低阶煤热解与荒煤气利用技术

本书是一部系统阐述低阶煤热解与荒煤气利用技术的专业著作，聚焦低阶煤分质利用这一颇具发展前景的领域，为煤炭清洁高效转化及国家能源安全保障提供了关键技术路径。书中介绍了我国低阶煤资源现状及在能源结构中的重要地位，阐述以低阶煤为原料经中低温热解获取半焦、煤焦油和荒煤气，再通过深加工制取清洁能源与基础化学品的核心思路。主要内容包括低阶煤热解技术及应用业绩，荒煤气利用成套技术涉及的荒煤气压缩、荒煤气高温非催化转化、转化气一氧化碳变换、高含氮气酸性气脱除、高含氮气CO分离及脱氮、PSA变压吸附提氢、合成气制乙二醇等专利技术，以及荒煤气综合利用工程生产运行及评价。书中汇集了大量专利设备参数、工艺性能指标数据、工程设计方案、比较分析标准及成套技术应用案例。
本书汇集了作者团队以及多家研发单位的智慧和经验，适合煤炭、焦化及新型煤化工行业的科研开发人员、工程技术人员和企业生产人员参考阅读，也可作为高等院校煤化工相关专业的教学参考书。

汪寿建，教授级高 级工程师，国家注册化工/咨询工程师，享受国务院政府专家津贴；中国石油和化学联合会专家、国家专利局特聘专家、中国国际咨询公司特聘石化轻纺领域专家。1982年1月毕业于武汉工程大学（原武汉化工学院）化工系，长期从事化工、煤化工以及石化行业设计、技术研发项目管理工作。参加多项国家重点工程设计及建设，并担任项目经理等职。1995-2007年曾任中国五环工程有限公司副总经理，2007-2017年4月任中国化学工程集团股份公司总工程师/集团专家委员会副主任委员。 在国 家级核心刊物发表各类论文70余篇；发表专利10项，组织参编了15部石油化工行业技术标准，如HB/20231-2014《化学工业建设项目试车规范》，HB50256-2015《化工高压管道、管件通用技术规范》。

第一章　总论 001
第一节　概述 001
一、低阶煤分质利用 001
二、煤热解多联产 002
三、荒煤气多联产成套技术 003
第二节　煤炭/低阶煤分类 004
一、国外煤炭分类及定义 005
二、国内煤炭分类及定义 005
第三节　中国煤炭资源状况 008
一、煤炭资源概况 008
二、煤炭预测资源量 009
三、煤炭探获资源量 009
四、煤炭保有资源量 010
五、煤炭保有资源储量 011
六、煤炭资源分布 011
七、低阶煤煤质主要特征 015
第四节　低阶煤热解技术及过程分析 016
一、概述 016
二、国外煤热解技术 017
三、国内煤热解技术 017
四、煤热解过程相关性分析 020
五、煤热解过程阶段划分 020
第五节　煤热解目标产品及粒度选择 021
一、煤热解目标产品 021
二、煤热解粒度选择 022
第六节　低阶煤热解多联产 023
一、油品、氢气和半焦原料多联产方案 023
二、油品、氢气及合成气和化学品多联产方案 023
三、油品、氢气及燃气和发电多联产方案 024
四、油品、氢气及甲烷气和天然气多联产方案 024
五、合成气耦合与油品耦合多联产方案 024
六、煤热解及多联产发展趋势 025
第七节　荒煤气多联产分质利用 025
一、概述 025
二、荒煤气利用现状 025
三、荒煤气清洁高效转化 026
四、荒煤气多联产分质利用的发展趋势 027
参考文献 028

