煤制低碳烯烃工艺与工程 无 著 专业科技 文轩网

第一章绪论1
第一节中国的能源需求与供应1
一、中国的能源消费与结构1
二、未来中国能源消费预测1
三、中国能源安全问题及应对措施2
第二节中国原油、低碳烯烃的需求与
生产2
一、中国的石油需求与生产3
二、乙烯、丙烯等低碳烯烃的需求与
生产4
三、石油替代4
第三节中国煤炭资源与生产5
第四节煤制低碳烯烃工艺过程综述5
一、煤气化及合成气净化6
(一)煤炭气化6
(二)粗合成气CO变换8
(三)粗合成气净化9
二、甲醇合成10
三、甲醇制低碳烯烃及烯烃分离12
(一)甲醇制低碳烯烃12
(二)烯烃分离14
四、低碳烯烃后加工16
(一)乙烯的后加工16
（二）丙烯的后加工17
(三)混合C4的后加工21
第五节煤制烯烃工程安全与环境保护22
一、安全评价22
（一）安全评价结果分析22
(二)评价结论23
二、环境影响评价报告23
(一)环境影响评价结论23
(二)环境保护对策与建议26
第六节煤制低碳烯烃的可行性简要分析27
一、可行性研究报告总论27
(一)项目基本情况27
(二)可行性研究报告编制原则27
(三)项目建设的必要性和投资意义27
(四)项目范围27
(五)可行性研究结论28
二、咨询单位的评估意见28
(一)项目建设条件28
(二)项目方案及技术可靠性28
(三)项目产品市场及竞争力29
(四)煤炭及水资源利用29
(五)热电及总图运输、土建29
(六)厂址及土地利用30
(七)环境保护30
(八)项目投资估算及财务评价30
(九)国民经济评价及社会评价30
(十)项目风险分析31
三、项目总体优化及技术经济评价31
第七节包头煤制低碳烯烃示范工程的建设
及运行31
参考文献32
第二章煤炭气化35
第一节煤炭气化概论35
一、地面气化35
（一）固定床气化炉35
(二)流化床气化炉36
(三)气流床气化炉37
二、地下气化38
第二节气流床气化技术39
一、Texaco气化工艺39
(一)Texaco气化工艺特点39
(二)Texaco气化工艺流程39
二、Shell气化工艺40
(一)Shell气化工艺特点40
（二）Shell气化炉工艺流程40
三、GSP气化工艺41
(一)GSP气化工艺特点41
(二)GSP气化炉工艺流程41
四、多喷嘴对置式气化工艺41
（一）多喷嘴对置式水煤浆气化技术42
（二）多喷嘴对置式粉煤气化技术44
五、四种气化工艺对比情况45
(一)气化炉结构的区别45
(二)进料方式不同45
(三)冷却方式不同45
(四)煤气化工艺参数一览表45
(五)煤气化工艺技术对比46
第三节水煤浆气化及化学47
一、水煤浆气化概述47
二、水煤浆气化化学48
(一)水煤浆气化的化学反应48
(二)水煤浆气化的反应机理49
第四节原料及反应产物54
一、水煤浆气化的原料及特性54
(一)原料煤的介绍54
（二）煤的质量及其对气化过程的
影响57
（三）发热量 58
（四）元素分析59
(五)可磨指数59
(六)煤的化学活性59
二、水煤浆的性质及气化对其的要求60
(一)较高的浓度60
(二)较好的流动性60
(三)较好的稳定性60
(四)适宜的粒度分布60
(五)适宜的pH值60
三、水煤浆气化中的三剂应用61
(一)煤浆添加剂61
(二)絮凝剂64
（三）分散剂67
四、水煤浆气化的反应产物69
(一)煤炭气化技术的主要应用领域69
(二)粗水煤气73
第五节水煤浆气化工艺过程及主要工艺技
术指标74
一、水煤浆气化工艺流程74
（一）煤浆制备单元74
（二）气化单元75
（三）渣水处理单元77
二、水煤浆气化的影响因素78
（一）煤质对气化系统的影响79
(二)助熔剂的影响81
(三)氧碳比的影响81
(四)煤浆浓度的影响81
(五)反应温度的影响81
（六）气化压力的影响82
（七）激冷水对气化系统的影响82
三、水煤浆气化主要工艺技术指标85
四、煤气化反应过程的工艺计算88
（一）水煤浆煤气化物料衡算88
(二)水煤浆煤气化能耗计算89
（三）煤气化物理化学基础89
