煤及煤化工进展

1煤及煤化工进展2024/4/152煤?Ablackstonethatwouldburnandwassometimesusedbyblacksmithsinsteadofcharcoal.

有一种黑石头，可以燃烧，有时铁匠可用它来代替木炭，

并把这种可燃烧的石头称anthrax（anthracite)。摘自Theophrastus（西奥福来斯多斯）在公元前300年发表的DeLapidus(岩石学)2024/4/153各种煤的基本结构单元大致反映了各种煤的结构单元的特点和立体结构，缺点是没有包括所有杂原子、各种可能存在的官能团与侧链。2024/4/154包含的缩合芳香环数平均9个，缩合芳环数很高。代表20世纪60年代以前经典结构模型的特点。正确反映了年轻烟煤没有大的缩合芳香核（主要是萘环），分子呈线性排列，并有空间结构，有氢键和含氮杂环等存在。不足是没有考虑硫结构，没有醚键和两个碳原子以上的次甲基桥键。2024/4/155迄今为止比较全面、合理的一个模型，它基本反映了煤分子结构的现代概念，可以解释煤的液化和其他化学反应性质。最早考虑到低分子化合物的存在，缩合芳环以菲为主，之间有较长次甲基键连接，不足是没有考虑硫和氮的存在。2024/4/156煤是由通过C-C键直接连在一起的带有脂肪侧链的大的芳环和杂环的核所构成，其中有含氧官能团和醚键。2024/4/157煤分子结构的基本概念煤是高分子化合物的复杂的混合物，每个高分子化合物的缩合程度各不相同，构成煤的高分子化合物的基本结构单元彼此也不同，这不仅明显地表现在不同成煤阶段的煤中以及同一成煤阶段不同显微组分上，即使是同一成煤阶段的煤或同一显微组分的分子间，其缩合程度和基本结构单元也不可能相同。煤分子中的基本结构单元是由芳香族结构、脂芳族结构以及脂环族结构组成的。此外，还有醚型的氧在基本结构单元之间以氧桥的形式存在。也可以说，煤分子的基本结构单元由两部分组成，规则部分的缩合环结构称为核，在核的周围有各种侧链和官能团为不规则部分。基本结构单元中的芳香环结构有单环的苯环、双环的萘环、三环的菲环和蒽环，还有四环和五环以上的缩合环的形式；脂环结构既有与芳香环一起缩合的结构存在，又有单独存在的；而脂肪族结构是指结合在芳香环或脂环上的那些以侧链存在的烷基。了解煤的分子结构对煤的有效、合理转化具有重要的指导作用。2024/4/158煤炭的生成植物经数千年到数万年复杂的生物化学变化过程形成泥炭（一种松软有机质的堆积物）；泥炭在不太深的地下经数百万年因压力和温度等作用发生一系列物理化学变化（成岩作用）转变成褐煤或烟煤；褐煤或烟煤在地下深处再经数千万年以上因压力、温度和时间的化学物理作用（变质作用）形成烟煤或无烟煤。煤炭是一种宝贵的不可再生的资源，必须加以高效、经济和合理地利用。2024/4/159煤炭的种类按大类分：腐植煤类：由高等植物形成。腐泥煤类：由低等植物形成。腐植腐泥煤类：兼有两类植物的环境形成。按煤中含碳量或挥发分分：

泥炭、褐煤（低煤阶褐煤和高煤阶褐煤）、烟煤（长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤）、无烟煤（低阶无烟煤、中阶无烟煤、高阶无烟煤）、残植煤等。2024/4/1510煤的分析工业分析（水分、灰分、挥发分、固定碳）元素分析（C、H、N、O、S）发热量（弹筒、高位、低位）矿物质、灰成分和灰熔点……分析基准：收到基（ar）、空气干燥基（ad）、干燥基（d）、干燥无灰基（daf）、干燥无矿物基（dmmf）2024/4/1511煤的历史-AncientWorld

中国是最先大规模使用煤的国家，公元300年（西晋）煤用于冶金(铸造)和家庭取暖。公元1000年（北宋），煤已成为中国主要燃料和能源。MarcoPolo把中国人使用煤的方法传到西方，他在中国渡过了24年，在1295年（元朝）回到意大利Venice，“可以挖一种能燃烧的黑石头作燃料”。《天工开物》16372024/4/1512煤的历史-MiddleAges

