的現狀看,大規模發展煤炭熱解產業需要解決三個基本問題:第一是用先進熱解技術逐步替代傳統技術,提高熱解的油氣綜合產出率以充分挖掘煤炭的資源潛力。第二是改變煤炭的使用方式,逐步在下游發電等產業中以半焦替代煤炭作為燃料。第三是開發半焦凈化裝置替代現有的電廠脫硫和煙氣凈化裝置,以系統地降低煤炭使用過程形成的污染。

(一)煤熱解產業的發展現狀

總結近年來我國煤炭熱解產業的發展歷程,可以看到以下主要特點:

第一,煤熱解產業已發展到相當大的規模。到2009年,陜西榆林地區的熱解半焦(蘭炭)生產能力已達到4000萬噸,內蒙德鄂爾多斯地區生產能力1100萬噸,寧夏的生產能力在500萬噸左右,其他煤炭資源省區也有規模不等的發展。蘭炭產業的發展對地區經濟的發展發揮了重用的作用。

第二,煤熱解產業的主要產品方向仍局限在以半焦(蘭炭)為主要產品的發展階段,焦油、燃氣等高附加值產品的利用水平較低。半焦主要作為碳質還原劑已廣泛應用于高爐噴吹、鐵合金、電石以及合成氨等行業。由于這些市場的需求規模相對較小,在生產能力迅速發展的背景下,生產能力過剩狀況日漸突出。同時由于油氣產率低,半焦價格難以滿足發電產業對燃料價格的要求。

第三,熱解生產技術采取了由低向高逐步推進的方式,主流生產技術已從土法煉焦發展到以榆林三江爐(內燃內熱式連續直立方型爐)為代表的具有較高熱效率的爐型11,資源綜合利用和環境保護的水平得到了一定程度的提高,但液體和氣體綜合產出率指標仍較低。

第四,部分較為先進的技術逐步進入熱解產業。其中最具代表性的是榆林地區在2009年開始建設的半焦、焦油和煤氣百萬噸級項目。該項目采用了大連理工大學固體熱載體工藝。單套裝置規模達到年利用原煤100萬噸級,在采用陜西神府煤的條件下,油氣綜合產率可達到20%。

第五,在研究領域中,國內相關研究機構和大學在廣泛借鑒國外已有的大型試驗裝置和研究成果的基礎上,對先進的煤熱解技術進行了大量的探索和試驗,在試驗裝置上取得了較為理想的成果,如液氣綜合產出率達到30―40%,加氫條件下半焦脫硫率達到90%等。

第六,由于缺乏足夠的資金支持,大量的試驗是在遠遠低于生產裝置規模的水平上進行,進入后期的工程化和產業應用時,大量的工程技術問題需要重新認識和研究。

由于提高焦油和可燃性氣體的產出率是熱解產業提高綜合經濟效益的基本途徑,逐步以先進的熱解技術替代現有技術,提高液體和氣體產品綜合產出率已成為煤炭熱解產業的基本共識。面臨的基本問題與大多數產業的發展歷程極為類似,即:如何使先進技術盡快實現大規模產業化,以實現產業升級。

(二)先進熱解技術的產業化

綜合現有的研究成果,先進的熱解技術應當具有以下基本特征:

第一,液體和氣體產出率達到原料煤干重的30%以上,對保障國家油氣需求形成實質性貢獻,并為提升熱解過程的經濟效益奠定基礎。熱解技術逐步向中溫、快速熱解、小直徑煤粉、固體熱載體、生物質共熱解加氫方向發展,反映了提高油氣綜合產率的基本要求。

第二,熱解半焦中的硫磷等雜質脫除率達到90%以上,為后續發電、熱力等產業采用半焦替代原煤,實現傳統污染物12近零排放奠定基礎。在熱解工藝中采用加氫、生物質共熱解和選擇適當的添加劑技術可在提高油氣綜合產出率的同時,較大幅度提高雜質脫除率。

