现代煤化工技术丛书：煤化工设计基础

1煤化工项目设计

1 1煤化工项目设计的范畴1

1 1 1煤焦化的设计1

1 1 2煤气化装置的设计2

1 1 3煤气净化的设计3

1 1 4合成化学品的设计3

1 1 5其他内容设计4

1 2煤化工项目的设计程序及内容5

1 2 1项目建议书5

1 2 2可行性研究报告7

1 2 3初步（基础工程）设计14

1 2 4总体设计23

1 2 5详细设计24

1 2 6各专业条件30

参考文献41

2煤化工项目与煤质的关系

2 1评价煤质的主要指标43

2 1 1煤的工业分析43

2 1 2煤的元素分析47

2 1 3煤的发热量50

2 1 4煤中镜质组反射率51

2 1 5煤的透光率52

2 1 6煤的自由膨胀序数52

2 1 7煤的黏结指数52

2 1 8煤的胶质层指数53

2 1 9煤的奥亚膨胀度53

2 2中国煤的分类及各煤阶特性54

2 2 1中国煤炭分类54

2 2 2各煤阶煤的基本特性55

2 3煤化工项目相关的煤加工性质57

2 3 1煤的机械强度57

2 3 2煤的反应性58

2 3 3煤的热稳定性59

2 3 4煤的灰熔融温度60

2 3 5煤灰高温黏度特性60

2 3 6煤的铝甑低温干馏61

2 4煤质分析指标的不同基准61

2 4 1煤质分析指标基准的表示方法61

2 4 2煤质分析指标基准间的换算关系62

2 5煤的焦化项目对煤质的要求63

2 5 1煤质选择对于煤焦化过程的重要意义63

2 5 2常用炼焦用煤指标及对焦炭质量的影响64

2 5 3不同炼焦工艺对煤质的要求和典型煤种66

2 6煤的气化项目对煤质的要求69

2 6 1煤质选择对于煤气化过程的重要意义69

2 6 2常用气化用煤指标及对气化过程的影响69

2 6 3各类煤气化工艺对煤质的特殊要求及典型煤种71

2 7煤直接液化技术对煤质的要求76

2 7 1煤质特性对煤直接液化的影响76

2 7 2适宜煤直接液化的煤种78

参考文献79

3煤焦化设计

3 1煤焦化产业概况81

3 1 1炼焦技术的进展81

3 1 2炼焦副产品加工技术进展82

3 1 3节能减排与环保84

3 2煤焦化工厂设计基础资料85

3 2 1煤焦化工厂设计涉及的主要工段85

3 2 2煤焦化工厂设计所需的基础资料86

3 3焦化厂设计的方案选择88

3 3 1炼焦配煤工艺方案的选择88

3 3 2原料煤的预处理工艺方案的选择89

3 3 3炼焦工艺方案的选择90

3 3 4熄焦工艺的选择95

3 3 5化产回收工艺的选择100

3 4煤焦化工厂设计的基本内容102

3 4 1煤焦化工厂的总图设计102

3 4 2焦炉设计的基本内容104

3 4 3化产回收设计的基本内容128

3 4 4焦化厂公用工程的设计165

3 4 5焦化厂消防安全设施环境保护的设计167

参考文献170

4煤气化装置的设计

4 1煤气化技术简介172

4 1 1固定（移动）床煤气化技术173

4 1 2流化床煤气化技术177

4 1 3水煤浆气化技术180

4 1 4干粉煤气化技术184

4 2煤气化技术的选择188

4 2 1煤的性质对煤气化技术的影响188

4 2 2不同的产品与气化技术的选择189

4 2 3地域因素对于煤气化技术的选择影响189

4 3煤气化设计基本内容190

4 3 1设计基础条件190

4 3 2工艺计算190

4 4煤气化设计举例——水煤浆煤气化装置的设计介绍191

4 4 1煤气化反应过程描述191

4 4 2设计计算举例192

4 4 3文丘里洗涤器的设计计算197

4 5煤气化装置主要设备200

4 5 1气化炉200

4 5 2洗涤塔200

4 5 3煤浆泵200

4 5 4水煤浆气化装置布置注意事项200

4 5 5水煤浆管道安装注意事项202

4 6安全备忘录203

4 6 1纯氧的危险及防护203

4 6 2煤气的危险和防护203

4 6 3其他危险及防范203

参考文献204