公元900年代，德国进行煤开采；13世纪，商业化的煤开采遍布英国及欧洲大陆，煤开始用于过程加热(如烧石灰CaCO3→CaO＋CO2)，1226年，伦敦出现“LimeBurnersLaneorSeacoalLane”街；14世纪，煤炭贸易开始（1328年从法国用船运送小麦到英国，英国煤运回法国）。但这以前煤的主要用途是家庭取暖或偶尔代替木炭用于金属加工；煤的用途变得愈来愈广泛，英国的煤矿也从南向北发展。2024/4/1513环境问题挖坑取煤留下的洞成为危险的陷井，导致不少人淹死（其中在1243年RalphUlger成为第一个记载的在煤坑中淹死的人）；煤的燃烧产生烟，使煤有了“dirtyfuel”的名声（第一个受到燃煤污染影响的重要人物是Eleanor，英国EdwardI的妻子，据说在1257年，由于在城堡中烧煤产生的烟使她放弃诺丁汉城堡）；伦敦成为严重空气污染最早的城市。由于烧石灰使用大量煤造成空气质量的恶化，在1285和1288年先后有人提出诉讼。迫使皇家发布了禁止用煤的告示。2024/4/1514RoyalProclamationForbiddingtheuseofseacoalbecausean“intolerablesmelldiffusesthroughouttheneighboringpalacesandtheairisgreatlyaffectedtotheannoyanceofthemagnates,citizens,andotherstheredwellingandtotheinjuryoftheirbodilyhealth”.2024/4/1515煤的历史-Renaissance禁令无法阻止煤的使用；16世纪中，在英国开始大规模的采煤，但木材或木炭仍然是优选燃料；到17世纪初，英国和欧洲大陆出现木材严重短缺，所以很多国家采用增加煤炭生产来弥补木材的减少，工厂也把煤作为主要能源。2024/4/1516煤的历史-IndustrialRevolution

从木材向煤作为主要能源转移的一百年中，产生了二个重大的发现:由于煤的开采向地球深层进发需要有动力来驱动水泵以保持矿井的干燥，这种需要导致蒸汽机的发明

;由于木炭愈来愈少，需要有方法使在炼铁过程中用煤替代木炭，炼铁工人学会了如何把煤转化为焦炭，这也使大规模廉价铁的生产成为可能。蒸汽机和便宜的铁为各种技术的广泛和惊人发展提供了基础。它也成为在西方文明史上的一个决定性的转折点－工业革命。2024/4/1517工业革命带来的重要变化

从小规模的以家庭形式的制造业向大工厂的转变:蒸汽机为大工厂的生产需要提供可靠的动力源，而蒸汽机的广泛应用又要求有大量廉价燃料的供给，而那时能满足这一要求的只有煤炭。

在当时，具有丰富煤资源的国家是最能适应由工业革命带来新的经济变化的国家，主要是英国、美国、德国和法国。

19世纪国家的政治力量大小对应于所拥有煤的多少，在那个时代，煤就意味着power，即动力和权力。

2024/4/1518Coalminers1910CoalminersinHazletonPA,USA,19002024/4/1519煤炭生产量变化19世纪末，世界煤产量有很大增长，从1865年的1亿8千万吨到1905年达9亿3千万吨。但1912年与1970年世界的煤消耗量几乎不变，这期间战时稍有增加，而在五十年代大萧条和衰退时下降。1970年代发展中国家工业化的增加以及中东石油危机造成的石油价格冲击带动新的煤炭生产增长势头。2024/4/1520CoalProductionoftheWorld,around1905[6]CountryYearShortTonsEurope

UnitedKingdom1905236,128,936Germany(coal)121,298,167Germany(lignite)52,498,507France35,869,497Belgium21,775,280Austria(coal)12,585,263Austria(lignite)22,692,076Hungary(coal)19041,031,501Hungary(lignite)5,447,283Spain19053,202,911Russia190419,318,000Holland466,997Bosnia(lignite)540,237Bosnia(lignite)540,237Romania110,000Serbia1904183,204Italy(coalandlignite)1905412,916Sweden322,384Greece(lignite)1904466,997AsiaIndia19058,417,739Japan190310,088,845Sumatra1904207,280Africa

Transvaal19042,409,033Natal19051,129,407CapeColony1904154,272America

UnitedStates1905350,821,000Canada19047,509,860Mexico700,000Peru190572,665Australasia

NewSouthWales19056,632,138Queensland529,326Victoria153,135WesternAustralia127,364Tasmania51,993NewZealand1,585,7562024/4/1521石油、天然气对煤炭的影响石油、天然气的流体特性：易操作（用阀控制）；可以用管道输送，易装卸；燃烧不产生灰。UnitedStates1905350,821,000石油、天然气的出现，在西方国家煤炭的消耗比例逐渐下降，如美国：