第三,熱解生產裝置的大型化、連續化和低能耗。單套裝置的年處理原煤能力達到200―500萬噸,獨立熱解工藝的熱效率應達到90%以上。這將導致大流量的自由落下式熱解反應器逐步成為熱解的主流反應裝置,同時,需要強化對熱解反應器和管路系統的保溫,減少裝置本身的熱容以降低熱解過程的熱損耗。

第四,煤的熱解過程與氣化、發電等后續利用過程實行聯合生產,以進一步降低系統能耗,特別是半焦直接進入鍋爐或直接氣化。

從技術面看,先進熱解技術的產業化難度要遠低于氣化和直接液化。

從熱解工藝特點看,以焦油和可燃性氣體制取為主要目標的煤熱解裝置最高工作溫度在600―700度,在這一溫度條件下,絕大部分金屬結構件和控制執行器件可以可靠地工作。

快速熱解可以在數秒至數十秒間完成熱解反應,并且可采用連續通過型工藝流程使物料快速且連續地通過反應器。因此,可使相同體積的反應器的處理流量增加,從而在較少的投資和較低的能耗水平上實現較大規模的生產能力。

裝置流程短,系統相對簡單。與煤氣化工藝不同,煤炭熱解工藝采取絕氧加熱方式,生產流程不需要氧氣支持,因此生產系統不需要大型空分裝置。

在采用固體熱載體加熱的條件下,熱解產出氣體體積和產出氣體中粉塵數量顯著地少于氣化裝置。粉塵分離裝置和氣體凈化裝置的處理能力和處理難度均低于煤氣化工藝。但是,熱解焦油在管路系統中凝聚對裝置的穩定運行會形成不利的影響。

目前,先進熱解技術尚未經過大規模生產裝置的驗證,相關的裝備制造業尚未形成。已有的裝置大多是由研究機構自行設計和配套,相關產業經驗嚴重不足,工作單元和功能模塊間的匹配性較差,將這些實驗室技術轉變和集成為一個完整的生產體系仍將需要進一步的工作。這些因素將會對于先進熱解技術的產業化進程帶來一定的制約作用。

(三)逐步推廣半焦在發電產業中的應用

煤的熱解是一個多產品的生產過程,在獲得焦油和燃氣的必然同步副產大量的半焦。如果這些半焦不能得到有效的利用,焦油和燃氣的生產自然也無法進行。由于工業還原和氣化領域,如高爐噴吹、鐵合金、電石行業以及合成氨等領域對半焦的需求量是有限的,因此,熱解產業的發展規模,以及可以產出的焦油和燃氣的數量是由半焦能夠替代原煤作為發電用煤、供熱用煤以及各類工業鍋爐用煤的規模所決定。換言之,未來國家的油氣資源自給率和能源安全在相當大程度上取決于半焦對原煤的置換率。

半焦本身是一種良好的固體燃料。與煤炭相比,有著多方面的優點:

一是半焦具有較高的熱值、更好的孔隙結構、更好的可磨性,以及較低的含硫量及灰份。二是半焦可以通過氣化工藝轉變為以一氧化碳和氫為主的可燃性氣體,用于燃氣輪機聯合機組發電。三是由于半焦中揮發份比重較低,且再揮發的溫度較高,半焦的運輸儲存過程中熱值損失極小。通常情況下,原煤在運輸儲存過程中的熱值損失約占原煤熱值的5―7%。四是在煤的熱解過程中,較高的焦油和燃氣產出率已經分擔了絕大部分原料成本,作為發電燃料,比原煤有著顯著的成本優勢。

