高清PDF带书签《煤炭直接液化工艺与工程》吴秀章、舒歌平、李克健

内容简介
本书主要论述了当今世界上唯一一套煤炭直接液化工业示范项目的基础研究、技术开发及工业实践成果，包括煤炭直接液化各工艺过程的化学反应、催化剂、原料和产品、工艺过程和工艺流程、主要操作参数和操作技术、主要设备及环境保护等内容。本书内容完整、实用性较强，反映了当代煤炭直接液化技术及工程化的最新成果。
本书可供从事煤炭转化、炼油领域的工程技术人员及高校有关专业师生阅读和参考。

序
随着经济的持续快速发展，我国的能源消费继续保持较快的增长。对原油旺盛的需求，使得我国油气资源不足与需求快速增长之间的矛盾日益突出。2013年，我国石油对外依存度已经接近60%，且我国的进口原油的数量及对外依存度还将进一步提高。
发展煤炭直接液化等现代煤制油和煤化工技术，促进替代能源的发展，减少对国外石油的过度依赖，是保障我国能源安全和经济安全的主要举措之一。我国拥有相对丰富的煤炭资源，多年来提供了我国国民经济发展所需三分之二以上的能源。以煤为原料，利用自主研发的新型、高效转化技术生产部分油品、化学品符合我国的国情，是能源替代战略的重要组成部分。通过科研机构、大学和企业间十多年的协作与努力，我国已经成功开发了煤炭直接液化、煤炭间接液化、煤制烯烃、煤制乙二醇等技术，并实现了相应的工业化示范工程的安全、稳定、长周期、满负荷、优化运行，成为世界新型煤化工产业规模最大、门类最多、技术先进的国家。
在众多煤化工技术中，以煤为原料、在高效催化剂的作用下生产车用汽油、柴油和液化气等液体燃料的煤炭直接液化是大型、高效的以煤为原料生产石油替代燃料的技术路线。神华集团有限责任公司（以下简称神华集团）通过十多年的艰苦努力，于2008年12月建成世界首个百万吨煤炭直接液化示范工程，并一次开车成功，使我国成为世界上唯一掌握百万吨煤直接液化工业化技术的国家。该示范工程运行五年多来的经验表明：以煤为原料，采用先进的洁净煤转化技术，适度发展新型煤化工产业符合我国的国情，并能为国家产业转型升级、企业创新产业模式、地方提高经济发展水平做出积极贡献。为了满足煤炭直接液化产业化发展的需要，基于已有技术产业化的实践经验来编写有关煤炭直接液化工艺与工程的技术专著就恰逢其时，很有必要。
该书为第一部全面、系统总结工业化煤炭直接液化工艺技术、工程技术和生产运营技术的专著，以神华集团鄂尔多斯煤炭直接液化示范工程的技术研发、工程开发及生产运营和优化为主线，以国内外煤炭直接液化工艺、催化剂制备、煤液化油加氢稳定和加氢改质、轻烃回收、气体脱硫和脱硫醇、煤气化制氢、煤液化产品应用、环境保护等领域的研究成果和工业实践为基础，系统总结了煤炭直接液化生产运输燃料全流程各个主要单元的化学理论、催化剂、工艺过程和工艺流程、操作影响因素和控制技术、主要设备、环境保护等方面的技术与工程经验。全书内容丰富、新颖、完整和实用，具有很强的实践性和较高的学术水平。相信该书的出版对煤炭直接液化技术和产业的发展会有积极的推动作用。
张玉卓
神华集团有限责任公司董事长
中国工程院院士
2014年4月

