四天然气与煤化工

第六章天然气化工与煤化工6.1天然气与煤

天然气是蕴藏在地层中的可燃气体，其主要成分是甲烷，也有少量的乙烷、丙烷、丁烷和戊烷等低级烷烃。有时也含有氮气、二氧化碳和硫化氢等气体。与其他化石燃料相比，天然气燃烧时仅排放少量的二氧化碳粉尘和极微量的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物，是一种清洁的能源。天然气分为干气与湿气：

干气的主要成分为甲烷，通常含量达80～90%；常温时加一定压力不能液化。湿气中的甲烷含量一般低于80%，常温时加一定压力可部分液化——液化气。6.1.1天然气资源与组成①气田②油田气③瓦斯气目前，刚刚探明的龙岗气田是中国最大的气田，经济可采储量就达7000亿立方米，内蒙古苏里格气田排名第二，已探明储量5336亿立方米，普光气田排名第三，已探明储量3560亿立方米。我国已探明的经济可采储量加起来只有2.5万亿立方米。天然气资源我国三大公司的油气储量油气田的争夺6.1.2煤资源与组成煤是由高等植物经生物化学、物理化学和地球化学作用转变成的固体有机可燃矿物。煤化序列为：植物泥炭(腐泥)褐煤烟煤无烟煤。成煤植物中所有组分都参与了煤的形成过程，其中主要是纤维素和木质素。6.1.2煤资源与组成

煤的组成以有机质为主体，构成有机高分子的主要是碳、氢、氧、氮等元素。煤中存在的元素有数十种之多，但通常所指的煤的元素组成主要是五种元素、即碳、氢、氧、氮和硫。在煤中含量很少，种类繁多的其他元素，一般不作为煤的元素组成，而只当作煤中伴生元素或微量元素。一般认为，煤是由带脂肪侧链的大芳环和稠环所组成的。这些稠环的骨架是由碳元素构成的。因此，碳元素是组成煤的有机高分子的最主要元素。燃料碳／％氢／％氧和氮／％低发热量泥煤60-705-626-388380-10500褐煤70-805-616-2710500-16700烟煤80-904-56.2-16.720900-29300无烟煤90-981-31.2-4.320900-25100不同煤的元素组成和发热值6.2天然气化工天然气化工是以天然气为原料生产化学产品的工业，一般包括天然气的净化分离、化学加工（所含甲烷、乙烷、丙烷等烷烃的加工利用）。从地下采出的天然气，在气井现场，经脱水、脱砂与分离凝析油后，根据气体组成情况进行进一步的净化分离加工。富含硫化物的天然气，必须经过脱硫处理，以达到输送要求，副产品的硫磺作为硫资源，用以生产硫酸、二硫化碳等一系列硫化物；脱硫后，天然气经过深冷分离，可得到液化天然气；若天然气富含稀有气体氦，可同时得到氦气；若天然气是富含乙烷以上烷烃的湿气，则可同时得到天然气凝析液，后者常采用精馏的方法，以回收乙烷、丙烷、丁烷，并且还有一部分凝析油。6.2.1净化分离包括在高温下进行的天然气热裂解，主要生产乙炔和炭黑；天然气蒸汽转化或天然气的部分氧化，可制得合成气（CO，甲烷，H2）；天然气经过氯化、硫化、硝化、氨化氧化、氧化可制得甲烷的各种衍生物；湿性天然气中的乙烷、丙烷、丁烷和天然气凝析液等，经蒸汽裂解或热裂解可生产乙烯、丙烯和丁二烯；丁烷脱氢或氧化可生产丁二烯或醋酸、甲基乙基酮、顺丁烯二酸酐等。6.2.2化学加工主要产品：合成氨、尿素、甲醇、甲醛和乙烯。在世界合成氨产量中，约80％以天然气为原料。世界氨厂建设重点正由过去欧美等国转向天然气资源丰富地区。石脑油或燃料油为原料的氨厂将逐步向天然气或煤为原料过渡。甲醇为世界大宗有机化工产品之一，世界甲醇生产中70％以天然气为原料。天然气为原料的乙烯装置生产能力约占世界乙烯生产能力的32％，其乙烯收率比以石脑油等轻质石油馏分为原料的约高一倍。化学加工的主要产品6.3煤的化工利用

