煤制合成天然氣技術與應用

第一章緒論第一節(jié)基本概念001一、 直接煤制合成天然氣技術001二、 間接煤制合成天然氣技術002第二節(jié)發(fā)展背景和發(fā)展歷程003一、 國外煤制合成天然氣產業(yè)發(fā)展的背景003二、 我國煤制合成天然氣產業(yè)發(fā)展的背景003三、 我國煤制合成天然氣行業(yè)發(fā)展歷程005四、 部分煤制合成天然氣項目概況006第三節(jié)煤制合成天然氣產業(yè)特點008一、 煤制合成天然氣工廠技術特點008二、 原料煤資源特點009三、 煤制合成天然氣工廠生產裝置特點010四、 煤制合成天然氣產品特點010五、 我國天然氣供應和消費特點011六、 煤制合成天然氣工廠分類011七、 面向城鎮(zhèn)用戶的煤制合成天然氣供應鏈上存在的主要矛盾012八、 煤制合成天然氣工廠調峰問題012第四節(jié)我國煤制合成天然氣產業(yè)發(fā)展前景013第五節(jié)煤制合成天然氣產品質量特點與應用分析017第六節(jié)煤制合成天然氣工廠生產調度023一、 煤制合成天然氣工廠生產調度特點023二、 生產調度原則023參考文獻026第二章原料煤的供應保障第一節(jié)煤炭資源概述027一、 我國煤炭資源特征027二、 我國褐煤資源特征028第二節(jié)煤炭的物化特性030一、 煤炭的物理和物理化學性質030(一) 煤的密度030(二) 煤的機械性質030(三) 煤的熱性質031(四) 煤的電性質和磁性質032(五) 煤的光學性質032(六) 煤的潤濕性033(七) 煤的比表面積和孔隙率033二、 煤的化學性質033(一) 煤的氧化033(二) 煤的熱解034(三) 煤的加氫035(四) 煤的氯化035(五) 煤的磺化035第三節(jié)原料煤特性對氣化行為的影響036第四節(jié)原料煤保障工作范疇039一、 原料煤產供銷計劃制定039二、 原料煤采制化監(jiān)控040三、 原料煤混配與存儲040四、 原料煤運輸與驗收040五、 原料煤保障的社會經濟效益040第五節(jié)原料煤的采制化監(jiān)控041一、 全水分測定041二、 工業(yè)分析042三、 全硫測定043四、 發(fā)熱量測定044五、 灰熔融性測定045六、 元素分析045七、 灰成分分析046第六節(jié)原料煤的混配及儲存047一、 原料煤混配047二、 原料煤儲存051第七節(jié)原料煤的運輸及驗收051一、 煤的運輸051二、 煤的驗收053(一) 原料煤數量驗收053(二) 原料煤質量驗收054第八節(jié)典型項目原料煤供應的技術經濟評價056一、 混配煤的可行性及經濟性分析057二、 提高褐煤成塊率的經濟性分析057三、 試燒煙煤的經濟性分析058參考文獻060第三章熱電動力系統(tǒng)第一節(jié)熱電動力系統(tǒng)在現(xiàn)代煤化工企業(yè)中的地位061第二節(jié)煤制合成天然氣工廠的基本情況和工程技術特點061一、 煤制合成天然氣工廠的基本情況061二、 工程技術特點062第三節(jié)煤制合成天然氣工廠熱電站的配置及與化工裝置的關聯(lián)062一、 熱電站的配置062二、 熱電站與化工裝置的關聯(lián)062第四節(jié)煤制合成天然氣工廠熱電動力系統(tǒng)的配置方案063第五節(jié)煤化工企業(yè)熱動配置方式及評述065一、 “以汽(熱) 定電”的模式065二、 “自供汽+外購電”的模式066三、 熱、 電、 化一體化高效大機組的模式068四、 配套建設IGCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電裝置的模式068第六節(jié)煤制合成天然氣工廠的能效分析070一、 大唐克旗煤制合成天然氣項目的綜合能效070二、 影響煤制合成天然氣項目綜合能效的因素070三、 煤制合成天然氣升級示范項目不同熱電方案的能效比較071第四章空氣分離第一節(jié)概述073第二節(jié)空氣分離技術074一、 空氣分離方法074二、 低溫法分離空氣的主要技術074(一) 透平膨脹機制冷技術074(二) 低溫精餾技術075第三節(jié)空分技術在煤化工項目上的應用077一、 固定床煤氣化技術配套空分設備078二、 流化床煤氣化技術配套空分設備079三、 氣流床煤氣化技術配套空分設備080第四節(jié)主要設備083一、 空氣壓縮機083(一) 全離心式壓縮機083(二) 軸流+離心式壓縮機085二、 直接空冷器085三、 分子篩純化器086四、 膨脹機087(一) 