現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書：煤化工設(shè)計基礎(chǔ)

1煤化工項目設(shè)計

1 1煤化工項目設(shè)計的范疇1

1 1 1煤焦化的設(shè)計1

1 1 2煤氣化裝置的設(shè)計2

1 1 3煤氣凈化的設(shè)計3

1 1 4合成化學(xué)品的設(shè)計3

1 1 5其他內(nèi)容設(shè)計4

1 2煤化工項目的設(shè)計程序及內(nèi)容5

1 2 1項目建議書5

1 2 2可行性研究報告7

1 2 3初步（基礎(chǔ)工程）設(shè)計14

1 2 4總體設(shè)計23

1 2 5詳細設(shè)計24

1 2 6各專業(yè)條件30

參考文獻41

2煤化工項目與煤質(zhì)的關(guān)系

2 1評價煤質(zhì)的主要指標43

2 1 1煤的工業(yè)分析43

2 1 2煤的元素分析47

2 1 3煤的發(fā)熱量50

2 1 4煤中鏡質(zhì)組反射率51

2 1 5煤的透光率52

2 1 6煤的自由膨脹序數(shù)52

2 1 7煤的黏結(jié)指數(shù)52

2 1 8煤的膠質(zhì)層指數(shù)53

2 1 9煤的奧亞膨脹度53

2 2中國煤的分類及各煤階特性54

2 2 1中國煤炭分類54

2 2 2各煤階煤的基本特性55

2 3煤化工項目相關(guān)的煤加工性質(zhì)57

2 3 1煤的機械強度57

2 3 2煤的反應(yīng)性58

2 3 3煤的熱穩(wěn)定性59

2 3 4煤的灰熔融溫度60

2 3 5煤灰高溫黏度特性60

2 3 6煤的鋁甑低溫干餾61

2 4煤質(zhì)分析指標的不同基準61

2 4 1煤質(zhì)分析指標基準的表示方法61

2 4 2煤質(zhì)分析指標基準間的換算關(guān)系62

2 5煤的焦化項目對煤質(zhì)的要求63

2 5 1煤質(zhì)選擇對于煤焦化過程的重要意義63

2 5 2常用煉焦用煤指標及對焦炭質(zhì)量的影響64

2 5 3不同煉焦工藝對煤質(zhì)的要求和典型煤種66

2 6煤的氣化項目對煤質(zhì)的要求69

2 6 1煤質(zhì)選擇對于煤氣化過程的重要意義69

2 6 2常用氣化用煤指標及對氣化過程的影響69

2 6 3各類煤氣化工藝對煤質(zhì)的特殊要求及典型煤種71

2 7煤直接液化技術(shù)對煤質(zhì)的要求76

2 7 1煤質(zhì)特性對煤直接液化的影響76

2 7 2適宜煤直接液化的煤種78

參考文獻79

3煤焦化設(shè)計

3 1煤焦化產(chǎn)業(yè)概況81

3 1 1煉焦技術(shù)的進展81

3 1 2煉焦副產(chǎn)品加工技術(shù)進展82

3 1 3節(jié)能減排與環(huán)保84

3 2煤焦化工廠設(shè)計基礎(chǔ)資料85

3 2 1煤焦化工廠設(shè)計涉及的主要工段85

3 2 2煤焦化工廠設(shè)計所需的基礎(chǔ)資料86

3 3焦化廠設(shè)計的方案選擇88

3 3 1煉焦配煤工藝方案的選擇88

3 3 2原料煤的預(yù)處理工藝方案的選擇89

3 3 3煉焦工藝方案的選擇90

3 3 4熄焦工藝的選擇95

3 3 5化產(chǎn)回收工藝的選擇100

3 4煤焦化工廠設(shè)計的基本內(nèi)容102

3 4 1煤焦化工廠的總圖設(shè)計102

3 4 2焦爐設(shè)計的基本內(nèi)容104

3 4 3化產(chǎn)回收設(shè)計的基本內(nèi)容128

3 4 4焦化廠公用工程的設(shè)計165

3 4 5焦化廠消防安全設(shè)施環(huán)境保護的設(shè)計167

參考文獻170

4煤氣化裝置的設(shè)計

4 1煤氣化技術(shù)簡介172

4 1 1固定（移動）床煤氣化技術(shù)173

4 1 2流化床煤氣化技術(shù)177

4 1 3水煤漿氣化技術(shù)180

4 1 4干粉煤氣化技術(shù)184

4 2煤氣化技術(shù)的選擇188

4 2 1煤的性質(zhì)對煤氣化技術(shù)的影響188

4 2 2不同的產(chǎn)品與氣化技術(shù)的選擇189

4 2 3地域因素對于煤氣化技術(shù)的選擇影響189

4 3煤氣化設(shè)計基本內(nèi)容190

4 3 1設(shè)計基礎(chǔ)條件190

4 3 2工藝計算190

4 4煤氣化設(shè)計舉例——水煤漿煤氣化裝置的設(shè)計介紹191

4 4 1煤氣化反應(yīng)過程描述191

4 4 2設(shè)計計算舉例192

4 4 3文丘里洗滌器的設(shè)計計算197

4 5煤氣化裝置主要設(shè)備200

4 5 1氣化爐200

4 5 2洗滌塔200

4 5 3煤漿泵200

4 5 4水煤漿氣化裝置布置注意事項200

4 5 5水煤漿管道安裝注意事項202

4 6安全備忘錄203

4 6 1純氧的危險及防護203

4 6 2煤氣的危險和防護203

4 6 3其他危險及防范203

參考文獻204

5煤氣凈化技術(shù)