194550年代末196570年代末65％33％25％20％最大产煤国由19世纪末以前的英国，19世纪末美国，1950年前苏联，到目前的中国。UnitedKingdom1905236,128,9362024/4/1522煤使用量增长的几个因素

油和天然气迟早会供应不足；更有效的燃煤及转化为合成燃料或化学品的新过程出现为煤的利用提供新的选择；涉及到依靠从政治上不稳定地区进口能源的有关问题；第三世界的发展开辟了煤的新市场，而且已成为世界用煤的焦点（1950年北美和西欧的煤生产量为世界65％，到1987年美国和西欧只占30％，中国、前苏联、东德、波兰、捷克占65％，目前，煤提供约25％的世界能源需求(1950年是60％)

。2024/4/1523未来能源

石油和天然气的供应将向少而贵的方向发展，必须开发inexhaustible和nonpolluting能源：

──sunlight──biomass──wind──nuclearfusionMoreenergyfromsunlightstrikesEarthin1hourthanalloftheenergyconsumedbyhumansinanentireyear.2024/4/15242024/4/1525以石油为基础的经济向非污染和用之不尽的能源为基础的经济过渡中的三个选择：接受新的生活方式，包括消耗更少的能源(难以接受)；增加利用核能(舆论)；增加利用煤(唯一选择)。1970s煤炭工业的口号：CoalisAmericanAceinthehole(备而未用的王牌)2024/4/1526现代工业文明对能源的要求电力运输燃料从矿物中提炼金属和化学品（如炼铁）化工产品，包括塑料、药品、化肥过程热，即在化学工业及金属加工中用于锅炉、熔化、退火改型等所需的热

结论：煤可以满足所有这些需要

2024/4/1527煤化工的范畴

煤化工是以煤为原料，经过化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。2024/4/1528一、从煤生产电

2024/4/15292024/4/15302024/4/15312024/4/15322024/4/15332024/4/1534中国2008年发电量:34668.8

亿kwh水电:5851.9

亿kwh火电:27900.8

亿kwh核电：1.3%

2024/4/1535PowerBargeLM5000BargeMountedPowerPlant

MooredinChittagong,Bangladesh2024/4/1536MobileTypeGasTurbinePowerPlantLM1500MobileTypeGasTurbine2024/4/1537CombinedCyclePowerPlantCarsonEnergyLM5000CombinedCyclePlant

locatedinCalifornia,USA2024/4/1538发电技术煤浆燃烧及传统的粉煤燃烧的热效率约为36-42%2024/4/15392024/4/1540IGCC的特点目标发电效率48%-50%，CO2排放达到燃油电厂水平。2024/4/1541原料的灵活性低的空气污染物排放2024/4/1542炉渣的利用（可用于沥青路面、水泥添加料）与传统PCF相比，冷却水降低30%。降低设施用水消耗（PCF中烟道气脱硫消耗大量水，在IGCC中处理的是燃气，其体积远低于烟道气）。2024/4/15432024/4/1544煤浆燃烧(slurrycombustion)燃水煤浆比燃原煤可提高燃烧效率5-10%，节能20%，并可降低烟尘排放量。使用煤浆可改变传统的运煤方法（铁路、公路、水路），可通过管线输送。在煤浆配比中减少或增加某些成份可以减少在燃烧过程中灰和硫的产生（如在褐煤浆中减少Na含量，可以减少在锅炉管是灰的沉积）。水煤浆燃烧的关键问题是燃烧器的设计。2024/4/1545联合循环发电（CCP）系统类型煤在压力流化床锅炉中燃烧并脱硫，锅炉产生的蒸汽推动汽轮机；高压下产生的热气体经除尘净化后供给气体透平，进透平气体温度不高于950oC;热效率比常规同参数蒸汽循环机组可提高3-5%;脱硫效率可达99％;ＮOx排放只是常规电站的15-30％;耗水量只是常规电站的1/2-1/3。增压流化床燃煤联合循环发电（PFBC-CC）2024/4/1546煤气化联合循环发电(IGCC)

煤气化产生燃料气体供气体透平。优点是较高的进口温度，提高气体透平的效率。但按目前的透平技术进气最高温度不超过1100℃。如允许更高进气温度的透平(如达到1400-1500℃，效率可达到43-45％)。

常压流化床燃煤联合循环发电(AFBC-CC)2024/4/1547流化床燃烧炉(Fluidized-bedcombustors)