前言
随着我国经济的快速发展和人民群众生活水平的日益提高，我国对石油的需求逐年快速增长，2012年我国的原油消费量已达4.76亿t。我国的能源资源禀赋决定了我国的原油产量多年来基本维持在2亿·左右，因此不得不逐年增加原油进口量以满足日益增长的需求。自1993年我国成为原油净进口国以来，原油进口量平均以每年约1400万t的速度增长，到2012年，我国的原油进口量已达2.71亿t,原油对外依存度达到57%。如此高的对外依存度对我国经济和能源安全是一个非常大的威胁。
我国有丰富的煤炭资源，多年来煤炭一直为我国的国民经济发展提供约70%的能源。以煤炭为原料通过液化的方法生产运输燃料是一条有效的、可部分替代石油的可行路线，可以有效缓解对进口原油的依赖。我国的科研院所和企业自20世纪80年代初就开始了煤炭直接液化工艺和催化剂的研究开发工作，对适合直接液化的煤种进行了筛选和评价，并对有应用前景的煤直接液化项目开展了大量的应用基础研究和可行性研究工作。通过20多年的努力，建设了功能齐全的研发平台，开发出了高效的催化剂和独具特色的工艺技术，为煤炭直接液化产业化发展奠定了坚实的基础。
神华集团自20世纪90年代就开展了煤炭直接液化实验室研究、工艺开发、工程开发和产业化的工作。对鄂尔多斯盆地的神华煤（鄂尔多斯神东煤田煤样）的直接液化性能开展了大量、卓有成效的研究，在北京与煤炭科学技术研究院有限公司（简称煤炭科学研究总院)共同改建了日处理煤0.12t的小型连续试验装置(BSU),并开发出具有自主知识产权的煤直接液化催化剂，在上海建设了日处理煤6t的工艺开发装置(PDU)和日处理0.18t的小型连续试验装置，并成功地开发出具有自主知识产权的煤炭直接液化新工艺。神华煤炭直接液化示范项目于2008年12月竣工投产，在全世界开辟了一条全新的通过煤炭生产车用运输燃料的生产路线。该示范项目以煤炭为原料，通过干煤粉气化生产煤液化所需要的氢气原料，煤液化原料煤与循环溶剂制备成油煤浆后，在高温、高压及催化剂的作用下与氢气在反应器内生成煤液化油：煤液化油通过加氢稳定装置制备合格的煤炭直接液化循环溶剂的同时，对煤液化轻质油进行了初步的加氢精制；加氢稳定处理的煤液化油在加氢改质装置中进一步深度处理，得到合格的石脑油和柴油产品；通过轻烃回收装置回收煤液化各工段生产的液化气组分：石脑油组分通过催化重整生产车用汽油产品；为了减少“三废”排放，神华煤炭直接液化示范项目还设置了气体脱硫、脱硫醇，含硫污水汽提、酚回收及污水处理装置。为了最大限度地降低水消耗及减少污染物的排放，神华煤炭直接液化示范工程设置了膜分离除盐、含盐废水蒸发器和结晶器等设施，实现了煤液化生产废水零排放。该示范工程自投产以来，已平稳运行了五年多的时间，各工艺单元均达到了设计能力，取得了良好的经济效益和社会效益。
在神华煤炭直接液化示范工程安全、平稳、长周期运行的基础上，经过参与神华煤炭直接液化技术研究和开发及参与示范工程建设和运营的工程技术人员共同努力，完成了系统反映煤炭直接液化主要工艺过程的专著《煤炭直接液化工艺与工程》。本书力求达到以下几个目标：①完整性：本书包括了煤炭直接液化示范工程的全过程，包括了煤液化备煤、催化剂制备、煤浆制备、煤炭直接液化、煤液化油加氢稳定、加氢改质、轻烃回收、气体脱硫、煤制氢及煤液化干气制氢、煤液化产品的应用及环境保护等内容：②全面性：本书包括以神华煤炭直接液化工艺和催化剂开发为代表的应用基础研究、小试研究、中试研究、百万吨示范工程开发及生产运营和优化等几个重要阶段的研究成果；③新颖性：本书是第一部系统阐述工业化煤炭直接液化工艺技术和工程技术的专著，包括了最新的研究成果和运行数据：④先进性：全面反映居世界领先地位的神华煤炭直接液化示范工程的技术水平；⑤实用性：本书包括理论研究、催化剂开发、工程设计和生产运营等多个层面，力求对科研开发、催化剂生产、工程设计、生产运营等领域的科研工程技术人员均具有很强的实用价值：⑥学术性：本书系统详细地总结了国内外科研、工程设计、生产运营的成果，理论与实践相结合，具有较高的学术水平。
本书由参与神华煤炭直接液化工艺和高效催化剂开发，以及神华煤炭直接液化示范工程建设和运营的主要工程技术人员策划、设计内容、拟定章节提纲、撰写和审查而成。吴秀章负责总体策划、章节分工、编著及编稿审定，并负责第1章、第5章至第11章等八章的撰写工作，舒歌平负责第2章、第4章的撰写工作，李克健负责第3章的撰写工作，谢舜敏负责各章设备部分的编写。
本书在编写的过程中，得到了中国神华煤制油化工有限公司（简称神华煤制油化工有限公司)、中国神华煤制油化工有限公司鄂尔多斯煤制油分公司（简称鄂尔多斯煤制油分公司)、中国神华煤制油化工有限公司上海研究院（简称神华上海研究院），原中国神华煤制油化工有限公司北京研究院（简称神华北京研究院）的领导、专家和工程技术人员的大力支持和帮助，特别感谢鄂尔多斯煤制油分公司的陈茂山、安亮、张延斌、王治华、刘东明、王建立等同事提供了翔实的生产运营数据。
本书是以神华煤炭直接液化示范工程为背景编写的，感谢为该示范工程建设做出重大贡献的工程设计团队和技术支持单位，特别是煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院(简称北京煤化工研究分院)、中国石化工程建设有限公司(SEI)、中国石化石油化工科学研究院(RIPP)、中国石化抚顺石油化工研究院(FRPP)、上海交通大学、天津大学、中国汽车技术研究中心等：也特别感谢为该示范工程建设和生产运营做出巨大贡献的张玉卓、李红凯、崔民利、梁仕普、陆正平、张继明、张传江、任相坤等领导和同事。
参加本书撰写的作者尽了最大的努力，把自己的所知、所学、所用奉献出来，但由于《煤炭直接液化工艺与工程》一书所涉及的工艺过程多、领域广，理论和实践的内容也很多，同时作者知识面、水平有限，书中难免存在不足，恳请读者批评指正。
编著者
2014年4月