5 1脫硫工藝206

5 1 1濕法脫硫207

5 1 2干法脫硫211

5 2脫碳方法介紹213

5 2 1甲基二乙醇胺法（MDEA）213

5 2 2聚乙二醇二甲醚法（國內(nèi)稱NHD法）214

5 2 3低溫甲醇洗法(Rectisol)219

5 3合成氣的精制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變壓吸附法224

5 4凈化方法的選擇225

5 4 1脫硫方法選擇225

5 4 2脫碳方法選擇226

5 4 3低溫甲醇洗法與NHD法的比較226

5 5設(shè)計基本內(nèi)容230

5 5 1確定設(shè)計基礎(chǔ)230

5 5 2物料衡算的分類及步驟231

5 5 3能量衡算的方法及步驟232

5 6低溫甲醇洗設(shè)計舉例233

5 6 1工藝設(shè)計233

5 6 2設(shè)備選擇235

5 6 3裝置布置235

5 6 4管道設(shè)計237

5 6 5注意事項238

5 7栲膠脫硫設(shè)計舉例240

5 7 1工藝設(shè)計240

5 7 2工藝計算243

5 7 3主要設(shè)備選擇249

5 7 4裝置布置249

5 8環(huán)保、消防、安全設(shè)計249

5 8 1環(huán)保249

5 8 2消防250

5 8 3安全251

參考文獻251

6煤制化學(xué)品的設(shè)計

6 1煤制化學(xué)品概述253

6 2甲醇生產(chǎn)技術(shù)254

6 2 1甲醇合成技術(shù)的應(yīng)用255

6 2 2甲醇合成工藝的確定260

6 2 3工藝設(shè)計260

6 2 4甲醇合成的工藝計算264

6 2 5甲醇合成反應(yīng)器工藝設(shè)計280

6 2 6甲醇合成裝置的整體布置原則282

6 2 7甲醇生產(chǎn)安全備忘錄283

6 3二甲醚合成技術(shù)285

6 3 1二甲醚合成技術(shù)綜述285

6 3 2二甲醚合成工藝設(shè)計說明288

6 3 3原材料、動力消耗定額291

6 3 4三廢排放量291

6 3 5二甲醚合成工藝物料及熱量平衡計算291

6 3 6主要設(shè)備選型及選材300

6 3 7二甲醚生產(chǎn)安全備忘錄301

6 3 8設(shè)備布置302

6 3 9二甲醚合成工藝的改進設(shè)想及反應(yīng)熱的利用302

6 4煤制其他化學(xué)品的技術(shù)簡介304

6 4 1煤的液化304

6 4 2甲醇制烯烴技術(shù)311

6 4 3甲醇制汽油技術(shù)315

6 4 4煤制天然氣技術(shù)316

參考文獻319

7煤化工過程的節(jié)能減排

7 1中國能源及節(jié)能減排現(xiàn)狀321

7 1 1能源生產(chǎn)、消費及結(jié)構(gòu)分析321

7 1 2“十一五”節(jié)能減排落實情況及“十二五”節(jié)能減排規(guī)劃322

7 2國家關(guān)于節(jié)能減排的政策導(dǎo)向及相關(guān)法規(guī)323

7 2 1《促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整暫行規(guī)定》（國發(fā)【2005】40號）323

7 2 2《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄》（發(fā)展改革委令【2011】第9號，2011年本）323