第六节主要设备93
一、磨煤机93
（一）棒磨机工作原理93
(二)磨煤机结构组成94
二、高压煤浆泵95
三、气化炉96
(一)气化炉工作原理96
(二)耐火砖98
(三)烧嘴104
四、洗涤塔104
五、除氧器105
六、事故氮气压缩机106
七、煤称量给料机106
参考文献107
第三章合成气变换与净化111
第一节合成气变换与净化概述111
一、一氧化碳变换单元111
二、低温甲醇洗单元112
三、冷冻单元112
第二节一氧化碳变换的化学114
一、变换反应概述及原理114
（一）变换反应热115
(二)变换反应的化学平衡115
二、变换反应影响因素117
(一)温度117
(二)压力117
(三)水气比118
(四)催化剂装填量和空速118
(五)二氧化碳的影响118
(六)副反应的影响119
三、变换反应机理119
四、不同气化技术选择配套的变换
工艺119
（一）水煤浆加压气化119
(二)Shell粉煤加压气化120
(三)鲁奇炉加压气化120
(四)航天炉气化121
(五)等温低温CO变换技术121
第三节酸性气体的脱除122
一、酸性气体的脱除方法122
（一）化学吸收法122
(二)物理吸收法124
(三)物理化学吸收法127
二、最为常见的几种脱除酸性气体方法及
特点127
三、脱除酸性气体方法的选择原则128
（一）天然气蒸汽转化法制气脱CO2 128
(二）煤部分氧化法气化脱CO2128
(三）煤焦为原料固定床常压气化
脱CO2129
(四)低压气回收CO2 129
(五）加压煤气化同时脱硫脱CO2 129
四、低温甲醇洗129
(一）低温甲醇洗的吸收机理和原理130
(二)主要的低温甲醇洗工艺流程132
(三)林德和鲁奇低温甲醇洗工艺流程
分析133
五、压缩机制冷的工作原理138
(一）节流膨胀制冷工作原理138
(二）离心式压缩机的工作原理138
(三）汽轮机的工作原理138
(四)离心式压缩机、汽轮机运行有关
概念138
第四节催化剂140
一、高温变换催化剂140
(一）组成和性能140
(二）催化剂的还原与氧化141
(三）催化剂的中毒和衰老142
(四）催化剂的维护与保养142
二、低温变换催化剂142
(一）组成和性能142
(二）催化剂的还原与氧化143
(三)催化剂的中毒143
三、耐硫变换催化剂143
(一）K8？11HR耐硫变换催化剂144
(二)QCS系列一氧化碳耐硫变换催
化剂147
(三）耐硫催化剂硫化及判定报废的
质量指标及更换办法150
四、粉煤气化高、低水气比耐硫变换
工艺151
五、变换催化剂使用中存在的若干问题152
(一）目前国内Fe？Cr催化剂生产和
使用中存在的主要问题152
(二）Co？Mo低变催化剂的失活152
第五节原料、反应产物及物料平衡154
一、原料的组成及特性154
二、产品的组成及特性154
(一）产品净化气154
(二)副产品CO2155
(三)酸性气156
三、一氧化碳变换及净化过程的物料
平衡156
第六节变换反应化学热力学及变换催化
剂反应动力学158
一、变换反应化学热力学158
二、变换催化剂和反应动力学158
三、催化剂用量动力学计算159
第七节工艺过程及主要工艺技术指标159
一、一氧化碳变换工艺159
(一）粗水煤气的变换159
(二）冷凝液回收161
(三）锅炉水除氧161
(四）催化剂升温161
(五)变换单元汽提系统腐蚀问题161
二、低温甲醇洗工艺165
三、冷冻工艺169
四、主要工艺技术指标169
第八节主要设备170
一、变换炉170
二、变换炉进口第一水分离器171
三、汽提塔173
四、缠绕管式换热器173
五、低温甲醇洗单元塔设备174
(一）甲醇洗涤塔175
(二)CO2产品塔175
(三)H2S浓缩塔175
(四）热再生塔175
(五）甲醇水分离塔176
(六）CO2气提塔176
(七)尾气洗涤塔176
六、循环气压缩机176
七、冷冻压缩机178
参考文献179
第四章合成气制甲醇181
第一节概述181
一、甲醇的理化性质和主要用途182
