化学工艺学概论碳一化学资料.ppt
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1、LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论化学工艺学概论主主讲讲教教师师:张张 健健联联系系电话电话:1524233964515242339645E-mailE-mail:zhangjian_zhangjian_石油化工学院化工工石油化工学院化工工艺艺教研室教研室1LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论碳一化学什么是C-1化学?C1化学又称一碳化学,研究以含有一个碳原子的物质(CO、CO2、CH4、CH3OH及HCHO)为原料合成工业产品的有机化学及工艺。包括天然气化工、煤化工、合成气化工、CO化工、CO2化工、甲醇化工等
2、。2LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论C-1化学的历史背景l在20世纪20年代,德国就已开始由煤制的合成气制烃类的研究工作。第二次世界大战期间,由合成气制取液体燃料的技术如费托合成已得到应用。l1995年改良的费-托合成技术在南非得到了继续发展并建萨索尔厂。l70年代中期,首先在日本提出了C1化学的概念。与此同时,美国孟山都公司用低压甲醇羰基化(见羰基合成)制取醋酸技术获得工业应用;美国莫比尔化学公司ZSM5分子筛催化剂成功地应用于甲醇转化制汽油;3LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论南非的萨索尔厂4Liaoni
3、ngShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论费托合成的简易装置5LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤化工天然气化 工合成气合成甲醇合成氨羰基合成合成天然气F-T合成碳一化学框图6LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论7LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤化工技术之一:煤化工产业发展最重要技术煤气化技术。技术之二:以煤为原料生产甲醇及多种化工产品。技术之三:以煤为原料合成烃类。8LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤
4、化工相关概述一、煤化工概念二、煤化工的分类三、煤的几个基本加工工艺四、我国能源构成现状五、煤化工的特点及其产业链六、我国煤化工的发展9LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论一、煤化工概念n n煤:主要含主要含C和和H,还还含有少量的含有少量的N、S、O等元素。煤主要由有机物和无机物等元素。煤主要由有机物和无机物组组成的复成的复杂杂混合物。混合物。n n煤化工:是以煤是以煤为为原料原料经经化学加工化学加工转转化成气化成气体、液体和固体,并体、液体和固体,并进进一步加工成一系列化一步加工成一系列化工工产产品的工品的工业过业过程。程。10LiaoningShih
5、uaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论二、煤化工分类1、按、按煤的加工煤的加工过过程程分,主要包括干分,主要包括干馏馏、气化、液化和、气化、液化和合成化学品等。合成化学品等。2、按、按产产品划品划分,煤化工包括焦炭、煤焦油等分,煤化工包括焦炭、煤焦油等传统传统煤化煤化工和煤制油、煤制工和煤制油、煤制烯烃烯烃和甲醇制二甲和甲醇制二甲醚醚等新型煤化工。等新型煤化工。3、按、按加工深度上加工深度上分,煤化工包括煤的一次化学加工、分,煤化工包括煤的一次化学加工、二次化学加工和深度化学加工。二次化学加工和深度化学加工。煤的焦化、气化、液化,煤的合成气化工、焦油化工和煤的焦化、气化、液化,煤
6、的合成气化工、焦油化工和电电石乙炔化工等,都属于煤化工的范石乙炔化工等,都属于煤化工的范围围。11LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论1、煤的干、煤的干馏馏 将煤隔将煤隔绝绝空气加高温使之分解,得到焦空气加高温使之分解,得到焦炉煤气、煤焦油和焦炭。炉煤气、煤焦油和焦炭。三、煤的几个基本加工工艺2、煤气化、煤气化 将有机物将有机物转转化化为为可燃气体的可燃气体的过过程。程。12LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论n n直接液化直接液化使煤与使煤与氢氢气作用气作用生成液体燃料。生成液体燃料。n n间间接液化接液化先先转
7、转化化为为一氧化碳和一氧化碳和氢氢气,再在催化气,再在催化剂剂作作用下合成甲醇等。用下合成甲醇等。3、煤的液化、煤的液化13LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论直接液化14LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论间接液化15LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤炭资源利用框图16LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤替代能源的广泛性四、我国能源构成现状17LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论n含煤面含