7 2 3《國家重點節(jié)能技術(shù)推廣目錄》（發(fā)改委令【2010】第33號，第三批）323

7 2 4《中國節(jié)能技術(shù)政策大綱》（【2006】版）324

7 2 5《“十二五”節(jié)能減排綜合性工作方案》（國發(fā)【2011】26號）324

7 2 6《中華人民共和國節(jié)約能源法》（【2007】修訂版）324

7 2 7《節(jié)能減排統(tǒng)計監(jiān)測及考核實施方案和辦法》(國發(fā)【2007】36號)324

7 2 8《當(dāng)前國家鼓勵發(fā)展的環(huán)保產(chǎn)業(yè)設(shè)備(產(chǎn)品)目錄》(【2010】版)325

7 2 9《節(jié)能技術(shù)改造財政獎勵資金管理辦法》（財建【2011】367號）325

7 2 10《化工企業(yè)能源審計規(guī)范》、《石化企業(yè)能源審計規(guī)范》325

7 3煤化工能耗現(xiàn)狀及能源轉(zhuǎn)化效率分析325

7 3 1合成氨、煉焦與焦化、電石行業(yè)能耗現(xiàn)狀及節(jié)能減排潛力分析325

7 3 2現(xiàn)代煤化工不同工藝技術(shù)能量轉(zhuǎn)化率分析327

7 4煤化工產(chǎn)業(yè)CO2減排及治理329

7 4 1中國的CO2減排任重而道遠329

7 4 2各種煤化工工藝CO2排放比較330

7 4 3CO2減排及治理333

7 5焦化及氮肥(甲醇)行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)及應(yīng)用334

7 5 1焦化行業(yè)334

7 5 2氮肥（甲醇）行業(yè)338

7 6煤化工設(shè)計工作與節(jié)能減排343

7 6 1做好《可行性研究報告》“節(jié)能減排篇（章）”的編制343

7 6 2設(shè)計工作中應(yīng)同時考慮單項技術(shù)能耗最低，整體系統(tǒng)能量最優(yōu)344

7 6 3設(shè)計工作應(yīng)從總體、全局出發(fā)，綜合考慮各種節(jié)能措施344

7 6 4針對“單個企業(yè)”、“化工園區(qū)”的各自特點，做好相應(yīng)的節(jié)能減排設(shè)計344

7 7煤化工廢水“零排放”技術(shù)進展及工程應(yīng)用345

7 7 1焦化行業(yè)廢水零排放345

7 7 2氮肥行業(yè)廢（污）水零排放351

7 7 3現(xiàn)代煤化工與廢水零排放357

參考文獻362

附錄

1二氧化碳、水蒸氣的輻射傳熱系數(shù)364

2蓄熱室傳熱系數(shù)計算圖366

附錄1二氧化碳、水蒸氣的輻射傳熱系數(shù)363

附錄2蓄熱室傳熱系數(shù)計算圖365

附圖