随着世界经济的增长和人民生活水平的提高，石油供求矛盾日益突出。20世纪70年代末开始至今，出现了两次大的石油危机，加之石油价格大起大落，严重危及各国经济、能源和安全。因此，调整能源结构、开辟多种能源利用渠道，合理开发利用煤炭资源已成为有识之士的共识。世界煤炭总储量107539亿吨，其中硬煤81300亿吨。拥有煤炭资源的国家大约70个，其中储量较多的国家有中国、俄罗斯、美国、德国、英国、澳大利亚、加拿大、印度、波兰和南非地区，它们的储量总和占世界的88%，而世界现已探明的煤炭储量是石油的6.3倍。世界煤炭资源十分丰富，发达国家已投入大量资金研究洁净煤技术，煤化工的比例有所回升，这是煤化工发展的新趋势。煤炭储量

我们国家能源现在70%还是要靠煤（我国煤94％集中在大别山～秦岭～昆仑山一线以北地区）。但是我国在煤炭开采这个领域问题相当严重，煤开采过程中造成环境的破坏、资源的浪费、人员的伤亡。煤炭利用效率低、污染严重。要改变这个状态，一方面要在煤的先进发电方面做工作，另一个方面就是把煤转化成其他的东西，比如转化成油，转化成化工产品。我国的煤炭利用我国煤矿分布情况小煤矿的现状煤老板的阔绰

用煤炼焦时，副产约3%的煤焦油，煤焦油富含苯、甲苯、萘等有用芳烃，将这些芳烃提取出来，为染料生产提供了充足原料。随后，人们用焦炭和石灰石融炼出电石（CaC2），电石与水反应轻而易举地制得乙炔，利用乙炔的特有活性可制得氯乙烯、醋酸乙烯、氯丁二烯、三氯乙烯、丙烯腈、乙醛、异戊二烯等有机原料，再由此衍生最终产品，这是煤化工最灿烂的历史阶段。煤的过去

温室效应！正是由于存在这种效应，地球才能保持较高的温度，创造出适宜生命存活的环境。要是没有温室气体，近地层平均气温要比现在下降33℃，地球会变成一个寒冷的星球。但是，近几十年来由于人口增加、工业发展、城市增多、森林砍伐等原因，大气中二氧化碳、甲烷、氟利昂等温室气体显著增加，导致异常天气频繁发生，对社会和经济发展产生严重的影响。近100年来，大气中的二氧化碳含量已经增加了20%。大量煤艇炭作为方终端能赌源直接本消费，清尤其是那在燃烧换技术落研后、效区率低下宋的情况挥下消费芽，引起兵严重的萌环境问删题，大票量排放嗽二氧化民硫及其备引发的佣酸雨，刑已成为谜影响许怕多地区绞经济社骗会发展永的重要荒因素。锣燃煤工皆业锅炉宅是继燃锻煤电站求后中国努的第二慎大类用冻煤设备炭，也是贝第二大寻污染源此。6.3.谈1煤的逆干馏煤在隔绝逆空气条件滥下加热至吹较高温度蝇而发生的每一系列物染理变化和反化学反应论的复杂过舌程，称为煤的热解，或称投热分解督和干馏。煤粉隔绝代空气受到流强热时，哭有气体生姥成。这些织气体经过撑冷却可凝寻结，并分钟为两层，挤上层为澄物清、透明孔的液体，额下层为黑手褐色粘稠案的油状物回——煤焦油。另一虽部分没咽有凝结喘的气体右可以点秀燃，这议种气体渗叫做焦炉气。反应完挂毕后的黑居灰色的固某体物质叫款做焦炭。煤干馏的罩主要产品菊和用途干馏产品

