以甲酸苄酯、丙酸苄酯、乙酸苄酯或苯甲酸苄酯等为原料,在温度 150-320℃之间进行液相水解制备苯甲醇。水解后将反应混合物冷却80-180℃的温度,分层,分离出有机相就可以获得纯度大于 98%的苯甲醇,转化率大于 98%。
可以用氯甲基化反应使苯转化为苄基氯,苄基再氯水解制备,合成步骤与反应式表示如下:C6H6+HCHO+HCl(无水ZnCl2作催化剂)→C6H5CH2ClC6H5CH2Cl+H2O(NaOH水溶液)→C6H5CH2OH
苯甲醇和苯甲酸的制备如下:
一、苯甲酸
用KMnO4将甲苯氧化直接生成苯甲酸。在圆底烧瓶中加入KMnO4,Na2CO3和水,用小火加热混合物,稍冷,再加入甲苯和沸石,然后将烧瓶连接在回流冷凝管器上,加热回流约1h。
冷却烧瓶内容物至室温,用10%的HCl酸化,再少量分批加入固体的NaHSO3至使溶液褪色为止。混合物完全冷却后,减压抽滤,并用少量水洗涤布氏漏斗中的结晶。
再用少量的沸水溶解产物进行重结晶,趁热抽滤,并用少量热水洗涤滤渣,合并滤液和洗液,让滤液慢慢冷却结晶。抽滤,干燥,称重,即得苯甲酸。添加量根据制备量计算。
二、苯甲醇
苯甲醛和氢氧化钠反应生成苯甲酸钠和苯甲醇,利用苯甲酸钠和苯甲醇在甲苯中沸点相差较大,且甲苯和苯甲醇的沸点也相差较大的原因,利用甲苯将苯甲醇萃取出来用直形冷凝管蒸馏将甲苯蒸出来。
然后再用空气冷凝管将苯甲醇蒸出来,空气冷凝管适用于沸点在140C以上的蒸馏,苯甲醇沸点为206C左右,注意控制温度在204-206之间,太高会有副产物(苯甲酸)生成。
这不是闺房记乐,这是闲情记趣中的。绝 是说 花多,不断绝。你自己参照百度吧属 是一类的意思 。联系上下文,是寻觅昆虫善 这一句翻译为,岂不是很好吗行 试验,或者说做了 。何妨而效之 , 何不仿效一下。或抱花梗,或踏草叶,栩栩如生,宛然动人。上文说以针刺死,做了标本,所以有这句。浮生六记记得是芸这个人,表现的是一个知己与伴侣的妻子,你从这方面来回答吧。既然是闲情,也何必计较呢,应试教育真是糟蹋东西。我闲居在家的时候,案头上的插花盆景长续不断。芸说,你的插花啊,能表现出雨露风晴中的各种自然韵味,可谓精妙入神。然后画法中有一种草木与昆虫共同相处的方法,你为何不效仿一下呢。我说,虫儿会爬会乱动,怎么可能像作画一般呢?芸说,我有一种办法,不过恐怕会被(后人)作为始作俑者而引起罪过呢。我说,那你说说看。芸说,虫儿死后,它的颜色神态并不会有多大改变,(我们)找到螳螂产蝉蝶之类用针刺死,然后用细丝捆在它们的脖子上,系在草木间,再整理它们的脚足,或抱花梗,或踏草叶,栩栩如生,(这样)岂不是很好吗?我很高兴,按她的办法去试了,看见的人没有不赞美称绝的。求于闺中的意见,当今世上恐怕未必再有这样会心的人了吧。
影响反应产率的因素。使用单因素控制法,确定了制备六硝基茋的最佳工艺条件。 次氯酸钠溶液氧化TNT一步反应生成HNS的反应最佳工艺条件为:溶剂使用乙酸乙酯/甲醇且用量分别为和,反应温度为15℃,时间2h,反应体系pH值保持在之间,次氯酸钠溶液有效氯含量为6%且pH调节为(NaClO):n(TNT)=,反应粗产率为。 氯化亚铜催化氧化TNT生成HNS的反应最佳工艺条件为:溶剂DMSO用量为,催化剂氯化亚铜用量为,反应温度50℃,反应时间5h,使用氢氧化钠调节碱度使体系pH保持在11,反应粗产率为。 通过中间体HNBB两步反应合成HNS。次氯酸钠氧化TNT生成HNBB的反应最佳工艺条件为:溶剂乙酸乙酯/甲醇用量分别为和,反应温度50℃,持续时间1h,次氯酸钠溶液有效氯含量为5%且pH调节为(NaC10):n(TNT)=,滴加时间1mmin,反应产率为;TEMPO/FeCl2催化HNBB脱氢制备HNS的反应最佳工艺条件为:溶剂二甲亚砜的用量为,反应温度55℃,持续时间8h,复合催化剂TEMPO/FeCl2中TEMPO的摩尔比例为40%,反应产率为。 通过中间体TNBC1两步反应合成HNS。TNT发生氯代反应的最佳工艺条件为:溶剂四氢呋喃/甲醇用量分别为和,反应初始温度为0℃,次氯酸钠溶液有效氯含量为5%且pH为13, n(NaClO):n(TNT)= ,反应产率为;TNBC1与碱反应生成HNS的反应最佳工艺条件为:溶剂二氯甲烷的使用量为,相转移催化剂三乙基苄基氯化铵的使用当量为,反应温度25℃,反应时间2h,使用氢氧化钠调节反应体系的pH使之保持在11,反应产率为。苯甲醛类化合物是一种重要的有机合成中间体和精细化工产品,广泛地应用于医药、染料、香料、树脂等行业。目前,合成苯甲醛类化合物的方法主要有氯化苄水解法和甲苯液相空气氧化法,这两种方法存在反应条件苛刻、产率低、副产物多等缺点。针对传统合成苯甲醛的方法存在很多不足。近年来,有很多学者报道了苯甲醇氧化合成苯甲醛的研究,该方法具有工艺简单、环境友好、苯甲醛质量好、且不含氯等优点,是一种新型的绿色生产苯甲醛的工艺。南京师范大学硕士研究生学位论文《多金属氧酸盐催化的苯甲醇选择氧化反应的研究》中,公开了一种在多金属氧酸盐[teah]h2pw12o40作为催化剂,双氧水氧化苯甲醇的方法。武汉工程大学硕士学位论文《含铝助剂对fe3o4催化苯甲醇选择性氧化的影响研究》中,公开了fe3o4磁性微球和改性后fe3o4,将其应用于催化h2o2选择性氧化苯甲醇制备苯甲醛。浙江大学硕士学位论文《苯甲醇氧化脱氢制苯甲醛绿色催化工艺研究》中,公开了一种使用sba-15-nh2-au-pd作为催化剂,以叔丁基过氧化氢(tbhp)为氧化剂,氧化苯甲醇制备苯甲醛的方法。高文强等报道苯甲醇在四丁基溴化铵催化下,以次氯酸钠作为氧化剂,利用超声强化苯甲醇合成苯甲醛的方法(高文强等,超声强化苯甲醇合成苯甲醛的研究,现代化工,2018,38(6)97~100),这一技术是在超声辅助下,增大非均相反应界面并使反应界面迅速更新,从而强化反应合成苯甲醛,但是不足之处是产品苯甲醛中含有少量的残留的催化剂,从而影响苯甲醛在医药合成中应用。因此,开发具有工艺简单、环境友好、产品不含氯以及其它杂质的苯甲醛合成技术,已成为绿色合成苯甲醛的新领域。将1,8‑辛二醇置于乙酸水溶液中,以硫酸为催化剂,不断搅拌使其发生反应;将反应体系在离心萃取机中用石油醚连续萃取,蒸馏回收石油醚后,得到8‑乙酰氧基‑1‑辛醇;向8‑乙酰氧基‑1‑辛醇中加入水、乙酸乙酯、溴化钠和三水合醋酸钠,搅拌后加入四甲基哌啶氧化物,再滴加次氯酸钠,边滴加边搅拌,反应生成8‑乙酰氧基‑1‑辛醛;向四氢呋喃中加入丁基三苯基溴化膦,边搅拌边滴加有机碱,使其发生反应,继续滴加8‑乙酰氧基‑1‑辛醛,使其进行wittig反应,生成顺(反)‑8‑十二碳烯醇乙酸酯。本发明具有周期短、步骤少、收率高、后处理简单等优点,适合大规模工业化生产。
绿色催化剂的应用及进展摘要]对新型绿色催化剂杂多化合物的研究进展进行了综述,主要介绍了杂多化合物在催化氧化、烷基化、异构化等石油化工领域的研究现状,并对其应用和发展前景做了总结和评述。[关键词]杂多化合物;绿色化工催化剂;展望随着人们对环保的日益重视以及环氧化产品应用的不断增加,寻找符合时代要求的工艺简单、污染少、绿色环保的环氧化合成新工艺显得更为迫切。20世纪90年代后期绿色化学[1,2]的兴起,为人类解决化学工业对环境污染,实现可持续发展提供了有效的手段。因此,新型催化剂与催化过程的研究与开发是实现传统化学工艺无害化的主要途径。杂多化合物催化剂泛指杂多酸及其盐类,是一类由中心原子(如P、Si、Fe、B等杂原子及其相应的无机矿物酸或氢氧化物)和配位原子(如Mo、W、V、Ta等多原子)按一定的结构通过氧原子桥联方式进行组合的多氧簇金属配合物,用HPA表示[3-6]。HPA的阴离子结构有Keggin、Dawson、Anderson、Wangh、Silverton、Standberg和Lindgvist 7种结构。由于杂多酸直接作为固体酸比表面积较小(<10 m2/g),需要对其固载化。固载化后的杂多酸具有“准液相行为”和酸碱性、氧化还原性的同时还具有高活性,用量少,不腐蚀设备,催化剂易回收,反应快,反应条件温和等优点而逐渐取代H2SO4、HF、H3PO4应用于催化氧化、烷基化、异构化等石油化工研究领域的各类催化反应。1杂多酸在石油化工领域的研究进展随着我国石油化工工业的快速发展,以液态烃为原料制取乙烯的生产能力在不断增长,而产生的副产物中有大量的C3~C9烃类,其化工综合利用率却仍然较低,随着环保法规对汽油标准中烯烃含量的严格限制,如何在不降低汽油辛烷值的情况下,生产出高标号的环境友好汽油已是我国炼油业面临的又一个技术难题。目前,催化裂化副产物C3~C9烃类的催化氧化、烷基化、芳构化以及C3~C9烃类的回炼技术已成为研究的热点。