附圖1焦化廠總平面布置圖

附圖2TJL5550D型搗固焦爐平面布置圖

附圖3裝煤除塵站流程示意圖

附圖4低溫甲醇洗工藝流程簡圖

附圖5低溫甲醇洗設(shè)備布置圖

附圖6栲膠脫硫主要工藝流程圖

附圖7工藝流程圖

附圖8設(shè)備布置圖示例

中國是一個幅員遼闊，資源相對短缺的國家。特別是在能源占有方面，各類主要能源人均擁有量均低于世界平均水平。其中煤炭的人均擁有量為世界人均的50%，石油和天然氣則僅為15%。正是由于這一不可改變的稟賦條件，決定了中國的能源結(jié)構(gòu)在過去和將來的一段時間內(nèi)必須以煤炭為主。

作為化工原料，在2004年之前，煤化工產(chǎn)業(yè)一直是以傳統(tǒng)的煤化工產(chǎn)品為主，主要是尿素、甲醇、PVC、焦炭等產(chǎn)品。到了最近幾年，隨著中國研發(fā)能力和工程化能力的全面提升，無論煤化工的產(chǎn)品種類，還是生產(chǎn)規(guī)模，都有了本質(zhì)的變化，形成了新型煤化工的雛形。煤直接液化、煤間接液化、煤制烯烴、煤制丙烯、甲醇制汽油等工業(yè)化裝置的投入運行，以及指日可待的煤制天然氣工廠的建成，呈現(xiàn)出中國煤化工產(chǎn)業(yè)前所未有的局面。

由以上的產(chǎn)品變化可以看出，煤化工產(chǎn)品正在經(jīng)歷著由傳統(tǒng)的化工產(chǎn)品向補充石油化工產(chǎn)品的方向轉(zhuǎn)變，在國民經(jīng)濟中的作用也發(fā)生了根本性的轉(zhuǎn)變。

隨著中國實現(xiàn)現(xiàn)代化步伐的不斷加快，中國能源短缺的現(xiàn)象也越來越嚴重。石油的對外依存度已經(jīng)超過了50%，絕對值也超過了2億噸/年,天然氣的短缺更為嚴重，必將會制約中國社會工業(yè)化、城市化的進程。

我國的西北和東北（內(nèi)蒙古東部）地區(qū)煤炭儲量巨大，大多屬于比較年輕的煤種。這些地區(qū)一般地廣人稀，距離能源的最終用戶較遠，交通運輸能力較弱。因此，將煤炭加工成化工產(chǎn)品就成了這些地區(qū)發(fā)展地方經(jīng)濟的必然選擇。各煤化工企業(yè)基本上都是選擇了新型煤化工產(chǎn)品。

由此可以看出，目前，煤化工在中國的主要作用除了繼續(xù)扮演化肥、焦炭、PVC等化工產(chǎn)品的主力軍之外，又承擔(dān)了緩解石油化工產(chǎn)品短缺和天然氣供應(yīng)不足的角色。

任何工業(yè)的發(fā)展都離不開設(shè)計,工程設(shè)計能力體現(xiàn)了一個國家工業(yè)體系的整體水平。沒有高水平的工程設(shè)計企業(yè)，就無法理解現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展理念，無法體會頗具匠心的先進技術(shù)的獨到之處，也就無法消化吸收先進技術(shù)并最終為自己的國家服務(wù)。