主要成分

主要用途出炉煤气焦炉气氢气、甲烷、乙烯、一氧化碳

气体燃料、化工原料粗氨水

氨、铵盐

氮肥粗苯

苯、甲苯、二甲苯炸药、染料、医药、农药、合成材料

煤焦油

苯、甲苯、二甲苯

酚类、萘类染料、医药、农药、合成材料

沥青

筑路材料、制碳素电极

焦炭

炭冶金、合成氨造气、电石、燃料6.3制.2置煤的气酿化呈固体状趋态的煤使业用和运输革起来都很椒麻烦。在械许多情况皇下，不能漏直接燃烧绩固态煤；虎直接烧固升体煤，热也效率低，英浪费大，恋如蒸汽机煮车热利用动率只有8％，一般民嘉用煤炉螺只有20％左右；杜同时还抗会放出朱二氧化合硫、氧骨化氮等奥多种有疏害气体烛，对环作境的污书染相当钻严重。错为了预新防或减拦少煤燃什料对环跳境和人盈体健康萄带来的景危害，趁世界各驴国大力错开展了帽对煤利佳用新技屈术的研扇究，其滔中主要裳包括对药煤的液涉化和气飘化技术办。煤的弃气化和列液化就身是使煤烧变成清笑洁能源研的有效由途径，激与此同保时煤的阻燃烧效讨率等也订得到提尖高。一.埋煤气化镇原理气化过程痰是煤炭的切一个热化方学加工过餐程。它是唉以煤或煤季焦为原料恒，以氧（豪空气、富犹氧或工业杰纯氧）、岗水蒸气作片为气化剂披，在高温秘高压下通粪过化学反识应将煤或耐煤焦中的遥可燃部分钞转化为可驾燃性气体焦的工艺过旗程。气化遥时所得的嗓可燃气体夹为煤气，对于做季化工原料汉用的煤气逐一般称为合成气，进行气覆化的设备辟称为煤气拥发生炉或部气化炉。煤炭气弊化包含积一系列也物理、针化学变煮化，一醋般包括干燥、皮热解、蹲气化和踏燃烧四个阶段膨。煤在气券化炉中干结燥以后，享随着温度服的进一步牢升高，煤筹分子发生问热分解反窗应，生成滑大量挥发岭性物质（赚包括干馏石煤气、焦泛油和热解闭水等），班同时煤粘唉结成半焦稠。煤热解端后形成的底半焦在更竖高的温度属下与通入容气化炉的喝气化剂发葱生化学反裳应，生成场以一氧化债碳、氢悲气、甲伙烷及二氧化肾碳、氮气姐、硫化氢浆、水等为棋主要成分乘的气态产旁物，即粗少煤气。煤的气惯化过程主要反应考有：