因此,催化裂化C3~C9烃类的开发与应用将有着强大的生产需求和广阔的市场前景。催化氧化反应杂多酸(盐)作为一类氧化性相当强的多电子氧化催化剂,其阴离子在获得6个或更多个电子后结构依然保持稳定。通过适当的方法易氧化各种底物,并使自身呈还原态,这种还原态是可逆的,通过与各种氧化剂如O2、H2O2、过氧化尿素等相互作用,可使自身氧化为初始状态,如此循环使反应得以继续。用杂多酸作催化剂使有机化合物催化氧化作用有两种路线是可行的[7]:①分子氧的氧化:即氧原子转移到底物中;②脱氢反应的氧化。将直链烷烃进行环氧化是生产高辛烷值汽油的重要途径之一。Bregeault等[8]研究了在CHCl3-H2O两相中,在作为具有催化活性的过氧化多酸化合物的前体的杂多负离子[XM12O40]n-和[X2M18O62]m-以及同多负离子[MxOy]z-(M=Mo6+或W6+;X=P5+,Si4+或B3+)的存在下,用过氧化氢进行1-辛烯的环氧化反应时,负离子[BW12O40]5-、[SiW12O40]4-和[P2W18O62]6-都是非活性的,并且许多光谱分析法表明它们的结构在反应过程中没有发生变化。[PMo12O40]3-表现出很低的活性,而[PW12O40]3-、H2WO4和[H2W12O42]10-都表现出高活性。反应中Keggin型杂多负离子[PW12O40]3-被过量的过氧化氢分解而形成过氧化多酸{PO4[WO(O2)2]4}3-和[W2O3(O2)4(H2O)2]2-,而这两种活性物种在环氧化反应中起到了重要的作用。烷基化反应石油炼制工业上,烷烃烷基化、烯烃烷基化及芳烃烷基化反应是生产高辛烷值清洁汽油组分的环境友好工艺。但以浓硫酸和氢氟酸作为催化剂的传统烷基化工艺因氢氟酸的毒性和浓硫酸的严重腐蚀性受到了很大的限制。C4抽余液是蒸气裂解装置产生的C4馏份经抽提分离丁二烯后的C4剩余部分,其中富含大量的1-丁烯和异丁烯。如何利用C4抽余液中的异丁烯和1-丁烯是C4抽余液化工利用的关键。异丁烯是一种重要的基本有机化工原料,主要用于制备丁基橡胶和聚异丁烯,也用来合成甲基丙烯酸酯、异戊二烯、叔丁酚、叔丁胺等多种有机化工原料和精细化工产品。1-丁烯是一种化学性质比较活泼的a-烯烃,其主要用途是作为线性低密度聚乙烯(LLDPE)的共聚单体,也用于生产聚丁烯、聚丁烯酯、庚烯和辛烯等直链或支链烯烃、仲丁醇、甲乙酮、顺酐、环氧丁烷、醋酸、营养药、农药等。特别是自20世纪70年代LLDPE工业化技术开发成功以来,随着LLDPE工业生产的蓬勃发展,国内外对1-丁烯的需求与日俱增,已成为发展最快的化工产品之一。刘志刚[9]等用浸渍法制备了Cs+、K+、NH4+的SiPW12杂多酸盐类和SiO2负载的SiPW12杂多酸,在超临界条件下评价了它们对异丁烷和丁烯烷基化的催化作用。结果表明,它们的活性和选择性大小顺序是当阳离子数相同时,Cs+盐>K+盐>NH4+盐。(NH4)尽管催化活性不高,但对C8产物的选择性达到%;具有很高的催化活性,但其对C8产物的选择性却只有。异构化反应汽油的抗爆性用异辛烷值表示,直链烃异构化是生产高辛烷值汽油的重要手段。C5~C6烷烃骨架异构化旨在提高汽油总组成的辛烷值,反应受平衡限制,低温有利于支链异构化热动力学平衡。为达到最大的异构化油产率,C5~C6烷烃异构化应在尽可能低的温度和高效催化剂存在下进行。烷烃骨架异构化是典型的酸催化反应,最近发现有较多的固体酸材料(其酸强度高于H-丝光沸石)可用于轻质烷烃骨架异构化,其中,最有效的有基于杂多酸(HPA)的催化材料和硫酸化氧化锆、钨酸化氧化锆(WOx-ZrO2)。2绿色催化剂绿色化学对催化剂也提出了相应的要求[1,2]:(1)在无毒无害及温和的条件下进行;(2)反应应具有高的选择性,人们将符合这两点的催化剂称之为绿色催化剂。由于一些杂多酸化合物表现出准液相行为,极性分子容易通过取代杂多酸中的水分子或扩大聚合阴离子之间的距离而进入其体相中,在某种意义上吸收大量极性分子的杂多酸类似于一种浓溶液,其状态介于固体和液体之间,使得某些反应可以在这样的体相内进行。作为酸催化剂,其活性中心既存在于“表相”,也存在于“体相”,体相内所有质子均可参与反应,而且体相内的杂多阴离子可与类似正碳离子的活性中间体形成配合物使之稳定。杂多酸有类似于浓液的“拟液相”,这种特性使其具有很高的催化活性,既可以表面发生催化反应,也可以在液相中发生催化反应。准液相形成的倾向取决于杂多酸化合物和吸收分子的种类以及反应条件。正是这种类似于“假液体”的性质致使杂多酸即可作均相及非均相反应,也可作相转移催化剂。陈诵英[10]等用二元杂多酸为催化剂,双氧水为氧化剂,醋酸为溶剂,催化氧化三甲基苯酚(TMP)合成三甲基苯醌(TMBQ),这与传统方法先用发烟硫酸磺化TMP,然后在酸性条件下用固体氧化剂氧化得到TMBQ相比,能减少排放大量废水以及10 t以上的固体废物,且其摩尔收率可达86%,大大提高了原子利用率。刘亚杰[11]等采用一种性能优良的环境友好的负载型杂多酸催化剂(HRP-24)合成二十四烷基苯。HR-24属于一种大孔、细颗粒、强酸性的固体酸催化剂,大孔和细颗粒有利于大分子烯烃的扩散,且不容易被长链烯烃聚合形成的胶质堵塞孔道,而强酸性可使催化剂在较低温度下就具有较高的催化活性。实验表明,在反应温度和压力较低的情况下(120℃和~ MPa),烯烃的转化率和二十四烷基苯的选择性都接近100%。Furuta等[12]采用Pd-H3SiW12O40催化乙烯在氧气和水存在下氧化一步合成了乙酸乙酯,简化合成工艺,与绿色化学相适应。刘秉智[13]以活性炭负载磷钼钨杂多酸为催化剂,用30%双氧水催化氧化苯甲醇合成苯甲醛,苯甲醛收率可达。与国内同类产品的生产工艺相比,其具有催化活性好,反应条件温和,生产成本低廉,催化剂可重复使用,对设备无腐蚀性,不污染环境,是一种优良的新型合成工艺路线,具有一定的工业开发前景。3展望虽然绿色化工催化剂理论发展逐渐得到完善,但大多数催化剂仍停留在实验阶段,催化剂性能不稳定,制备过程复杂,性价比低是制约其工业化应用的主要原因,但从长远角度考虑,采用绿色化工催化剂是实现生产零污染的一个必然趋势。环境友好的负载型杂多酸催化剂既能保持低温高活性、高选择性的优点,又克服了酸催化反应的腐蚀和污染问题,而且能重复使用,体现了环保时代的催化剂发展方向。今后的研究重点应是进一步探明负载型杂多酸的负载机制和催化活性的关系,进一步解决活性成分的溶脱问题,并进行相关的催化机理和动力学研究,为工业化技术提供数据模型,使负载型杂多酸早日实现工业化生产,为石油化工和精细化工等行业创造更大的经济、社会效益。[参考文献][1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13]王恩波,胡长文,许林.多酸化学导论[M].北京:化学工业出版社,1997,170-195.夏恩冬,王鉴,李爽.杂多酸氧化-还原催化应用及研究进展[J].天津化工,2007,21(3): C,Chottard G,Bregeault J,et epoxidation using tungsten-based precursors andhydrogen peroxide in a biphase medium[J].Inorg Chem.,1991,30(23):4 409-4 415.刘志刚,刘植昌,刘耀芳.SiW12杂多酸盐在C4烷基化反应中应用的研究[J].天然气与石油,2005,23(1):17-19.陈诵英,陈蓓,王琴,等.环境友好氧化催化剂杂多酸的应用[J].宁夏大学学报,2001,(2):98-99.刘亚杰,温朗友,吴巍,等.负载型杂多酸催化剂合成二十四烷基苯[J].石油炼制与化工,2002,33(12): M,Kung H Catalysis A:General[J],2000,201:9-11.刘秉智.固载杂多酸催化氧化合成苯甲醛绿色新工艺[J].应用化工,2005,(9): Chemistry TheoryandPractice[M].Oxford:Oxford University Press, atom economy:a search for synthetic effi 2ciency[J].Science,1991,254(5037):1 471-1 M,Okuhara [J],1993,23(11): Rev-Sei Eng.[J],1995,37(2):311-352.温朗友,闵恩泽.固体杂多酸催化剂研究新进展[J].石油化工,2000,(1):49-55.