8、煤面积积55万万km2n资资源源总总量量55965.63亿亿tn保有量保有量10077亿亿tn资资源探明率源探明率18%n经济经济可开可开发发的剩余可采的剩余可采储储量量1145亿亿tn在探明的化石能源在探明的化石能源储储量中煤炭占量中煤炭占94.3%而石油、天然气而石油、天然气仅仅占占5.7%我国能源中的煤炭资源18LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论“缺油、少气、富煤缺油、少气、富煤”n石油可开采石油可开采储储量只有量只有38亿亿t,可采年限可采年限仅仅20年年;n天然气探明可采天然气探明可采储储量量为为1137万万亿亿m3,仅仅可开采可开采37年年
9、;n煤炭煤炭现现探明可开采探明可开采储储量量为为1145亿亿t,可以可以开采使用开采使用100年以上。年以上。我国能源构成19LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论中国能源与石油问题年年份份2002200320102020需需求求2.42.53.55.0供供应应量量1.71.72.01.8缺缺口口0.70.81.53.2石油供石油供应应与需求与需求预测预测单单位位:亿亿吨吨/年年20LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤基替代能源特点 n煤制油、煤制甲醇、二甲醚、烯烃等产品和石油产品比较,具有明显的经济性和生物质能源
10、比较成本优势更加明显。n煤基替代能源替代范围广泛。n煤基替代能源可以利用粉煤甚至高硫煤作为原料,原料分布广泛,价格低廉。n采用先进的煤气化技术制造的替代能源,能降低直接燃烧煤炭带来的污染,是更优质环保的能源。21LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论以煤逐步取代部分石油的战略趋势,已成为21 世纪的必然。为了减轻对石油进口的依赖,发展煤化工是我们的必然选择。22LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论n传统煤化工:以产品型为主,焦化、合成氨n新型煤化工:能源及产品型结合 五、煤化工的特点及其产业链(一)煤化工的特点(一)
11、煤化工的特点23LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论(二)新一代煤化工技(二)新一代煤化工技术术特征特征以煤气化以煤气化为龙头为龙头,以碳一化工技,以碳一化工技术为术为基基础础,合成、制取各种化工合成、制取各种化工产产品和燃料油的煤炭品和燃料油的煤炭洁洁净净利用技利用技术术;与与热电热电等等联产联产可以可以实现实现煤炭能源效率最高、煤炭能源效率最高、有效有效组组分最大程度分最大程度转转化、投化、投资资运行成本最低运行成本最低和全生命周期和全生命周期污污染物排放最少的目染物排放最少的目标标。24LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论
12、化学工艺学概论(三)新型煤化工特点(三)新型煤化工特点 以清以清洁洁能源和石油可替代品能源和石油可替代品为为主要主要产产品。品。煤炭煤炭能源化工一体化。能源化工一体化。高新技高新技术术及及优优化集成。化集成。建建设设大型企大型企业业和和产业产业基地。基地。有效利用煤炭有效利用煤炭资资源。源。经济经济效益最大化。效益最大化。环环境友好。境友好。25LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论(四)(四)现现代煤化工集成化技代煤化工集成化技术术“五代一五代一变变”通过发展煤炭加工、转化和煤化工,开发煤基醇醚燃料、煤制油、煤层气等替代能源,实现甲醇掺烧替代汽油、二甲醚
13、替代液化石油气和柴油、煤层气替代天然气、喷吹煤替代重油、乙炔化工和焦化副产品综合替代石油化工产品及煤炭通过液化变成油品,从而把煤炭转化为高效、洁净的能源和石油替代产品。26LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论27LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论六、我国煤化工的发展 国家发改委于2006年7月7日发布了:关于加强煤化工项目建设管理促进产业健康发展的通知 通知从产业规划、产业布局、发展重点、煤炭使用、水资源平衡、运输安全、环境保护、技术政策、项目管理和风险防范等十个方面对煤化工行业发展进行了规范。通知特别是强调,对
14、于年产规模在300万吨以下的煤制油项目,100万吨以下的甲醇和二甲醚项目,60万吨以下的煤制烯烃项目一般不予批准。28LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论29LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论另外,国家另外,国家还计还计划在全国打造划在全国打造7大煤化工大煤化工产业产业区,分区,分别别是是黄河中下游、内蒙古黄河中下游、内蒙古东东部、黑部、黑东东、苏鲁苏鲁豫皖、中豫皖、中原、云原、云贵贵和新疆和新疆。同同时时,为为解决解决这这些地区的煤化工些地区的煤化工产产品的运品的运输问题输问题,规规划修建划修建4大管大管线线,
15、分,分别别是是蒙蒙东东至至锦锦西、宁西、宁东东至京津唐至京津唐港、伊宁至独山子、多港、伊宁至独山子、多伦伦至北京至北京的管的管线线。国家国家发发改委改委煤化工煤化工产业产业中中长长期期发发展展规规划划30LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论煤化工煤化工产业产业存在的存在的问题问题问题1:资源和环境存在巨大压力(1)煤炭资源:预计2010 年全国甲醇产能达到5000 万t,则需要煤炭资源1 亿t;而根据现在规划的煤制油项目规模将超过3 000 t 以上,按45 t 煤制1 t 油、3 000 万t 产能计算,需要1.2 亿1.5 亿t 煤炭。但按照我国煤炭