①燃料范围宽(不仅可用各种煤，还可烧石油、木材，废弃的燃料)，这大大增加安排燃料供应的灵活性。②操作灵活，输出范围设计满负荷甚至空运行。可根据外界供电需要随意调整。③减少SOx和NOx的生成。由于它的床层温度一般在760-950℃，低于其它类型的燃烧炉。④可采用炉内脱硫方法，排除烟道气脱硫系统(占1/3投资)2024/4/1548煤热能机械能电2024/4/1549磁流体发电技术Magnetohydrodynamics(MHD)

燃煤直接产电(即没有介入机械能转变步骤)的技术。原理：导体运动通过磁场产生电流。过程：在燃煤的MHD中，煤用预热氧或富氧空气燃烧产生温度多达2700℃的燃烧气体；超热气体通过一个导管，导管的两面墙为电极，在导管的垂直方向设一个强的磁场，为了使燃烧气体导电，加入容易离子化的晶种(通常为钾K),离子化的传导燃烧气通过磁场产生电流，并由电极流出。2024/4/1550需要解决的问题①由于高热气体(远远高于传统的燃烧系统，甚至气体透平)，对导管材料的选择成为关键，再加上导管的两壁为导体，其它两壁为绝缘体，使问题更复杂，更重要的是在商业化工厂，导管必须具备长的使用时间、最少的维护。②用于晶种K(钾)的费用大于原煤。据估计，为达到经济的操作，钾的回收率必须达99％。

2024/4/1551发电效率

加入蒸汽循环后的MHD系统大大地改善了总的效率，据估计，对大规模的MHD加蒸汽循环发电厂的效率在45％至55％。热功率25兆瓦燃煤磁流体发电机实验装备

该实验装备于1990年基本建成，1992年底开始发电，迄今已经进行发电试验14次，最长连续发电达2小时10分钟，峰值发电功率130.8千瓦，成为研究燃煤磁流体发电机的燃烧室和发电通道的重要实验研究基地。2024/4/1552电化学过程(Electrochemicalprocesses)

煤热能机械能电由煤直接生产电

煤热能机械能电2024/4/1553煤直接生产电原理：C+O2CO2

最理想的过程是碳、氧和CO2都在同一温度，在一个几乎可逆的系统中进行，但不可能达到。要达到近似的可逆系统，保持反应物和产物在相同温度的方法是把煤的氧化过程组成一个电池—燃料电池。在燃料电池中，反应剂与电极是分开的，只有需要产电时，才与电极接触。以煤为基础的燃料电池有两种选择：直接电池和间接电池。2024/4/1554直接电池

Carbon（煤）为负极铜和铁作为正极(但在研究中，用贵金属如铂、银、金为正极)O2在正极电离以NaOH或次氯酸钠为电介质净化学反应是C+O2=CO2研究焦点：用融熔盐作为电介质2024/4/1555间接电池

用CO或由煤气化得到的CO+H2替代Carbon电极与O2反应；理论上，间接电池回收按由C转变为CO2的约65％能量，但间接电池通常可产生较高的电压。

NiO正极Pt负极熔融Na2CO3+K2CO3H2+COO2研究的例子：熔融碳酸盐燃料电池需要解决的技术问题：电介质对电极润湿和电极的腐蚀。2024/4/1556电池类型碱性燃料电池质子交换膜燃料电池磷酸燃料电池熔融碳酸盐燃料电池固体氧化物燃料电池简称AFCPEMFCPAECMCFCSOFC电解质KOHPEM磷酸Li2CO3-

K2CO3YSZ致密氧化物透氧膜电解质形态液体固体液体液体固体阳极Pt/NiPt/CPt/CNi/Al,Ni/CrNi/YSZ工作温度℃50～20060～80150～220约650900～1050应用空间，机动车电站，机动车便携式电源共发电，机动车，轻便电源共发电共发电主要燃料电池及其特性表2024/4/1557FuelCells1MWMCFC(125kWunit)熔融碳酸盐燃料电池2024/4/1558O2O2O2O2-O2-O2-O2-O2-H2,COH2O,CO2负载＋－e空气燃料阴极电解质阳极SOFC电池反应固体氧化物燃料电池（SOFC）反应2024/4/1559煤低温热分解气体精制送电CO2送电800℃CO2

（H2O）气化炉1000℃1000℃CO、H2空气燃料电池油料空气分离CO2

无机膜2024/4/1560Vision212024/4/1561Vision212024/4/1562Vision212024/4/1563Vision212024/4/1564Vision212024/4/1565从煤中得到运输燃料

