煤制合成天然气技术与应用PDF电子书下载

第一章 绪论 1

第一节 基本概念 1

一、直接煤制合成天然气技术 1

二、间接煤制合成天然气技术 2

第二节 发展背景和发展历程 3

一、国外煤制合成天然气产业发展的背景 3

二、我国煤制合成天然气产业发展的背景 3

三、我国煤制合成天然气行业发展历程 5

四、部分煤制合成天然气项目概况 6

第三节 煤制合成天然气产业特点 8

一、煤制合成天然气工厂技术特点 8

二、原料煤资源特点 9

三、煤制合成天然气工厂生产装置特点 10

四、煤制合成天然气产品特点 10

五、我国天然气供应和消费特点 11

六、煤制合成天然气工厂分类 11

七、面向城镇用户的煤制合成天然气供应链上存在的主要矛盾 12

八、煤制合成天然气工厂调峰问题 12

第四节 我国煤制合成天然气产业发展前景 13

第五节 煤制合成天然气产品质量特点与应用分析 17

第六节 煤制合成天然气工厂生产调度 23

一、煤制合成天然气工厂生产调度特点 23

二、生产调度原则 23

参考文献 26

第二章 原料煤的供应保障 27

第一节 煤炭资源概述 27

一、我国煤炭资源特征 27

二、我国褐煤资源特征 28

第二节 煤炭的物化特性 30

一、煤炭的物理和物理化学性质 30

（一）煤的密度 30

（二）煤的机械性质 30

（三）煤的热性质 31

（四）煤的电性质和磁性质 32

（五）煤的光学性质 32

（六）煤的润湿性 33

（七）煤的比表面积和孔隙率 33

二、煤的化学性质 33

（一）煤的氧化 33

（二）煤的热解 34

（三）煤的加氢 35

（四）煤的氯化 35

（五）煤的磺化 35

第三节 原料煤特性对气化行为的影响 36

第四节 原料煤保障工作范畴 39

一、原料煤产供销计划制定 39

二、原料煤采制化监控 40

三、原料煤混配与存储 40

四、原料煤运输与验收 40

五、原料煤保障的社会经济效益 40

第五节 原料煤的采制化监控 41

一、全水分测定 41

二、工业分析 42

三、全硫测定 43

四、发热量测定 44

五、灰熔融性测定 45

六、元素分析 45

七、灰成分分析 46

第六节 原料煤的混配及储存 47

一、原料煤混配 47

二、原料煤储存 51

第七节 原料煤的运输及验收 51

一、煤的运输 51

二、煤的验收 53

（一）原料煤数量验收 53

（二）原料煤质量验收 54

第八节 典型项目原料煤供应的技术经济评价 56

一、混配煤的可行性及经济性分析 57

二、提高褐煤成块率的经济性分析 57

三、试烧烟煤的经济性分析 58

参考文献 60

第三章 热电动力系统 61

第一节 热电动力系统在现代煤化工企业中的地位 61

第二节 煤制合成天然气工厂的基本情况和工程技术特点 61

一、煤制合成天然气工厂的基本情况 61

二、工程技术特点 62

第三节 煤制合成天然气工厂热电站的配置及与化工装置的关联 62

一、热电站的配置 62

二、热电站与化工装置的关联 62

第四节 煤制合成天然气工厂热电动力系统的配置方案 63

第五节 煤化工企业热动配置方式及评述 65

一、“以汽（热）定电”的模式 65

二、“自供汽＋外购电”的模式 66

三、热、电、化一体化高效大机组的模式 68

四、配套建设IGCC联合循环发电装置的模式 68

第六节 煤制合成天然气工厂的能效分析 70

一、大唐克旗煤制合成天然气项目的综合能效 70

二、影响煤制合成天然气项目综合能效的因素 70

三、煤制合成天然气升级示范项目不同热电方案的能效比较 71

第四章 空气分离 73

第一节 概述 73

第二节 空气分离技术 74

一、空气分离方法 74

二、低温法分离空气的主要技术 74

（一）透平膨胀机制冷技术 74

（二）低温精馏技术 75

第三节 空分技术在煤化工项目上的应用 77

一、固定床煤气化技术配套空分设备 78

二、流化床煤气化技术配套空分设备 79

三、气流床煤气化技术配套空分设备 80

第四节 主要设备 83

一、空气压缩机 83

（一）全离心式压缩机 83

（二）轴流＋离心式压缩机 85

二、直接空冷器 85

三、分子筛纯化器 86

四、膨胀机 87

（一）增压透平膨胀机结构 87

（二）液体膨胀机 89

五、板式换热器 89

（一）主换热器 89

（二）冷凝蒸发器 90

六、低温精馏塔 91

（一）筛板塔 91

（二）填料塔 91

七、低温液体泵 92

（一）往复式低温液体泵 93

（二）离心式低温液体泵 93

八、低温液体储罐 94

（一）高真空绝热储罐 94

（二）真空粉末绝热储罐 95

