一：煤化工工艺路线图

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体（主要是CO+H2）、液体、固体燃料以及化学品的过程。具体地说，就是生产氢、氨、甲烷、醇、油、燃气六大产品为基础的重化工产业。然后以这些产品为原料，进一步生产成千上万个化工产品。

     实现煤化工的工艺起点是煤炭气化和煤炭液化。

     煤炭气化是将煤进行不完全燃烧转变为合成气（CO+H2），即部分氧化工艺。

     煤炭液化是将煤加氢直接生成液态燃料，主要用于燃料油的生产，如：汽油、柴油。

二：煤化工-气化

煤的气化过程：煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

煤气化主装置：

磨煤及干燥系统；煤粉加压及输送系统；气化、急冷及合成气冷却系统；渣脱除系统(除渣)；干灰脱除系统(干洗)；湿灰脱除系统(湿洗)；初步水处理系统；

1：Texaco水煤浆气化

Texaco（德士古）包括煤浆制备、灰渣排除、水煤浆气化等，核心和关键设备是气化炉。要求：煤灰熔点小于1250度。水煤浆具有较高的浓度（58%~65%），较好的稳定性（煤浆不易分层沉降）较好的流动性（粘度小于1200PA.s）。

工艺流程：

制浆系统：来自原、燃料煤贮运系统的（<6mm）的洗粉煤经圆盘给料机给料到称重胶带输送机上，计算并调整给料量将煤送入煤磨机，以一定量的水、添加剂、石灰石、氨水混合磨成浓度为60%~65%水煤浆。出口处配带的滚筒筛预筛。设置了添加剂槽、搅拌器和添加剂泵，提高成浆性。

合成气系统：加压后的水煤浆与高压氧气(纯度为98%)经TCGP烧嘴混合后呈成雾状。分别经喷嘴中心管及外环隙喷入气化炉燃烧室。反应温度：1350~1450°C压力为4.0~6.0MPa。生产煤气（合成气）和熔渣。经激冷环及下降管进入气化炉激冷室冷却，冷却后合成气经喷嘴洗涤器进入碳洗塔，熔渣冷却、固化、定期排出。

烧嘴冷却系统：煤浆被高速氧气流充分雾化。（承受1400°左右的高温）、设置了冷却盘管，烧嘴头部设置了水夹套（有一套单独的系统向烧嘴供应冷却水）。安全联锁。

锁斗系统的循环分为减压、清洗、排渣、充压。设置了一套复杂的自动循环控制系统，用于定期收集炉渣。

闪蒸及水处理系统（主要用于水的回收处理）。黑水送入高压、真空闪蒸系统，进行减压闪蒸，降低黑水温度，释放不溶性气体及浓缩黑水，经闪蒸后的黑水含固量进一步提高，送往沉降槽澄清，循环利用。

可需PLC控制：磨机、煤浆泵、TCGP烧嘴、气化炉、炭洗塔、激冷环和破渣机等。

2：Shell煤气化

工艺流程：煤和石灰石称重给料机按一定的比例进入磨煤机混磨（热风作为动力带走煤中的水），再经袋式过滤器过滤。加上氧气（空气的氧气经氧气机加压并预热后）和蒸汽（中压过热蒸汽）送至烧嘴。（反应时：3.5MPa,1500~1600°C）送到气化炉。

出气化炉的气体在气化炉顶部被激冷压缩机送来的冷煤气激冷至900°C，经输气管换热器、合成气冷却器回收热量降至350°C。在进入高温高压陶瓷过滤器除去合成气中99%的飞灰。

出高温高压陶瓷过滤器气体分2股，一股进入激冷气压缩机压缩后作为激冷气返回气化炉上的气体返回室。另一股进入文丘里洗涤器和洗涤塔，经高压工艺水除去灰并降温至150~300°C去气体净化装置。

可需PLC控制：气化炉、输气管、合成气冷却器的内件、飞灰过滤器的内件、点火烧嘴、开工烧嘴、煤烧嘴、煤流量控制阀、煤三通阀、煤粉流量测量仪表、煤粉阀、煤灰渣阀、硬密封仪表球阀、锅炉给水循环泵（大流量）、恒力吊、激冷气压缩机等。

3：GSP煤气化

GSP工艺主要是由给料系统、气化炉、粗煤气洗涤。

固体气化原料被碾磨至不大于0.5mm的粒度后，经干燥，通过浓相气流输送系统送至烧嘴，对于液态或污泥状的气体原料用泵送至烧嘴。

气化原料与气化剂（氧气、水蒸汽）经烧嘴同时喷入气化炉内的反应室，在高温（1400~1600°C）、高压（2.5~4.0MPa）下发生快速气化反应，产生以CO和H2为主要成分的热粗煤气。热粗煤气和熔渣一起通过反应室底部的排渣口进入下部的激冷室。