(TRANSPORTATIONFUELSFROMCOAL)蒸汽：用于燃煤蒸汽机车。采用串联流化床燃烧器（在第一个流化床中燃烧煤，而在第二个流化床用石灰石捕捉氧化硫)。这种系统不仅可使用高硫煤，而且由于相对较低的燃烧温度可排除氮氧化物和大块灰渣的生成。2024/4/1566煤浆（CoalSlurries）煤浆：目的是替代在内燃机车中使用的石油基燃料。在内燃机车使用煤浆提出两个问题：①煤浆中的水引起较长的ignitiondelay，难以保证机车发动机大约1000rpm的高速运转。②在燃烧中产生的灰将加速发动机的磨损。

2024/4/1567液体燃料

(LiquidFuels)

通过煤直接或间接液化生产液体燃料，可替代目前使用的来自石油的燃料。成功例子：二次世界大战期间的德国，1950年代以来的南非，都从煤中得到液体燃料。除了特定的环境以外，是否从煤中商业化生产液体燃料取决于和来自石油的燃料价格的竟争而定。2024/4/1568在1970年代末提出的交叉点(cross-overpoint)估计：

1桶原油必须达到的比一桶煤液化燃料要贵的价格，这个交叉点因人因时在40-80美元之间。

“Coalliquefactionisthetechnologyofthefutureandalwayswillbe”悲观论：这个交叉点永远也不可能达到。原油价格液化油价格价格年代交叉点2024/4/1569煤液化技术研究与石油价格密切相关。从70年代初（石油危机）的快速增长到80年代初（油价跌至$10/barrel)迅速下降，到目前重新重视。据估计，从煤中生产液体燃料在21世纪的某个时候以前商业化是不可能的。对煤分子结构，断键反应的基础研究结果可能会引发新的煤液化技术的开发(在温和的温度和压力下)，这些技术开发可使设备费下降，从而有可能得到低成本的产品。

2024/4/1570煤变油的方法煤直接液化煤间接液化（F-T合成）煤热解2024/4/15712024/4/1572煤炭液化的原理CH4原油苯煤H/C4210.5~0.8提高H/C比的方法：加氢或/和脱碳煤炭的直接液化是煤在溶剂、催化剂和氢气存在下，通过高温（~400-500oC）、高压（10~25MPa）反应得到液体产品的过程。结果：煤的大分子结构分解成小分子、提高了H/C、脱除煤中的杂原子和无机矿物质。2024/4/15732024/4/15742024/4/1575TheVictonianBrownCoalLiquefaction50T/DPilotPlant2024/4/1576煤液化过程研究改善热效率：增加煤油比；改善油产率：通过优化过程条件和煤预处理等。改善过程可靠性：通过改善煤性质（如：预处理）防腐和防垢。液化油的提质：改善产品价值和安全性。2024/4/15772024/4/15782024/4/1579先进煤液化工艺基础研究目标：改善油产率和热效率高活性和高分散催化剂的开发无残渣（完全转化）液化过程的开发温和条件液化过程的开发2024/4/1580CompleteConversionProcess2024/4/1581中国煤炭直接液化的研究与开发煤炭直接液化高效催化剂的研究与开发煤炭直接液化关键技术的研究与开发神华煤直接液化技术的商业化2024/4/1582煤炭直接液化高效催化剂的研究与开发得到国家863计划支持低价格：因催化剂产生的吨油生产成本大约为20元.易操作：催化剂的合成在常压和常温下进行，安全性好，催化剂具有好的重复性。高的催化活性：催化剂的加入量只有干煤的0.5%～1.0%，煤转化率大于90wt%daf,油产率大于60wt%daf。2024/4/1583煤炭直接液化关键技术的研究与开发小试：2002年7月-2003年底

—建立0.12t/d的连续煤直接液化装置;—运转10次共207天（约5000h)煤直接液化试验.中试（PDU）

—2003年10月至2004年9月建立6t/dPDU装置并在2004年12月成功地进行神华煤的液化试验.—在对PDU进行优化和改造的基础上，2005年11月进行第2次试验，并连续运转了18天。