甲醇的生产,主要是合成法,尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为: H2 + CO → CH3OH 合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料,经造气净化(脱硫)变换,除去二氧化碳,配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇,经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法,但因其能耗大,加工复杂,材质要求苛刻,产品中副产物多,今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。
水煤浆气化技术论文篇二 德士古水煤浆气化技术的特点及应用 【摘要】水煤浆气化技术在我国由来已久,近年来,德士古水煤浆气化技术在我国的发展更为的迅速,其技术应用的范围也在不断的扩大,德士古水煤浆气化技术具有很多优点,因此,其应用还有待于进一步开发。本文将从以下几个方面来分析德士古水煤浆气化技术的特点及应用。 【关键词】德士古水煤浆气化技术;特点;应用;分析 中图分类号:X752 文献标识码:A 文章编号: 一、前言 目前,国内水煤浆气化的应用还存在一定的问题,选用何种技术成为了主要的关注点,因此,研究德士古水煤浆气化技术的特点及其在我国的应用具有很深远的现实意义。 二、煤气化原理及发展趋势 1、煤气化的原理 煤的气化反应是指气化剂(空气、水蒸气、富氧空气、工业氧气以及其相应混合物等)与碳质原料之间以及反应产物与原料、反应产物之间的化学反应。在气化炉内,煤炭要经历干燥、热解、气化和燃烧过程。 (一)湿煤中水分蒸发的过程: (二)热解(干馏)是煤受热后自身发生的一系列物理化学变化过程。一般来讲,热解的形式为:煤 煤气(CO2,CO,CH4,H2O,H2,NH3, H2S)+焦油+焦炭 (三)气化与燃烧过程。仅考虑煤的主要元素碳的反应,这些反应如下: a.碳-氧间的反应; b.碳-水蒸气间的反应; c.甲烷生成反应; 需要指出的是,以上所列诸反应为煤气化和燃烧过程的基本化学反应,不同过程可由上述或其中部分反应以串联或平行的方式组合而成。 2、煤气化技术的发展趋势 现代煤炭气化技术发展趋势如下: (一)气化压力向高压发展。气化压力由常压、低压(<)向高压() 气化发展,从而提高气化效率、碳转化率和气化炉能力。 (二)气化炉能力向大型化发展。大型化便于实现自动控制和优化操作,降低能耗和操作费用。 (三)气化温度向高温发展。气化温度高,煤中有机物质分解气化,消除或减少环境污染,对煤种适应性广。 (四)不断开发新的气化技术和新型气化炉,提高碳转化率和煤气质量,降低建设投资。目前碳转化率高达98%-99%,煤气中含CO+H2达到80%-90%。 (五)现代煤气化技术与其他先进技术联合应用。 (六)煤气化技术与先进脱硫、除尘技术相结合,实现环境友好,减少污染。 三、国内应用上存在的问题与解决措施 1.存在的问题 (一)气化效率仍然低 当前在国内,在燃烧上多采用单喷嘴直喷的模式,像德士古炉,而华东理工大学则采用多嘴对喷,后者的改进虽然增强了利用的效率,但是其对耐火砖的损坏也相应的加大了。在整个气化装置中,采用单个喷嘴时,其容量受到了限制,这就制约了水煤浆气化的转化效率。当采用多对喷嘴时,喷嘴的寿命也同时受到了考验,在雾化方面的效果仍然不能得到完全的控制。 (二)耐火砖的寿命短 水煤浆中本身存在34%左右的水,它的存在会吸收大量的热,在转化过程中,反应的进行使得化学平衡容易遭受破坏,因此,在设计上安排了耐火砖来作内衬。耐火砖专为改善水煤浆气化而来,所以,好的耐火砖将会对气化产生重要的作用。而在实际转化过程中,耐火砖十分容易损坏,当转化炉的操作温度过高时,它将直接烧坏耐火砖。 (三)煤炭质量的影响在现今的转化中,煤浆的混合制成,也对煤中含灰量和灰熔点有着特定的要求,当煤的质量不能满足水煤浆的合成时,其气化的效果将降低,同时,在进一步的燃烧中,由于可燃物含量的低下使得将要获得热能减少。 四、德士古水煤浆气化技术工艺 水煤浆制气的德士古工艺见图 1: 五、德士古水煤浆气化技术特点 德士古加压水煤浆气化工艺与第一代煤气化工艺相比,主要是提高了气化压力和温度,从而改善了技术经济指标。扩大了煤种的适应范围,该气化炉属于喷流气化,以水煤浆方式进料,其气化压力为。 主要工艺特点如下: 1、煤种适应性强,主要以烟煤为主,对煤的活性没有严格要求,但对煤的灰熔点有一定要求。 2、水煤浆用泵连续输送,故气化炉操作稳定性好,输送方便并有利于环境改善。 3、碳转化率高达96%以上,排水中无焦油、酚等污染环境的副产物产生,同时煤气中甲烷含量低,是较为理想的合成原料气。 4、气化在加压下进行,气化强度高,设备体积小,布置紧凑而且能耗较低。 5、气化炉内无转动部件,其结构简单、可靠。 6、气体在气化炉内停留时间短,仅为几秒钟,因而气化操作弹性大。 7、气化炉高温下排出之熔渣性能稳定,对环境影响小。 德士古水煤浆气化技术,与无烟煤间歇气化及鲁奇(Lurgi)气化技术相比具有明显的优越性。该法常以灰融点低活性较好的煤质为主,对煤种有较宽的适应性。适宜于作生产合成氨和甲醇的原料气。因而该技术引入我国以后,引起合成氨企业及各界人事的普遍关注。 六、德士古水煤浆气化的应用 目前我国采用该技术的在运行装置有20多家。鲁南化肥厂、上海焦化厂、陕西渭河化肥厂、安徽淮南化工厂和黑龙江浩良河化肥厂是国内使用德士古水煤浆气化炉较早的厂家,德士古水煤浆气化炉的部分应用情况见表 1。 表 1 德士古德士古水煤浆气化的应用状况 七、水煤浆气化工艺前景展望 德士古加压水煤浆气化技术虽然是比较成熟的煤气化技术,但从已投产的水煤浆加压气化装置的运行情况看,由于工程设计和操作经验的不完善,还没有达到长周期、高负荷、稳定运行的最佳状态,存在的问题还较多。 1、气化炉烧嘴运行周期较短,一般不超过 3 个月,这是造成德士古装置必须有备炉的主要原因; 2、耐火砖使用寿命国产约 1 a,进口约 2 a,导致维修费用较大; 3、单烧嘴制气,操作弹性较低;德士古加压水煤浆气化炉耐火砖的寿命问题仍然是一个难题,对于德士古水煤浆气化炉烧嘴的问题已有一些新的气化炉将单喷嘴改为对置式多喷嘴,可以增加热质传递,并且能提高碳的转化率。目前由兖矿集团有限公司、华东理工大学共同承担的国家高技术研究发展计划(863 计划)重大课题“新型水煤浆气化技术”就是将单喷嘴水煤浆气化炉改为对置式多喷嘴水煤浆气化炉,并配套生产甲醇和联产发电。多喷嘴对置式水煤浆气化技术含水煤浆制备工序、多喷嘴对置式水煤浆气化和煤气初步净化工序、含渣水处理工序。 多喷嘴对置式水煤浆气化技术自动化程度高,全部采用集散控制系统(DCS)控制,特别是氧煤比完全可以投自动串级控制。工业运行证实,该装置具有开车方便、操作灵活、投煤负荷增减自如的特点,操作的方便程度优于引进水煤浆气化装置。多喷嘴对置式水煤浆气化技术已被工程实践证实完全可行,工艺指标也极为先进,对初步的运行结果统计表明:有效气 CO+H2≥82%,碳转化率≥98%。通过工业化规模的气化炉的示范运行,我国在水煤浆气流床气化技术方面将达国际先进水平,具有自主知识产权的大型煤气化技术。 随着机械化采煤的发展,粉煤产率也在增加,利用此项技术可以解决粉煤的利用问题,也可以解决煤炭在洗选过程中产生的大量煤泥,利用水煤浆气化技术联合循环发电也具有广阔前景。今后煤化工的更多机会是发展新型煤化工,即煤制甲醇、煤烯烃、二甲醚和煤制油,煤气化生产甲醇及其下游产品的开发和 IGCC 联合发电也是新型煤化工的一个发展方向。新型煤化工将成为今后煤化工产业的发展主题。 八、结束语 在我国今后的水煤浆气化的发展过程中,可以更加深入的分析德士古水煤浆气化技术,通过充分利用其优势来提高其使用效果,从而提高我国水煤浆气化技术的整体质量水平。 【参考文献】 [1]陈俊峰.煤气化技术的发展现状及研究进展[J].广州化工,(5):31-33. [2]赵嘉博.刘小军.洁净煤技术的研究现状及进展[J].露天采矿技术.. [3]高丽. 德士古水煤浆加压气化技术的应用[J]. 煤炭技术,2010,07:161-162. [4]贾小军. 德士古水煤浆气化技术研究及其国产化创新[J]. 中国科技信息,2013,14:115. [5]崔嵬,吕传磊,徐厚斌. 德士古水煤浆加压气化技术的应用及创新[J]. 化肥工业,2000,06:7-8+17-58. 看了“水煤浆气化技术论文”的人还看: 1. 煤气化技术论文 2. 煤气化技术论文(2) 3. 煤炭气化技术论文(2) 4. 洁净煤燃烧技术论文 5. 大气污染控制技术论文