同時,由于在熱解過程中原料煤中的揮發份大部分析出,從著火溫度、燃燒反應活化能、最大燃燒失重速率、殘碳率等技術分析指標衡量,來自各類煤種的半焦燃燒特性要低于煙煤而好于無煙煤13。因此,將半焦用于現有的粉煤鍋爐或循環流化床鍋爐需要對現有設備進行必要的改造,并對控制程序進行相應的調整。基于半焦在燃燒特性方面的局限,以及傳統工藝生產的半焦價格偏高,因而在現有發電行業中,尚無大規模采用半焦作為燃料的案例。

五、創造一種新的產業發展模式

多年來,每當新的技術和新的產業機會出現時,一哄而上,攻城掠地,重復建設,而后問題重重、破產淘汰、拖累銀行幾乎成為中國產業發展的基本模式。煤熱解產業要避免重蹈覆轍,需要一種新的產業發展模式。

結合熱解產業發展的特點、現狀和需要解決的主要問題,可能的發展模式至少應當包括以下幾方面:

第一,以完善先進熱解技術和半焦應用技術體系為起步。優先完善已有的先進熱解技術,解決現存的技術問題,穩定提高油氣綜合產率到20―25%,實現工藝流程和功能單元的合理化、模塊化。

第二,同步開發和研制焦油、燃氣和半焦等中間產品的應用技術,重點解決半焦用于粉煤鍋爐、循環流化床鍋爐和半焦氣化的相關技術問題,以保障產業化進程的展開。

第三,著力于相關生產裝置的大型化和國產化。新技術產業化的關鍵在于大型成套生產裝置的研制和大型成套裝置的批量化生產,為避免前一階段煤化工產業發展中過度依靠引進技術的狀況重復發生,應將生產裝置的大型化國產化作為產業化的關鍵和基礎。

第四,以大型綜合性示范基地建設為依托。建設一組采用不同類型的先進熱解技術和中間產品應用技術的工業化中試基地和原煤轉化能力100萬噸以上的樣板裝置,以取得這些大型裝置的設計、制造和運行經驗。同步建設配套的煤炭生產基地,保證工業化中試基地和多個大型樣板工廠的原料來源。

第五,以實體性產業聯盟為載體。由大型煤炭生產企業、大型裝備制造企業和具有研究基礎的研究機構共同組成實體性產業聯盟,共同承擔技術和裝置的研發、制造和大型綜合性示范基地建設。

第六,選擇具有產業經驗和產業基礎的地區為試驗區。鑒于榆林地區的煤炭資源較適應于熱解生產、煤炭熱解產業發展規模最大,生產技術相對領先、中間產品加工初具規模,應重點考慮在榆林地區建立大型綜合性示范基地。

第七,政策扶持與嚴格監管相結合。總結前一階段煤化工產業的經驗,在熱解技術產業化的初期階段,應嚴格準入管理,從嚴限制大型熱解項目的審批,尤其需要限制利用借機圈占煤炭資源的現象發生,包括前一階段中圈占了資源而不能履行承諾的煤化工項目借機拖延對資源的占用和轉向煤炭開發。

第八,在取得經驗的基礎上,同步制定相關的產業政策和行業標準,包括準入規則、行業監管規則、工藝流程標準、產品標準等,為熱解產業后續的發展創造有序的產業環境。

注:

1、對國際能源署對中國能源需求的預測數據存在不同的觀點。但這一預測是分類數據較系統的預測,僅供參考。

2、舒歌平主編,煤炭液化技術,煤炭工業出版社,2003年。

3、國家標準局,《中國煤炭分類國家標準》GB5751-86

4、本部分論述綜合自相關文獻,由于作者的疏漏,未能查清出處,僅向相關文獻的作者致歉。

5、根據國家標準,1噸原煤的熱值為20.91GJ,10億噸原煤的總熱值為20.91EJ.

