現(xiàn)代煤化工技術叢書

前言

中國是一個幅員遼闊，資源相對短缺的國家。特別是在能源占有方面，各類主要能源人均擁有量均低于世界平均水平。其中煤炭的人均擁有量為世界人均的50%，石油和天然氣則僅為15%。正是由于這一不可改變的稟賦條件，決定了中國的能源結構在過去和將來的一段時間內必須以煤炭為主。 作為化工原料，在2004年之前，煤化工產業(yè)一直是以傳統(tǒng)的煤化工產品為主，主要是尿素、甲醇、PVC、焦炭等產品。到了最近幾年，隨著中國研發(fā)能力和工程化能力的全面提升，無論煤化工的產品種類，還是生產規(guī)模，都有了本質的變化，形成了新型煤化工的雛形。煤直接液化、煤間接液化、煤制烯烴、煤制丙烯、甲醇制汽油等工業(yè)化裝置的投入運行，以及指日可待的煤制天然氣工廠的建成，呈現(xiàn)出中國煤化工產業(yè)前所未有的局面。 由以上的產品變化可以看出，煤化工產品正在經歷著由傳統(tǒng)的化工產品向補充石油化工產品的方向轉變，在國民經濟中的作用也發(fā)生了根本性的轉變。 隨著中國實現(xiàn)現(xiàn)代化步伐的不斷加快，中國能源短缺的現(xiàn)象也越來越嚴重。石油的對外依存度已經超過了50%，絕對值也超過了2億噸/年,天然氣的短缺更為嚴重，必將會制約中國社會工業(yè)化、城市化的進程。 我國的西北和東北（內蒙古東部）地區(qū)煤炭儲量巨大，大多屬于比較年輕的煤種。這些地區(qū)一般地廣人稀，距離能源的最終用戶較遠，交通運輸能力較弱。因此，將煤炭加工成化工產品就成了這些地區(qū)發(fā)展地方經濟的必然選擇。各煤化工企業(yè)基本上都是選擇了新型煤化工產品。 由此可以看出，目前，煤化工在中國的主要作用除了繼續(xù)扮演化肥、焦炭、PVC等化工產品的主力軍之外，又承擔了緩解石油化工產品短缺和天然氣供應不足的角色。 任何工業(yè)的發(fā)展都離不開設計,工程設計能力體現(xiàn)了一個國家工業(yè)體系的整體水平。沒有高水平的工程設計企業(yè)，就無法理解現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展理念，無法體會頗具匠心的先進技術的獨到之處，也就無法消化吸收先進技術并最終為自己的國家服務。 在工業(yè)領域，中國是后來者，總是有人說“后發(fā)優(yōu)勢”，而后發(fā)的優(yōu)勢就是可以直接面對世界上最先進的技術而無需像發(fā)達國家一樣去耗費幾百年的歷程。但是后發(fā)也意味著我們必須在先發(fā)者制定的規(guī)則下運行，先發(fā)者可以利用先發(fā)優(yōu)勢限制我們的發(fā)展。他們不斷地提高產業(yè)門檻，力圖將我們關在發(fā)展尖端產業(yè)的門外。此時，保證國家的持續(xù)發(fā)展，便成了工程設計行業(yè)的一項重要任務。我們可以看到某些先進的技術把持在某些跨國企業(yè)的手中被作為牟取暴利的工具，而我們卻無能為力。沒有過硬的設計能力就不會有好的產品。 產品的質量是產品能否進入市場的關鍵，不能想象不合格的產品能夠在競爭中取勝。此時，設計便顯得格外重要。在中國，建設國際型工程公司的倡導始于二十多年前，其目的無非是通過提高設計水平來改善工廠的控制和管理。