第二章　低阶煤热解技术 030
第一节　概述 030
一、煤热解定义 030
二、煤热解过程 030
第二节　煤热解反应机理与原理 031
一、煤快速热解过程机理 032
二、煤慢速热解过程机理 033
三、煤热解原理及化学反应 034
第三节　煤热解的影响因素 036
一、煤种煤质 036
二、热解温度及热解终温 036
三、加热速率 037
四、热解压力 038
五、煤料粒径 038
六、缺氧程度（气氛） 038
第四节　煤热解工艺分类 038
一、概述 038
二、回转炉热解工艺 039
三、移动床热解工艺 039
四、流化床热解工艺 039
五、气流床热解工艺 040
六、振动床热解工艺 040
七、外热式低温干馏（热解）工艺 040
八、内热式气体热载体热解工艺 041
九、内热式固体热载体热解工艺 041
十、内外热载体混合换热热解工艺 041
第五节　外热式间接加热低温热解技术 041
一、龙成旋转床低温热解工艺 042
二、三瑞外热式回转炉低温热解工艺 047
三、众联盛MWH 型蓄热室式直立炉热解工艺 051
四、MRF 多段回转炉低温热解工艺 055
五、神木天元回转炉低温热解工艺 055
第六节　内热式直接加热气载体热解技术 056
一、RNZL 干馏直立炉热解工艺 056
二、SJ 直立方炉低温干馏工艺 059
三、GF 直立炉干馏工艺 062
四、SM-GF 分段多层立式矩形热解工艺 066
第七节　内热式直接加热固载体热解技术 069
一、DG 固体焦载体移动床快速热解工艺 070
二、循环流化床固体焦载体粉煤热解工艺 074
三、ZDL 固体灰载体流化床热解工艺 076
四、固体灰载体流化床粉煤低温热解工艺 080
第八节　内热式气固热解气化耦合技术 081
一、CCSI粉煤热解气化一体化工艺 081
二、SM-SP 气固热载体粉煤双循环快速热解工艺 084
第九节　低阶煤热解发展趋势 087
一、典型煤热解工艺分析汇总 087
二、煤热解共性问题分析 091
三、煤热解工艺创新与突破 092
参考文献 092

第三章　半焦气化技术 095
第一节　半焦气化工艺过程分析 095
一、半焦气化功能分析 095
二、半焦气化过程共性 096
三、半焦固定床气化 097
四、半焦流化床气化 098
五、半焦气流床气化 098
六、半焦化学链气化 099
七、半焦超临界水气化 099
八、兰炭气化的工艺应用 100
第二节　半焦气化反应过程机理 101
一、半焦理化特性 101
二、气化反应的化学原理 104
三、气化反应的动力学原理 105
四、气化反应的热力学原理 105
五、气化动力学模型 107
六、气化热力学模型 112
第三节　煤半焦与生物质半焦共气化分析 114
一、生物质半焦和煤半焦的来源和差异 114
二、煤半焦与生物质半焦共气化原理 115
三、混合焦理化性质对共气化特性的影响 115
四、AAEM 组分的协同催化作用 116
五、煤半焦与生物质半焦共气化面临的挑战 117
第四节　气化技术工艺类型与选择分析 118
一、固定床气化工艺 118
二、流化床气化工艺 119
三、气流床气化工艺 120
四、气化工艺比较分析 121
第五节　气化工艺性能评价 123
一、气化工艺性能评价指标 123
二、不同气化工艺对性能评价的影响 124
第六节　气化技术的发展趋势 125
一、高效洁净绿色环保 125
二、多元耦合 126
三、数字智能模块化 126
四、持续创新 126
参考文献 128

第四章　荒煤气加工利用技术 130
第一节　概述 130
第二节　荒煤气发电技术 130
一、荒煤气发电现状 130
二、荒煤气发电特点及关键设备 132
三、荒煤气发电余热回收 133
四、荒煤气发电预处理及净化 134
第三节　荒煤气燃烧副产蒸汽技术 137
一、荒煤气预处理 137
二、高效燃烧与低排放 138
三、热能转换与蒸汽生成 138
四、全燃荒煤气高温高压锅炉特点 139
五、能源利用与经济效益 140
六、环保排放与配套措施 141
第四节　荒煤气制合成气（CO+ H2）技术 141
一、概述 141
二、荒煤气固定床吸附净化分离工艺 142
三、荒煤气非催化转化净化分离工艺 142
四、荒煤气制合成气工艺比较 143
第五节　荒煤气制合成氨技术与能耗 144
一、荒煤气制合成氨工艺选择 144
二、荒煤气制合成氨工艺特点 146
三、荒煤气制合成氨能耗分析 147
四、荒煤气制合成氨应用前景 148
第六节　荒煤气制氢技术与能耗 148
一、荒煤气制氢工艺选择 148
二、荒煤气制氢工艺特点 149
三、荒煤气制氢能耗分析 149
四、荒煤气制氢应用前景 151
第七节　荒煤气制甲醇技术与能耗 152
一、荒煤气制甲醇工艺选择 152
二、荒煤气制甲醇工艺特点 153
三、荒煤气制甲醇的CO 分离 153
四、荒煤气制甲醇能耗分析 156
五、荒煤气制甲醇耦合绿氢发展趋势 157
第八节　荒煤气制乙二醇技术与能耗 158
一、荒煤气制乙二醇工艺选择 158
二、荒煤气制乙二醇工艺特点 159
三、荒煤气制乙二醇能耗分析 162
四、荒煤气制乙二醇应用前景 163
第九节　荒煤气制天然气技术与能耗 163
一、荒煤气制天然气工艺选择 163
二、荒煤气制天然气工艺特点 164
三、荒煤气制天然气能耗分析 164
四、荒煤气制天然气应用前景 166
第十节　荒煤气联产化学品方案选择 167
一、荒煤气组分和气源对方案的影响 167
二、荒煤气中有毒物质对方案的影响 168
三、市场需求及产业政策对方案的影响 168
四、荒煤气能量梯级利用对方案的影响 169
五、荒煤气联产化学品方案的选择 169
参考文献 170