（三）普通粉末绝热储罐 95

第五节 控制系统 95

一、压缩机组控制 96

（一）压缩机组防喘振控制 96

（二）转速模块化控制 97

二、空冷器防冻控制系统 98

三、纯化系统控制 98

四、低温液体泵的自动控制系统 100

五、自动变负荷控制 100

第六节 操作要点及事故案例分析 102

一、空气分离装置的操作要点 102

（一）机组的主要操作 102

（二）装置的主要操作 103

二、事故案例分析 105

（一）空气分离装置退氧操作 105

（二）控制油压低引发机组跳车事故 105

（三）分子筛纯化器进水事故 106

（四）空气及污氮气管道爆裂事故 107

（五）主冷爆炸事故 107

参考文献 108

第五章 煤气化 109

第一节 概述 109

一、基本概念 109

二、煤气化技术分类 110

三、煤气化技术选择 112

第二节 固定床气化技术 113

一、碎煤加压固态排渣气化技术 113

（一）技术特征 113

（二）鲁奇（Lurgi）煤气化技术 114

（三）碎煤加压固态排渣气化 122

二、碎煤加压液态排渣气化技术 129

第三节 流化床气化技术 135

一、鼓泡流化床气化技术 135

（一）温克勒煤气化技术 135

（二）高温温克勒煤气化技术 135

二、灰熔聚流化床气化技术 140

（一）U-gasR气化技术 140

（二）灰熔聚流化床粉煤气化技术 144

（三）灰团聚流化床气化技术 147

三、循环流化床气化 148

四、输运床气化技术 148

第四节 干煤粉气流床气化技术 152

一、技术特点及主要影响因素 152

二、气流床气化工艺过程 153

三、壳牌干煤粉加压气化技术 154

四、西门子干煤粉加压气化技术 161

五、航天粉煤加压气化技术 167

六、科林干煤粉加压气化技术 174

七、Prenflo加压煤气化技术 178

八、中船重工七一一所塔型气化炉 181

九、西安热工院两段式干煤粉气化技术 184

十、SE-东方炉气化技术 187

第五节 水煤浆气化技术 191

一、技术主要特点 191

二、GE水煤浆加压气化技术 192

三、E-GasTM水煤浆气化技术 200

四、多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术 204

五、清华炉煤气化技术 211

第六节 碎煤加压气化技术的应用 217

一、概述 217

（一）碎煤加压气化的发展历程 217

（二）碎煤加压气化的特点 219

二、碎煤加压气化过程 220

（一）碎煤加压气化的过程特点 220

（二）碎煤加压气化过程分析 221

三、煤种和煤的性质对加压气化过程的影响 228

（一）煤种对加压气化过程的影响 228

（二）煤的性质对加压气化过程的影响 230

四、碎煤加压气化的工艺操作条件的影响及选定 238

（一）气化反应温度与汽氧比 238

（二）气化剂温度的影响与确定 239

（三）气化操作压力的影响与确定 240

五、碎煤加压气化技术的主要指标及工艺计算 243

（一）生产数据统计 243

（二）主要指标及计算 245

（三）工艺过程计算应用 248

六、碎煤加压气化炉炉型的发展和基本构造 256

（一）鲁奇炉的代表炉型 256

（二）加压气化炉的结构及附属设备 261

七、加压气化在国内的应用及发展 269

（一）加压气化炉的引进与自主开发 269

（二）国内气化工艺流程及特点 270

八、加压气化装置的工艺管理 276

（一）生产过程的控制内容 276

（二）气化炉的原始开车操作 277

（三）气化炉短期停车后的开车 280

（四）气化炉的停车 281

（五）气化炉的正常操作要点 283

九、4.0MPa加压气化炉的重点技术改进 288

十、煤气水分离过程 289

（一）煤气水的来源及组成 289

（二）煤气水分离过程及原理 290

（三）煤气水分离流程 293

第七节 Shell加压气化技术的应用 294

一、概述 294

二、原料及质量对Shell气化的影响 295

（一）煤的特性对Shell煤气化的影响 295

（二）Shell煤气化对煤粉的要求 296

三、Shell煤气化的影响因素及工艺计算 297

（一）Shell煤气化的影响因素 297

（二）Shell煤气化反应过程的工艺计算 298

四、褐煤在Shell煤气化装置中的应用 301

（一）多伦煤制烯烃项目概况 301

（二）预干燥装置 303

（三）Shell煤气化工艺流程 306

（四）项目Shell煤气化主要设备 312

（五）装置消耗指标 317

（六）装置自动化水平 318