在工業(yè)領(lǐng)域，中國是后來者，總是有人說“后發(fā)優(yōu)勢”，而后發(fā)的優(yōu)勢就是可以直接面對世界上最先進的技術(shù)而無需像發(fā)達國家一樣去耗費幾百年的歷程。但是后發(fā)也意味著我們必須在先發(fā)者制定的規(guī)則下運行，先發(fā)者可以利用先發(fā)優(yōu)勢限制我們的發(fā)展。他們不斷地提高產(chǎn)業(yè)門檻，力圖將我們關(guān)在發(fā)展尖端產(chǎn)業(yè)的門外。此時，保證國家的持續(xù)發(fā)展，便成了工程設(shè)計行業(yè)的一項重要任務(wù)。我們可以看到某些先進的技術(shù)把持在某些跨國企業(yè)的手中被作為牟取暴利的工具，而我們卻無能為力。沒有過硬的設(shè)計能力就不會有好的產(chǎn)品。

產(chǎn)品的質(zhì)量是產(chǎn)品能否進入市場的關(guān)鍵，不能想象不合格的產(chǎn)品能夠在競爭中取勝。此時，設(shè)計便顯得格外重要。在中國，建設(shè)國際型工程公司的倡導(dǎo)始于二十多年前，其目的無非是通過提高設(shè)計水平來改善工廠的控制和管理。記得我的前輩們說過，“不要把產(chǎn)品的質(zhì)量不高全部歸罪于工廠的管理，我們的設(shè)計起著舉足輕重的作用”。沒有考慮周詳?shù)脑O(shè)計，就不會有好的產(chǎn)品質(zhì)量。

產(chǎn)品的競爭力不僅僅是質(zhì)量的競爭，還是能耗的競爭。高能耗也應(yīng)當(dāng)是技術(shù)落后的體現(xiàn)，有些能耗問題恰恰體現(xiàn)的是工程設(shè)計水平。當(dāng)我們以高成本的產(chǎn)品到市場上去競爭時，無論質(zhì)量如何，失敗都是必然的。

有經(jīng)驗的工程師都知道，不同化工單元的組合，會有不同的結(jié)果。利用各種不同的組合去改變工廠的規(guī)模、產(chǎn)品的組合甚至改變產(chǎn)品的品種等都是工程設(shè)計的主要內(nèi)容。

煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對高水平的工程設(shè)計的依賴是顯而易見的。如果由于工程設(shè)計水平的低下造成工廠不能正常開工，必然會給工廠帶來損失。企業(yè)的重要功能之一是為投資者帶來利潤，這是低下的設(shè)計水平所無法達到的。

“科學(xué)研究是生產(chǎn)力”這在中國是大家都認可的，但是少有人去深究科研成果是如何變?yōu)樯a(chǎn)力的。實際上，科研成果的工程化一直是技術(shù)進步的十分關(guān)鍵的一步。在計劃經(jīng)濟年代，科研與工程設(shè)計是完全脫節(jié)的。科研不管市場需求，設(shè)計只是簡單的重復(fù)。設(shè)計與科研的結(jié)合基本上都是政府部門的“拉郎配”，雙方都沒有積極配合的欲望。到了今天，從事設(shè)計的工程公司更清楚市場的需求，會主動尋求與科研機構(gòu)的合作。這種合作為科研成果走向市場帶來了機遇，在科研成果與生產(chǎn)力之間搭起了橋梁。沒有這個橋梁，就沒有今天中國新技術(shù)層出不窮的大好局面。

工程公司不僅僅是將科研成果轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)力，還可以通過自己的不斷創(chuàng)新為市場提供越來越多的新產(chǎn)品。同時通過自己敏銳的市場觀察力，洞察市場需求，開創(chuàng)新的工藝、新的技術(shù)。

最典型的事例是中國新型煤化工產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟，在這個聯(lián)盟中處于領(lǐng)導(dǎo)地位的是中國化學(xué)工程集團公司，而這個集團的核心是中國的大型工程公司。這些工程公司利用自己在市場前沿的地位，不斷尋求產(chǎn)品和技術(shù)的創(chuàng)新，使當(dāng)今的煤化工產(chǎn)業(yè)能夠不斷地推陳出新。