(一）物理性质182
(二）化学性质182
(三）甲醇的用途183
二、甲醇合成的技术简述184
(一）甲醇合成技术方法184
(二）甲醇生产技术新进展184
三、我国甲醇生产现状188
第二节甲醇合成化学189
一、甲醇合成的化学反应189
二、甲醇合成的反应机理190
(一）一氧化碳机理190
(二）二氧化碳机理190
(三)混合反应机理191
三、甲醇合成反应热力学192
(一)理想气体状态甲醇合成反应热
力学192
(二）非理想气体状态甲醇合成反应热
力学193
四、甲醇合成反应动力学及温度、压力
效应194
(一)甲醇合成反应动力学194
(二)温度效应194
(三)压力效应195
五、甲醇合成的化学平衡195
(一)理想气体状态甲醇合成反应的
平衡常数195
(二)非理想气体状态甲醇合成反应
的平衡常数196
(三)温度和压力对甲醇合成反应平
衡常数的影响197
第三节催化剂198
一、铜基催化剂的组分199
(一)氧化铜199
(二)氧化锌200
(三)氧化铝200
(四)微量杂质的影响200
二、铜基催化剂的制备200
三、国内甲醇合成催化剂的发展201
(一）南化院C型低压甲醇合成催
化剂201
(二）西南化工研究设计院甲醇合成
催化剂202
四、JM催化剂202
(一)催化剂主要物理性质203
(二）催化剂化学组成203
(三)催化剂的活性203
(四)催化剂的使用寿命204
(五)催化剂的使用条件204
五、催化剂的装填204
(一）催化剂的装填方法及技术要求204
(二)装填程序、步骤204
六、铜基催化剂的还原204
(一)还原的原理204
(二)还原的方法205
(三)还原过程组分的要求207
七、铜基甲醇合成催化剂失活207
(一)甲醇合成催化剂中毒失活207
(二)甲醇合成催化剂热失活211
(三)甲醇合成催化剂阻塞失活211
八、催化剂的钝化212
九、铜基催化剂的保护212
(一）硫中毒的防护212
(二)氯中毒的防护217
(三）羰基化合物中毒的防护217
(四）有机硫的转化和脱除218
第四节原料和反应产物220
一、甲醇合成反应的原料220
(一)合理控制原料气的组分220
(二)原料气中惰性气体的含量221
(三)入塔气中的甲醇含量221
(四)原料气中的毒物与杂质222
二、反应产物222
(一)杂质的种类222
(二)神华包头煤制烯烃项目甲醇装置
反应产物223
三、结蜡问题224
(一）石蜡的性质和产生条件224
(二)石蜡生成的原因225
(三)结蜡现象对甲醇生产的影响227
(四）防护石蜡生成的措施227
(五)结蜡后的处理228
四、MTO级甲醇228
第五节甲醇合成的工艺过程228
一、甲醇合成主要技术简介229
(一）英国Davy技术229
(二)德国Lurgi技术231
(三)丹麦Topsoe技术232
(四)日本东洋技术233
(五)瑞士Casale技术234
(六）华东理工大学技术237
(七)杭州林达技术237
二、神华包头甲醇装置合成系统238
(一)合成单元238
(二)氢气分离单元238
(三)MTO级甲醇系统244
(四)其他系统244
第六节操作变量及其影响因素244
一、反应温度245
(一)温度的影响245
(二)温度的控制246
二、反应压力247
三、空速248
四、催化剂颗粒尺寸248
五、其他变量的控制249
(一)汽包液位的控制249
(二)粗甲醇闪蒸罐V106液位的
控制249
(三)稳定塔T101的控制250
(四)再沸器E109负荷和稳定塔T101
回流量的控制250
(五)粗甲醇排放槽
V107和粗甲醇罐V401的控制252
(六)预精馏塔T301的控制254
(七)精馏塔T302的控制254
(八)泵P305A/B回流量的控制256
(九)精馏塔T302的产品提取量和进料
量的比值控制256
(十)精馏塔T302的回流量控制257
六、甲醇合成装置主要联锁257
第七节甲醇合成装置的主要设备258
一、甲醇合成塔258
(一)工艺对合成塔的要求258
