煤化工是指以煤为原料,经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。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。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,通常指煤制油、煤制甲醇、煤制二甲醚、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制天然气等等。
煤化工工艺路线图
煤制甲醇已经是相对成熟的工艺路线,煤制甲醇工艺路线的主要差异是造气工序的不同。目前,世界上采用煤为原料的造气技术有鲁奇(Lurgi)的固定床加压气化技术、德士古(Texaco) 、道化学(DOWChemical) 的水煤浆气化技术和西门子(GSP)、壳牌(Shell) 的粉煤气化技术。鲁奇的固定床加压气化技术工业化时间最长,但是由于该技术气化温度较低,生成气中甲烷含量大,不宜用作制甲醇用合成气。德士古炉在我国已有多台使用经验,且90%以上的材料和部件可国产化,因此投资较省。
1、合成甲醇的化学反应方程式:
(1)主反应:
CO+2H2=CH3OH+102.5KJ/mol
(2)副反应
2CO+4H2=CH3OCH3+H2O+200.2 KJ/mol
CO+3H2=CH4+H2O+115.6 KJ/mol
4CO+8H2=C4H9OH+3H2O+49.62 KJ/mol
CO2+H2=CO+H2O-42.9 KJ/mol
2、甲醇合成气要求氢碳比f=(H2-CO2)/(CO+CO2)≈2.05~2.10,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
CO+H2O(g)=CO2+H2 (放热反应)
4、水煤气组分与甲醇合成气组分对比
1、合成甲醇的化学反应方程式:
CH4+H2O=CH3OH+H2
2、甲醇合成气要求氢碳比f=(H2-CO2)/(CO+CO2)≈2.05~2.10,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
CH4+H2O(g)=CO+H2(强吸热反应)
4、纯氧部分氧化反应
2CH4+O2=2CO+4H2+35.6kJ/mol
CH4+O2=CO2+2H2+109.45 kJ/mol
CH4+O2=CO2+H2O+802.3 kJ/mol
5、天然气组分与甲醇合成气组分对比
目前,较为成熟的煤化工产品路线主要是以煤制合成气为源头,部分工艺路线通过合成气直接合成化工产品,另一部分路线通过合成气制甲醇,再以甲醇为原料进一步反应生产衍生化工产品。我国煤化工产业正处于成长期,发展前景广阔,煤化工产品的竞争力日益凸显。煤化工技术正在不断完善,工业化发展速度不断加快,相应的工艺路线将在不断的选择、验证、改进、磨合过程中日趋成熟。
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