記得我的前輩們說過，“不要把產品的質量不高全部歸罪于工廠的管理，我們的設計起著舉足輕重的作用”。沒有考慮周詳?shù)脑O計，就不會有好的產品質量。 產品的競爭力不僅僅是質量的競爭，還是能耗的競爭。高能耗也應當是技術落后的體現(xiàn)，有些能耗問題恰恰體現(xiàn)的是工程設計水平。當我們以高成本的產品到市場上去競爭時，無論質量如何，失敗都是必然的。 有經驗的工程師都知道，不同化工單元的組合，會有不同的結果。利用各種不同的組合去改變工廠的規(guī)模、產品的組合甚至改變產品的品種等都是工程設計的主要內容。 煤化工產業(yè)的發(fā)展對高水平的工程設計的依賴是顯而易見的。如果由于工程設計水平的低下造成工廠不能正常開工，必然會給工廠帶來損失。企業(yè)的重要功能之一是為投資者帶來利潤，這是低下的設計水平所無法達到的。 “科學研究是生產力”這在中國是大家都認可的，但是少有人去深究科研成果是如何變?yōu)樯a力的。實際上，科研成果的工程化一直是技術進步的十分關鍵的一步。在計劃經濟年代，科研與工程設計是完全脫節(jié)的?？蒲胁还苁袌鲂枨?，設計只是簡單的重復。設計與科研的結合基本上都是政府部門的“拉郎配”，雙方都沒有積極配合的欲望。到了今天，從事設計的工程公司更清楚市場的需求，會主動尋求與科研機構的合作。這種合作為科研成果走向市場帶來了機遇，在科研成果與生產力之間搭起了橋梁。沒有這個橋梁，就沒有今天中國新技術層出不窮的大好局面。 工程公司不僅僅是將科研成果轉化成生產力，還可以通過自己的不斷創(chuàng)新為市場提供越來越多的新產品。同時通過自己敏銳的市場觀察力，洞察市場需求，開創(chuàng)新的工藝、新的技術。最典型的事例是中國新型煤化工產學研聯(lián)盟，在這個聯(lián)盟中處于領導地位的是中國化學工程集團公司，而這個集團的核心是中國的大型工程公司。這些工程公司利用自己在市場前沿的地位，不斷尋求產品和技術的創(chuàng)新，使當今的煤化工產業(yè)能夠不斷地推陳出新。編寫本書的目的是想使讀者能夠通過本書對煤化工設計所涉及的領域和技術有一個大概的了解。由于篇幅所限，僅從化工工藝專業(yè)的角度對設計要點和內容進行簡要介紹，不可能涉及太多的化工單元知識，也不可能涉及所有專業(yè)。選擇的各章節(jié)內容的組合就是一個煤化工工廠工藝裝置的主要組成部分。由于有些設計內容受知識產權保護，同時受我們知識范圍局限，不可能對所有的煤化工技術都能詳細論述。因此，有很多技術在本書中只是進行文字介紹，沒有設計計算及其他設計過程的描述，敬請讀者諒解。本書主要由張慶庚編寫，其中第2章由李凡編寫并負責全書統(tǒng)稿;第7章由李好管編寫;郭光宙、馬英民、李剛參加了部分章節(jié)的編寫。李小紅、程柱、左永飛、郝巧鈴、張京、白永輝、王培和孔嬌等參加了文獻資料收集整理、圖表繪制、輔助計算和文字處理等工作。在本書付梓之際感謝謝克昌院士、李大尚設計大師對本書編寫工作的指導，感謝所有在本書編寫過程中給予關心和幫助的同事、朋友，感謝化學工業(yè)出版社編輯們的辛勤工作。 由于本書編寫在工作之余，時間倉促，加之水平有限，書中不足和欠妥之處敬請讀者見諒并批評指正。 編者 2012年1月