（二）甲醇合成塔的分类259
(三)Davy甲醇合成塔的基本结构259
二、气气换热器260
三、空气冷却器260
(一)结构型式261
(二)空气冷却器的基本部件261
(三)空气冷却器的操作和维护263
(四)空气冷却器操作中常见故障及
处理263
四、稳定塔264
(一)稳定塔结构上的要求264
(二)稳定塔的结构和形式264
（三）稳定塔的种类265
五、合成气压缩机265
(一)离心式压缩机结构265
(二)油系统266
（三)干气密封267
(四)喘振269
参考文献269
第五章甲醇制低碳烯烃272
第一节甲醇制低碳烯烃概述272
一、MTO反应系统273
(一)原料加热、汽化及过热273
(二)反应器系统273
二、MTO再生系统274
(一)再生器系统274
(二)余热回收系统274
三、反应产物冷却和脱水系统274
(一)急冷塔系统274
(二)水洗塔系统275
(三)反应水汽提塔系统275
第二节甲醇制烯烃化学275
一、甲醇制烯烃的化学反应275
二、甲醇制烯烃的反应机理276
(一)烃池机理277
(二)串联反应机理286
三、甲醇制烯烃反应热力学289
(一)基础数据及反应平衡常数291
(二)热力学计算结果的分析292
第三节甲醇制烯烃催化剂297
一、SAPO？34分子筛的研究与开发299
(一)SAPO？34分子筛的合成步骤299
(二)SAPO？34分子筛的组成300
（三)SAPO？34分子筛的结构和酸性300
(四)SAPO？34分子筛的晶粒尺寸及
影响302
(五)SAPO？34分子筛合成的影响
因素304
二、SAPO？34分子筛的测征316
(一)SAPO？34分子筛的结构317
(二)SAPO？34分子筛的组成317
(三)SAPO？34分子筛的孔径、孔体积
和比表面积318
(四)SAPO？34分子筛的表面酸性318
(五)SAPO？34分子筛的晶体外貌319
(六)SAPO？34分子筛的热稳定性和水
热稳定性320
三、MTO工业催化剂的生产与控制320
(一)MTO工业催化剂的生产320
(二)新鲜催化剂的含碳327
(三)新鲜催化剂的保护328
四、MTO工业催化剂的测征与评价329
(一)密度329
(二)比表面积和孔体积329
(三)磨损指数330
(四)粒度分布330
(五)X射线衍射（XRD）分析331
(六)X射线荧光光谱（XRF）分析331
(七)扫描电子显微镜（SEM）分析332
(八)催化剂的微反活性评价332
(九)催化剂碳含量335
五、SAPO？34分子筛和催化剂的热稳定性
与水热稳定性336
六、MTO工业催化剂的应用338
七、MTO工业装置平衡催化剂339
八、MTO催化剂的失活340
(一)催化剂积炭对MTO反应的
影响340
(二)焦炭的特征与分类341
(三)焦炭的生成原因342
(四)积炭对催化剂的影响343
(五)影响催化剂积炭失活的主要
因素344
(六)延缓结焦失活影响的措施345
(七)MTO催化剂的较为性失活346
九、MTO催化剂的破碎与跑损348
十、MTO工业装置催化剂细粉的再
利用350
十一、SAPO？34/ZSM？5复合催化剂352
第四节原料、反应产物及物料平衡354
一、甲醇制烯烃的原料及特性354
二、甲醇制烯烃的反应产物355
(一)主产物356
(二)副产物357
(三)产物中的微量杂质358
三、甲醇制烯烃（MTO）反应过程的物
料平衡360
四、甲醇制烯烃（MTO）反应过程的元
素平衡361
(一)碳平衡361
(二)氢平衡362
(三)氧平衡362
第五节甲醇制烯烃反应动力学362
一、MTO反应动力学363
(一)集总动力学模型363
(二)反应器模型371
二、MTO的结焦失活动力学381
(一)基于Voorhies方程的动力
学模型382
(二)基于Froment方程的机理
模型384
第六节甲醇制烯烃工艺过程386
一、MTO代表性工艺386
(一)大连化物所DMTO工艺387
(二)中石化SMTO工艺390
(三)UOP/Hydro MTO工艺391