（七）项目Shell煤气化装置问题与解决方案 319

第八节 水煤浆气化技术的应用 322

一、概述 322

二、褐煤介绍 323

三、气化工艺过程 324

四、气化装置主要设备 326

五、主要工艺技术指标 328

六、褐煤水煤浆气化运行状况 329

七、褐煤水煤浆气化运行分析与总结 330

（一）褐煤质量对水煤浆气化的影响 330

（二）褐煤水煤浆气化的影响因素 332

（三）温度对煤浆质量的影响 333

（四）炉砖 333

（五）原料煤 333

参考文献 334

第六章 合成气净化 337

第一节 煤气变换技术 337

一、变换反应 337

二、变换催化剂 337

（一）Fe-Cr系催化剂 338

（二）Cu-Zn系催化剂 338

（三）Co-Mo系催化剂 339

（四）变换催化剂制备方法 339

（五）变换催化剂的选择原则 339

三、煤气变换工艺流程与设备 340

（一）中温变换工艺流程 340

（二）中温变换串低温变换工艺流程 340

（三）全低温变换工艺流程 342

（四）中低低变换工艺流程 343

（五）适用于高CO含量的耐硫变换工艺 344

（六）耐油耐硫变换工艺 346

（七）变换设备 346

四、变换工艺的选择 347

第二节 净化技术 347

一、基本原理 347

二、工艺流程与技术特点 349

三、低温甲醇洗工艺 352

（一）林德低温甲醇洗工艺 352

（二）鲁奇低温甲醇洗工艺 353

（三）大连理工大学低温甲醇洗工艺 354

（四）赛鼎工程有限公司低温甲醇洗工艺 355

（五）上海国际化建工程咨询公司低温甲醇洗工艺 355

（六）低温甲醇洗工艺比较 356

四、煤制天然气项目低温甲醇洗工艺选择 357

第三节 制冷 359

一、混合制冷 359

（一）混合制冷简介 359

（二）工艺原理 359

（三）混合制冷流程 359

二、吸收制冷 360

三、压缩制冷 362

（一）丙烯压缩制冷 362

（二）氨压缩制冷 364

四、制冷方案的选择 365

第四节 硫黄回收技术 367

一、克劳斯硫回收工艺 367

二、克劳斯回收工艺流程 370

三、克劳斯硫黄回收工艺及设备发展进程 371

四、克劳斯工艺方案的选择 372

参考文献 375

第七章 合成气甲烷化 376

第一节 甲烷化原理与发展历程 376

一、技术原理 376

二、发展历程 376

第二节 甲烷化催化剂 377

一、活性组分 378

二、载体 378

三、助剂 378

四、制备方法 378

五、催化剂还原 379

六、催化剂失活 379

第三节 甲烷化工艺技术 380

一、等温固定床甲烷化工艺 380

二、流化床甲烷化工艺 380

（一）Bureau of Mines工艺 381

（二）美国烟煤研究公司Bi-Gas项目 382

（三）Comflux工艺 383

三、液相甲烷化工艺 384

四、绝热固定床甲烷化技术 385

（一）Lurgi甲烷化工艺 386

（二）Davy甲烷化技术 390

（三）Topsφe甲烷化技术 394

（四）其他绝热固定床甲烷化工艺 400

第四节 国内甲烷化技术开发现状 402

第五节 甲烷化设备 404

一、甲烷化反应器 404

二、废热锅炉、蒸汽过热器 404

三、循环压缩机 405

第六节 主要甲烷化技术比较与技术选择建议 406

一、主要甲烷化技术对比分析 406

二、综合评价与技术选择建议 409

参考文献 410

第八章 煤制合成天然气干燥 414

第一节 概述 414

一、煤制合成天然气干燥的必要性 414

二、煤制合成天然气水含量的测定方法 415

（一）吸收称量法 415

（二）露点测量法 416

（三）图算测量法 416

三、煤制合成天然气干燥方法 417

（一）溶剂吸收法 418

（二）固体吸附法 419

（三）冷却法 420

（四）膜分离法 421

（五）超声速法 422

四、几种天然气干燥的方法及特点对比 423

第二节 煤制合成天然气干燥工艺 423

一、三甘醇干燥工艺 423

二、分子筛干燥工艺 424

（一）两塔流程 425

（二）三塔或多塔流程 425

三、低温分离干燥工艺 425

第三节 干燥装置运行流程与指标 426

一、原料气组成 426

二、产品及特性 427

（一）甲烷 427

（二）氢气 428

（三）二氧化碳 428

三、工艺原理 429

四、工艺流程 430

五、工艺指标 431

第四节 干燥装置主要设备 431

一、吸收塔 431

（一）吸收塔的分类 432

（二）吸收塔的基本结构 432

二、再生塔 434