增壓透平膨脹機結構087(二) 液體膨脹機089五、 板式換熱器089(一) 主換熱器089(二) 冷凝蒸發(fā)器090六、 低溫精餾塔091(一) 篩板塔091(二) 填料塔091七、 低溫液體泵092(一) 往復式低溫液體泵093(二) 離心式低溫液體泵093八、 低溫液體儲罐094(一) 高真空絕熱儲罐094(二) 真空粉末絕熱儲罐095(三) 普通粉末絕熱儲罐095第五節(jié)控制系統(tǒng)095一、 壓縮機組控制096(一) 壓縮機組防喘振控制096(二) 轉速模塊化控制097二、 空冷器防凍控制系統(tǒng)098三、 純化系統(tǒng)控制098四、 低溫液體泵的自動控制系統(tǒng)100五、 自動變負荷控制100第六節(jié)操作要點及事故案例分析102一、 空氣分離裝置的操作要點102(一) 機組的主要操作102(二) 裝置的主要操作103二、 事故案例分析105(一) 空氣分離裝置退氧操作105(二) 控制油壓低引發(fā)機組跳車事故105(三) 分子篩純化器進水事故106(四) 空氣及污氮氣管道爆裂事故107(五) 主冷爆炸事故107參考文獻108第五章煤氣化第一節(jié)概述109一、 基本概念109二、 煤氣化技術分類110三、 煤氣化技術選擇112第二節(jié)固定床氣化技術113一、 碎煤加壓固態(tài)排渣氣化技術113(一) 技術特征113(二) 魯奇(Lurgi) 煤氣化技術114(三) 碎煤加壓固態(tài)排渣氣化122二、 碎煤加壓液態(tài)排渣氣化技術129第三節(jié)流化床氣化技術135一、 鼓泡流化床氣化技術135(一) 溫克勒煤氣化技術135(二) 高溫溫克勒煤氣化技術135二、 灰熔聚流化床氣化技術140(一) U-gas氣化技術140(二) 灰熔聚流化床粉煤氣化技術144(三) 灰團聚流化床氣化技術147三、 循環(huán)流化床氣化148四、 輸運床氣化技術148第四節(jié)干煤粉氣流床氣化技術152一、 技術特點及主要影響因素152二、 氣流床氣化工藝過程153三、 殼牌干煤粉加壓氣化技術154四、 西門子干煤粉加壓氣化技術161五、 航天粉煤加壓氣化技術167六、 科林干煤粉加壓氣化技術174七、 Prenflo加壓煤氣化技術178八、 中船重工七一一所塔型氣化爐181九、 西安熱工院兩段式干煤粉氣化技術184十、 SE-東方爐氣化技術187第五節(jié)水煤漿氣化技術191一、 技術主要特點191二、 GE水煤漿加壓氣化技術192三、 E-GasTM水煤漿氣化技術200四、 多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術204五、 清華爐煤氣化技術211第六節(jié)碎煤加壓氣化技術的應用217一、 概述217(一) 碎煤加壓氣化的發(fā)展歷程217(二) 碎煤加壓氣化的特點219二、 碎煤加壓氣化過程220(一) 碎煤加壓氣化的過程特點220(二) 碎煤加壓氣化過程分析221三、 煤種和煤的性質對加壓氣化過程的影響228(一) 煤種對加壓氣化過程的影響228(二) 煤的性質對加壓氣化過程的影響230四、 碎煤加壓氣化的工藝操作條件的影響及選定238(一) 氣化反應溫度與汽氧比238(二) 氣化劑溫度的影響與確定239(三) 氣化操作壓力的影響與確定240五、 碎煤加壓氣化技術的主要指標及工藝計算243(一) 生產數據統(tǒng)計243(二) 主要指標及計算245(三) 工藝過程計算應用248六、 碎煤加壓氣化爐爐型的發(fā)展和基本構造256(一) 魯奇爐的代表爐型256(二) 加壓氣化爐的結構及附屬設備261七、 加壓氣化在國內的應用及發(fā)展269(一) 加壓氣化爐的引進與自主開發(fā)269(二) 國內氣化工藝流程及特點270八、 加壓氣化裝置的工藝管理276(一) 生產過程的控制內容276(二) 氣化爐的原始開車操作277(三) 氣化爐短期停車后的開車280(四) 氣化爐的停車281(五) 氣化爐的正常操作要點283九、 4.0MPa加壓氣化爐的重點技術改進288十、 煤氣水分離過程289(一) 煤氣水的來源及組成289(二) 煤氣水分離過程及原理290(三) 煤氣水分離流程293第七節(jié)Shell加壓氣化技術的應用294一、 概述294二、 原料及質量對Shell氣化的影響295(一) 煤的特性對Shell煤氣化的影響295(二) Shell煤氣化對煤粉的要求296三、 Shell煤氣化的影響因素及工藝計算297(一) Shell煤氣化的影響因素297(二) Shell煤氣化反應過程的工藝計算298四、 