第五章　荒煤气压缩 171
第一节　离心式压缩机技术概述 171
一、离心式压缩机技术的发展 171
二、离心式压缩机工作原理 172
三、离心式压缩机在煤化工行业的应用 172
四、荒煤气压缩机 172
第二节　荒煤气压缩机本体结构 173
一、离心式压缩机定子 173
二、离心式压缩机转子 176
三、支撑轴承 177
四、推力轴承 177
五、轴承压盖 178
六、轴端密封 178
第三节　离心式压缩机附属设备 179
一、驱动机选型 179
二、联轴器及防护罩 180
三、齿轮传动装置 180
四、底座 181
五、转子顶轴油系统 181
第四节　离心式压缩机的性能调节 183
一、离心式压缩机的性能曲线 183
二、离心式压缩机的喘振和阻塞 184
三、离心式压缩机与管网联合工作 186
四、离心式压缩机的性能调节方式 186
第五节　仪表监测及控制 187
一、轴系监测仪表 187
二、气路控制系统 188
三、自动控制与调节 190
第六节　压缩机组油系统 191
一、油系统概述 191
二、功能和组成 191
三、主要配置 191
四、润滑油性能参数 192
第七节　荒煤气压缩机的注水系统 192
一、概述 192
二、主要配置与功能说明 193
三、注水系统控制 193
第八节　压缩机操作与维护 195
一、压缩机操作 195
二、机组运转过程中的故障排除 195
三、不运行期间的维护 196
四、离心式压缩机维护 197
第九节　大型荒煤气压缩机典型应用 201
一、大型荒煤气压缩机应用概述 201
二、大型荒煤气压缩机应用特点 201
三、汽雾控温防结焦在线注水应用 202
四、大型荒煤气压缩机组主要技术参数 203
五、大型荒煤气压缩机组的节能 204
参考文献 206

第六章　荒煤气高温非催化转化 207
第一节　概述 207
一、荒煤气组成和特性 207
二、荒煤气转化利用难点 208
第二节　荒煤气非催化转化技术特点与创新 208
一、主要技术特点及创新特征 208
二、非催化高效转化炉技术 209
三、长寿命转化烧嘴技术 210
四、强化火管锅炉传热技术 211
五、荒煤气非催化转化成套技术 213
第三节　荒煤气转化的影响因素分析 214
一、荒煤气组成影响 214
二、转化温度影响 214
三、转化压力影响 214
四、蒸汽影响 214
第四节　荒煤气转化基本原理 215
一、反应过程分析 215
二、转化炉内反应区特征 216
第五节　荒煤气转化工艺 217
一、蒸汽转化 217
二、自热式转化 217
三、催化部分氧化 218
四、非催化部分氧化 218
五、二氧化碳重整 218
六、转化反应器分类 219
第六节　荒煤气非催化转化工艺流程 219
一、火管锅炉工艺流程 219
二、激冷工艺流程 220
第七节　关键设备参数及选型 222
一、转化炉 222
二、火管锅炉 222
三、转化烧嘴 223
第八节　转化工序节能、节水与安全 224
一、转化节能与节水 224
二、转化工艺安全 225
第九节　荒煤气非催化转化应用实例与业绩 227
一、荒煤气转化装置规模及原料特性 227
二、荒煤气转化工艺流程 228
三、荒煤气转化工艺指标 229
四、气态烃非催化部分氧化技术应用业绩 229
参考文献 231