(四)其他MTO工艺392
二、MTO循环流化反应再生工艺过程394
(一)流态化与气固分离395
(二)两器循环流化反应过程398
(三)催化剂不接近再生和余热回收399
（四）反应气脱过热和洗涤400
(五)MTO主要工艺指标400
第七节反应再生系统热平衡和装置能
量平衡400
一、反应？再生系统热平衡401
(一)反应器热平衡计算401
（二）再生器热平衡计算404
(三)拟建装置热平衡计算406
二、MTO工业装置能耗计算407
(一)装置用能分析407
(二)MTO工业装置能耗分析409
(三)MTO工业装置节能潜力分析411
第八节主要操作变量及其影响412
一、反应再生系统的主要操作变量412
(一)MTO反应的主要操作变量412
(二)催化剂再生的主要操作变量425
二、急冷水洗汽提系统429
(一)急冷塔主要操作变量429
(二)水洗塔主要操作变量429
(三)反应水汽提塔主要操作变量429
三、再生烟气热量回收系统430
(一)CO焚烧炉主要操作变量430
(二)余热锅炉主要操作变量430
第九节甲醇制烯烃工业装置主要设备430
一、反应器及辅助设备430
(一)反应器430
(二)内取热器432
(三)反应器待生催化剂汽提器433
二、再生器及辅助设备434
(一)再生器434
(二)外取热器434
（三）辅助燃烧室435
三、急冷塔436
四、水洗塔436
五、反应水汽提塔436
六、旋风分离器437
(一)旋风分离器的工作原理438
(二)旋风分离器型式438
七、主风机439
(一)设备概述439
(二)机组配置及布置440
(三)工艺流程设备简介440
(四)工艺设备技术数据及结构特征440
八、CO焚烧炉及余热锅炉441
(一)CO焚烧炉441
(二)余热锅炉441
九、开工加热炉441
参考文献442
第六章烯烃分离与纯化453
第一节烯烃分离技术概述453
一、原料气压缩系统453
二、原料气净化系统453
三、产品分离和精制系统454
(一)脱甲烷系统454
(二)脱乙烷及乙炔加氢系统455
(三)前脱丙烷系统455
（四）乙烯精馏系统456
(五)丙烯精馏系统456
（六）脱丁烷系统456
四、丙烯制冷系统457
(一)制冷压缩机概述457
(二)丙烯制冷工艺458
第二节工艺过程及主要技术指标459
一、烯烃分离典型工艺流程459
(一)LUMMUS工艺459
(二)KBR工艺459
(三)惠生工艺459
二、压缩与净化过程461
（一）压缩与净化工艺461
(二)压缩过程的离心式压缩机462
(三)净化过程的碱洗法脱除
酸性气体467
三、产品分离流程的设置470
(一)烯烃分离装置后分离流程简述470
(二)烯烃分离装置后分离流程设置471
四、产品中杂质脱除工艺478
(一)乙烯产品中的乙炔脱除工艺478
（二）丙烯产品含氧化合物脱除工艺481
(三)原料气中的水脱除工艺482
五、烯烃分离主要技术指标485
(一)原料消耗和生产能力485
(二)产品指标486
(三)乙烯损失率、丙烯回收率486
（四）公用工程物料消耗486
（五）辅助材料、催化剂和化学品
消耗487
第三节原料气、产品及物料平衡487
一、烯烃分离原料气及特性487
二、烯烃分离产品及特性490
(一）乙烯490
(二)丙烯491
(三）混合碳四491
(四）混合碳五492
(五）燃料气492
三、烯烃分离过程物料平衡493
第四节烯烃分离过程能耗分析494
一、烯烃分离过程能耗分析494
(一)压缩过程的热力学计算和能耗
分析494
(二)分离过程的计算和能耗分析502
二、烯烃分离能耗计算及指标511
（一）烯烃分离能耗计算511
(二）烯烃分离能耗指标513
第五节烯烃分离过程操作参数及操作
技术513
一、主要操作参数513
(一）丙烯制冷系统513
(二)压缩及净化系统513
(三）分离系统514
二、原料气压缩系统主要操作变量及其
操作技术514
（一)原料气压缩系统514
(二)原料气净化系统516
(三)原料气干燥系统517