1、根据国情,从节能减排说起。 大家都清楚,我国的资源现状是:福煤贫油。如何充分利用资源优势,取得最大效益,是国家能源部门一直努力的问题。2、 煤制烯烃项目是国家新能源的发展方向。 传统上我国一直用石脑油催化裂解制烯烃,生产主要集中在中石化、中石油两大集团。如今,国内石油制烯烃已经不能满足需要,绝大部分烯烃直接来源于进口。为了改变现状,考虑新的技术支持和出路。利用煤质甲醇,搭建起煤和烯烃的桥梁。 甲醇可以作为烯烃的原料;而在我国,煤制甲醇在所制造甲醇方法中占有很大的比例(65%以上)。据统计, 2010年甲醇制烯烃项目,甲醇消费量仅有30万吨。意味着仅生产了10万吨乙烯。截止到2011年10月份,国内仅有三套烯烃装置已投产,分别是神华包头60万吨/年、神华宁煤52万吨/年和中原石化20万吨/年。后期计划建设的烯烃项目产能预计将会突破1800万吨。这是一个发展迅速、前景非常宏大的项目。3、甲醇制烯烃项目之所以以前没发展起来,本人想主要从项目投入考虑。一套100万吨装置,大概需要投入2300亿,成本高不是一般的企业能够承受。 在这里立足甲醇行业,仅仅为楼主展示一个课题的研究意义和目的。楼主如果论文写作完毕,希望有幸拜读一下。本人邮箱
巨野煤田煤质分析及科学利用评价摘要]从工业、元素、工艺性质方面,对巨野煤田煤质进行了详细的分析,根据其煤质特点,进行科学论证,得出巨野煤田是优质动力用煤和炼焦用煤的结论,可以用来制备水煤浆,用于煤气化合成氨、合成甲醇及后续产品,用作焦化原料等。[关键词]煤质分析;煤质特点;科学利用;评价1巨野煤田煤质分析煤的工业分析工业分析是确定煤组成最基本的方法。在指标中,灰分可近似代表煤中的矿物质,挥发分和固定碳可近似代表煤中的有机质。衡量煤灰分性能指标主要有灰分含量、灰分组成、煤灰熔融性(DT、ST、HT和FT)。其中煤灰熔融性是动力用煤和气化用煤的重要性能指标。一般以煤灰软化的温度(即灰熔点ST)作为衡量煤灰熔融性的指标。龙固矿钻孔煤样工业分析结果(表1)变形温度(DT)为煤灰锥体尖端开始弯曲或变圆时的温度;软化温度(ST)为煤灰锥体弯曲至锥尖触及底板变成球形时的温度;半球温度(HT)为灰锥形变至近似半球形,即高约等于底长的一半时的温度;流动温度(FT)为煤灰锥体完全熔化展开成高度< mm薄层时的温度。彭庄矿钻孔煤样工业分析结果(表2)2煤质特点及科学利用评价巨野煤田煤质特点由煤炭科学研究总院《巨野矿区煤质特征及菜加工利用途径评价》可以看出巨野煤田煤质有如下特点:①灰分含量低,属于中、低灰煤层。②挥发分含量高,各煤层原煤的挥发分含量在33%以上,且差异不大,均属于高挥发分煤种。③磷含量特低;硫分含量上低下高。④干燥基低位热值高。各层煤的都比较高,且随原煤灰分的降低而升高。⑤粘结指数、胶质层厚度和焦油产率均较高。⑥碳、氢含量较高。碳含量在~之间,氢含量在~之间,C/H比值<16。⑦灰熔点上高下低。成浆性实验评价2008年1月,华东理工大学对巨野煤田龙固矿(1#)、赵楼矿(2#)和彭庄矿(3#)原煤进行成浆性实验及评价。成浆浓度实验成浆浓度是指剪切速率100 s-1,粘度为1 000 mPa·s,水煤浆能达到的浓度。采用双峰级配制浆,粗颗粒与细颗粒质量比为3∶7;选取腐殖酸盐作为添加剂,用量为煤粉质量的1%。制成一系列浓度的水煤浆,测量其流动性,观察水煤浆的表观粘度随成浆浓度上升的变化规律,结果如表10所示。由表10看出,随着煤浆浓度增大,煤浆表观粘度也明显升高。本实验3种煤样成浆浓度分别为龙固矿66%(wt);赵楼矿67%(wt);彭庄矿68%(wt)。流变性实验水煤浆流变特性是指受外力作用发生流动与变形的特性。良好的流变性和流动性是气化水煤浆的重要指标之一。将实验用煤制成适宜浓度的水煤浆,然后用NXS-4 C型水煤浆粘度计测定其粘度。将水煤浆的表观粘度随剪切变化的规律绘制成曲线,观察水煤浆的流变特性,见表11。从表11可以看出,3种煤制成的水煤浆中,随着剪切速率增大,表观粘度都随之降低,均表现出一定的屈服假塑性。屈服假塑性有利于气化水煤浆的储存、泵送和雾化。实验结论煤粉粗粒度(40~200目)和细颗粒(<200目)质量比为3∶7,腐殖酸盐作为添加剂,添加量为煤粉质量的1%时,龙固矿煤浆浓度为66%(wt)、赵楼矿煤浆浓度为67%(wt)、彭庄矿煤浆浓度为68%(wt),满足加压气流床水煤浆气化技术对水煤浆浓度的要求。原料煤的应用适合于制备水煤浆水煤浆不但是煤替代重油的首选燃料,而且是加压气流床水煤浆气化制备合成气的重要原料。同时它又是一种很有前途的清洁工业燃料。实践上,华东理工大学“巨野煤田原煤成浆性实验评价报告”表明:巨野煤田各矿井原料煤均适合于制备高浓度稳定水煤浆。用于煤气化合成氨、合成甲醇及后续产品巨野煤田原煤属于高发热量的煤种(弹筒热平均值在28~31 MJ/kg之间),该煤有利于降低氧气和能量消耗,并能提高气化产率;因灰熔点较高(>1 300℃),有利于固态排渣。根据鞍钢和武钢分别使用双鸭山和平项山1/3焦煤作高炉喷吹的经验,巨野煤田的1/3焦煤与双鸭山和平顶山1/3焦煤一样成浆性较好,其1/3焦煤洗精煤可以制成水煤浆,作为德士古(Texaco)水煤浆气化炉高炉喷吹用原料。煤气化得到的合成气既可通过变换用于合成氨/尿素,又可经净化脱硫合成甲醇或二甲醚。以甲醇为基础可进一步合成其他约120余种化工产品。另外,还可利用甲醇制备醇醚燃料及合成液体烃燃料等。用作焦化原料焦化用于生产冶金焦、化工焦,其副产焦炉煤气可用于合成甲醇或合成氨,副产煤焦油进行分离和深加工后可得到一系列化工原料及化工产品。由表12看出,巨野煤田大槽煤经过洗选以后,可以供将来的400万t/a焦化厂或者上海宝钢等大型钢铁企业生产I级焦炭时作配煤炼焦使用;灰分≤的8级精煤(2#),也可供华东地区的中小型焦化企业生产2级和3级冶金焦的配煤炼焦使用。此外,该煤也可以单独炼焦,但所生产焦炭的孔隙率偏高,最好进行配煤炼焦。远景目标———煤制油煤直接液化可得到汽油、煤油等多种产品。巨野煤田的大部分煤层均为富油煤,尤其是15煤层平均焦油产率>12%,属高油煤;根据元素分析计算的碳氢比各煤层均<16%;大部分煤层挥发分>35%的气煤和气肥煤通过洗选后的精煤挥发分>37%,而其灰分<10%。因此,巨野煤田的煤炭都是较好的液化用原料煤。煤间接液化可制取液体烃类。煤经气化后,合成气通过F-T合成,可以制取液体烃类,如汽油、柴油、石腊等化工产品及化工原料。3结语综上所述,巨野煤田第三煤层大槽煤属于低灰、低硫、低磷、结焦性好、挥发分高、发热量高的煤炭资源,其中的气煤、1/3焦煤、气肥煤、肥煤、天然焦等是国内紧缺的煤种,它们的洗精煤不仅可作为炼焦用煤、动力用煤,而且是制备水煤浆和高炉喷吹气化的重要原料。因此,菏泽大力发展煤气化合成氨和甲醇并拉长产业链搞深度加工是必然的正确选择。