第七章　转化气一氧化碳变换 234
第一节　概述 234
第二节　转化气对变换的影响 234
一、转化气对无硫变换的影响 235
二、转化气对耐硫变换的影响 235
第三节　变换基本原理 237
一、变换反应的热效应 237
二、变换反应的平衡常数 238
三、变换反应的评价参数 238
第四节　变换催化剂 241
一、铜锌系无硫变换催化剂 241
二、钴钼系耐硫变换催化剂 243
第五节　变换工艺流程 247
一、无硫变换工艺 247
二、耐硫变换工艺 248
三、变换工艺的选择 251
第六节　变换反应器 251
一、绝热变换反应器 252
二、等温变换反应器 253
三、反应器型式的选择 256
第七节　转化气变换应用实例 256
一、转化气变换流程说明 256
二、主要投资分析 260
三、节能节水分析 261
四、综合比较 261
参考文献 262

第八章　高含氮原料气酸性气体脱除 264
第一节　概述 264
第二节　酸性气体脱除方法和原理 264
一、气液吸收法 264
二、酸脱吸收剂类型 265
三、酸脱工艺选择 266
四、低温甲醇洗工艺原理 268
五、低温甲醇洗工艺特点 270
第三节　酸性气体脱除工艺影响因素分析 270
一、原料气预处理影响 271
二、低操作压力和CO2 分压影响 271
三、未变换气占比影响 271
四、低硫含量影响 272
第四节　酸性气体脱除改进型工艺 272
一、酸脱改进型工艺解决方案 272
二、酸脱改进型工艺流程简述 273
第五节　酸性气体脱除改进与创新特征 276
一、双耦合梯级利用 276
二、半贫液气提工艺 277
三、系统换热网络优化匹配 277
第六节　关键设备改进与选型 278
一、关键塔器设计优化 278
二、关键设备内传质元件设计优化 279
三、高效塔内件优化选型 280
四、关键换热设备优化 283
五、绕管式换热器优化 284
六、绕管式换热器选型 285
第七节　酸性气体脱除工序节能方案 287
一、制冷系统优化及选择 287
二、热泵技术分类及选择 288
第八节　酸性气体脱除改进型工艺应用实例 293
一、应用背景 293
二、原料气规格 293
三、主要技术指标 294
四、工艺设计说明 294
五、物料平衡 295
六、设备一览表 295
七、消耗指标 298
参考文献 298

第九章　高含氮原料气变压吸附CO 分离 300
第一节　概述 300
一、吸附概念 300
二、吸附分类 300
三、变压吸附技术 301
第二节　变压吸附分离CO 基本原理 301
一、变压吸附原理 301
二、变压吸附热力学与动力学 302
第三节　变压吸附分离CO 技术及其类型 304
一、变压吸附分离CO 技术发展历程 304
二、变压吸附分离CO 技术类型 305
三、变压吸附分离CO 吸附剂的发展历程 306
四、变压吸附分离CO吸附剂现状 306
第四节　变压吸附分离CO的影响因素 307
一、高含氮原料气 307
二、CO 分离提纯产品气 308
三、高含氮原料气CO 分离瓶颈 308
第五节　PU-1吸附剂性质特点 309
一、自发单层分散原理 309
二、PU-1吸附剂性质特点 309
第六节　变压吸附分离CO 工艺流程与设备选型 310
一、变压吸附分离CO 工艺流程简述 310
二、变压吸附分离CO 工艺主要设备选型 311
第七节　变压吸附分离CO 环保、能耗与安全 314
一、变压吸附分离CO 三废排放 314
二、变压吸附分离CO 能耗 314
三、变压吸附分离CO 职业危害与有害因素 315
四、变压吸附分离CO 安全防护 315
第八节　变压吸附分离CO应用实例 316
一、变压吸附分离CO 应用简述 316
二、荒煤气变压吸附分离CO 317
三、转炉煤气变压吸附分离CO 317
四、高炉煤气变压吸附分离CO 317
五、电石炉尾气变压吸附分离CO 318
参考文献 318