冷却后的粗煤气去洗涤系统，使渣粒固化成玻璃状，然后通过锁斗系统排出，溢流出的激冷水送至污水处理系统。

由烧嘴、冷壁气化室、激冷室组成的加压气流床，污水处理系统，反应机理与Shell气化炉一样。

4：Lurgi煤气化

固定床加压煤气化炉主要特点是带有夹套锅炉固态排渣的加压煤气化炉。

Lurgi炉的固定床由干燥区、干馏区、气化区、燃烧区和灰渣区。

工艺：煤由煤锁加入气化炉后，在3.0MPa压力下，至上而下经干燥、干馏、气化（还原）、燃烧。煤中的残留碳与气化炉中的氧发生燃烧反应，灰渣将热量传递给气化剂后由炉箅排入灰锁。气化剂中的氧自上而下在燃烧层全部参与反应，进入气化层，在此水蒸汽与碳、CO2与碳分别反应，生成CO、H2、CH4、焦油、苯和酚，成为粗煤气。

污水处理系统、炉体、辅助设备（煤斗：常压、煤锁、灰斗：常压、灰锁、气化炉出口的洗涤冷却器。）、上下阀。

三：以合成气为原料合成的主要化工产品

1：氨合成

利用固体燃料(焦炭或煤)的燃烧将水蒸气分解，将空气中的氧与焦炭或煤反应而制得氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳等的气体混合物。

气化过程中的主要反应有：

          C + H2O(g) =  CO+H2          

    ΔH= 90.20 kJ/mol

将净化后的氢、氮混合气经压缩后，在铁催化剂与高温条件下合成氨，反应式为

2：低温甲醇洗净化工艺

四：煤的直接液化

煤的直接液化是指将（尤其是烟煤）磨碎成细粉后，和溶剂油制成煤浆，然后在高温、高压、和催化剂存在的条件下，通过加氢裂变使煤中复杂的有机化学结构分子，直接转化为清洁的液体燃料和其它化学产品，又称氢液化。

1：备煤：煤经磨煤机制成煤粉并粗细分离，一部分送至制氢装置，大部分煤粉加密封油和溶剂的脱灰油渣等制成油煤浆，增压加热。

2：煤制氢：煤粉和空气装置生产出来的氧气及水、蒸汽等混合进行干粉煤气化制成粗合成气，经热回收、除尘、洗涤、变换、净化（脱硫、脱碳等）工艺产出高纯氢气。干煤粉气化的煤粉输出用气用CO2，不要用N2，因N2在H2中难于分离。

3：催化剂：硫酸铁、钼酸铵、磷酸和氨水加水制成凝胶催化剂。

4：煤液化：油煤浆、原料氢、液态催化剂以及硫黄、水、蒸汽等原料，高温440~450°C，高压17MPa和临氢条件下，催化作用反应生成不稳定的煤液化油。

5：加氢稳定：进行除硫、氮、氧等，加氢反应制成石脑油（石脑油（naphtha）：一部分石油轻馏分的泛称。因用途不同有各种不同的馏程。我国规定馏程自初镏点至220℃左右。主要用作重整和化工原料。作为生产芳烃的重整原料，采用70~145℃馏分，称轻石脑油；当以生产高辛烷值汽油为目的时，采用70~180℃馏分，称重石脑油。用作溶剂时，则称溶剂石脑油，来自煤焦油的芳香族溶剂也称重石脑油或溶剂石脑油。）和馏分油。

6：馏分油和氢气、硫磺等经过化学裂变反应制成柴油和调汽油。

7：重整抽取、溶剂脱灰、空分、尾气制氢、轻烃回收和脱硫、含硫污水汽提、硫黄回收和尿素装置（液氨和CO2回收转化制成高浓度氮肥（尿素））。

设备：反应器、热交换机、各类压力容器、压缩机、泵和阀门。工作温度高、压力高、固体颗粒度大、H2S高温临氢强腐蚀。

五：煤的间接液化

煤间接液化是先把煤炭在高温下与氧气和水蒸气反应，使煤炭全部气化、转化成合成气（一氧化碳和氢气的混合物），然后再在催化剂的作用下合成为液体燃料的工艺技术。

制得的粗煤气经变换、脱硫、脱碳制成洁净的合成气（CO+H2），合成气在催化剂作用下发生合成反应生成烃类，烃类经进一步加工可以生产汽油、柴油和LPG等产品。

反应器类型：固体床反应器（管壳式，类似换热管，管内装催化剂，管间通入沸腾的冷却水，以便移走反应热，管内反应温度可由管间蒸汽压力加以控制）；气流床反应器（使用熔铁粉末催化剂，悬浮在反应气流中，并被气流夹带至沉降器）；浆态床反应器（气液固三相鼓泡塔反应器，床内为高温液体（熔蜡），催化剂微粒悬浮在其中，合成气以鼓泡形式通过。）