煤化工是指以煤为原料,经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。下面是我整理了煤化工生产技术论文,有兴趣的亲可以来阅读一下!
煤化工及甲醇生产技术探索
摘要:甲醇是一种有机化工原料,它的用途非常广泛,普遍运用于燃烧材料、合成金属、工程涂料、医学消毒、日常生火等多个方面,在甲醇的制造方面,一般都遵循着煤气化碳――变换气体物质――精细蒸馏三大工序,在化工厂生产活动中一般将生产甲醇的工序称为“工段”。难点在于如何去调控操作所需的参数,本文通过对煤化工作的特性解析来引申出甲醇生产的要点,同时对生产技术进行一个流程上的模拟,更全面地去了解甲醇生产中需要多加注意的关键。
关键词:煤化工;甲醇;温度;化学反应;化学式
中图分类号:Q946文献标识码: A
1煤气化原理
在甲醇生产的流程中,煤气化是第一步,它是一种化学反应,将气化剂和煤炭资源中的可燃物质放置在一个高位环境下,然后使其发生中和反应,产生一氧化碳、氢气等可燃气体。在煤气化工段里使用的气化剂包括水蒸气、氧气等,在加入这些气化剂后,煤炭就会发生一系列化学反应,从而生成所需的气体。煤炭在加入气化剂后,经历了干燥、热裂解等热力反应,该反应中生成的气体包括一氧化碳、二氧化碳、氢气、甲烷等,这些化学反应的速度取决于煤气化工段中的温度、热压、气化炉质量以及煤炭的种类,以下是煤气化过程中会出现的化学式:
吸收热量:C - H2O → C O + H2C + C O2→ 2C O
发散热量:C + O2→ C O2C +12O2→ C O
变换反应:C O + H2O → C O2+ H2
从大体上来说,煤气化反应是化学中的强吸热效应,如果以动力和热力的角度来解析这类中和现象,重点在于对温度的把握,温度过高会造成气体流失,温度过低则无法产生完整的化学反应,导致生成的气体数量少、质量差。同时在增压方面应该适当地增加对煤炭的压力值,这样可以使化学反应的速度提高,对甲醇的生产效率起积极作用。
2变换工段
甲醇产品在合成时,一般调整碳元素与氢元素的比例的方法是通过一氧化碳的变换反应来实现的,在甲醇生产的流程中,碳元素与氢元素的分离都在催化剂的影响下进行,在此需要注意的是,碳氧分离工序对水蒸气的需求量相当大,水蒸气的生产成本在这道工段中会激增不少,所以,如何最大限度地利用水蒸气,节约生产成本,这将直接考验生产部门的气体生产技术和操作人员的工作效率。在变换工段中,煤气化之后的煤气物质含有大量的一氧化碳和水蒸气,在催化剂的效果影响到位之后,就可以生成氢与二氧化碳,在此时还会有小部分的一氧化硫转化为氰化硫,此时化学式表现如下:
C O + H2O → C O2+ H2
这是一个主要反应式,但是在主反应进行的同时,还有一部分副反应也会产生,生成甲醇的副产品,这些化学反应包括:
2C O + 2H2→ C O2+ C H
2C O → C + C O2
C O + 3H2→ C H4+ H2O
C O + H2→ C + H2O
C O2+ 4H2→ C H4+ 2H2O
C O2+ 2H2→ C + 2H2O
化学反应在化工产业中要求平衡,在主要变换的化学反应中是一种发散热量反应的类型,这里的化学反应会使煤气化后的温度降低,温度适当降低有利于化学反应的平衡作用,但是如果温度太低,就会导致化学反应时间过长,效率越低,当煤气化工段的生成气体慢慢消耗殆尽时,就会浪费前一道工段的时间和成本,造成浪费。同时,温度还与催化剂的适应性挂钩,如果温度没有调整到位,催化剂的效力就无法发挥到最大值,这就会造成碳氧分离程度不足,必须加大催化剂的剂量,这也会增加生产成本。
3甲醇生产中的注意事项
1.)气化压力的大小在其他的生产条件没有变化的情况下,如果改变气化压力,就会产生非常细微但是关键的变化。通常气压定格在2M Pa以上的范围时,在煤气化工段里基本上不会产生影响,但是如果气压低于2M Pa就会使气化炉的气化效果变低。所以,在煤气化工段中,一定要保证气化压力控制在2M Pa以上,而且可以视实际情况适当提高,这样可以增加气体数量,提高生产效率。
2.)氧气与煤量的比例氧煤比例的提高,指的是在煤炭中氧气流量的增多,直观反映为在煤炭高温加热时,煤炭的燃烧反应量明显提升。同时因为氧气流量的增加,使气化炉的温度也得以升高,煤炭的气化反应会更加强烈,一氧化碳和氢气的数量会增加不少,但是生成的气化产物中,二氧化碳和水分的含量占了很大比例,而一氧化碳和氢气的含量会变少,所以,如果不仔细控制氧煤比例,就会使气化炉中的气化反应过强而导致生产甲醇所需的气体成分变少。
4 甲醇生产工艺模拟
传统的烧煤方式已经不能满足人们对甲醇的需求量,而且单纯的燃烧煤炭既是对资源的浪费,也会造成环境污染。所以,当务之急是要尽快找到新的甲醇提取方法和更快捷有效的甲醇生产技术,在这方面,煤气化生产流程已经被初步运用于各大化工厂中,作为目前提取甲醇的有效方式,煤气化工段还需要更多的模拟和分析来增强其效率,简化其工序。
在模拟中我们假设煤浆和高压后的氧气依照固定比例放置在气化炉中,然后在高温作用下因气温及气压生成各种气体,其中包括一氧化碳、氢气、二氧化碳等,其中高压后的氧气进入气化炉可以通过设置烧嘴的中心管道和外环管道,而煤浆可以通过烧嘴的中环管道进入气化炉。在模拟环境下,我们还设置了激冷室,位于气化炉下段,激冷室主要是处理煤炭中的灰份。在煤气化工段进行到末尾后,会残留一些灰份物质,这些物质会在气化炉的高温中熔融,熔渣和热量汇聚,合成了气体,然后结合离开气化炉的燃烧室部分,经由反应室,进入气化炉下段的激冷室。这些气体在激冷室中将被极寒温度降低到200摄氏度左右,熔渣会立即固体化,然后生成大量的水蒸气,经水蒸气饱和后带走了灰份,从激冷室的排出口派排
出。
需要进行变换的水煤气在预热器中加入一部分进行换气和换热步骤,然后进入模拟的变换炉,这部分水煤气在经过煤气化工段后,自身携带了不少的水蒸气,变换炉中的催化剂进行催化作用进行变换反应,在第一部分结束后,另一部分的水煤气也进入变换炉,变换炉这时就会需要新的高温气体,模拟的变换工段里加入了预热装置,提前储存并加热生成高温气体,然后连入变换炉中与另一部分的水煤气进行变换反应,然后进入气液分离器进行分离,分离成功后的气体将进入低压蒸汽室内降温,再次进入气液分离器进行分离,再喷入冷水来清洗掉气体中的三氢化氮,最后气体进入净化系统,生产气态甲醇。
精馏工段的流程为四塔工作方式,首先甲醇气态材料在预热器中进行高温加热,再传输进预塔中部,在这里去除粗甲醇里的残留溶解气体与二甲醚等,这些属于低沸点物质。在加热后,气体进入冷却器进行气体降温,形成甲醇蒸气后进入预塔的回流管道。甲醇蒸气在经过回流后进入换热器,加热后进入加压塔,甲醇在加压塔中进行冷凝化处理,其中小部分送回加压塔顶部作为回流液。剩余的甲醇气体进入精度甲醇管道,最后由加压塔提供压力与热量,将冷凝的高精度甲醇视需求定制成液态或固态储存,然后将杂质或者甲醇残留物通过排污口排入废水处理器进行净化提取处理。
参考文献:
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[5] 李雅静,张述伟,管凤宝等. 煤制甲醇过程低温甲醇洗流程的模拟与改造 [J]. 化工设计通讯. 2013(2) :15-18.