6、熱解工藝的熱效率可以達到85%左右,半焦、焦油和可燃性氣體的產出率和熱值因原料煤和熱解工藝不同,有較大差別。這里僅按原煤估算。半焦熱值每噸按25GJ,焦油熱值每噸按30GJ噸,可燃性氣體熱值按每噸20GJ估算。原煤以10%含水率計,半焦含水率以5%計,焦油和可燃性氣體忽略含水率。根據現有熱解生產裝置和實驗室裝置的運行和試驗數據看,上述參數均屬于適度先進水平。

7、以大連理工大學60萬噸固體熱載體熱解裝置,采用陜北神府煤為例。

8、蘭新哲、尚文智等,陜北半焦炭化過程能耗分析,煤炭轉化,第32卷,第2期,2009年4月

9、數據來自文獻8唐宏青,科學發展煤化工的探索與建議,煤化工,2009年第1期(總第140期),2009年2月。

10、榆林發改委,轉變觀念 科學發展 做大做強蘭炭產業,榆林蘭炭產業調研報告。2008年4月。研究報告中的數據是以陜西榆林地區各類投資項目的實際數據或可行性研究報告數據為基礎整理。

11、榆林三江爐的熱解熱效率達到85―87%。蘭新哲、尚文智等,陜北半焦炭化過程能耗分析,煤炭轉化第32卷第2期2009年4月

12、傳統污染物是指在煤的利用過程中除二氧化碳以外的其他污染物質。

煤制甲醇工藝總結范文6

【關鍵詞】煤化工工藝技術 發展現狀 問題對策 研究

由于我國是一個石油、天然氣資源匱乏的國家，而對于煤炭資源的生產和消費均在世界前列。但是由于針對煤炭的充分利用率極低，僅僅不到其熱值的20%，不僅大大浪費了煤炭資源，而且還導致了大氣層的嚴重破壞，造成大氣污染。因此，充分解決煤炭資源的利用，發展現代化煤化工的研發以及生產煤制能源刻不容緩。通過如此改造，既實現了煤炭資源的綜合利用，提高了其經濟效益，又節約了我國的煤炭資源以及減少大氣污染的破壞。

一、我國煤化工工藝技術發展現狀

由于我國現代煤化工工藝技術仍然處于一種低端建設階段，現代煤化工技術的顯著特點就是其裝置規模較大、技術集成度高以及資源利用高于傳統煤化工等。中國的煤化工技術是有老式的UGI煤間歇氣化向世界先進的粉煤加氣化工藝過渡的，而在此時，我國自主創新的新型煤氣化技術得以迅速發展，并得到社會煤化工界的一度好評。而對于國內外先進大型的潔凈煤氣化技術已經開始投入使用，其中采用水煤漿氣化技術的裝置就有：魯南煤化工裝置；渭河煤氣化裝置；淮南煤氣化裝置等等。通過對煤氣化引進的技術進行改造并使之成為國產化，我國在煤氣化技術方面取得了重要的進展和發展方向。并且，我國也研制了自己特有的國產水煤漿氣化噴嘴，在中國煤炭業運用開來。早期發展，我國就研發了許多煤氣化工藝技術，實現工業化的煤氣化技術的有碎煤加壓氣化、水煤泵氣化以及干粉壓氣化等技術的研發和使用。

二、我國煤氣化工藝技術流程以及問題特點

煤氣化的主要用途是用于生產燃料煤氣，通過不同的氣化方法，以滿足于鋼鐵工業、化學工業、發電公司以及市民用途的廣泛運用；對于合成氨、合成油、以及甲醇的合成具有一定的研究價值，并且煤氣化制氫也是未來能源經濟的主要技術手段。

（一）水煤漿氣流床氣化技術的使用以及產生原理

水煤漿氣流床氣化的研發最具有代表性的要數美國的德士古發展公司研發的水煤漿加壓氣化技術以及道化學公司研發的兩段式水煤漿氣化技術和中國自制研發的多噴嘴煤漿氣化技術。所謂水煤漿氣流床氣化是指煤或者焦類等固體碳氫化合物，以水煤漿或水碳漿形成的煤漿氣化工技術，經過氣化劑的高速運轉，通過噴嘴噴出漿料并在氣化爐內進行非催化反應而產生氧化反應的一種工藝過程。其主要原理及特點是：水煤漿氣化反應是一個很復雜的化學反應以及物理反應的一種過程。當水煤漿和氧氣噴入氣化爐后瞬間將煤漿升溫進而產生水分的蒸發、煤熱解的揮法、殘炭的氣化和氣體的化學反應過程，最終生成了一氧化碳（CO）和氫氣（H2）。

