现代煤化工技术手册 第3版

前言

2004年3月《现代煤化工技术手册》（版）出版发行，先后两次印刷5500册，广受读者欢迎。

为了及时反映现代煤化工技术和产业快速发展的成果，后又对“手册”进行修订，出版了第二版。

2011年3月，《现代煤化工技术手册》第二版发行后，“十二五”期间，我国现代煤化工在技术创新驱动下，大型工程化示范、重大装备制造、新技术和新产品开发、生产安全、环境保护与“三废”治理、煤炭清洁高效转化多联产技术、系统优化设计、节能减排、降低生产成本等诸多方面又取得了一批突破性成果，使我国现代煤化工技术迈上了一个新的台阶，总体上处于水平。根据“十三五”现代煤化工的发展要坚持国家提出的“自主创新、升级示范”的总体原则。

《现代煤化工技术手册》第三版修订过程中，对第二版做了大量修改、删减和补充。一是删除了淘汰落后的技术，如间歇式固定床气化技术、型煤制造技术、煤炭洗选储运技术等；二是简化了技术发展沿革介绍；三是删减了与现代煤化工技术关联度不太密切的内容，如煤炭燃烧技术、仪表及自动控制技术等；四是删减了过程计算数学模型及物料平衡、热量平衡的部分内容；五是尽可能收集整理了重大示范项目建设及运行情况；六是新增新技术、新产品试验装置考核及技术鉴定的成果内容。新增内容共计36项，其中煤气化技术10项、煤热解技术9项、新技术新产品12项、废水处理零排放技术3项、煤油气碳氢互补多联产1项、固废煤灰中提取稀土元素1项。例如，清华（晋华）水煤浆水冷壁废热锅炉气化技术、合成气制10万吨/年乙醇技术、F-T合成6万吨/年高纯蜡技术、中高压法合成乙二醇技术、甲烷无氧条件下一步法制乙烯和芳烃技术、合成气一步法制烯烃技术、苯和甲醇及甲苯和甲醇制对二甲苯技术等一批新技术取得了工业性示范试验成果。这些新技术新产品开发成果，对我国煤炭清洁高效开发利用、拓展现代煤化工新领域、实施油气替代战略、改善生态环境起到了积极的推动作用。

“十三五”期间，我国现代煤化工进入“创新升级、高端化发展”的新时期，应当认真总结以往经验，坚持升级示范创新发展，坚持总量控制适度发展，坚持走环境友好可持续发展之路。

在《手册》第三版修订过程中，相关企业和科研单位提供了大量资料和数据，收到许多专家和读者指导意见和建议，得到了中国石油和化学工业联合会的指导和帮助，在此表示衷心感谢。

由于编者水平所限，手册中疏漏和不足之处在所难免，诚请读者指正。

贺永德

2019年10月

版前言

中国的煤炭资源十分丰富,一次能源生产中煤炭占70%以上,以煤炭为主的能源结构在今后相当长的时期内不会有大的改变。因此,如何有效利用丰富的煤炭资源,积极开发先进的洁净煤技术,在发展煤化工的同时,解决好煤炭加工利用过程中的环境污染问题,是国内外专家学者共同关注的问题。

21世纪,中国煤化工事业进入一个新的发展时期,特别是在煤炭产地,一批新的煤化工项目开始起步,老企业正以现代新技术改造传统落后的生产装置,以油为原料的大、中型合成氨厂开始进行煤代油的技术改造。在此形势下大家希望编写一本内容比较全面、以新技术为主的实用性强的现代煤化工技术手册,供从事煤化工事业的广大科技工作者参考,推动中国洁净煤技术和煤化工事业的发展。

本书共有11篇54章约282万字。书中汇集了国内外技术成果和工程实例,理论与实践相结合,图文并茂。内容包括煤炭的性质、储运、洗选、水煤浆制造,煤的燃烧、气化、焦化、液化,煤气净化、后加工产品、碳素材料,煤化工生产对环境的影响及治理,生产过程中仪表及自动控制等。本书可供从事煤化工的科研、设计、教学和生产的科技人员参考。

参加本书编写的70多位作者都是长期从事科研、设计、教学和生产的教授和专家,他们把自己多年来积累的知识和经验总结奉献给读者,其精神难能可贵。主要有:中国工程院院士时铭显,中国工程设计大师潘行高、李大尚,教授和高级工程师王洪金、王燕芳、王洋、王治普、亢万忠、叶道敏、吴春来、李少卿、田基本、周玉铭、周安宁、刘朗、许世森、郭人民、张荣曾、张秦岭、张爱民、杨清民、钟炳、孙玉罕、舒歌平、姚铁军、高聚忠、贺永德、窦廷焕、应美干、梁杰、冀应杰、钱仓国等。书稿完成后曾邀请有丰富经验的行业专家王文善、王洪金、张朗、冀应杰、田基本、相大光进行了校审,经过两次修改补充,后由贺永德主编统稿编审完成送印稿。

本书在编写过程中得到原化学工业部秦仲达部长、潘连生副部长的关心和指导,中国石油和化学工业协会会长、原化学工业部副部长谭竹洲为本书题词,特此表示感谢!