褐煤在Shell煤氣化裝置中的應用301(一) 多倫煤制烯烴項目概況301(二) 預干燥裝置303(三) Shell煤氣化工藝流程306(四) 項目Shell煤氣化主要設備312(五) 裝置消耗指標317(六) 裝置自動化水平318(七) 項目Shell煤氣化裝置問題與解決方案319第八節(jié)水煤漿氣化技術的應用322一、 概述322二、 褐煤介紹323三、 氣化工藝過程324四、 氣化裝置主要設備326五、 主要工藝技術指標328六、 褐煤水煤漿氣化運行狀況329七、 褐煤水煤漿氣化運行分析與總結330(一) 褐煤質量對水煤漿氣化的影響330(二) 褐煤水煤漿氣化的影響因素332(三) 溫度對煤漿質量的影響333(四) 爐磚333(五) 原料煤333參考文獻334第六章合成氣凈化第一節(jié)煤氣變換技術337一、 變換反應337二、 變換催化劑337（一） Fe-Cr系催化劑338（二） Cu-Zn系催化劑338（三） Co-Mo系催化劑339（四） 變換催化劑制備方法339（五） 變換催化劑的選擇原則339三、 煤氣變換工藝流程與設備340（一） 中溫變換工藝流程340（二） 中溫變換串低溫變換工藝流程340（三） 全低溫變換工藝流程342（四） 中低低變換工藝流程343（五） 適用于高CO含量的耐硫變換工藝344（六） 耐油耐硫變換工藝346（七） 變換設備346四、 變換工藝的選擇347第二節(jié)凈化技術347一、 基本原理347二、 工藝流程與技術特點349三、 低溫甲醇洗工藝352（一） 林德低溫甲醇洗工藝352（二） 魯奇低溫甲醇洗工藝353（三） 大連理工大學低溫甲醇洗工藝354（四） 賽鼎工程有限公司低溫甲醇洗工藝355（五） 上海國際化建工程咨詢公司低溫甲醇洗工藝355（六） 低溫甲醇洗工藝比較356四、 煤制天然氣項目低溫甲醇洗工藝選擇357第三節(jié)制冷359一、 混合制冷359（一） 混合制冷簡介359（二） 工藝原理359（三） 混合制冷流程359二、 吸收制冷360三、 壓縮制冷362（一） 丙烯壓縮制冷362（二） 氨壓縮制冷364四、 制冷方案的選擇365第四節(jié)硫黃回收技術367一、 克勞斯硫回收工藝367二、 克勞斯回收工藝流程370三、 克勞斯硫黃回收工藝及設備發(fā)展進程371四、 克勞斯工藝方案的選擇372參考文獻375第七章合成氣甲烷化第一節(jié)甲烷化原理與發(fā)展歷程376一、 技術原理376二、 發(fā)展歷程376第二節(jié)甲烷化催化劑377一、 活性組分378二、 載體378三、 助劑378四、 制備方法378五、 催化劑還原379六、 催化劑失活379第三節(jié)甲烷化工藝技術380一、 等溫固定床甲烷化工藝380二、 流化床甲烷化工藝380（一） Bureau of Mines工藝381（二） 美國煙煤研究公司 Bi-Gas項目382（三） Comflux工藝383三、 液相甲烷化工藝384四、 絕熱固定床甲烷化技術385（一） Lurgi甲烷化工藝386（二） Davy甲烷化技術390（三） Topse甲烷化技術394（四） 其他絕熱固定床甲烷化工藝400第四節(jié)國內甲烷化技術開發(fā)現(xiàn)狀402第五節(jié)甲烷化設備404一、 甲烷化反應器404二、 廢熱鍋爐、 蒸汽過熱器404三、 循環(huán)壓縮機405第六節(jié)主要甲烷化技術比較與技術選擇建議406一、 主要甲烷化技術對比分析406二、 綜合評價與技術選擇建議409參考文獻410第八章煤制合成天然氣干燥第一節(jié)概述414一、 煤制合成天然氣干燥的必要性414二、 煤制合成天然氣水含量的測定方法415（一） 吸收稱量法415（二） 露點測量法416（三） 圖算測量法416三、 煤制合成天然氣干燥方法417（一） 溶劑吸收法418（二） 固體吸附法419（三） 冷卻法420（四） 膜分離法421（五） 超聲速法422四、 幾種天然氣干燥的方法及特點對比423第二節(jié)煤制合成天然氣干燥工藝423一、 三甘醇干燥工藝423二、 分子篩干燥工藝424（一） 兩塔流程425（二） 三塔或多塔流程425三、 低溫分離干燥工藝425第三節(jié)干燥裝置運行流程與指標426一、 原料氣組成426二、 產品及特性427（一） 甲烷427（二） 氫氣428（三） 二氧化碳428三、 工藝原理429四、 工藝流程430五、 工藝指標431第四節(jié)干燥裝置主要設備431一、 吸收塔431（一） 吸收塔的分類432（二） 