16、工业“十一五”规划,到2010 年,全国化工用煤也只有1 亿多吨。31LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论 (2)、水资源:150 万t/a 油品的间接液化工厂日需原水供应量约为5.5 万m3;100 万t/a 油品的直接液化工厂日需原水约2.3 万m3。(3)、环境承载力:例如:山西主要炼焦区大气中颗粒物高达800 mgm3,苯丙芘含量超标,附近地表水中化学耗氧量、氨氮等污染物严重超标。32LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论问题2:产品品质面临挑战 以PVC 行业为例,煤化工电石法PVC 的市场价格总是石油化工
17、比乙烯法PVC 要低上几百元甚至上千元每吨。除去成本因素外,由于工艺路线不同导致的电石法PVC 的品质略低也是主要原因。电石法PVC 主要占据管材、型材等中低端领域,而乙烯法PVC则占据透明制品、高档膜料等高端领域,并且双方在电缆料、软板市场展开激烈的竞争。产品品质,成为制约电石法PVC 进军高端市场的主要原因。33LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论问题3:单个项目建设资金投入多 例如:建设100 万t/a 油品产量的直接液化工厂投资约80 亿90 亿元,同等规模的间接液化工程资金投入约90 亿100 亿元。煤化工联产系统有利于减少建设资金投入,如50
18、 万t/a 煤直接液化与300 万t/a 煤焦化联产时,直接液化部分的资金投入大约为35 亿40 亿元。34LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论问题4:产品价格存在变数 如果石油价格在40 美元/桶之上,煤化工项目将能够明显盈利。石油价格能否持续走高,能否长期稳定在高价格上,不能简单断定。此外,其他替代能源的发展也极大影响者煤化工产业的发展。35LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论我国煤化工我国煤化工产业发产业发展展趋势趋势1、稳步推进产业发展,不断发展煤化工产业,以缓解石油供应的紧张局面;2、科学制定发展规划,促
19、进煤炭区域产销平衡,鼓励煤炭资源接续区煤化工产业发展,适度安排供煤区煤化工项目的建设,限制调入区煤化工产业的发展;3、统筹煤与相关产业的发展,特别是与水资源的协调发展;36LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论我国煤化工我国煤化工产业发产业发展展趋势趋势4、煤化工业要坚持循环经济的原则,走大型化、基地化的路子,发展开放式的产业链条;5、安全发展,认真进行安全风险评估;6、加强自主创新,坚持以我为主的自主创新政策,加大政策支持力度,鼓励设备国产化。37LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论天然气化工 化学工业分支之一。以
20、天然气为原料生产化工产品的工业。天然气通过净化分离和裂解、蒸汽转化、氧化、氯化、硫化、硝化、脱氢等反应可制成合成氨、甲醇及其加工产品(甲醛、醋酸等)、乙烯、乙炔、二氯甲烷、四氯化碳、二硫化碳、硝基甲烷等。38LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论天然气的天然气的组组成与分成与分类类主要成份:烷烃(CH4,C2H6)次要成份:非烃气体(CO2,H2S,H2,He)微量成份:烯烃、环烷烃、芳香烃有害成份:硫化氢等。39LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论分分类类原油伴生气原油伴生气非伴生气非伴生气干气干气湿气湿气贫贫气气
21、富气富气酸性气酸性气洁洁气气据据矿矿藏特点,是否含藏特点,是否含原油伴气来划分原油伴气来划分按含按含C5以上重以上重烃烃液体多少来划分液体多少来划分按含按含C3以上以上烃类烃类液体多少来划分液体多少来划分按是否按是否显显著含有著含有H2S,CO2等酸性气体来划分等酸性气体来划分40LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论 天然气化工以天然气为原料生产化学产品的工业,是燃料化工的组成部分。由于天然气与石油同属埋藏地下的烃类资源,有时且为共生矿藏,其加工工艺及产品相互有密切的关系,故也可将天然气化工归属于石油化工。天然气化工一般包括天然气的净化分离、化学加工。4
22、1LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论净净化分离化分离 包括从地下采出的天然气,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。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,常采用精馏的方法,以回收乙烷、丙烷、丁烷等。42LiaoningShihuaUniversity化学工艺学概论化学工艺学概论化学加工化学加工 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
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