本书的出版得到化学工业出版社、作者单位和刊登广告单位的大力支持和帮助,在此深表谢意。

由于本书内容庞杂、涉及面宽,加之编者水平所限,书中难免有不妥之处,诚望读者予以指正。

贺永德

2003年10月

第二版前言

2004年3月《现代煤化工技术手册》版出版发行以来,深受广大读者欢迎,2006年1月第二次印刷本也已销售一空。为了满足广大读者的需要,编者把近六年来现代煤化工技术进展以及工业示范项目取得的重大成果,收集整理编入了本手册。另外,对版中部分内容作了删改,内容更加简练充实。修订后的二版主要增加了煤制油、煤制烯烃、煤制乙二醇、煤制醇醚燃料、煤制天然气、煤低温热解(干馏)、煤焦油加氢、煤气化新技术等内容,以及这些技术的工业性试验和大型示范项目所取得的重大成果。这些自主创新成果的取得使我国现代煤化工技术处于地位而备受世界瞩目。例如60万吨DMTO、20万吨乙二醇、100万吨直接法煤制油、50万吨焦油加氢等示范项目均为世界首套的工业化装置,一批示范项目取得成功,为“十二五”现代煤化工健康发展奠定了基础。

“十一五”期间,中国大地曾经掀起了一股煤化工热潮,一些地区不顾自身条件、技术成熟程度和市场需求,盲目发展煤化工,加之2008年9月爆发世界金融危机,经济大幅下滑,煤化工受到很大冲击,产能严重过剩,装置开工率严重不足。为此,国家发改委及时出台一系列调控煤化工发展的政策,要求首先做好现代煤化工示范项目,严格控制新项目审批,以指导煤化工科学有序发展,遏制了煤化工盲目发展的势头。这一时期现代煤化工新技术开发和工业示范项目建设工作一刻也没有停顿,并进一步加大工作力度,克服重重困难,终于在2009～2010年取得了丰硕成果。

“十二五”是现代煤化工发展的关键时期,应认真总结经验教训,冷静思考,改变发展方式,科学有序地推进现代煤化工向前发展。

本手册在修订过程中得到有关企业和专家的帮助和指导,收到不少读者的建议,在此一并表示感谢。

贺永德

2010年9月

《现代煤化工技术手册》为一部关于现代煤化工技术和发展的，具有科学性、前瞻性和实用性的大型手册，已延续三版。第三版共分9篇53章，全面介绍了自2011年以来我国现代煤化工在技术创新驱动下，大型工程化示范、重大装备制造、新技术、新产品开发、生产安全、环境保护与“三废”治理、煤炭清洁高效转化多联产技术、系统优化设计、节能减排、降低生产成本等诸多方面取得的一批突破性的成果。第三版在第二版的基础上新增内容36项，这些新技术、新产品开发成果，对我国煤炭清洁高效开发利用、拓展现代煤化工新领域、实施油气替代战略、改善生态环境将起到积极的推动作用。