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智研数据研究中心网讯: 内容提示:目前国内煤化工遍地开花的形势在“十二五”期间也有望得到抑制。“十二五”期间,我国现代煤化工以示范为主,并将严格限制煤炭调入地区发展煤化工。国际原油价格近期连续上涨,油价高涨也再度点燃了投资者对煤化工行业的投资热情。能源局有关领导和业内专家认为,“十二五”期间煤化工仍将以示范为主,不宜再现一哄而上。 油价上涨利好煤化工 NYMEX轻质原油近日达到88美元/桶,业内分析人士预期油价有望在未来两个月达到90美元,甚至100美元的高位。国际油价大涨带动其替代产业新型煤化工板块在二级市场走强,Wind数据显示,国庆节后,新型煤化工指数从点上升至点的历史新高。 海通证券认为,油价的上涨使得煤化工产品的成本优势得以显现,建议关注山西三维、中泰化学、丹化科技等煤化工公司。据其测算,当BDO价格上涨1000元/吨时,山西三维EPS将增厚元;当PVC价格上涨500元/吨时,中泰化学EPS有望增厚元。 事实上,不光是二级市场上煤化工概念火爆,目前各地规划的煤化工项目数量也非常惊人。去年5月,新型煤化工等五类示范工程被列入《石化产业调整和振兴规划》,而洁净煤利用作为煤化工的一部分,入围十大新兴能源产业之一,各地随后出现大量有关煤化工的项目规划。今年9月12日,联想控股也杀入该领域,与山东枣庄市政府签订战略合作协议,投资180亿元在枣庄建设百万吨烯烃及精细化工基地。 据原化工部副部长潘连生介绍,山西、内蒙古、宁夏、新疆等产煤区如果按照目前的规划来发展煤化工,至少需要三万亿的投资。 “十二五”示范为主 国家能源局煤炭司司长方君实日前则表示,煤化工是战略性行业,其发展需要分阶段。“十二五”期间,煤化工仍是处于示范阶段,大量推广还有一个过程。他认为,现在国际上石油的资源尚非常丰富,煤炭的转换效果如何还要经过示范,用煤炭去替代石油的经济型有待评价。现有的煤制油等煤化工工程“十二五”能发展到什么程度还不好说,企业现在需要做好的就是前期的准备工作。 潘连生则认为,国内煤化工产业发展形势有喜有忧。“我国煤化工发展的最成功之处在于坚持技术先行。煤制油、MTO技术的开发都是中科院30年前的决定,在细化技术上,中国开发了6-7种细化技术,有的已经可以与国外技术同台竞争。”潘连生表示。 而不足之处则是抢先发展。潘连生指出,我国煤化工出现了不顾原料、资源、市场需求、技术优劣等客观条件,出现了盲目发展的势头。据他介绍,如果按照目前这种速度发展,甲醇等七种最热的煤化工产品就需要亿吨原煤来满足煤化工项目需求,如果折算为4000大卡的煤炭,则需要亿吨,意味着我国煤炭将有三分之一用在煤化工上,这是做不到的。 潘连生表示,煤化工能否发展的制约因素不是有没有煤,而是有没有水,以水定发展。一吨煤制油需要13吨水,如果采取节能措施,可能降低到10吨左右,但投资将增加。他建议企业增加对产品市场的预测和对项目竞争力的评估。“目前国内煤化工产品结构雷同,市场饱和度已经十分明显。” 目前国内煤化工遍地开花的形势在“十二五”期间也有望得到抑制。工信部总工程师朱宏任表示,“十二五”期间,我国现代煤化工以示范为主,并将严格限制煤炭调入地区发展煤化工。智研数据研究中心( )提供行业市场研究报告,行业数据等内容。
煤的工业分析也称煤的实用分析、近似分析或技术分析,包括煤的外在水分、内在水分、全水分、分析煤样水分、灰分、挥发分、固定碳、全硫和各种硫及发热量等项目。作为校正挥发分、发热量和元素成分碳含量等需用的,碳酸盐中二氧化碳含量也属工业分析范围。一般把煤的水分、灰分、挥发分和固定碳称作煤的半工业分析,如包括硫分和发热量等分析项目,就称作煤的全工业分析。煤的工业分析是煤质分析中最基本的也是最重要的分析项目,因此凡是以煤为原料或燃料的工业部门都需要进行煤的工业分析。煤质分析化验分为两类,一类是测定煤所固有的成分如碳、氢、氧、氮等,称为元素分析,其测定结果是作为对煤进行科学分类的主要依据,在生产上,是计算发热量、热平衡、物料平衡的依据;另一类是在人为规定的条件下,(鹤壁市华诺电子科技有限公司)根据技术需要测定煤经转化生成的物质或呈现的性质如灰分、挥发分等,称作技术分, 根据水分、灰分、挥发分和固定碳含量四项基本测定结果,对煤中有机质、无机质的含量、性质等有了初步了解,并可初步判断煤的种类、加工利用效果及工业用途等。煤的工业分析是煤质分析中最基本的也是最重要的分析项目。
煤制油我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”。2003年我国总能源消费量达亿吨油当量,其中,煤炭占,石油占,天然气占,水电占,核能占。我国拥有较丰富的煤炭资源,2000~2003年探明储量均为1145亿吨,储采比由2000~2001年116年下降至2002年82年、2003年69年。而石油探明储量2003年为32亿吨,储采比为年。在较长一段时间内,我国原油产量只能保持在亿吨/年的水平。煤炭因其储量大和价格相对稳定,成为中国动力生产的首选燃料。在本世纪前50年内,煤炭在中国一次能源构成中仍将占主导地位。预计煤炭占一次能源比例将由1999年、2000年、2003年达到2005年50%左右。我国每年烧掉的重油约3000万吨,石油资源的短缺仍使煤代油重新提上议事日程,以煤制油己成为我国能源战略的一个重要趋势。煤炭间接液化技术由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家,其煤炭储藏量高达亿吨,储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术,生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。南非费-托合成技术现发展了现代化的Synthol浆液床反应器。萨索尔(Sasol)公司现有二套“煤炭间接液化”装置,年生产液体烃类产品700多万吨(萨索尔堡32万吨/年、塞库达675万吨/年),其中合成油品500万吨,每年耗煤4950万吨。累计的70亿美元投资早已收回。现年产值达40亿美元,年实现利润近12亿美元。我国中科院山西煤化所从20世纪80年代开始进行铁基、钴基两大类催化剂费-托合成油煤炭间接液化技术研究及工程开发,完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验,5吨煤炭可合成1吨成品油。据项目规划,一个万吨级的“煤变油”装置可望在未来3年内崛起于我国煤炭大省山西。中科院还设想到2008年建成一个百万吨级的煤基合成油大型企业,山西大同、朔州地区几个大煤田之间将建成一个大的煤“炼油厂”。最近,总投资100亿美元的朔州连顺能源公司每年500万吨煤基合成油项目已进入实质性开发阶段,计划2005年建成投产。产品将包括辛烷值不低于90号且不含硫氮的合成汽油及合成柴油等近500种化工延伸产品。我国煤炭资源丰富,为保障国家能源安全,满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要,2001年国家科技部”863”计划和中国科学院联合启动了”煤制油”重大科技项目。两年后,承担这一项目的中科院山西煤化所已取得了一系列重要进展。