工艺分为五部分：煤的气化、合成气净化、FT合成、产物分离和产品精制、排污控制。

六：煤的炼焦

煤在隔绝空气的条件下，加热到950~1050°C，经过干燥、热解、熔融、黏结、固化、收缩等阶段，最终制得焦炭，高温炼焦或高温干馏，称炼焦。

煤炼焦的主要产品：焦炭、焦炉煤气、煤焦油。

主要设备：焦炉（炭化室、燃烧室、蓄热室和斜道区）。

焦化厂一般有备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间等。

焦化厂生产工艺流程

洗选加工的目的是降低煤的灰分，使混杂在煤中的矸石、煤矸共生的夹矸煤与煤炭按照其相对密度、外形及物理性状方面的差异加以分离，同时，降低原煤中的无机硫含量，以满足不同用户对煤炭质量的指标要求。

焦炉和冷鼓，因两者距离较远，为了避免仪表的长距离走线，设置一个冷鼓远程站及给水远程站，以使仪表线能现场就近进入DCS控制柜。

脱硫、硫回收、硫氨及洗苯脱苯，硫铵的工艺流程是将剩余氨水通过预热、分离，反应生成液体硫铵，硫铵液经结晶、干燥后包装。脱硫及硫回收的工艺流程是脱硫液和溶液在脱硫塔中进行反应将硫分离出来，然后溶液进入再生塔再生。洗苯脱苯的工艺流程是油经洗苯塔清洗后进入脱苯塔，利用温度的不同产生轻苯油水和重苯油水，经油水分离器进行分离。

蒸氨工段主要完成对来自于炼焦配合煤中的剩余氨水进行蒸馏的过程。

粗苯是由多种有机物组成的复杂混合物，主要成分是苯及其同系物甲苯、二甲苯及三甲苯等。粗苯精制过程就是通过化学的方法将粗苯中的不饱和化合物、硫化物等除去，然后用蒸馏方法将苯类产品分离出来的过程。在连续式粗苯精制过程中，比较常见的工艺是五塔蒸馏方式。

焦油蒸馏工艺是：单塔式焦式炉蒸馏工艺。

七：煤的低温干馏

煤化工的重要过程之一。指煤在隔绝空气条件下加热、分解，生成焦炭（或半焦）、煤焦油、粗苯、煤气等产物的过程。按加热终温的不同,可分为三种：900～1100℃为高温干馏，即焦化；700～900℃为中温干馏；500～600℃为低温干馏（见煤低温干馏）。煤的干馏是属于化学变化。

产品：半焦、煤气和焦油。

主要方法：托斯考（Toscoal)工艺、ETCH煤粉快速热解工艺、鲁奇鲁尔煤气化工艺、中国褐煤干馏实验。

1：托斯考（Toscoal)工艺

粉碎好的干燥煤在预热提升管内，用来自陶瓷加热器的热烟气加热，在干馏转炉中加热至500°C，进行低温干馏，产生的粗煤气和半焦在回转筛中分离，热半焦去冷却器，瓷球经提升器到加热器循环使用。

2：ETCH煤粉快速热解工艺

原料煤由煤槽经给料机去粉煤机，此处供入热烟气，550°C，把粉碎了的粉煤用上升气流输送到干煤旋风器，把煤加热到100~120°C。干煤由旋风器去加热器，在此与来自加热提升管的热粉焦混合，在干馏槽内发生热解反应并析出挥发产物，经冷却冷凝系统分离为焦油和煤    气和冷凝水。          

3：鲁奇鲁尔煤气化工艺

煤经4个平行排行的螺旋给料器，再通过导管进入干馏槽。导管中通入冷的干馏煤气使煤料流动，煤从导管呈喷射状进入干馏槽与来自集合槽的热半焦相混合，进行干馏过程。

4：中国褐煤干馏实验

实验装置：原料煤处理、干馏、流化半焦提示以及焦油和煤气回收系统。

干褐煤与热载体半焦在混合器相混合，由于物料粒子小，混合快均匀，煤和半焦之间传热迅速，加热速率快，从而发生快速热解。煤焦混合物由混合器去干馏槽，在此完成干馏反应并析出挥发产物，半焦自干馏槽去提升管下部，与空气部分燃烧或由热烟气加热并流化提升，热焦回到集合槽再去混合器，如此循环利用。下载本文