吸收塔的基本結構432二、 再生塔434三、 換熱器434四、 閃蒸罐435五、 緩沖罐436六、 過濾器436七、 泵436第五節(jié)操作特點及影響因素438一、 重沸溫度438二、 吸收塔運行壓力438三、 吸收劑循環(huán)量438四、 汽提氣量439五、 其他參數控制439第六節(jié)常見問題分析440一、 產品氣水露點偏高440二、 吸收劑消耗量過高440三、 吸收劑裂解441四、 吸收劑起泡441五、 吸收劑循環(huán)管路堵塞441六、 重沸器內吸收劑加熱時溫度開始降低441第七節(jié)某煤制合成天然氣干燥裝置簡介442一、 裝置概況442二、 煤制合成天然氣干燥系統(tǒng)442（一） 三甘醇的理化性質442（二） 工藝原理443（三） 工藝流程及說明444三、 設備系統(tǒng)445四、 公用工程系統(tǒng)448五、 自控儀表系統(tǒng)448六、 影響煤制合成天然氣干燥系統(tǒng)的條件450參考文獻451第九章廢水處理第一節(jié)概述452一、 氣化廢水來源452二、 氣化廢水特點452三、 氣化廢水處理的必要性453第二節(jié)碎煤加壓氣化廢水處理技術454一、 碎煤加壓氣化廢水處理技術概述454（一） 有價物質回收單元454（二） 污水處理單元455（三） 污水回用處理單元460（四） 濃鹽水處理單元460二、 碎煤加壓氣化廢水處理技術典型案例461（一） 美國大平原氣化廠廢水處理方案461（二） 南非薩索爾廢水處理方案462（三） 中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司廢水處理方案463（四） 義馬氣化廠廢水處理方案463（五） 大唐公司“活性焦吸附-生化處理”工藝方案463三、 克旗項目碎煤加壓氣化廢水處理示范工藝464（一） 預處理單元465（二） 污水處理單元467（三） 污水回用處理單元470（四） 濃鹽水處理單元472第三節(jié)氣化廢水處理現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢478一、 氣化廢水處理現(xiàn)狀478二、 氣化廢水處理發(fā)展趨勢479第四節(jié)酚氨回收480一、 概述480二、 幾種酚氨回收流程對比481（一） 原民主德國引進的老工藝481（二） 用二異丙基醚作萃取劑的酚氨回收新工藝483（三） 用甲基異丁基酮(MIBK)作萃取劑的酚氨回收新工藝485三、 煤制天然氣示范項目酚氨回收技術簡介487（一） 裝置概況487（二） 廢水處理基本原理487（三） 工藝流程及流程圖489（四） 工藝指標489（五） 原材料及產品介紹491（六） 關鍵參數的控制494（七） 主要設備及參數504（八） 常見事故處理511四、 酚回收污染物及產品的測定方法513（一） 總酚含量的測定方法513（二） 酚水中游離氨與固定氨的測定——蒸餾滴定法514（三） COD含量的測定方法515（四） 粗酚的測定方法515參考文獻517第十章煤制合成天然氣示范工程建設與運行第一節(jié)煤制合成天然氣示范工程概況520第二節(jié)工程建設521一、 工程建設概況521（一） 克旗煤制天然氣項目521（二） 阜新煤制天然氣項目522二、 工程實施522（一） 實施階段組織管理522（二） 工程承發(fā)包管理523（三） 勘察設計管理523（四） 物資采購管理524（五） 施工管理524三、 試車526（一） 試車組織機構及職責分工527（二） 主要試車時間節(jié)點530（三） 試車特點及做法531（四） 主要問題及采取的措施531第三節(jié)生產運行與控制533一、 煤氣化與分離533（一） 工藝過程及主要技術指標533（二） 原料、 產品及物料平衡538（三） 能耗分析540（四） 操作參數及操作要點541二、 合成氣變換與凈化543（一） 工藝過程及主要技術指標543（二） 原料、 產品及物料平衡545（三） 能耗分析547（四） 操作參數及操作要點548三、 甲烷化與干燥550（一） 工藝過程及主要技術指標550（二） 原料、 產品及物料平衡551（三） 能耗分析552（四） 操作參數及操作要點553四、 廢水處理與回用554（一） 工藝過程及主要技術指標554（二） 原料、 產品及物料平衡557（三） 操作參數及操作要點558（四） 能耗分析564五、 節(jié)能與降耗565第四節(jié)主要設備568一、 煤氣化與煤氣水分離568二、 合成氣變換與凈化575三、 酚回收與硫回收586四、 甲烷化與干燥593