編寫本書的目的是想使讀者能夠通過本書對煤化工設(shè)計所涉及的領(lǐng)域和技術(shù)有一個大概的了解。由于篇幅所限，僅從化工工藝專業(yè)的角度對設(shè)計要點和內(nèi)容進行簡要介紹，不可能涉及太多的化工單元知識，也不可能涉及所有專業(yè)。選擇的各章節(jié)內(nèi)容的組合就是一個煤化工工廠工藝裝置的主要組成部分。由于有些設(shè)計內(nèi)容受知識產(chǎn)權(quán)保護，同時受我們知識范圍局限，不可能對所有的煤化工技術(shù)都能詳細論述。因此，有很多技術(shù)在本書中只是進行文字介紹，沒有設(shè)計計算及其他設(shè)計過程的描述，敬請讀者諒解。

本書主要由張慶庚編寫，其中第2章由李凡編寫并負責(zé)全書統(tǒng)稿;第7章由李好管編寫;郭光宙、馬英民、李剛參加了部分章節(jié)的編寫。李小紅、程柱、左永飛、郝巧鈴、張京、白永輝、王培和孔嬌等參加了文獻資料收集整理、圖表繪制、輔助計算和文字處理等工作。在本書付梓之際感謝謝克昌院士、李大尚設(shè)計大師對本書編寫工作的指導(dǎo)，感謝所有在本書編寫過程中給予關(guān)心和幫助的同事、朋友，感謝化學(xué)工業(yè)出版社編輯們的辛勤工作。

由于本書編寫在工作之余，時間倉促，加之水平有限，書中不足和欠妥之處敬請讀者見諒并批評指正。

編者

2012年1月2100433B

《現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書:煤化工設(shè)計基礎(chǔ)》內(nèi)容涵蓋煤化工的項目設(shè)計、煤化工項目與煤質(zhì)的關(guān)系、煤焦化設(shè)計、煤氣化裝置的設(shè)計、煤氣凈化技術(shù)、煤制化學(xué)品的設(shè)計、煤化工過程的節(jié)能減排等煤化工主要組成部分。

《現(xiàn)代煤化工技術(shù)叢書:煤化工設(shè)計基礎(chǔ)》可供從事化工設(shè)計的工程技術(shù)人員，特別是煤化工項目工程設(shè)計人員，以及高?；すに噷I(yè)師生閱讀參考。

煤化工新技術(shù)、新工藝的產(chǎn)業(yè)化離不開整體考慮和合理設(shè)計，而設(shè)計基礎(chǔ)來源于全面的知識和成功的實踐。張慶庚、李凡、李好管編著的《煤化工設(shè)計基礎(chǔ)》從化工工藝的角度出發(fā)，系統(tǒng)闡述了煤化工設(shè)計所涉及的各個領(lǐng)域和技術(shù)，特別是對設(shè)計要點進行了介紹。

《現(xiàn)代煤化工技術(shù)及廢水處理工程實踐》全書共8章。第1章～第3章對我國現(xiàn)代煤化工的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢進行了分析，詳細介紹了目前市場上的主要煤化工產(chǎn)品，詳細分析了現(xiàn)代煤化工主要生產(chǎn)工藝及各種典型工藝的廢水產(chǎn)排污節(jié)點，給出了結(jié)合多個企業(yè)的現(xiàn)場調(diào)研獲得的較可靠的廢水水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)。第4章介紹了各類廢水的處理方法現(xiàn)狀及新技術(shù)進展。第5章～第8章結(jié)合多個典型煤化工企業(yè)實際案例，詳細分析了煤氣化、煤液化、煤制甲醇、煤制烯烴四個產(chǎn)業(yè)鏈在生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)產(chǎn)生廢水的規(guī)律及水質(zhì)特征，歸納了其主要處理工藝，討論了各處理工藝的可行性及處理效果。

本書實用性較強，可供煤化工企業(yè)管理人員、工程技術(shù)人員、煤化工科研人員閱讀，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參考閱讀。