內容概要

　　《現(xiàn)代煤化工技術叢書：煤化工設計基礎》從化工工藝的角度出發(fā)，系統(tǒng)闡述了煤化工設計所涉及的各個領域和技術，特別是對設計要點進行了介紹。內容涵蓋煤化工的項目設計、煤化工項目與煤質的關系、煤焦化設計、煤氣化裝置的設計、煤氣凈化技術、煤制化學品的設計、煤化工過程的節(jié)能減排等煤化工主要組成部分?！　　冬F(xiàn)代煤化工技術叢書：煤化工設計基礎》可供從事化工設計的工程技術人員，特別是煤化工項目工程設計人員，以及高?；すに噷I(yè)師生閱讀參考。

作者簡介

作者：張慶庚，賽鼎工程有限公司（原化二院）董事長

書籍目錄

1煤化工項目設計1 1煤化工項目設計的范疇11 1 1煤焦化的設計11 1 2煤氣化裝置的設計21 1 3煤氣凈化的設計31 1 4合成化學品的設計31 1 5其他內容設計41 2煤化工項目的設計程序及內容51 2 1項目建議書51 2 2可行性研究報告71 2 3初步（基礎工程）設計141 2 4總體設計231 2 5詳細設計241 2 6各專業(yè)條件30參考文獻412煤化工項目與煤質的關系2 1評價煤質的主要指標432 1 1煤的工業(yè)分析432 1 2煤的元素分析472 1 3煤的發(fā)熱量502 1 4煤中鏡質組反射率512 1 5煤的透光率522 1 6煤的自由膨脹序數(shù)522 1 7煤的黏結指數(shù)522 1 8煤的膠質層指數(shù)532 1 9煤的奧亞膨脹度532 2中國煤的分類及各煤階特性542 2 1中國煤炭分類542 2 2各煤階煤的基本特性552 3煤化工項目相關的煤加工性質572 3 1煤的機械強度572 3 2煤的反應性582 3 3煤的熱穩(wěn)定性592 3 4煤的灰熔融溫度602 3 5煤灰高溫黏度特性602 3 6煤的鋁甑低溫干餾612 4煤質分析指標的不同基準612 4 1煤質分析指標基準的表示方法612 4 2煤質分析指標基準間的換算關系622 5煤的焦化項目對煤質的要求632 5 1煤質選擇對于煤焦化過程的重要意義632 5 2常用煉焦用煤指標及對焦炭質量的影響642 5 3不同煉焦工藝對煤質的要求和典型煤種662 6煤的氣化項目對煤質的要求692 6 1煤質選擇對于煤氣化過程的重要意義692 6 2常用氣化用煤指標及對氣化過程的影響692 6 3各類煤氣化工藝對煤質的特殊要求及典型煤種712 7煤直接液化技術對煤質的要求762 7 1煤質特性對煤直接液化的影響762 7 2適宜煤直接液化的煤種78參考文獻793煤焦化設計3 1煤焦化產業(yè)概況813 1 1煉焦技術的進展813 1 2煉焦副產品加工技術進展823 1 3節(jié)能減排與環(huán)保843 2煤焦化工廠設計基礎資料853 2 1煤焦化工廠設計涉及的主要工段853 2 2煤焦化工廠設計所需的基礎資料863 3焦化廠設計的方案選擇883 3 1煉焦配煤工藝方案的選擇883 3 2原料煤的預處理工藝方案的選擇893 3 3煉焦工藝方案的選擇903 3 4熄焦工藝的選擇953 3 5化產回收工藝的選擇1003 4煤焦化工廠設計的基本內容1023 4 1煤焦化工廠的總圖設計1023 4 2焦爐設計的基本內容1043 4 3化產回收設計的基本內容1283 4 4焦化廠公用工程的設計1653 4 