与我们常见的柴油判若两物的源自煤炭的高品质柴油,清澈透明,几乎无味,柴油中硫、氮等污染物含量极低,十六烷值高达75以上,具有高动力、无污染特点。这种高品质柴油与汽油相比,百公里耗油减少30%,油品中硫含量小于0.5×10-6,比欧Ⅴ标准高10倍,比欧Ⅳ标准高20倍,属优异的环保型清洁燃料。山西煤化所进行”煤变油”的研究已有20年的历史,千吨级中试平台在2002年9月实现了第一次试运转,并合成出第一批粗油品,到2003年底已累计获得了数十吨合成粗油品。2003年底又从粗油品中生产出了无色透明的高品质柴油。目前,山西煤化所中试基地正准备第5次开车,计划运行6个月左右。目前世界上可以通过”煤制油”技术合成高品质柴油的只有南非等少数国家。山西煤化所优质清洁柴油的问世,标志着我国已具备了开发和提供先进成套产业化自主技术的能力,并成为世界上少数几个拥有可将煤变为高清洁柴油全套技术的国家之一。据介绍,该所2005年将在煤矿生产地建一个10万吨/年的示范厂,预计投资12亿~14亿元,在成熟技术保证的前提下,初步形成"煤制油"产业化的雏形。据预测,到2020年,我国油品短缺约在2亿吨左右,除亿吨需进口外,”煤制油”技术可解决6000万~8000万吨以上,投资额在5000亿元左右,年产值3000亿~4000亿元,其中间接液化合成油可生产2000万吨以上,投资约1600亿元,年产值1000亿元左右。从经济效益层面看,建设规模为50万吨/年的”煤制油”生产企业,以原油价不低于25美元的评价标准,内部收益率可达8%~12%,柴油产品的价格可控制在2000元/吨以内。而此规模的项目投资需45亿元左右。目前,包括山西煤化所在内的七家单位已组成联盟体,在进行”煤制油”实验对比中实行数据共享;不久将有吨高清洁柴油运往德国进行场地跑车试验;2005年由奔驰、大众等厂商提供车辆,以高清洁柴油作燃料,进行从上海到北京长距离的行车试验,将全面考察车与油料的匹配关系、燃动性及环保性等。目前”煤制油”工业化示范厂的基础设计工作正在进行之中,预计可在2010年之前投入规模生产。我国与南非于2004年9月28日签署合作谅解备忘录。根据这项备忘录,我国两家大型煤炭企业神华集团有限责任公司和宁夏煤业集团有限责任公司将分别在陕西和宁夏与南非索沃公司合作建设两座煤炭间接液化工厂。两个间接液化工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨,总投资分别为300亿元左右。通过引进技术并与国外合资合作,煤炭间接液化项目能够填补国内空白,并对可靠地建设“煤制油”示范项目有重要意义。萨索尔公司是目前世界上唯一拥有煤炭液化工厂的企业。从1955年建成第一个煤炭间接液化工厂至今已有50年的历史,共建设了3个煤炭间接液化厂,年处理煤炭4600万吨,年产各种油品和化工产品760多万吨,解决了南非国内40%的油品需求。中科院与神华集团有关”铁基浆态床合成燃料技术”签约,标志着该技术的产业化指日可待。铁基浆态床合成燃料技术是中科院山西煤化所承担的”十五”中科院创新重大项目和国家”863”计划项目,得到了国家和山西省及有关企业的支持。经过两年多的努力,已经研发出高活性和高稳定性铁系催化剂、千吨级浆态床反应工艺和装置等具有自主知识产权的技术。截至2004年10月已完成了1500小时的中试运转,正在为10万吨/年工业示范装置的基础设计收集数据,已基本形成具有我国自主知识产权的集成性创新成果。与神华集团的合作,将促进对我国煤基间接合成油技术的发展起到积极的作用。壳牌(中国)有限公司、神华集团和宁夏煤业集团于2004年11月签署谅解备忘录,共同开发洁净的煤制油产品。根据谅解备忘录,在为期6到9个月的预可行性研究阶段,三方将就壳牌煤制油(间接液化)技术在中国应用的可行性进行研究,内容包括市场分析、经济指标评估、技术解决方案和相关规定审核以及项目地点的确定。据了解,神华集团和宁夏煤业集团将分别在陕西和宁夏各建设一座煤炭间接液化工厂。计划中的两个间接液化工厂的首期建设规模均为年产油品300万吨,初步估计总投资各为300亿元左右。云南开远解化集团有限公司将利用小龙潭褐煤资源的优势,建设年产30万吨甲醇及10万吨二甲醚项目、年产50万吨或100万吨煤制合成油项目,以及利用褐煤间接液化技术生产汽油。该公司计划于2006年建成甲醇及二甲醚项目,产品主要用于甲醇燃料和二甲醚民用液化气。煤制合成油项目因投资大、技术含量高,解化集团计划分两步实施:2005年建成一套年产1万吨煤制油工业化示范装置;2008年建成年产50万吨或100万吨煤制合成油装置。目前,年产2万吨煤制油工业化示范项目已完成概念性试验和项目可行性研究报告。该项目将投资7952万元,建成后将为企业大型煤合成油和云南省煤制油产业起到示范作用。由煤炭气化制取化学品的新工艺正在美国开发之中,空气产品液相转化公司(空气产品和化学品公司与依士曼化学公司的合伙公司)成功完成了由美国能源部资助亿美元、为期11年的攻关项目,验证了从煤制取甲醇的先进方法,该装置可使煤炭无排放污染的转化成化工产品,生产氢气和其他化学品,同时用于发电。1997年4月起,该液相甲醇工艺(称为LP MEOH)开始在伊士曼公司金斯波特地区由煤生产化学品的联合装置投入工业规模试运,装置开工率为,验证表明,最大的产品生产能力可超过300吨/天甲醇,比原设计高出10%。它与常规甲醇反应器不同,常规反应器采用固定床粒状催化剂,在气相下操作,而LP MEOH工艺使用浆液鼓泡塔式反应器(SBCR),由空气产品和化学品公司设计。当合成气进入SBCR,它藉催化剂(粉末状催化剂分散在惰性矿物油中)反应生成甲醇,离开反应器的甲醇蒸气冷凝和蒸馏,然后用作生产宽范围产品的原料。LP MEOH工艺处理来自煤炭气化器的合成气,从合成气回收25%~50%热量,无需在上游去除CO2(常规技术需去除CO2)。生成的甲醇浓度大于97%,当使用高含CO2原料时,含水也仅为1%。相对比较,常规气相工艺所需原料中CO和H2应为化学当量比,通常生成甲醇产品含水为4%~20%。当新技术与气化联合循环发电装置相组合,又因无需化学计量比例进料,可节约费用美元/加仑。由煤炭生产的甲醇产品可直接用于汽车、燃气轮机和柴油发电机作燃料,燃料经济性无损失或损失极少。如果甲醇用作磷酸燃料电池的氢源,则需净化处理。煤炭直接液化技术早在20世纪30年代,第一代煤炭直接液化技术—直接加氢煤液化工艺在德国实现工业化。但当时的煤液化反应条件较为苛刻,反应温度470℃,反应压力70MPa。1973年的世界石油危机,使煤直接液化工艺的研究开发重新得到重视。相继开发了多种第二代煤直接液化工艺,如美国的氢-煤法(H-Coal)、溶剂精炼煤法(SRC-Ⅰ、SRC-Ⅱ)、供氢溶剂法(EDS)等,这些工艺已完成大型中试,技术上具备建厂条件,只是由于经济上建设投资大,煤液化油生产成本高,而尚未工业化。现在几大工业国正在继续研究开发第三代煤直接液化工艺,具有反应条件缓和、油收率高和油价相对较低的特点。目前世界上典型的几种煤直接液化工艺有:德国IGOR公司和美国碳氢化合物研究(HTI)公司的两段催化液化工艺等。我国煤炭科学研究总院北京煤化所自1980年重新开展煤直接液化技术研究,现已建成煤直接液化、油品改质加工实验室。通过对我国上百个煤种进行的煤直接液化试验,筛选出15种适合于液化的煤,液化油收率达50%以上,并对4个煤种进行了煤直接液化的工艺条件研究,开发了煤直接液化催化剂。