5煤气净化技术

5 1脱硫工艺206

5 1 1湿法脱硫207

5 1 2干法脱硫211

5 2脱碳方法介绍213

5 2 1甲基二乙醇胺法（MDEA）213

5 2 2聚乙二醇二甲醚法（国内称NHD法）214

5 2 3低温甲醇洗法(Rectisol)219

5 3合成气的精制223

5 3 1甲烷化法223

5 3 2甲醇化法224

5 3 3液氮洗法224

5 3 4变压吸附法224

5 4净化方法的选择225

5 4 1脱硫方法选择225

5 4 2脱碳方法选择226

5 4 3低温甲醇洗法与NHD法的比较226

5 5设计基本内容230

5 5 1确定设计基础230

5 5 2物料衡算的分类及步骤231

5 5 3能量衡算的方法及步骤232

5 6低温甲醇洗设计举例233

5 6 1工艺设计233

5 6 2设备选择235

5 6 3装置布置235

5 6 4管道设计237

5 6 5注意事项238

5 7栲胶脱硫设计举例240

5 7 1工艺设计240

5 7 2工艺计算243

5 7 3主要设备选择249

5 7 4装置布置249

5 8环保、消防、安全设计249

5 8 1环保249

5 8 2消防250

5 8 3安全251

参考文献251

6煤制化学品的设计

6 1煤制化学品概述253

6 2甲醇生产技术254

6 2 1甲醇合成技术的应用255

6 2 2甲醇合成工艺的确定260

6 2 3工艺设计260

6 2 4甲醇合成的工艺计算264

6 2 5甲醇合成反应器工艺设计280

6 2 6甲醇合成装置的整体布置原则282

6 2 7甲醇生产安全备忘录283

6 3二甲醚合成技术285

6 3 1二甲醚合成技术综述285

6 3 2二甲醚合成工艺设计说明288

6 3 3原材料、动力消耗定额291

6 3 4三废排放量291

6 3 5二甲醚合成工艺物料及热量平衡计算291

6 3 6主要设备选型及选材300

6 3 7二甲醚生产安全备忘录301

6 3 8设备布置302

6 3 9二甲醚合成工艺的改进设想及反应热的利用302

6 4煤制其他化学品的技术简介304

6 4 1煤的液化304

6 4 2甲醇制烯烃技术311

6 4 3甲醇制汽油技术315

6 4 4煤制天然气技术316

参考文献319

7煤化工过程的节能减排

7 1中国能源及节能减排现状321

7 1 1能源生产、消费及结构分析321

7 1 2“十一五”节能减排落实情况及“十二五”节能减排规划322

7 2国家关于节能减排的政策导向及相关法规323

7 2 1《促进产业结构调整暂行规定》（国发【2005】40号）323

7 2 2《产业结构调整指导目录》（发展改革委令【2011】第9号，2011年本）323

7 2 3《国家重点节能技术推广目录》（发改委令【2010】第33号，第三批）323

7 2 4《中国节能技术政策大纲》（【2006】版）324

7 2 5《“十二五”节能减排综合性工作方案》（国发【2011】26号）324

7 2 6《中华人民共和国节约能源法》（【2007】修订版）324

7 2 7《节能减排统计监测及考核实施方案和办法》(国发【2007】36号)324

7 2 8《当前国家鼓励发展的环保产业设备(产品)目录》(【2010】版)325

7 2 9《节能技术改造财政奖励资金管理办法》（财建【2011】367号）325

7 2 10《化工企业能源审计规范》、《石化企业能源审计规范》325

7 3煤化工能耗现状及能源转化效率分析325

7 3 1合成氨、炼焦与焦化、电石行业能耗现状及节能减排潜力分析325

7 3 2现代煤化工不同工艺技术能量转化率分析327

7 4煤化工产业CO2减排及治理329

7 4 1中国的CO2减排任重而道远329

7 4 2各种煤化工工艺CO2排放比较330

7 4 3CO2减排及治理333

7 5焦化及氮肥(甲醇)行业节能减排技术及应用334

7 5 1焦化行业334

7 5 2氮肥（甲醇）行业338