5焦化廠消防安全設施環(huán)境保護的設計167參考文獻1704煤氣化裝置的設計4 1煤氣化技術簡介1724 1 1固定（移動）床煤氣化技術1734 1 2流化床煤氣化技術1774 1 3水煤漿氣化技術1804 1 4干粉煤氣化技術1844 2煤氣化技術的選擇1884 2 1煤的性質對煤氣化技術的影響1884 2 2不同的產品與氣化技術的選擇1894 2 3地域因素對于煤氣化技術的選擇影響1894 3煤氣化設計基本內容1904 3 1設計基礎條件1904 3 2工藝計算1904 4煤氣化設計舉例——水煤漿煤氣化裝置的設計介紹1914 4 1煤氣化反應過程描述1914 4 2設計計算舉例1924 4 3文丘里洗滌器的設計計算1974 5煤氣化裝置主要設備2004 5 1氣化爐2004 5 2洗滌塔2004 5 3煤漿泵2004 5 4水煤漿氣化裝置布置注意事項2004 5 5水煤漿管道安裝注意事項2024 6安全備忘錄2034 6 1純氧的危險及防護2034 6 2煤氣的危險和防護2034 6 3其他危險及防范203參考文獻2045煤氣凈化技術5 1脫硫工藝2065 1 1濕法脫硫2075 1 2干法脫硫2115 2脫碳方法介紹2135 2 1甲基二乙醇胺法（MDEA）2135 2 2聚乙二醇二甲醚法（國內稱NHD法）2145 2 3低溫甲醇洗法(Rectisol)2195 3合成氣的精制2235 3 1甲烷化法2235 3 2甲醇化法2245 3 3液氮洗法2245 3 4變壓吸附法2245 4凈化方法的選擇2255 4 1脫硫方法選擇2255 4 2脫碳方法選擇2265 4 3低溫甲醇洗法與NHD法的比較2265 5設計基本內容2305 5 1確定設計基礎2305 5 2物料衡算的分類及步驟2315 5 3能量衡算的方法及步驟2325 6低溫甲醇洗設計舉例2335 6 1工藝設計2335 6 2設備選擇2355 6 3裝置布置2355 6 4管道設計2375 6 5注意事項2385 7栲膠脫硫設計舉例2405 7 1工藝設計2405 7 2工藝計算2435 7 3主要設備選擇2495 7 4裝置布置2495 8環(huán)保、消防、安全設計2495 8 1環(huán)保2495 8 2消防2505 8 3安全251參考文獻2516煤制化學品的設計6 1煤制化學品概述2536 2甲醇生產技術2546 2 1甲醇合成技術的應用2556 2 2甲醇合成工藝的確定2606 2 3工藝設計2606 2 4甲醇合成的工藝計算2646 2 5甲醇合成反應器工藝設計2806 2 6甲醇合成裝置的整體布置原則2826 2 7甲醇生產安全備忘錄2836 3二甲醚合成技術2856 3 1二甲醚合成技術綜述2856 3 2二甲醚合成工藝設計說明2886 3 3原材料、動力消耗定額2916 3 4三廢排放量2916 3 5二甲醚合成工藝物料及熱量平衡計算2916 3 6主要設備選型及選材3006 3 7二甲醚生產安全備忘錄3016 3 8設備布置3026 3 9二甲醚合成工藝的改進設想及反應熱的利用3026 4煤制其他化學品的技術簡介3046 4 1煤的液化3046 4 2甲醇制烯烴技術3116 4 3甲醇制汽油技術3156 4 4煤制天然氣技術316參考文獻3197煤化工過程的節(jié)能減排7 1中國能源及節(jié)能減排現(xiàn)狀3217 1 