本手册可供从事煤炭、煤化工领域的科研、设计、生产的工程技术人员使用，也可供高等院校相关专业的师生参考。

篇绪论

章煤炭在能源中的地位 ／ 2

节世界能源状况及发展趋势 ／ 2

一、世界能源储量及消费量 ／ 2

二、世界能源发展趋势 ／ 3

三、CO2排放量 ／ 3

第二节中国能源结构及需求预测 ／ 4

一、煤炭在中国能源和经济发展中的重要地位 ／ 4

二、中国一次能源生产量及构成 ／ 4

三、中国化石能源储量 ／ 4

四、中国一次能源消费量及需求量预测 ／ 5

第三节煤炭利用现状及存在的问题 ／ 6

一、煤炭利用的现状 ／ 6

二、煤炭利用存在的问题 ／ 7

第二章现代煤化工及洁净煤技术 ／ 8

节洁净煤技术 ／ 8

一、可持续发展与环境 ／ 8

二、洁净煤技术的重要性 ／ 9

三、洁净煤技术包括的领域 ／ 9

第二节煤焦化技术 ／ 10

一、煤焦化主要产品 ／ 10

二、焦炭产量 ／ 10

三、技术进展 ／ 11

四、煤热解干馏技术 ／ 11

五、中低温煤焦油加工 ／ 12

第三节煤气化技术 ／ 12

一、煤气化的应用及重要性 ／ 12

二、煤气化技术现状及发展趋势 ／ 13

三、中国煤气化技术开发应用状况 ／ 16

第四节煤炭液化技术 ／ 17

一、概述 ／ 17

二、煤炭直接液化技术 ／ 17

三、煤炭间接液化技术 ／ 20

四、煤炭液化的综合评价 ／ 23

五、煤油共炼技术 ／ 24

六、煤炭液化“十三五”规划 ／ 25

第三章现代煤化工重点产品 ／ 26

节甲醇制烯烃 ／ 26

一、MTO(methanol to olefin)技术 ／ 26

二、MTP(methanol to propylene)技术 ／ 28

三、中国MTP工业化示范项目 ／ 29

第二节煤制乙二醇 ／ 31

一、中国乙二醇需求增长很快 ／ 31

二、煤基乙二醇技术开发现状 ／ 31

第三节煤制天然气 ／ 33

一、煤制天然气技术概况 ／ 33

二、甲烷化催化剂 ／ 34

三、煤制天然气工艺过程 ／ 35

四、煤制天然气成本 ／ 35

五、煤制天然气建设项目 ／ 35

六、科学发展煤制天然气 ／ 36

第四节煤基醇醚燃料 ／ 37

一、醇醚燃料开发应用现状 ／ 37

二、煤基甲醇汽油 ／ 37

三、二甲醚燃料 ／ 38

第四章现代煤化工发展模式 ／ 41

节南非Sasol F-T合成模式 ／ 41

第二节新西兰Methanex模式 ／ 42

第三节德国鲁奇公司GTC-MTP模式 ／ 42

第四节Shell合成气园(Syngas Park)模式 ／ 43

第五节煤炭、化工、冶金多联产模式 ／ 44

第六节21世纪能源系统展望 ／ 44

第七节榆林煤热解多联产模式 ／ 45

第八节延长石油集团煤、油、气碳氢互补模式 ／ 46

第九节煤化工产品链 ／ 46

第五章现代煤化工技术示范项目简介 ／ 49

节综述 ／ 49

一、现代煤化工技术示范取得突破性进展 ／ 49

二、“十三五”现代煤化工发展目标 ／ 50

三、现代煤化工的重要性 ／ 50

四、技术创新积极推进 ／ 50

五、“十三五”现代煤化工重大技术创新任务 ／ 52

六、建设项目资源利用效率主要指标 ／ 53

第二节煤气化技术 ／ 53

一、“十二五”期间我国煤气化技术的新进展 ／ 53

二、新型煤气化炉投入工业化运行 ／ 54

第三节煤液化制油技术 ／ 55

第四节煤(甲醇)制烯烃技术 ／ 56

第五节煤制乙二醇 ／ 57

第六节煤制乙醇 ／ 58

一、煤基乙醇生产五种主要技术路线 ／ 58

二、合成气制乙醇技术 ／ 58

三、乙酸酯化加氢制乙醇技术 ／ 58

四、10×104/a乙醇工业化示范项目 ／ 58

第七节煤制天然气 ／ 59

一、煤制天然气技术 ／ 59

二、大型工程化示范项目 ／ 59

三、无循环甲烷化工艺技术 ／ 60

四、两段式合成气甲烷化技术 ／ 60

五、煤制合成天然气国家标准 ／ 60

六、“十三五”规划新建5个煤制天然气示范项目 ／ 60

第八节煤制芳烃 ／ 60

一、煤制芳烃技术开发 ／ 61

二、工业化试验成果 ／ 61

第九节新型电石乙炔制乙烯 ／ 61

一、技术特点 ／ 61

二、生产工艺过程 ／ 61

三、示范项目 ／ 61

第十节煤制聚甲氧基二甲醚技术 ／ 62

一、技术发展现状 ／ 62

二、物料及动力消耗 ／ 62

三、示范项目规划 ／ 62

第十一节低阶煤中低温热解技术 ／ 62

一、低阶煤热解新技术成果 ／ 63

二、存在的主要问题 ／ 63

三、“十三五”发展规划 ／ 63

第十二节甲醇制丁烯联产丙烯技术 ／ 64