7 6煤化工设计工作与节能减排343

7 6 1做好《可行性研究报告》“节能减排篇（章）”的编制343

7 6 2设计工作中应同时考虑单项技术能耗最低，整体系统能量最优344

7 6 3设计工作应从总体、全局出发，综合考虑各种节能措施344

7 6 4针对“单个企业”、“化工园区”的各自特点，做好相应的节能减排设计344

7 7煤化工废水“零排放”技术进展及工程应用345

7 7 1焦化行业废水零排放345

7 7 2氮肥行业废（污）水零排放351

7 7 3现代煤化工与废水零排放357

参考文献362

附录

1二氧化碳、水蒸气的辐射传热系数364

2蓄热室传热系数计算图366

附录1二氧化碳、水蒸气的辐射传热系数363

附录2蓄热室传热系数计算图365

附图

附图1焦化厂总平面布置图

附图2TJL5550D型捣固焦炉平面布置图

附图3装煤除尘站流程示意图

附图4低温甲醇洗工艺流程简图

附图5低温甲醇洗设备布置图

附图6栲胶脱硫主要工艺流程图

附图7工艺流程图

附图8设备布置图示例

中国是一个幅员辽阔，资源相对短缺的国家。特别是在能源占有方面，各类主要能源人均拥有量均低于世界平均水平。其中煤炭的人均拥有量为世界人均的50%，石油和天然气则仅为15%。正是由于这一不可改变的禀赋条件，决定了中国的能源结构在过去和将来的一段时间内必须以煤炭为主。

作为化工原料，在2004年之前，煤化工产业一直是以传统的煤化工产品为主，主要是尿素、甲醇、PVC、焦炭等产品。到了最近几年，随着中国研发能力和工程化能力的全面提升，无论煤化工的产品种类，还是生产规模，都有了本质的变化，形成了新型煤化工的雏形。煤直接液化、煤间接液化、煤制烯烃、煤制丙烯、甲醇制汽油等工业化装置的投入运行，以及指日可待的煤制天然气工厂的建成，呈现出中国煤化工产业前所未有的局面。

由以上的产品变化可以看出，煤化工产品正在经历着由传统的化工产品向补充石油化工产品的方向转变，在国民经济中的作用也发生了根本性的转变。

随着中国实现现代化步伐的不断加快，中国能源短缺的现象也越来越严重。石油的对外依存度已经超过了50%，绝对值也超过了2亿吨/年,天然气的短缺更为严重，必将会制约中国社会工业化、城市化的进程。

我国的西北和东北（内蒙古东部）地区煤炭储量巨大，大多属于比较年轻的煤种。这些地区一般地广人稀，距离能源的最终用户较远，交通运输能力较弱。因此，将煤炭加工成化工产品就成了这些地区发展地方经济的必然选择。各煤化工企业基本上都是选择了新型煤化工产品。

由此可以看出，目前，煤化工在中国的主要作用除了继续扮演化肥、焦炭、PVC等化工产品的主力军之外，又承担了缓解石油化工产品短缺和天然气供应不足的角色。

任何工业的发展都离不开设计,工程设计能力体现了一个国家工业体系的整体水平。没有高水平的工程设计企业，就无法理解现代工业的发展理念，无法体会颇具匠心的先进技术的独到之处，也就无法消化吸收先进技术并最终为自己的国家服务。

在工业领域，中国是后来者，总是有人说“后发优势”，而后发的优势就是可以直接面对世界上最先进的技术而无需像发达国家一样去耗费几百年的历程。但是后发也意味着我们必须在先发者制定的规则下运行，先发者可以利用先发优势限制我们的发展。他们不断地提高产业门槛，力图将我们关在发展尖端产业的门外。此时，保证国家的持续发展，便成了工程设计行业的一项重要任务。我们可以看到某些先进的技术把持在某些跨国企业的手中被作为牟取暴利的工具，而我们却无能为力。没有过硬的设计能力就不会有好的产品。

产品的质量是产品能否进入市场的关键，不能想象不合格的产品能够在竞争中取胜。此时，设计便显得格外重要。在中国，建设国际型工程公司的倡导始于二十多年前，其目的无非是通过提高设计水平来改善工厂的控制和管理。记得我的前辈们说过，“不要把产品的质量不高全部归罪于工厂的管理，我们的设计起着举足轻重的作用”。没有考虑周详的设计，就不会有好的产品质量。

产品的竞争力不仅仅是质量的竞争，还是能耗的竞争。高能耗也应当是技术落后的体现，有些能耗问题恰恰体现的是工程设计水平。当我们以高成本的产品到市场上去竞争时，无论质量如何，失败都是必然的。