三、换热器 434

四、闪蒸罐 435

五、缓冲罐 436

六、过滤器 436

七、泵 436

第五节 操作特点及影响因素 438

一、重沸温度 438

二、吸收塔运行压力 438

三、吸收剂循环量 438

四、汽提气量 439

五、其他参数控制 439

第六节 常见问题分析 440

一、产品气水露点偏高 440

二、吸收剂消耗量过高 440

三、吸收剂裂解 441

四、吸收剂起泡 441

五、吸收剂循环管路堵塞 441

六、重沸器内吸收剂加热时温度开始降低 441

第七节 某煤制合成天然气干燥装置简介 442

一、装置概况 442

二、煤制合成天然气干燥系统 442

（一）三甘醇的理化性质 442

（二）工艺原理 443

（三）工艺流程及说明 444

三、设备系统 445

四、公用工程系统 448

五、自控仪表系统 448

六、影响煤制合成天然气干燥系统的条件 450

参考文献 451

第九章 废水处理 452

第一节 概述 452

一、气化废水来源 452

二、气化废水特点 452

三、气化废水处理的必要性 453

第二节 碎煤加压气化废水处理技术 454

一、碎煤加压气化废水处理技术概述 454

（一）有价物质回收单元 454

（二）污水处理单元 455

（三）污水回用处理单元 460

（四）浓盐水处理单元 460

二、碎煤加压气化废水处理技术典型案例 461

（一）美国大平原气化厂废水处理方案 461

（二）南非萨索尔废水处理方案 462

（三）中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司废水处理方案 463

（四）义马气化厂废水处理方案 463

（五）大唐公司“活性焦吸附－生化处理”工艺方案 463

三、克旗项目碎煤加压气化废水处理示范工艺 464

（一）预处理单元 465

（二）污水处理单元 467

（三）污水回用处理单元 470

（四）浓盐水处理单元 472

第三节 气化废水处理现状与发展趋势 478

一、气化废水处理现状 478

二、气化废水处理发展趋势 479

第四节 酚氨回收 480

一、概述 480

二、几种酚氨回收流程对比 481

（一）原民主德国引进的老工艺 481

（二）用二异丙基醚作萃取剂的酚氨回收新工艺 483

（三）用甲基异丁基酮（MIBK）作萃取剂的酚氨回收新工艺 485

三、煤制天然气示范项目酚氨回收技术简介 487

（一）装置概况 487

（二）废水处理基本原理 487

（三）工艺流程及流程图 489

（四）工艺指标 489

（五）原材料及产品介绍 491

（六）关键参数的控制 494

（七）主要设备及参数 504

（八）常见事故处理 511

四、酚回收污染物及产品的测定方法 513

（一）总酚含量的测定方法 513

（二）酚水中游离氨与固定氨的测定——蒸馏滴定法 514

（三）COD含量的测定方法 515

（四）粗酚的测定方法 515

参考文献 517

第十章 煤制合成天然气示范工程建设与运行 520

第一节 煤制合成天然气示范工程概况 520

第二节 工程建设 521

一、工程建设概况 521

（一）克旗煤制天然气项目 521

（二）阜新煤制天然气项目 522

二、工程实施 522

（一）实施阶段组织管理 522

（二）工程承发包管理 523

（三）勘察设计管理 523

（四）物资采购管理 524

（五）施工管理 524

三、试车 526

（一）试车组织机构及职责分工 527

（二）主要试车时间节点 530

（三）试车特点及做法 531

（四）主要问题及采取的措施 531

第三节 生产运行与控制 533

一、煤气化与分离 533

（一）工艺过程及主要技术指标 533

（二）原料、产品及物料平衡 538

（三）能耗分析 540

（四）操作参数及操作要点 541

二、合成气变换与净化 543

（一）工艺过程及主要技术指标 543

（二）原料、产品及物料平衡 545

（三）能耗分析 547

（四）操作参数及操作要点 548

三、甲烷化与干燥 550

（一）工艺过程及主要技术指标 550

（二）原料、产品及物料平衡 551

（三）能耗分析 552

（四）操作参数及操作要点 553

四、废水处理与回用 554

（一）工艺过程及主要技术指标 554

（二）原料、产品及物料平衡 557

（三）操作参数及操作要点 558

（四）能耗分析 564

五、节能与降耗 565

第四节 主要设备 568

一、煤气化与煤气水分离 568

二、合成气变换与净化 575

三、酚回收与硫回收 586

四、甲烷化与干燥 593