一、技术特点 ／ 64

二、试验装置考核结果 ／ 64

参考文献 ／ 64

第二篇煤炭性质及水煤浆制备

章煤的组成和性质 ／ 66

节煤的组成 ／ 66

一、煤的工业分析 ／ 66

二、煤的元素组成和元素分析 ／ 68

三、煤中的硫 ／ 69

四、煤中矿物质的特性 ／ 70

五、煤质分析中的基准及不同基准间的换算 ／ 74

第二节煤的化学性质 ／ 76

一、煤的氧化 ／ 76

二、煤的加氢 ／ 77

三、煤的其他化学性质 ／ 78

第三节煤的工艺性质 ／ 78

一、煤的发热量 ／ 78

二、煤的热解 ／ 79

三、煤的黏结性和结焦性 ／ 85

四、煤的铝甑低温干馏试验 ／ 90

五、褐煤的苯萃取物产率(EB) ／ 90

第四节煤炭分类 ／ 90

一、中国煤炭分类的完整体系 ／ 90

二、国际煤炭分类 ／ 95

第五节中国煤炭资源分布和煤质概况 ／ 95

一、煤炭资源分布概况 ／ 95

二、煤质概况 ／ 96

参考文献 ／ 99

第二章水煤浆制备 ／ 100

节概况 ／ 100

一、水煤浆的物性与用途 ／ 100

二、中国水煤浆制备技术的开发 ／ 101

三、水煤浆制备技术概要 ／ 101

第二节制浆用煤的选择 ／ 102

一、用户对煤质的要求 ／ 102

二、煤炭成浆性 ／ 102

第三节水煤浆的粒度分布 ／ 104

一、堆积效率与粒度分布间的关系 ／ 104

二、水煤浆粒度分布的测试方法 ／ 109

第四节水煤浆添加剂 ／ 111

一、分散剂 ／ 112

二、稳定剂 ／ 117

三、其他辅助添加剂 ／ 117

第五节水煤浆制浆工艺 ／ 118

一、制浆工艺主要环节与功能 ／ 118

二、干法制浆工艺 ／ 118

三、干、湿法联合制浆工艺 ／ 119

四、高浓度磨矿制浆工艺 ／ 119

五、中浓度磨矿制浆工艺 ／ 120

六、高、中浓度磨矿级配制浆工艺之一 ／ 120

七、高、中浓度磨矿级配制浆工艺之二 ／ 121

八、高、中浓度磨矿级配制浆工艺之三 ／ 121

九、结合选煤厂的制浆工艺 ／ 122

第六节主要设备 ／ 122

一、破碎设备 ／ 122

二、磨机选型 ／ 124

三、球(棒)磨机运行参数的选择计算 ／ 128

四、球(棒)磨机功率与制浆能力计算 ／ 131

五、搅拌设备 ／ 133

六、泵送设备 ／ 137

七、滤浆设备 ／ 138

第七节提高水煤浆浓度新技术 ／ 139

一、制浆磨煤粒度分布 ／ 139

二、磨煤机选择 ／ 139

三、水煤浆浓度 ／ 139

四、经济效果 ／ 139

参考文献 ／ 139

第三篇煤炭的气化技术

章煤炭气化的物理化学基础及气化技术分类 ／ 142

节煤炭气化过程中煤的热解及气化反应 ／ 142

一、煤炭气化过程中煤的热解 ／ 142

二、气化过程中的气化反应 ／ 147

第二节气化反应的化学平衡与热效应 ／ 149

一、化学反应热效应与平衡常数 ／ 149

二、碳与氧间的化学平衡与热效应 ／ 155

三、碳与蒸汽间的化学平衡与热效应 ／ 157

四、甲烷生成反应的化学平衡与热效应 ／ 158

第三节气化反应动力学 ／ 160

一、煤炭气化反应的历程 ／ 160

二、碳的氧化反应 ／ 161

三、水蒸气与碳的反应 ／ 163

四、氢气与碳的反应 ／ 164

五、气化生产过程的强化措施 ／ 166

第四节煤炭气化技术分类 ／ 166

一、世界各国主要分类方法 ／ 166

二、煤气的热值及计算方法 ／ 168

参考文献 ／ 170

第二章碎煤固定层加压气化 ／ 171

节加压气化原理与气化过程计算 ／ 171

一、加压气化原理 ／ 171

二、加压气化的实际过程 ／ 172

三、煤种及煤的性质对加压气化的影响 ／ 174

四、鲁奇加压气化炉气化过程计算 ／ 178

第二节气化过程的物料衡算 ／ 179

第三节气化过程的热量衡算 ／ 180

第四节加压气化操作条件及主要气化指标 ／ 183

一、操作条件分析 ／ 183

二、主要气化指标 ／ 187

第五节鲁奇加压气化炉炉型构造及工艺流程 ／ 188

一、几种炉型介绍 ／ 188

二、碎煤加压气化炉在中国的应用及工艺流程 ／ 191

第六节碎煤加压气化工艺污水处理 ／ 196

一、煤气水中焦油、轻油的回收 ／ 196

二、酚和氨的回收 ／ 197

三、废水生化处理 ／ 200

四、生化处理工程实例 ／ 202

第七节BGL煤气化技术 ／ 204

一、技术发展沿革 ／ 204

二、基本原理、技术特点及专利 ／ 204

三、工艺流程说明 ／ 205

四、主要设备 ／ 207