第十章　变压吸附氢分离与提纯 320
第一节　变压吸附提氢主要特点 320
第二节　变压吸附提氢的影响因素分析 321
一、工艺条件变化的影响因素 321
二、产品氢气回收率的影响因素 322
三、产品氢纯度的影响因素 323
四、吸附剂性能的影响因素 323
第三节　变压吸附提氢工艺流程选择 324
一、吸附分离工艺流程种类 324
二、吸附分离工艺流程选择 324
三、变压吸附提氢工艺流程 325
第四节　荒煤气提氢工艺流程与设备选型 328
一、荒煤气来源与特点 328
二、荒煤气提氢工艺流程选择 328
三、荒煤气提氢关键设备选型 332
第五节　变压吸附提氢节能技术 338
一、变压吸附提氢能耗 338
二、变压吸附提氢再生方式优缺点 338
三、变压吸附提氢再生节能降耗 339
第六节　变压吸附提氢应用实例 340
一、荒煤气提氢概述 340
二、提氢装置工艺流程 340
三、提氢吸附塔工艺步骤 341
四、提氢物料简表与设备规格 342
五、提氢工艺特点 343
参考文献 343

第十一章　合成气制乙二醇 344
第一节　概述 344
一、乙二醇的用途 344
二、乙二醇的合成方法 344
第二节　合成气制乙二醇基本原理 345
一、合成路线简述 345
二、DMO 合成技术 345
三、DMO 精馏技术 350
四、DMO 加氢技术 351
五、乙二醇精馏与精制技术 352
第三节　合成气制乙二醇工艺 353
一、DMO 合成工艺 353
二、DMO 精制及水分离 354
三、亚酯回收 354
四、DMO 辅助工艺系统 354
五、乙二醇合成工艺 354
六、氢回收 355
七、乙二醇分离与精制 355
第四节　合成气制乙二醇关键催化剂 355
一、催化剂概述 355
二、草酸二甲酯合成催化剂 356
三、草酸二甲酯加氢催化剂 358
第五节　合成气制乙二醇主要特点 360
一、系统配置 360
二、亚硝酸甲酯循环再生与酯化-羰化耦合 360
三、乙二醇产品达聚酯级质量指标要求 361
四、本质安全确保装置整体安全性能 362
第六节　合成气制乙二醇的影响因素分析 362
一、原料的影响 362
二、催化剂的关键影响因素 363
三、乙二醇产品质量的影响因素 364
第七节　合成气制乙二醇的节能、节水与安全 366
一、合成气制乙二醇的节能与节水 366
二、合成气制乙二醇装置安全分析 367
第八节　合成气制乙二醇应用实例 369
参考文献 369

第十二章　荒煤气制乙二醇生产装置运行与改进 371
第一节　项目概述 371
一、项目简介 371
二、项目建设背景 372
三、项目建设过程 372
第二节　项目装置及运行效果 373
一、主要生产装置 373
二、荒煤气制乙二醇总工艺流程 374
三、生产运行及效果评价 374
第三节　荒煤气压缩工序 376
一、压缩概述 376
二、压缩生产运行中的主要问题 376
三、压缩生产运行问题分析 377
四、压缩采取的主要改进措施 378
五、压缩总体运行效果 378
第四节　荒煤气非催化转化工序 379
一、转化概述 379
二、转化生产运行中的主要问题 380
三、转化生产运行问题分析 380
四、转化采取的主要改进措施 381
五、转化总体运行效果 382
第五节　变换及热回收工序 382
一、变换概述 382
二、变换生产运行中的主要问题 383
三、变换生产运行问题分析 384
四、变换采取的主要改进措施 387
五、变换总体运行效果 388
第六节　高含氮气酸性气脱除工序 388
一、酸脱概述 388
二、酸脱生产运行中的主要问题 389
三、酸脱生产运行问题分析 390
四、酸脱采取的主要改进措施 392
五、酸脱总体运行效果 393
第七节　高含氮气CO 提纯工序 393
一、CO 提纯概述 393
二、CO提纯生产运行中的主要问题 393
三、CO 提纯生产运行问题分析 394
四、CO提纯采取的主要改进措施 394
五、CO 提纯总体运行效果 395
第八节　变压吸附提氢工序 396
一、PSA 提氢概述 396
二、PSA 提氢生产运行中的主要问题 396
三、PSA 提氢生产运行问题分析 397
四、PSA提氢采取的主要改进措施 397
五、PSA 提氢总体运行效果 398
第九节　合成气制乙二醇工序 398
一、乙二醇工序概述 398
二、乙二醇生产运行中的主要问题 399
三、乙二醇生产运行问题分析 401
四、乙二醇工序采取的主要改进措施 403
五、乙二醇工序总体运行效果 405
参考文献 406