（艇1）C+谅H2O=CO绵+H2（2）C逼O+H2O=蛮CO2+H2（3）C蕉+0.5肾O2=CO扮（遮4）C+使O2=CO2（5）映CO+哪2H2=CH4（6）窃C+C亡O2=2C口O二.煤档气化工艺煤炭气化光技术一般葬按照反应苏器形式分珠类。气化渐工艺在很白大程度上挎影响煤化撕工产品的县成本和效托率，采用勾高效、低攀耗、无污树染的煤气奶化工艺(榜技术)是续发展煤化苹工的重要冒前提，其泪中反应器蔑便是工艺练的核心，可可以说气弊化工艺的共发展是随后着反应器耐的发展而熟发展的，臭为了提高萝煤气化的丝式气化率和皆气化炉气匆化强度，悟改善环境欺，新一代娇煤气化技翼术的开发谱总的方向莫，气化压丑力由常压大向中高压艘（8.5疾MPa澡）发展；会气化温度尝向高温（吊1500伯～160佛0℃）发竖展；气化达原料向多之样化发展什；固态排征渣向液态悉排渣发展向。三.荷煤炭气冤化技术猪的应用（1）马工业燃脊气。延主要用篇于加热劝各种炉借、窑，接或直接泉加热产幕品或半其成品。（2）民用煤气。出于安坑全、环保乖及经济等舱因素的考蓝虑，要求置民用煤气岗中的H2、CH4、及其它臂烃类可燃换气体含量饰应尽量高拢，而CO夹有毒其含邻量应尽量校低。（3）作认为化工合筑成和燃料碧油合成原烂料气。（4）计作为冶呈金还原除气。刃煤气中符的CO样和H2具有很强亮的还原作蹄用。（5）主作为联爸合循环选发电燃魄气。（6）蜻煤炭气摘化制氢咱。（7）煤桥炭液化的含气源。城市煤气城市煤气块要求含氢僚气和甲烷爬较多，硫把含量少，张以提高热震值和减少辱城市空气贡污染。煤气中搏的味道眠是？甲硫醇。甲硫毫醇是一浙种工业斜副产品扇，其味船道类似枪黄鼠狼碌的味道茂。在一阵项实验铲中有过田这样对脖比：同镇样1升汗空气，担麝香只耻要含有数5×1销0-6mg即可读闻到，而司甲硫醇则称仅4×1姥0-11mg，挺就会被侍人嗅出溪。但是赔甲硫醇恢也是有派毒的，昆相比而鱼言，还冈是在安字全范围沿内，但厅是闻久猛了，也竖不是什礼么好事希。所棉以，建蚕议大家图一定要鸭开着抽堵油烟机雾做饭，虏不要疼嘉那几个六电钱，振毕竟生桥命只有金一次。6.3.汉3由煤拌生产电石电石由控生石灰录和焦炭贝放在电李炉中加带热到2邻000宰℃生成款，学名肺碳化钙券。因为辉是在电翠炉中炼泛成，就吸得到了锯一个并讲不十分陪科学的晒名称—消—电石胆。电石与镰水反应境生产乙递炔，再冈由乙炔素生产下懂游产品袍。我国喇主要下醉游产品蹦为生产粒氯乙烯冻单体进糖而生产延聚氯乙般烯。近年来，耽我国电石叫生产能力泪递增速度不为4%，灵产量居世馋界第一位乓。随着国童内PVC高价格走高贪和国际油泰价的居高锅不下，电鸡石法生产贞PVC利夜润空间增纤大，带动随电石原料候需求快速陪升温。6.4基煤化痒工的发吉展方向煤的洁斑净化已席经成为21世纪解终决能源王、环境断问题，受发展煤库化工的响主导技敌术。它拿是以煤滨炭洗选创为源头窗，以煤趋炭气化览为先导败，以煤浅炭高效泳、洁净氏燃烧与湖发电为号核心，挂以煤炭贪转化和押污染控注制为重两要内容壳的技术耗体系。净其基本阿框架是壮：煤炭姓加工（慢选煤、芬型煤、娘水煤浆雄）等；内煤炭燃秘烧（流词态化燃鼓烧、高读效低污框染粉煤活燃烧、颗燃煤联碰合循环记发电等箱）；煤领炭转化茂（气化框、液化有、燃料千电池）填等；污公染排放般控制与拳废弃物润管理（坛烟气净栋化、粉奇煤灰综叶合利用汁）；煤斗矿区污谊染控制闸（煤矸芳石、煤径层气、销矿井水舌和煤泥旬水的治脉理），率实质是装在煤加弯工的各璃个环节走减少污抬染和提隶高效率原。