1能源生產、消費及結構分析3217 1 2“十一五”節(jié)能減排落實情況及“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃3227 2國家關于節(jié)能減排的政策導向及相關法規(guī)3237 2 1《促進產業(yè)結構調整暫行規(guī)定》（國發(fā)【2005】40號）3237 2 2《產業(yè)結構調整指導目錄》（發(fā)展改革委令【2011】第9號，2011年本）3237 2 3《國家重點節(jié)能技術推廣目錄》（發(fā)改委令【2010】第33號，第三批）3237 2 4《中國節(jié)能技術政策大綱》（【2006】版）3247 2 5《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》（國發(fā)【2011】26號）3247 2 6《中華人民共和國節(jié)約能源法》（【2007】修訂版）3247 2 7《節(jié)能減排統(tǒng)計監(jiān)測及考核實施方案和辦法》(國發(fā)【2007】36號)3247 2 8《當前國家鼓勵發(fā)展的環(huán)保產業(yè)設備(產品)目錄》(【2010】版)3257 2 9《節(jié)能技術改造財政獎勵資金管理辦法》（財建【2011】367號）3257 2 10《化工企業(yè)能源審計規(guī)范》、《石化企業(yè)能源審計規(guī)范》3257 3煤化工能耗現(xiàn)狀及能源轉化效率分析3257 3 1合成氨、煉焦與焦化、電石行業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能減排潛力分析3257 3 2現(xiàn)代煤化工不同工藝技術能量轉化率分析3277 4煤化工產業(yè)CO2減排及治理3297 4 1中國的CO2減排任重而道遠3297 4 2各種煤化工工藝CO2排放比較3307 4 3CO2減排及治理3337 5焦化及氮肥(甲醇)行業(yè)節(jié)能減排技術及應用3347 5 1焦化行業(yè)3347 5 2氮肥（甲醇）行業(yè)3387 6煤化工設計工作與節(jié)能減排3437 6 1做好《可行性研究報告》“節(jié)能減排篇（章）”的編制3437 6 2設計工作中應同時考慮單項技術能耗最低，整體系統(tǒng)能量最優(yōu)3447 6 3設計工作應從總體、全局出發(fā)，綜合考慮各種節(jié)能措施3447 6 4針對“單個企業(yè)”、“化工園區(qū)”的各自特點，做好相應的節(jié)能減排設計3447 7煤化工廢水“零排放”技術進展及工程應用3457 7 1焦化行業(yè)廢水零排放3457 7 2氮肥行業(yè)廢（污）水零排放3517 7 3現(xiàn)代煤化工與廢水零排放357參考文獻362附錄1二氧化碳、水蒸氣的輻射傳熱系數(shù)3642蓄熱室傳熱系數(shù)計算圖366附錄1二氧化碳、水蒸氣的輻射傳熱系數(shù)363附錄2蓄熱室傳熱系數(shù)計算圖365附圖附圖1焦化廠總平面布置圖附圖2TJL5550D型搗固焦爐平面布置圖附圖3裝煤除塵站流程示意圖附圖4低溫甲醇洗工藝流程簡圖附圖5低溫甲醇洗設備布置圖附圖6栲膠脫硫主要工藝流程圖附圖7工藝流程圖附圖8設備布置圖示例

