1、*学院毕业（论文）1*学院毕 业 设 计（论 文）(冶金化工系)题 目 煤气化制甲醇(年产 8 万吨) 的研究 专 业 应用化工技术 班 级 化工*班 姓 名 * 学 号 * 指导教师 张* 完成日期 * *学院毕业（论文）- 0 -目录前言 .- 2 -第一章 绪论 .- 3 -1.1 煤炭气化的发展 .- 3 -1.2 新型煤化工内容简介 .- 4 -1.3 煤炭气化在新型煤化工中的应用 .- 4 -1.3.1 煤炭气化技术 .- 4 -1.3.2 煤制含氧化合物 .- 4 -第二章 煤炭气化原理 .- 6 -2.1 煤炭气化技术 .- 6 -2.2 原料煤对气化性能的影响 .- 7 -2
2、.3 气化用煤种的主要特性 .- 7 -2.4 煤的反应性能 .- 8 -第三章 煤气化制甲醇 .- 9 -3.1 煤气化制甲醇工艺流程 .- 9 -3.2 合成气制备 .- 9 -3.2.1 合成气工艺 .- 9 -3.2.2 反应设备 气化炉 .- 10 -3.2.3 合成气的净化 .- 11 -3.3 甲醇的制备 .- 12 -3.3.1 甲醇的性质 .- 12 -3.3.2 甲醇市场现状及展望 .- 12 -3.3.3 合成气制甲醇 .- 14 -3.3.4 低压法合成甲醇的工艺 .- 14 -3.3.5 甲醇合成反应器 .- 17 -3.4 物料衡算 .- 19 -第四章 结论 .-
3、 25 -4.1 低压法合成甲醇的影响因素 .- 25 -某学院毕业（论文）- 1 -4.1.1 温度对 CH3OH 合成的影响 .- 25 -4.1.2 压力对 CH3OH 合成的影响 .- 25 -4.1.3 空速对甲醇合成的影响 .- 26 -4.1.4 氢碳比的控制对甲醇合成的影响 .- 26 -4.1.5 惰性气体含量对 CH3OH 合成的影响 .- 27 -4.1.6 甲醇合成催化剂以及催化剂对甲醇合成的影响 .- 27 -第五章 结束语 .- 29 -致谢 .- 30 -参考文献 .- 31 -某学院毕业（论文）- 2 -前言中国作为一个煤资源比较丰富，但油资源较为贫乏的国家。随
4、着节能减排等一系列国家政策的提出，我国越注重对能源的合理、最大化利用。 随着科学技术能力的提高，合成工艺日趋成熟和完善。我们也看到了许多方面的技术先进性，所以提出了在煤气化制甲醇的一些工艺流程。该毕业设计主要从煤气化的基本原理，以及工艺流程、工艺原理，煤气化的设备、方法 ，合成气制甲醇的原理、工艺流程，合成甲醇的技术及影响因素等方面阐述了我的意见和想法；能够做到自己认为比较重要的方面。关键词: 节能减排、 煤气化 甲醇 设备 反应器某学院毕业（论文）- 3 -第一章 绪论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，油加工和电石乙
5、炔化工、焦工业、煤炭气化工业、煤制化学品工业以及其他煤加工制品工业等。煤的综合利用包括将煤本身作为一次能源，用煤制造二次能源和化工原料环保节能几个方面。随着经济发展，经过化学加工对煤的综合利用越来越社会发展的趋势，将煤炭利用率和附加值、煤炭深加工等的增值可达到几十甚至几百倍，这给新型煤化工发展奠定了基础和有力的发展空间。将会成为未来资源的中坚力量。新型煤化工产业必将成为 21 世纪的高新技术产业的一个组织部分。大型先进的煤炭气化技术及气化产品的进一步合作利用，也将成为今后的发展的主要方向。 1.1 煤炭气化的发展煤的气化是煤或煤焦在高温下发生化学反应将煤或煤焦中有机物转变为煤气的过程。煤化工开