(四)前脱丙烷系统518
三、精馏系统主要操作变量及其操作
技术519
(一)脱甲烷系统519
(二)脱乙烷和加氢系统521
(三)乙烯精馏系统522
(四）丙烯精馏系统524
（五）脱丁烷系统525
四、丙烯制冷系统主要操作变量及其操
作技术526
五、烯烃分离装置主要控制回路528
(一)压缩机组的控制回路528
(二）精馏系统的控制回路530
六、烯烃分离装置主要联锁532
(一）压缩机组停车联锁532
(二)脱丙烷塔停车联锁533
(三)脱乙烷塔停车联锁533
(四) 乙烯精馏塔停车联锁533
(五）丙烯精馏塔停车联锁533
(六)脱丁烷塔停车联锁533
(七)乙炔加氢反应器停车联锁533
第六节烯烃分离装置主要设备534
一、离心式压缩机组534
(一)离心式压缩机534
(二)蒸汽透平536
(三)临界转速540
(四)性能曲线542
(五）干气密封546
(六）润滑油系统548
(七)复水真空系统548
二、精馏塔550
(一)塔器的分类550
(二)板式塔概述551
(三）烯烃分离主要板式塔554
(四）填料塔概述561
(五）烯烃分离主要填料塔565
三、丙烯产品精制床569
四、乙炔加氢反应器569
第七节烯烃分离装置节能和低投资技术571
一、烯烃分离装置的节能措施572
（一）压缩单元的节能措施572
(二)分离单元的节能措施574
二、烯烃分离装置节能技术应用前景
分析578
参考文献579
第七章环境保护581
第一节工艺装置环境保护581
一、煤气化装置581
（一）采取的环境保护措施582
(二)水煤浆气化装置三废实际排放582
二、合成气CO变换及净化装置583
（一）采取的环境保护措施583
(二)CO变换及合成气净化装置三废实
际排放584
三、甲醇合成装置584
（一）采取的环境保护措施584
(二)甲醇合成装置三废实际排放585
四、甲醇制烯烃装置585
（一）采取的环境保护措施585
(二)甲醇制烯烃装置三废实际排放586
五、烯烃分离装置586
第二节废碱液的处理587
一、废碱液湿式氧化处理技术588
(一)湿式氧化处理原理588
(二)湿式氧化处理单元流程588
(三)湿式氧化处理单元进水水质589
(四)湿式氧化处理单元出水水质589
（五）湿式氧化处理单元排放尾气
组成589
二、废碱液焚烧处理技术589
（一）废碱液焚烧处理技术的难点589
(二)烟气余热回收对锅炉受热面的
影响590
三、废碱液生化处理技术591
(一)原理591
(二)技术特点592
(三)工艺流程简图592
(四)LTBR工艺进水水质593
(五)LTBR工艺出水水质594
四、酸碱中和法594
(一)硫酸中和法594
(二)二氧化碳中和法594
五、氧化法594
(一)空气氧化法594
(二)光氧化法595
(三)中和后氧化595
第三节燃煤锅炉及自备电站环境保护595
一、除盐水站595
二、锅炉烟气除尘596
三、锅炉烟气脱硫596
四、锅炉烟气脱硝597
第四节全厂性气体处理597
一、酸性气处理及硫黄回收598
二、全厂性火炬600
(一)采取的环境保护措施601
(二)全厂性火炬三废实际排放601
(三)全厂性火炬噪声实际产生602
第五节全厂性污水处理602
一、清污分流602
(一)高污染污水处理603
(二)低污染污水处理603
二、紧急事故池603
(一)事故缓冲池概况603
(二)生产排水水质波动603
(三)事故废水603
(四)事故缓冲池运行情况604
三、污水处理装置604
四、中水回用605
第六节全厂性固体处理607
第七节环境监测结论与建议608
一、结论608
（一）废气监测结果608
（二）废水及地下水监测结果609
(三)厂界噪声监测结果610
(四)主要污染物排放总量610
(五)固体废物610
(六)公众意见调查610
二、建议610
第八节二氧化碳排放610
一、煤制烯烃工业示范工程物料平衡610
二、煤制烯烃工业示范工程碳平衡611
三、煤制烯烃工业示范工程CO2排放
分析611
参考文献612