章節(jié)摘錄

版權頁：   插圖：   1 煤化工項目設計 1.1 煤化工項目設計的范疇 煤化工是對以煤為原料生產各種化工產品的各類工業(yè)過程的統(tǒng)稱，產品種類繁多，生產技術各異。除了煤本身的轉化技術之外，基本上都是基于化工原理的單元操作技術的組合。籠統(tǒng)地說就是煤的焦化、氣化和液化，以及其后的各種產品的合成及加工技術。 本書編寫目的是希望讀者了解怎樣通過設計使相關技術服務于煤化工生產。同時作者從工程公司化工工藝專業(yè)角度介紹不同技術的同時，對某些單元技術的設計計算進行介紹。讀者可以在此基礎上舉一反三，形成對整個煤化工產業(yè)設計的理解。煤化工產業(yè)除焦化產業(yè)比較獨立外，煤的氣化一凈化一合成形成了完整的工藝生產過程。 1.1.1煤焦化的設計 中國是一個煤炭大國，煤炭資源主要集中在山西、內蒙古、新疆、陜西等地區(qū)。中國煤炭探明儲量為1145×108t。其中絕大部分為動力煤，煉焦煤（氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤）只占其中的大約五分之一，其中的一半又集中在山西省。正是這一自然稟賦成就了山西煉焦大省的地位。 在煉焦煤中氣煤占了大約40％，肥煤占18％，焦煤占23.5％，瘦煤占15.8％?？紤]到煤中灰分和硫的含量，事實上，我國優(yōu)質煉焦煤的數(shù)量比這些數(shù)據(jù)所表現(xiàn)的要少得多。如何更合理地利用這一有限的資源，是煉焦設計的一大重要任務。 幾十年的改革開放給中國的焦化工業(yè)帶來了巨大的改變，已經完全不是傳統(tǒng)意義上的焦炭供應者的角色了。首先是焦爐本身發(fā)生了巨大的變革，眾多獨立焦化廠的出現(xiàn)和搗固煉焦技術的普及應當說是這一變革最典型的特征。也正是由于這些獨立焦化廠的大規(guī)模出現(xiàn)，使得化工技術進入了煉焦這一冶金行業(yè)的傳統(tǒng)領域，給煉焦工業(yè)帶來了生機。焦爐氣制甲醇、煤焦油加氫、粗苯加氫、焦爐氣制甲烷、煤調濕等充滿循環(huán)經濟理念的新工藝、新技術不斷出現(xiàn)。同時干熄焦及地面除塵站、消煙除塵車等環(huán)保技術也為節(jié)能減排做出了貢獻。除此之外，像化產回收、污水處理等也有很大的進步。這些都是焦化設計應當涉及的內容。 煤焦化的設計是從對煤的分析開始的，首先要按照擬使用的煤的性質將不同煤種的煤按比例進行配煤，以得到相關的設計數(shù)據(jù)，如焦炭的質量指標、焦爐氣的發(fā)生量、焦油的產量等。這些基礎數(shù)據(jù)是設計焦化廠所必需的。 焦化廠的設計應當包括煤的準備、煉焦、余熱回收、焦爐氣凈化、副產品回收、環(huán)境保護設施、公用工程設施、物流運輸、控制中心等。其中煤的準備一般包括煤的堆放、煤的篩分、煤的配合及煤的輸送；煉焦應當包括焦爐、加煤、出焦、搗固、熄焦、篩焦等；余熱回收主要是干熄焦；焦爐氣凈化包括冷凝鼓風、洗氨、洗脫苯；環(huán)境保護設施有焦爐無組織排放煙塵的地面除塵站、備煤除塵站、篩焦除塵站、污水處理；公用工程包括循環(huán)水系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、供熱鍋爐、儀表空氣供應等。隨著新技術、新工藝的不斷出現(xiàn)，焦化副產品的回收顯得越來越重要。如焦油的深加工、苯的精制、焦爐氣的加工利用、瀝青的提質利用、針狀焦生產及碳纖維制造等。 煤煉焦工業(yè)的另一個分支是煤的低溫干餾，其對象主要是比較年輕的煤種。辦法主要有直立式低溫干餾爐，其產品的活性要好于高溫干餾的焦炭，但是機械強度比較差，不能用于冶金工業(yè)，大多是用于化工生產。低溫干餾同樣會有焦油等副產品產生，其焦油性質也與高溫焦油不同，目前主要是外售做燃料油。最近出現(xiàn)的焦油加氫技術可以使這類焦油轉化為比較好的汽油、柴油燃料。 同樣還有近些年剛剛進入工業(yè)化示范的半焦提質干餾技術，適合于將年輕煤中的揮發(fā)分和焦油由煤中提煉出來，既可以提高煤的品質，又可以得到相應的油品和氣體。

編輯推薦

《現(xiàn)代煤化工技術叢書:煤化工設計基礎》為“十一五”國家重點圖書。煤化工新技術、新工藝的產業(yè)化離不開整體考慮和合理設計，而設計基礎來源于全面的知識和成功的實踐。

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