内容索引：

目录
序
前言
第1章绪论1
1.1我国原油与成品油的需求与生产1
1.2我国成品油的生产与消费2
1.3煤炭直接液化的可行性简要分析3
1.3.1可行性研究报告结论简介3
1.3.2项目总体优化5
1.4煤炭直接液化工程工艺过程综述6
1.4.1制氢系统8
1.4.2煤炭直接液化系统12
1.4.3煤炭液化产品精制系统17
1.4.环境保护系统18
参考文献25
第2章煤炭直接液化原料煤及前处理26
2.1原料煤及其前处理与液化特性的关系26
2.1.1煤化程度与液化特性的关系26
2.1.2煤的岩相组成与液化特性的关系31
2.1.3煤中矿物质与液化特性的关系35
2.1.4原料煤前处理与液化特性的关系38
2.2原料和产品40
2.2.1原煤40
2.2.2原煤筛分浮沉试验结果49
2.2.3洗精煤原料52
2.2.4煤粉产品52
2.3工艺过程54
2.3.1洗精煤的粉碎54
2.3.2煤粉的干燥55
2.4工艺流程58
2.4.1煤粉加工工艺流程58
2.4.2煤粉加工基本原理58
2.4.3煤粉加工流程概述60
2.5主要操作参数和操作技术62

2.5.1操作参数62
2.5.2主要操作技术63
2.6主要设备64
2.6.1磨煤机64
2.6.2热风炉66
参考文献67
第3章煤炭直接液化催化剂68
3.1煤炭直接液化催化剂分类、机理与应用69
3.1.1煤炭直接液化催化剂种类69
3.1.2煤炭直接液化催化剂的作用机理69
3.1.3煤炭直接液化催化剂在各工艺中的应用70
3.2“863”催化剂制备化学72
3.2.1 a-FeOOH72
3.2.2y-FeOOH73
3.2.36FeOOH75
3.3“863”催化剂制备的原料和产品76
3.3.1主要原料的影响76
3.3.2产品主要质量指标的影响因素及工艺调整原理77

(略)

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