煤制合成天然气技术与应用

第一章绪论第一节基本概念001一、 直接煤制合成天然气技术001二、 间接煤制合成天然气技术002第二节发展背景和发展历程003一、 国外煤制合成天然气产业发展的背景003二、 我国煤制合成天然气产业发展的背景003三、 我国煤制合成天然气行业发展历程005四、 部分煤制合成天然气项目概况006第三节煤制合成天然气产业特点008一、 煤制合成天然气工厂技术特点008二、 原料煤资源特点009三、 煤制合成天然气工厂生产装置特点010四、 煤制合成天然气产品特点010五、 我国天然气供应和消费特点011六、 煤制合成天然气工厂分类011七、 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012八、 煤制合成天然气工厂调峰问题012第四节我国煤制合成天然气产业发展前景013第五节煤制合成天然气产品质量特点与应用分析017第六节煤制合成天然气工厂生产调度023一、 煤制合成天然气工厂生产调度特点023二、 生产调度原则023参考文献026第二章原料煤的供应保障第一节煤炭资源概述027一、 我国煤炭资源特征027二、 我国褐煤资源特征028第二节煤炭的物化特性030一、 煤炭的物理和物理化学性质030(一) 煤的密度030(二) 煤的机械性质030(三) 煤的热性质031(四) 煤的电性质和磁性质032(五) 煤的光学性质032(六) 煤的润湿性033(七) 煤的比表面积和孔隙率033二、 煤的化学性质033(一) 煤的氧化033(二) 煤的热解034(三) 煤的加氢035(四) 煤的氯化035(五) 煤的磺化035第三节原料煤特性对气化行为的影响036第四节原料煤保障工作范畴039一、 原料煤产供销计划制定039二、 原料煤采制化监控040三、 原料煤混配与存储040四、 原料煤运输与验收040五、 原料煤保障的社会经济效益040第五节原料煤的采制化监控041一、 全水分测定041二、 工业分析042三、 全硫测定043四、 发热量测定044五、 灰熔融性测定045六、 元素分析045七、 灰成分分析046第六节原料煤的混配及储存047一、 原料煤混配047二、 原料煤储存051第七节原料煤的运输及验收051一、 煤的运输051二、 煤的验收053(一) 原料煤数量验收053(二) 原料煤质量验收054第八节典型项目原料煤供应的技术经济评价056一、 混配煤的可行性及经济性分析057二、 提高褐煤成块率的经济性分析057三、 试烧烟煤的经济性分析058参考文献060第三章热电动力系统第一节热电动力系统在现代煤化工企业中的地位061第二节煤制合成天然气工厂的基本情况和工程技术特点061一、 煤制合成天然气工厂的基本情况061二、 工程技术特点062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062一、 热电站的配置062二、 热电站与化工装置的关联062第四节煤制合成天然气工厂热电动力系统的配置方案063第五节煤化工企业热动配置方式及评述065一、 “以汽(热) 定电”的模式065二、 “自供汽+外购电”的模式066三、 热、 电、 化一体化高效大机组的模式068四、 配套建设IGCC联合循环发电装置的模式068第六节煤制合成天然气工厂的能效分析070一、 大唐克旗煤制合成天然气项目的综合能效070二、 影响煤制合成天然气项目综合能效的因素070三、 煤制合成天然气升级示范项目不同热电方案的能效比较071第四章空气分离第一节概述073第二节空气分离技术074一、 空气分离方法074二、 低温法分离空气的主要技术074(一) 透平膨胀机制冷技术074(二) 低温精馏技术075第三节空分技术在煤化工项目上的应用077一、 固定床煤气化技术配套空分设备078二、 流化床煤气化技术配套空分设备079三、 气流床煤气化技术配套空分设备080第四节主要设备083一、 空气压缩机083(一) 全离心式压缩机083(二) 轴流+离心式压缩机085二、 直接空冷器085三、 分子筛纯化器086四、 膨胀机087(一) 增压透平膨胀机结构087(二) 液体膨胀机089五、 板式换热器089(一) 主换热器089(二) 冷凝蒸发器090六、 低温精馏塔091(一) 筛板塔091(二) 填料塔091七、 低温液体泵092(一) 往复式低温液体泵093(二) 离心式低温液体泵093八、 低温液体储罐094(一) 高真空绝热储罐094(二) 真空粉末绝热储罐095(三) 普通粉末绝热储罐095第五节控制系统095一、 压缩机组控制096(一) 压缩机组防喘振控制096(二) 转速模块化控制097二、 空冷器防冻控制系统098三、 纯化系统控制098四、 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-gas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） Topse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