有经验的工程师都知道，不同化工单元的组合，会有不同的结果。利用各种不同的组合去改变工厂的规模、产品的组合甚至改变产品的品种等都是工程设计的主要内容。

煤化工产业的发展对高水平的工程设计的依赖是显而易见的。如果由于工程设计水平的低下造成工厂不能正常开工，必然会给工厂带来损失。企业的重要功能之一是为投资者带来利润，这是低下的设计水平所无法达到的。

“科学研究是生产力”这在中国是大家都认可的，但是少有人去深究科研成果是如何变为生产力的。实际上，科研成果的工程化一直是技术进步的十分关键的一步。在计划经济年代，科研与工程设计是完全脱节的。科研不管市场需求，设计只是简单的重复。设计与科研的结合基本上都是政府部门的“拉郎配”，双方都没有积极配合的欲望。到了今天，从事设计的工程公司更清楚市场的需求，会主动寻求与科研机构的合作。这种合作为科研成果走向市场带来了机遇，在科研成果与生产力之间搭起了桥梁。没有这个桥梁，就没有今天中国新技术层出不穷的大好局面。

工程公司不仅仅是将科研成果转化成生产力，还可以通过自己的不断创新为市场提供越来越多的新产品。同时通过自己敏锐的市场观察力，洞察市场需求，开创新的工艺、新的技术。

最典型的事例是中国新型煤化工产学研联盟，在这个联盟中处于领导地位的是中国化学工程集团公司，而这个集团的核心是中国的大型工程公司。这些工程公司利用自己在市场前沿的地位，不断寻求产品和技术的创新，使当今的煤化工产业能够不断地推陈出新。

编写本书的目的是想使读者能够通过本书对煤化工设计所涉及的领域和技术有一个大概的了解。由于篇幅所限，仅从化工工艺专业的角度对设计要点和内容进行简要介绍，不可能涉及太多的化工单元知识，也不可能涉及所有专业。选择的各章节内容的组合就是一个煤化工工厂工艺装置的主要组成部分。由于有些设计内容受知识产权保护，同时受我们知识范围局限，不可能对所有的煤化工技术都能详细论述。因此，有很多技术在本书中只是进行文字介绍，没有设计计算及其他设计过程的描述，敬请读者谅解。

本书主要由张庆庚编写，其中第2章由李凡编写并负责全书统稿;第7章由李好管编写;郭光宙、马英民、李刚参加了部分章节的编写。李小红、程柱、左永飞、郝巧铃、张京、白永辉、王培和孔娇等参加了文献资料收集整理、图表绘制、辅助计算和文字处理等工作。在本书付梓之际感谢谢克昌院士、李大尚设计大师对本书编写工作的指导，感谢所有在本书编写过程中给予关心和帮助的同事、朋友，感谢化学工业出版社编辑们的辛勤工作。

由于本书编写在工作之余，时间仓促，加之水平有限，书中不足和欠妥之处敬请读者见谅并批评指正。

编者

2012年1月2100433B

《现代煤化工技术丛书:煤化工设计基础》内容涵盖煤化工的项目设计、煤化工项目与煤质的关系、煤焦化设计、煤气化装置的设计、煤气净化技术、煤制化学品的设计、煤化工过程的节能减排等煤化工主要组成部分。

《现代煤化工技术丛书:煤化工设计基础》可供从事化工设计的工程技术人员，特别是煤化工项目工程设计人员，以及高校化工工艺专业师生阅读参考。

煤化工新技术、新工艺的产业化离不开整体考虑和合理设计，而设计基础来源于全面的知识和成功的实践。张庆庚、李凡、李好管编著的《煤化工设计基础》从化工工艺的角度出发，系统阐述了煤化工设计所涉及的各个领域和技术，特别是对设计要点进行了介绍。

《现代煤化工技术及废水处理工程实践》全书共8章。第1章～第3章对我国现代煤化工的发展现状及趋势进行了分析，详细介绍了目前市场上的主要煤化工产品，详细分析了现代煤化工主要生产工艺及各种典型工艺的废水产排污节点，给出了结合多个企业的现场调研获得的较可靠的废水水质相关数据。第4章介绍了各类废水的处理方法现状及新技术进展。第5章～第8章结合多个典型煤化工企业实际案例，详细分析了煤气化、煤液化、煤制甲醇、煤制烯烃四个产业链在生产各个环节产生废水的规律及水质特征，归纳了其主要处理工艺，讨论了各处理工艺的可行性及处理效果。

本书实用性较强，可供煤化工企业管理人员、工程技术人员、煤化工科研人员阅读，也可供高等院校相关专业师生参考阅读。