（二）水煤漿氣流床氣化技術的優劣特點

水煤漿氣流床氣化技術在氣化原料上應用廣泛，對于褐煤和無煙煤都可采用此項技術進行氣化，以及氣化石油焦、半焦、瀝青等等。而在技術隱患方面，相對于干粉進料，水煤漿進料更安全、更易控制等優勢。此工藝技術流程簡單方便、設備安全、運轉率高、可操作彈性大，并且在氣化過程當中碳轉化率都達到98%以上。水煤氣流床技術在氣化過程當中，污染更少且環保性能也好。經過高溫、高氣壓產生的廢水所含有害物體極少，經過簡單的生化處理后即可排放，大大的提高了環境保護和降低大氣層的破壞。

但是由于對于爐內耐火磚嚴重的侵蝕，選用的耐火磚需要在2年以內就要更換，使生產成本聚以增加。而且水煤氣流氣化的噴嘴使用壽命短，約在2-3月以內就要更換，不僅對于生產運行時更換噴嘴產生高負荷的影響，而且還需要一定的備爐設施，大大的增加了建設投資。一般情況下，對于水煤漿的含水量不能太高，否則冷媒氣效率和煤氣中的一氧化碳（CO）和氫氣（H2）偏低，造成了耗氧、耗煤的浪費資源現象。總之，水煤漿氣化技術相對于其他技術的使用有著其明顯的優勢，在當前仍然被投入使用，是新一代先進煤氣化技術之一。

三、煤氣化工藝技術的對策研究及發展展望

煤化工行業是一個資源密集、技術密集、資金密集的大型基礎產業，其產生的環境影響也是巨大的，煤氣化工業應該本著環境友好型方向進行發展，做到協調經濟與環境并存的發展模式。因此，針對于煤氣化工藝技術發展方向提出以下三個研究對策：①從國內外煤氣化工藝發展趨勢來看，氧氣氣化必然代替空氣氣化，在中國投入使用的空氣氣化爐型目前只有U.G.I 爐。該爐早在國外40多年前已被停止使用，而在中國還是煤氣化主力爐型，產量竟占煤質合成氣的九成以上。為推動煤氣化工藝的技術進步，Shell、灰熔聚等第二代爐型的研發，逐漸的淘汰U.G.I 爐的使用，從而更好的提高煤氣化工藝水平。②利用粉煤氣流床代替固定床是氣化工藝的必然趨勢，也是適應現代采煤成塊率低的主要現狀。③Shell爐、Texaco爐雖屬先進爐型，但是由于其投資太高，對于企業的承受范圍還是很大，且氧耗高、成本高、煤種適應性差也是必須改進的問題。降低造價的辦法是采用國內專利、走國產化之路，這對于國內科研研究單位提出了更高的要求，對于煤化工技術的發展將是一個挑戰。

四、總結

新型煤化工技術涉及領域廣、技術含量高、投資金額大，因此，我們必須支持煤化工企業電聯產業、余熱余能的開發研究項目。對于新型的煤化工企業，國家給予支持和鼓勵，通過土地、煤油、電量、環保等實現煤、氣、電、化一體化的綜合發展。最大限度的降低資源的浪費，節約能源，減少環境污染，從而致力于技術的研發和運作上，給社會和國家帶來最大化的經濟效益，使新型煤工產業鏈得以開發和利用。

參考文獻：

[1]張東亮.中國煤氣化工藝（技術）的現狀與發展[J].煤化工，2004.