6、始于 18 世纪后半叶， 19 世纪形成了完整的煤化工体系。进入 20 世纪，许多以农林产品为原料的有机化学品多改为以煤为原料生产，煤化工成为化学工业的重要组成部分。第二次世界大战以后，石油化工发展迅速，很多化学品的生产又从以煤为原料转移到以石油、天然气为原料，从而削弱了煤化工在化学工业中的地位。煤中有机质的化学结构，是以芳香族为主的稠环为单元核心，由桥键互相连接，并带有各种官能团的大分子结构，通过热加工和催化加工，可以使煤转化为各种燃料和化工产品。焦化是应用最早且至今仍然是最重要的方法，其主要目的是制取冶金用焦炭 ，同时副产煤气 和苯、甲苯、二甲苯、萘等芳烃。煤气化在煤化工中也占有重要的地位
7、，用于生产城市煤气及各种燃料气 ，也用于生产合成气。 煤气主要作为城市煤气及合成氨原料的生产等，20 世纪 70 年代成功开发由合成气制甲醇技术，由于甲醇的广泛用途，使煤炭气化工业又重新引起人们重视。 现在，随着气化生产技术的进一步发展，以生产含氧燃料为主的煤炭气化合成甲醇、二甲醚，有广阔的市场前景。甲醇从今某学院毕业（论文）- 4 -年供需情况来看，除了作基本有机化工原料、精细化工原料外，还可以做替代燃料应用，预计需求量将达 8001000 万吨年，到 2020 年，甲醇需求预计达 5000 万吨年。1.2 新型煤化工内容简介新型煤化工的主要特点如下：（1）清洁能源是新型煤化工的主要产品。新
8、型煤化工生产的主要产品是洁净能源和可替代石油化工产品。如柴油、汽油、乙烯原料、甲醇、二甲醚等以及一些化工产品。（2）煤炭能源化工一体化。依靠煤炭资源，形成煤炭能源化工一体化的新兴产业。如煤炭气化联合循环发电技术。（3）高新技术及优化集成。新型煤化工生产采集用煤转化高新技术，在能源梯级利用、产品结构方面对不同工艺优化集成，提高了整体经济效益。（4）使环境污染得到有效治理，发挥人力资源是新型煤化工的一个主要发展方向。1.3 煤炭气化在新型煤化工中的应用煤炭气化是发展新型煤化工的重要单元技术。国内近年来加大了对煤炭气化开发和利用，一些新合成工艺和新生产方法的应用技术，使煤炭气化得到迅速发展。1.3.
9、1 煤炭气化技术传统的气化技术是利用炼焦炉、发生炉和水煤气炉气化。进入 20 世纪以后针对不同煤种和气体用途发展了几百种气化方法，其中以鲁奇碎枚加压气化炉常压 K-T炉、湿克勒气化炉等应用最广。20 世纪 70 年代以来围绕提高燃煤电厂热效率、减少对环境的污染技术问题，促使了新一代气化工艺诞生。美国 45 个洁净煤技术示范项目中有 7 个煤炭气化联合循环发电项目，配套有 6 中煤炭气化技术，他们是德士古水煤浆气化技术，CE 两段式气化床气化技术、Destec 两段加压气化床气化技术、KRW 气化技术、U-Gas 气化技术及 BG/L 固定床熔渣气化技术等。国内目前采用的煤炭气化技术主要以常压固
10、定床煤气化发生炉和水煤气发生炉为多，开发引进了水煤气两段炉、鲁奇加压气化炉和德士古水煤浆气化技术。今天的发展趋势是效率较高、煤气成分较好的干粉煤炭气化技术。 某学院毕业（论文）- 5 -1.3.2 煤制含氧化合物煤制甲醇发展甲醇化学是煤制含氧化合物的主要途径，称羰基合成法。主要有Eastman-KODA 路线，即煤合成气甲醇醋酐醋酸纤维胶片和Monsanto-BP 路线，即合成气甲醇醋酸。羰基合成路线与乙炔法和乙烯法合成醋酸相比，成本低、设备投资少，目前已广泛推广和利用，有较好前景。某学院毕业（论文）- 6 -第二章 煤炭气化原理煤的气化过程是一个热化学过程，是煤或焦煤与气化剂（空气、氧气、水
11、蒸气、氧等）在高温下发生化学反应将煤或焦煤中有机物转化为煤气的过程，该过程是在高温、高压下进行的一个复杂的多项无力级物理化学过程，通过煤炭气化工艺可以利用煤中所含的几乎全部有机物，是获得基本有机化学工业原料的重要途径。煤气是指气化剂通过炙热固体燃料层时，所含游离氧或结合氧将燃料中的碳转化成的可燃性气体。汽化过程中产生的混合气体组成，随气化时所用的煤或煤焦的性质、气化剂的类别、气化过程中条件以及煤气发生炉的结构不同，因此，在生产工业用煤气时，必须根据煤气所需的组成来选择煤气的类别和气化条件，才能满足生产的需要。煤气的有效成分为一氧化碳、氢气、甲烷等，其可作为化工染料、城市煤气和工业燃气。 2.1