—2006年底成功地进行了第3次试验（3000h）

，基本解决了存在的问题，为工业化提供重要的保证。2024/4/15846t/dPDU试验结果蒸馏油（Distillate）产率:56%~58%转化率:90%~92%气体产率:12%~14%水产率:11%~13%氢耗:5%~7%2024/4/1585神华煤直接液化技术的商业化神华煤直接液化项目于2004年8月落地鄂尔多斯伊金霍洛旗。2008年12月31日建成试车，运行300小时。神华煤直接液化项目总建设规模为年产油品500万吨，分二期建设。一期工程设计规模为年产油品320万吨，由三条主生产线组成，包括煤液化、煤制氢、溶剂加氢、加氢改质、催化剂制备等14套主要生产装置。一期工程总占地面积384公顷。建设的第一条生产线，煤直接转液化示范总投资123亿元，建成投产后，每年用煤量345万吨，可生产各种油品108吨，其中液化石油气10.2万吨，柴油72万吨、石脑油25万吨、酚等其他产品0.8万吨。2024/4/1586神华煤直接液化技术的商业化神华集团的目标是：

—到2010年煤炭生产大于200Mt/a，由煤炭液化得到的油和化学品达到10Mt/a。

—到2020年煤炭生产大于300Mt/a，由煤炭液化得到的油和化学品达到30Mt/a。2024/4/15872024/4/1588Demonstrationplantwithcapacityof1Mt/aPlannedconstructionperiod:4years2024/4/1589

ShenhuaDCLdemonstrationplant2024/4/1590ConstructingShenhuaDCLdemonstrationplantTakenonJune18,20082024/4/1591ConstructingShenhuaDCLdemonstrationplant2024/4/1592MainProductsofDCLDemonstrationPlant

Product:100,000t/aLPG10.21Naphtha24.99Diesel71.46Phenol0.36Total107.022024/4/1593神华煤液化技术的主要特点设备超大型化，处理能力大,效率高：单套原料煤处理能力达6000t/d；采用两个强制循环悬浮床反应器。先进的煤液化工艺，温和的反应操作条件。新型高效的煤液化催化剂。采用先进成熟的单元工艺技术的优化组合

--成熟的减压蒸馏技术进行固液分离，使残渣带走的油只占塔底物的3%左右；

--供氢溶剂全部加氢以提高溶剂的供氢能力；

--采用T-Star工艺对液化粗油进行精制。2024/4/1594项目采用的先进技术煤液化反应器：2.25Cr-1Mo-1/4V,反应器外径5.5m,壁厚335mm,设备单体质量达2050t,是目前世界上最大的反应器。煤制氢装置：Shell粉煤加压气化工艺,气化炉有效气体(CO+H2)生产能力为150,000m3/h。空分装置：德国林德公司空分技术,由两条生产线组成,单条生产线制氧能力为50,000m3/h。自备电站：神华煤直接液化项目一期工程第一条生产线用电负荷为142MW,需工业蒸汽400t/h,年排出油渣60万t、洗中煤33万t,可燃性化工尾气14,000m3/h~30,000m3/h。自备电站的燃料主要来源于煤直接液化所产生的油渣、洗中煤和可燃性化工尾气,不足部分补充洗中煤,电站总装机容量为500MW,其中一期工程装机容量为200MW。水处理装置：克劳斯法处理酸性气体进行硫回收。控制系统：Honeywell为项目提供9套集散控制系统(DCS)、2套紧急停车系统(ESD)、3套安全栅、9套可燃气体及有毒气体检测报警系统,以及相关的机柜、系统接口、系统集成和备品备件,以保证项目的整体运行安全、可靠和高效。2024/4/1595StateprogrammingoncoalchemicalindustryInMediumandLongTermCoalChemicalIndustryDevelopmentPlanofNDRC:

ToinvestmorethanUS$128billiontodevelop7alternativecoalbasedsynthesizedfuelandchemicalstechnologiestoreducetheimportdependentofoildemand.To2020,thecapacityofcoaltoliquidwillbe30Mt/a,coaltomethanol66Mt/a,coaltoDME20Mt/a,andcoaltoolefins8Mt/a.Coalconsumptionincoaltooilandchemicalswillbe252Mt/a.Morethan30coalbasedprojectsarebeingplannedorconstructed.