综合利用启煤煤层气巴是一种半在含煤钟岩层中著，以腐汽植性有做机物质掉为主的靠成煤物送质在成破煤过程芝中自生毕、自储剃式非常始规的天贪然气，愉俗称瓦斯，主要成顽分为CH4占85%撑以上。煤渴层气在煤两层中生成窗，并以吸胞附、游离详状态储存葡在煤层及婶邻近岩层勿之中。煤层气是乔热值高、寇无污染的惹新能源。苹它可以用湿来发电，狠用作工业额燃料、化敏工原料和赠居民生活卡燃料。煤威层气随着险煤炭的开吸采泄漏到弯大气中，搭会加剧全颂球的温室籍效应。而搁如果对煤盒层气进行终回收利用帖，在采煤摧之前先采猴出煤层气怕，煤矿生获产中的瓦似斯将降低喂70%到扭85%。6.4.运1煤层酒气利用6.4遍.2艺煤拔浅头工艺煤炭拔头仁工艺利用选快速热解钱、快速分田离和快速晶冷却，回挂收煤炭中眉挥发份。盯利用循环泻流化床技丈术，煤炭题拔头工艺稀可实现多鸟产品的能朵源转化。舰煤粉和来狡自循环流捞化床提升武管产生的丑热灰在下贩降管快速闪混合，快床速热解，歉析出挥发咏份；析出粉的挥发份相气体和固碌体颗粒快念速分离；滑利用循环漏液体介质舌，快速冷众却得到液价体产物；各热解产生竭的半焦在隆提升管燃礼烧供热，鸭难凝气体释可供民用识；从液体慌产物中可古提取出一原些高附加激值的芳香熔族碳氢化仓合物。6.4恼.3燥煤的物液化一.漏直接液衬化煤的直诉接液化执是通过夜加氢使棒煤中复秃杂的有斧机化学牧成分直欠接转化杀为液体停燃料，异转化过稳程是在狗含煤粉最和溶剂避的浆液棒系统中夜进行加和氢，需帽要较高宫的压力栽和温度归。煤炭劲液化油销也叫人谷造石油缸。煤和扰石油都贯是由C验，H，岸O等元车素组成标的有机锹物，但租煤的平坐均表现闷分子量铅大约是于石油的收10倍喂，煤的底含氢量拍比石油袖低得多晋。所以剃煤加热葱裂解，优使大分夫子变小邪，然后港在催化捷剂的作束用下加仆氢(4赛50～知480友℃，1留2M并Pa～轮30热MPa乡丰)可以杰得到多顾种燃料吴油。煤的直接才液化原理酱似乎简单途，实际工电艺还是相迷当复杂的青，涉及裂握解、缩合博、加氢、塔脱氧、脱繁氮、脱硫辫、异构化春等多种化氧学反应。钱不同的煤受又有不同四的要求。唉一般情况哭下，1t无当水无灰婆煤可产智500穴～60迎0kg太油，加怠上制氢袭用煤，香约3～坏4t原茧煤产1钻t成品的油。煤困直接液司化油可标生产洁喉净优质低汽油、袖柴油和社航空燃管料。直接液肌化工艺煤的间接炕液化是先协将煤气化司制成合成伐气(CO呈+H2)，再经裤过催化合未成为液体堡燃料。约恋5～7t斜煤产1t炮油。其优点是叔煤种适应扩性宽，操喝作条件比街直接液化味相对温和刑，煤灰等电三废问题凝主要在气项化过程中绘解决，其掠缺点是涉烧及到气化支合成气过青程，总效转率低。二.间餐接液化煤的液区化是否颠能得到撇发展，扫决定于妹石油是铺否能满腥足不断隶增长的孙需要、妈煤跟石堵油的比径价以及挣煤的液飘化技术朱的成熟代程度。轨从世界冤范围来撞看，由摸于石油娘价格的架增长，身液化技咳术的日丑臻成熟蛾，煤液针化工业唤的再度犯兴起是咳可能的他。对我侵国来说软，目前励汽油和押煤的比壤价比国振外更有狭利于发语展以合最成高级离汽油为付主要目李的的煤肥的液化王。在有拣煤地区稿发展煤欲的液化瞎还是可纳