12、 煤炭气化技术 气化技术发展已有 150 年的历史，许多技术已经相当成熟并广泛应用于生产实际，根据技术大类可分为地面气化和地下气化。以传热方式可分为外热式、内热式、等。(一)地面气化将煤从煤从地下挖掘出来再经过各种气化技术获得煤气的方法称为地面气化。地面气化现在被世界各国广泛采用，该方法可利用煤炭气化方法获得气化煤气，生产工艺也很成熟。(二)地下气化煤炭地下气化是将未开采的煤炭有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用上产煤气的一种气化方法。一般可用于煤层薄、深部煤层、急倾斜煤层等。这一方法有效地提高了煤炭资源的利用率，将井建采煤、转化工艺集为一体，减少了煤炭生产过程中的危害和对环境造成的破坏。某学院
13、毕业（论文）- 7 -煤的地下气化是一种有效利用煤炭的方法，可以从根本上消除煤炭开采的地下作业，将煤中可利用部分以洁净方式输出地面，残渣和废渣留于地下，对环境保护与开发有很重要意义。图见下页图 2-1 地下气化示意图1，2、钻孔 3、水平通道 4、气化盘区 5、火焰工作面 6、崩落的岩石、燃烧区 、还原区 、干馏区 、干燥区2.2 原料煤对气化性能的影响气化用煤的种类对气体过程有很大的影响，煤种不仅影响气化产品而且关系到气化的生产操作条件。所以，在选气化用原料种类时，必须结合气体方法和气化炉的结构进行考虑，也要充分；利用资源，合理选用资源。根据气化用煤的主要特征，将气化煤大致分为以下四类：第一
14、类，气化时不黏结也不产生焦油，代表性原料有无烟煤、焦煤、半焦和贫焦。第二类，气化时并产黏结生焦油，代表性原料又弱粘结或不粘结烟煤。第三类，气化时不但产黏结生焦油，代表性原料又褐煤。第四类，以泥炭为代表性原料，气化时不，能黏结产生大量的甲烷。2.3 气化用煤种的主要特性（1）无烟煤 、焦炭、半焦和贫煤这类原料气化时不黏结，不会产生焦油，所生产的煤气中含有少量的甲烷，不饱和碳氢化合物极少，但煤气热值较低。其中的无烟煤和贫煤都属于变质程度非常高的煤种，加热时不产生胶质提。无烟煤在中国的储量约占总储量的 18%。（2）烟煤这种煤炭气化时黏结，并产生焦油，煤气中的不饱和烃、碳氧化合物较多，煤气的净化系统
15、复杂，煤气的热值较高。烟煤属于中等变质程度的煤种。中国的烟煤主要分布在北方各省，华北地区的储量 约占全国总储量的 60%以上。某学院毕业（论文）- 8 -（3）褐煤气化时不黏结但产生焦油。褐煤是变质程度较低的煤，加热时不产生胶质体，含有较高的内在水分和数量不等的腐殖酸，挥发份高，加热时不软化，不熔融。中国褐煤的储量约占总储量的 10%。（4）泥炭煤泥炭煤中含有大量的腐殖酸，挥发份产率近 70%左右。气化时不黏结，但产生焦油和脂肪酸，所生产的煤气中含有大量的甲烷和不饱和碳氢化合物。2.4 煤的反应性能对煤气化工艺来说，煤的反应性能（级别）通常无关紧要，因为对大多数煤来说，无机物的成分/性能在煤气化工艺中，偏爱高的操作温度。这些高温保证所有品种和等级（包括石油焦和无烟煤）的煤的高转化率。然而，煤的等级通常影响产气量和合成所气的成分，如下表所示：煤种 O2/MAF 煤比率 H2O/O2比率 合成气中CO2（%v） 合成气 CO/H2比率石油焦 1.01.1 0.20.3 12.5 2.42.6烟煤 0.851.05 0.050.15 12.5 2.22.4褐煤 0.80.9 0 35 2.02.2