2024/4/1596In11thFive-YearPlan(2006-2010)forCoalIndustryDevelopmentofNDRC:

TocompleteindustrialdemonstrationsofCTLandcoaltoolefininthe“eleventhfiveyear”period.1)constructinga1Mt/adirectcoalliquefaction

demonstrationplantandcompletingindustrialdemonstrationoftheself-owneddirectcoalliquefactiontechnology;2)constructinga3Mt/aindirectcoalliquefactionplantthroughimportingtheoverseamaturetechnologyandcompletingdemonstrationofcommercialoperation;3)byusingdifferenttechnologies,completing160kt/aand1Mt/aindirectcoalliquefactiondemonstrationplantandprojects;4)completing600kt/acoaltoolefindemonstrationprojectwithself-ownedtechnology.Stateprogrammingoncoalchemicalindustry2024/4/1597Methanol(甲醇)

高压合成法：1923年德国建成首套3000t/a合成甲醇生产装置。30~35MPa，300~400oC，Zn-Cr氧化物催化剂。（投资大，生产成本高）低压合成法：压力5MPa，温度190~270oC。英国ICI公司和德国Lurgi公司分别研制低压甲醇合成催化剂。1966年ICI公司采用Cu-Zn-Al氧化物催化剂，实现低压合成生产工艺（ICI低压法）；1970年Lurgi公司采用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V、Cu-Zn-Al-V氧化物催化剂，建成4000t/a甲醇低压生产装置（Lurgi低压法）。中压合成法：压力10MPa左右，1972年ICI公司成功实现中压甲醇合成工艺。2024/4/15982024/4/15992024/4/151002024/4/151012024/4/151022024/4/15103甲醇作为汽油替代品，用于开动小汽车。问题：①得到同样的能量，甲醇需二倍于汽油量；②发动机的设计必须改变；

③甲醇为剧毒品，可侵害视神经引起失明(在使用中需要特别小心)。解决方法：

1）甲醇-汽油混合燃料，含3%~5%甲醇汽油，无须改变发动机；

2）甲醇转变成汽油。即mobil法。与FT间接液化比，Mobil法得到的产品分子范围窄。

2024/4/15104家庭及工业供热

DistrictHeating（区域供热）：流化床燃烧炉具有操作灵活、低NOx生成，不生成SOx等优点，可用于区域供热。CoalCartridgesSystem（CCS：煤箱系统）：把备煤，粉碎和除灰集中在一起的过程，具有方便、经济、可控制粉尘及灰对环境的污染等优点。目前煤箱系统只用在工业及区域供热，没有在家庭使用。GoCogeneration：能量梯级利用。在Cogenerationsystem，高温蒸汽先送透平发电，排出透平的低温蒸汽用于加热，低温蒸汽还用于区域供热或供给邻近工厂。CoalConversion：把煤转变为液体或气体后然后再用作为燃料。GoGo2024/4/15105BACK2024/4/15106KansaiInternationalAirport

LM2500CogenerationPlant

LocatedinOsaka,JapanBACK2024/4/15107CoalConversion

把煤转变为液体或气体后再用作为燃料。

①液体易于输送和分配；②代用天然气或由煤导出液体可用于现存的燃气或燃油单元而无需进行改造成烧煤或安装新的燃煤设备。③气体的灰含量为0，从煤中得到的液体的灰量可忽略。但从煤中得到气体或液体的应用与用在运输燃料中一样，取决于经济因素。2024/4/15108Process-HeatandBoilerIndustries

Process-Heat（工业炉窑）：利用燃料燃烧产生的热量使物质发生变化而得以加工（如石灰石加热后生成石灰）；BoilerIndustries（锅炉工业）：用热来生产某种形式的动力（如蒸汽、电），利用这些动力用于完成一个过程（大部分化学工业，包括：造纸工业、纺织工业等都属于BoilerIndustries）。2024/4/15109Coalinthemetalsindustry

目前钢铁工业是用焦炭还原铁矿石，只要用传统工业来炼钢，就需要用炼焦煤来生产焦炭。目前钢铁工业(至少在美国)正处于过渡时期，高炉(Blastfurnaces)平炉(open-hearthfurnaces)和Bessemerconverters(酸式转炉或贝氏转炉)正在从舞台消失。这些变化将影响煤炭工业。2024/4/15110新工艺：直接还原铁矿石成为钢而绕过在高炉中的生铁制造；开发依赖于废钢的小钢厂；高炉喷吹（降低焦铁比，解决炼焦煤短缺问题）。焦炭生产：①煤种：将来的炼焦用煤(通过合适的系统设计)不是一种而是几种，甚至所有变质程度的煤；②排出物(污染)控制，高投资（$350million)。ReducingAgents(还原剂)：煤是最便宜的还原剂。它可转化成焦炭或其它形式或不改变形式（无烟煤）来生产金属；煤气化后转变为CO和H2，也可用作还原剂。2024/4/151112024/4/151122024/4/151132024/4/15114Chemicalsfromcoal

