化学工艺学概论-碳一化学资料.pptVIP

一、煤化工概念 煤：主要含C和H，还含有少量的N、S、O 等元素。煤主要由有机物和无机物组成的复杂混合物。 煤化工：是以煤为原料经化学加工转化成气体、液体和固体，并进一步加工成一系列化工产品的工业过程。 二、煤化工分类 含煤面积55 万km2 资源总量55965. 63 亿t 保有量10 077 亿t 资源探明率18% 经济可开发的剩余可采储量1145 亿t 在探明的化石能源储量中煤炭占94. 3% 而石油、天然气仅占5. 7% “缺油、少气、富煤” 石油可开采储量只有38亿t ,可采年限仅20年; 天然气探明可采储量为1137万亿m3 ,仅可开采37年; 煤炭现探明可开采储量为1145 亿t ,可以开采使用100年以上。 中国能源与石油问题 煤基替代能源特点 煤制油、煤制甲醇、二甲醚、烯烃等产品和石油产品比较，具有明显的经济性和生物质能源比较成本优势更加明显。 煤基替代能源替代范围广泛。 煤基替代能源可以利用粉煤甚至高硫煤作为原料，原料分布广泛，价格低廉。 采用先进的煤气化技术制造的替代能源，能降低直接燃烧煤炭带来的污染，是更优质环保的能源。 以煤逐步取代部分石油的战略趋势,已成为21 世纪的必然。 为了减轻对石油进口的依赖,发展煤化工是我们的必然选择。 （一）煤化工的特点 传统煤化工：以产品型为主，焦化、合成氨 新型煤化工：能源及产品型结合 （二）新一代煤化工技术特征 以煤气化为龙头，以碳一化工技术为基础，合成、制取各种化工产品和燃料油的煤炭洁净利用技术； 与热电等联产可以实现煤炭能源效率最高、有效组分最大程度转化、投资运行成本最低和全生命周期污染物排放最少的目标。 （三）新型煤化工特点 以清洁能源和石油可替代品为主要产品。 煤炭—能源化工一体化。 高新技术及优化集成。 建设大型企业和产业基地。 有效利用煤炭资源。 经济效益最大化。 环境友好。 另外，国家还计划在全国打造7大煤化工产业区，分别是黄河中下游、内蒙古东部、黑东、苏鲁豫皖、中原、云贵和新疆。 同时，为解决这些地区的煤化工产品的运输问题，规划修建4大管线，分别是蒙东至锦西、宁东至京津唐港、伊宁至独山子、多伦至北京的管线。 煤化工产业存在的问题 问题1：资源和环境存在巨大压力 （1）煤炭资源: 预计2010 年全国甲醇产能达到5000 万t，则需要煤炭资源1 亿t；而根据现在规划的煤制油项目规模将超过3 000 t 以上，按4－5 t 煤制1 t 油、3 000 万t 产能计算，需要1.2 亿－1.5 亿t 煤炭。但按照我国煤炭工业“十一五”规划，到2010 年，全国化工用煤也只有1 亿多吨。 （2）、水资源 : 150 万t/a 油品的间接液化工厂日需原水供应量约为5.5 万m3；100 万t/a 油品的直接液化工厂日需原水约2.3 万m3。 （3）、环境承载力 : 例如：山西主要炼焦区大气中颗粒物高达800 mg／m3，苯丙芘含量超标，附近地表水中化学耗氧量、氨氮等污染物严重超标。 问题3：单个项目建设资金投入多 例如：建设100 万t/a 油品产量的直接液化工厂投资约80 亿－90 亿元，同等规模的间接液化工程资金投入约90 亿－100 亿元。 煤化工联产系统有利于减少建设资金投入，如50 万t/a 煤直接液化与300 万t/a 煤焦化联产时，直接液化部分的资金投入大约为35 亿－40 亿元。 问题4：产品价格存在变数 如果石油价格在40 美元/ 桶之上，煤化工项目将能够明显盈利。 石油价格能否持续走高，能否长期稳定在高价格上，不能简单断定 。 此外，其他替代能源的发展也极大影响者煤化工产业的发展。 工业生产甲醇的原料 目前工业生产甲醇的原料非常广泛，可以是固体、液体或者气体。 固体原料——煤炭； 液体原料——石脑油和渣油； 气体原料——天然气、油田气或煤层气等 甲醇生产碳一化工产品流程示意图 甲醇典型合成工序 原料气制造－合成气净化－甲醇合成 主要问题: 造气过程能耗高，投资大; 甲醇合成过程反应热的移出及利用尚有赖于反应工程学问题的妥善解决; 传统的催化剂对硫过分敏感，增大了合成气脱硫的费用。 新工艺----甲烷（或天然气）直接氧化制甲醇，但停留在小试阶段。 甲醇合成反应 CO+2H2＝CH3OH(g) △H= -90.8kJ/mol 当有CO2存在时，CO2按下列反应生成甲醇： CO2+H2＝CO+H2O(g) △H= +41.3kJ/mol CO+2H2＝CH3OH(g) △H= -90.8kJ/mol 上述两步的总反应式为： CO2+3H2＝CH3OH(g)+H2O(g)