煤炭科学院与德国RUR和DMT公司也签订了云南先锋煤液化厂可行性研究项目协议,并完成了云南煤液化厂可行性研究报告。拟建的云南先锋煤液化厂年处理(液化)褐煤257万吨,气化制氢(含发电17万KW)用原煤253万吨,合计用原煤510万吨。液化厂建成后,可年产汽油万吨、柴油万吨、液化石油气万吨、合成氨万吨、硫磺万吨、苯万吨。我国首家大型神华煤直接液化油项目可行性研究,进入实地评估阶段。推荐的三个厂址为内蒙古自治区鄂尔多斯市境内的上湾、马家塔、松定霍洛。该神华煤液化项目是2001年3月经国务院批准的可行性研究项目,这一项目是国家对能源结构调整的重要战略措施,是将中国丰富的煤炭能源转变为较紧缺的石油资源的一条新途径。该项目引进美国碳氢技术公司煤液化核心技术,将储量丰富的神华优质煤炭按照国内的常规工艺直接转化为合格的汽油、柴油和石脑油。该项目可消化原煤1500万吨,形成新的产业链,效益比直接卖原煤可提高20倍。其副属品将延伸至硫磺、尿素、聚乙烯、石蜡、煤气等下游产品。这项工程的一大特点是装置规模大型化,包括煤液化、天然气制氢、煤制氢、空分等都是世界上同类装置中最大的。预计年销售额将达到60亿元,税后净利润亿元,11年可收回投资。甘肃煤田地质研究所煤炭转化中心自主研发的配煤液化试验技术取得重大突破。由于配煤液化技术油产率高于单煤液化,据测算,采用该技术制得汽柴油的成本约1500元/吨,经济效益和社会效益显著。此前的煤液化只使用一种煤进行加工,甘肃煤炭转化中心在世界上首次采用配煤的方式,将甘肃大有和天祝两地微量成分有差别的煤炭以6:4配比,设定温度为440℃、时间为60秒进行反应,故称为“配煤液化”。试验证明,该技术可使煤转化率达到,使油产率提高至,所使用的普通催化剂用量比单煤液化少,反应条件相对缓和。甘肃省中部地区高硫煤配煤直接液化技术,已由甘肃煤田地质研究所完成实验室研究,并通过专家鉴定,达到了国际先进水平。同时,腾达西北铁合金公司与甘肃煤田地质研究所也签署投资协议,使”煤制油”产业化迈出了实质性一步。为给甘肃省”煤制油”产品升级换代提供资源保障,该省同甘肃煤田地质研究所就该省中部地区高硫煤进行”煤制油”产业化前期研究开发。经专家测定,产油率一般可达到%,如配煤产油率可达%。该项目付诸实施后,将为甘肃省华亭、靖远、窑街等矿区煤炭转化和产业链的延伸积累宝贵的经验。神华集团”煤制油”直接液化工业化装置巳正式于2004年8月底在内蒙古自治区鄂尔多斯市开工。这种把煤直接液化的”煤制油”工业化装置在世界范围内是首次建造。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,其中一期工程建设规模为年产油品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。一期工程主厂区占地面积186公顷,厂外工程占地177公顷,总投资245亿元,建成投产后,每年用煤量970万吨,可生产各种油品320万吨,其中汽油50万吨,柴油215万吨,液化气31万吨,苯、混合二甲苯等24万吨。为了有效地规避和降低风险,工程采取分步实施的方案,先建设一条生产线,装置运转平稳后,再建设其它生产线。2007年7月建成第一条生产线,2010年左右建成后两条生产线。神华集团有限责任公司2003年煤炭产销量超过1亿吨,成为我国最大的煤炭生产经营企业。据称,如果石油价格高于每桶22美元,煤液化技术将具有竞争力。神华集团将努力发展成为一个以煤炭为基础,以煤、电、油(化)为主要产品的大型能源企业集团。到2010年,神华集团煤炭生产将超过2亿吨;自营和控股发电装机容量将达到2000万千瓦;煤炭液化形成油品及煤化工产品能力达1000万吨/年;甲醇制烯烃的生产能力达到1亿吨/年。2020年,其煤炭生产将超过3亿吨;电厂装机容量达到4000万千瓦;煤炭液化形成油品和煤化工产品能力达3000万吨/年。目前,煤炭直接液化世界上尚无工业化生产装置,神华液化项目建成后,将是世界上第一套煤直接液化的商业化示范装置。煤炭间接液化也仅南非一家企业拥有工业化生产装置。美国正在建设规模为每天生产5000桶油品的煤炭间接液化示范工厂。云南省也将大力发展煤化工产业,并积极实施煤液化项目。云南先锋煤炭直接液化项目预可行性研究报告已于2004年5月通过专家评估。项目实施后,”云南造”汽油、柴油除供应云南本省外,还可打入省外和国际市场,同时也将使云南成为继内蒙古后的第二大”煤变油”省份。云南省先锋煤炭液化项目是我国利用国外基本成熟的煤炭直接液化技术建设的首批项目之一。云南煤炭变油技术将首先在先锋矿区启动,获得成功经验后在其他地方继续推广。即将兴建的云南煤液化厂估算总投资103亿元,项目建设期预计4年,建成后年销售额34亿元,年经营成本亿元,年利润亿元。云南省煤炭资源较为丰富,但是石油、天然气严重缺乏。先锋褐煤是最适合直接液化的煤种。在中国煤科总院试验的全国14种适宜直接液化的煤种中,先锋褐煤的活性最好,惰性组分最低,转化率最高。液化是一个有效利用云南大量褐煤资源的突破口,洁净煤技术是发展的方向,符合国家的产业政策。”煤变油”将使云南省煤炭资源优势一跃成为经济优势。一旦”煤变油”工程能在全省推广,全省150亿吨煤就能转化为30亿吨汽油或柴油,产值将超过10万亿元。
MTO及MTG的反应历程主反应为:2CH3OH→C2H4+2H2O3CH3OH→C3H6+3H2O甲醇首先脱水为二甲醚(DME),形成的平衡混合物包括甲醇、二甲醚和水,然后转化为低碳烯烃,低碳烯烃通过氢转移、烷基化和缩聚反应生成烷烃、芳烃、环烷烃和较高级烯烃。甲醇在固体酸催化剂作用下脱水生成二甲醚,其中间体是质子化的表面甲氧基;低碳烯烃转化为烷烃、芳烃、环烷烃和较高级烯烃,其历程为通过带有氢转移反应的典型的正碳离子机理;二甲醚转化为低碳烯烃有多种机理论述,一直还没有统一认识。Mobil公司最初开发的MTO催化剂为ZSM-5,其乙烯收率仅为5%。改进后的工艺名称MTE,即甲醇转化为乙烯,最初为固定床反应器,后改为流化床反应器,乙烯和丙烯的选择性分别为45%和25%。UOP开发的以SAPO-34为活性组分的MTO-100催化剂,其乙烯选择性明显优于ZSM-5,使MTO工艺取得突破性进展。其乙烯和丙烯的选择性分别为43%~和~。从国外发表的专利看,MTO研究开发的重点仍是催化剂的改进,以提高低碳烯烃的选择性。将各种金属元素引入SAPO-34骨架上,得到称为MAPSO或ELPSO的分子筛,这是催化剂改型的重要手段之一。金属离子的引入会引起分子筛酸性及孔口大小的变化,孔口变小限制了大分子的扩散,有利于小分子烯烃选择性的提高,形成中等强度的酸中心,也将有利于烯烃的生成。
甲醇的生产,主要是合成法,尚有少量从木材干馏作为副产回收。合成的化学反应式为: H2 + CO → CH3OH 合成甲醇可以固体(如煤、焦炭)液体(如原油、重油、轻油)或气体(如天然气及其他可燃性气体)为原料,经造气净化(脱硫)变换,除去二氧化碳,配制成一定的合成气(一氧化碳和氢)。在不同的催化剂存在下,选用不同的工艺条件。单产甲醇(分高压法低压和中压法),或与合成氨联产甲醇(联醇法)。将合成后的粗甲醇,经预精馏脱除甲醚,精馏而得成品甲醇。高压法为BASF最先实现工业合成的方法,但因其能耗大,加工复杂,材质要求苛刻,产品中副产物多,今后将由ICI低压和中压法及Lurgi低压和中压法取代。