在20世纪初，炼焦副产品是有机化学工业的基础；今天，大部分有机化学工业依赖于石油。煤生产化学品的新时代不可能回复到半个世纪前的旧工艺上，炼焦工业不可能提供足够的副产品来满足化学品生产的需要，新兴的煤化学工业将以新工艺为基础。2024/4/15115Coprocessing(共处理)煤的加工和石油加工结合在一起的工艺。①由煤得到的液体产品补充到石油中一起提炼；②石油残渣作为煤液化的溶剂；问题：①石油中的脂肪化合物对煤并不是好的溶剂。②以石油为基础的工业有机化学主要是脂肪化合物的化学，而煤化学主要是芳香化合物的化学，因此要转到以煤为基础的新的化学工业并不是只要把煤基液体供给现存的化工厂那么简单。2024/4/15116Synthesisgas目前的有机化学工业，主要化学品是合成气(CO+H2)，乙烯、丙烯、1.3-丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、苯酚（phenol）；煤焦油化学：主要化学品是苯、萘、蒽、甲苯、二甲苯、苯酚、甲酚和菲。煤焦油化学加工特点：品种多，产量低；目前的石油化学工业特点：品种少，产量大。使用合成气可以通过现存的技术转变成化学品。

2024/4/15117从煤生产合成气要求：①由煤气化得到的气体必须净化；②由煤得到的合成气中H2和CO比例必须调整后才能满足要求。合成气转化成化学品：①Fischer-Tropsch工艺；②调变温度、压力和催化剂，合成气能转变成代用天然气（SNG），饱和脂肪烃（石腊），含氧化合物，不饱和烃（烯烃）或芳香化合物等。

2024/4/151182024/4/151192024/4/151202024/4/15121Hydrocracking（氢解）

煤的液化、热解或溶剂萃取产物与H2反应使芳烃分子裂解，这个过程就叫氢解。可生产石脑油（naphtha)和以丙烷和丁烷为主的液化石油气（LPG）。以化学品生产为目的的新的热解过程，是最大限度地提高液体产率，并寻找副产品固体半焦的用途。2024/4/15122Supercritical-FluidExtraction

煤的超临界流体萃取：即在溶剂处于临界点以上的温度和压力下对煤进行萃取。这个过程也叫“煤的超临界气体萃取”或“煤的超临界溶剂萃取”等；萃取物需进一步加工成油品或化学品；萃取后残留的固体半焦有高的活性，可用于气化或作为低级活性炭；但需考虑高温带来的高操作费用和高压带来的高设备投资。2024/4/15123Acetylene（乙炔）

以乙炔化学为基础

乙炔制造：缺点：电弧法耗电量大，当地必须有大量的电力、规模限制。新的方法：

关键是解决反应器。目前研究：①采用火箭发动机技术②等离子体技术2024/4/15124Microbialconversionofcoal煤的生物加工可分为两个领域：①洁净煤生产，即除去煤中一些不需要的组分，如硫、氮。②煤转化──微生物液化、微生物气化、微生物预处理以及甲烷生产。煤的生物加工中两个最基本的过程：①包含了煤中大分子的氧化溶解或解聚，它是把酶或微生物作用于羟基芳环，使环分裂而生成羧酸。②使用一种兼性厌氧微生物菌(还原性地)降解/溶解煤，也就是说，芳环还原和还原裂解生成一种氢化产品。

微生物脱硫：

传统方法：Thiobacillus（硫杆菌）用于黄铁矿(pyritea)硫的脱除。（反应时间长，经济性？）

新方法：用微生物作用于煤，使煤中黄铁矿的表面性质发生变化，使其更具有亲水性，这个过程只需3-4小时，经过微生物预处理后的煤，再用传统的浮选方法，就能除去几乎所有的黄铁矿硫。2024/4/15125Coalfineries把几种方法联成一体（集成）成为单一工厂。这种厂就叫Coalfineriesorcoalplexes。Power-Oil-Gas-Other（POGO)Process，它将联合气化、热解、溶剂精制煤(SRC)液化操作：气化炉提供气体给联合循环发电系统，生产电（power）；热解操作将生产代用天然气（SubstituteNaturalGas）液化石油气（LPG）和类似汽油的液体；液化将生产汽油和燃料油。液化过程中蒸溜残渣可以用高温处理生产焦炭(沥青焦)。

Coalfinery是一个多功能的煤加工厂，可生产燃料、化工产品和电力，这些产品能适合各种潜在的市场。2024/4/15126ExtractChemicalsSCECharGasificationH2Fluidized-bedCombustorHeat&SteamElectricityCoa