現代煤化工技術叢書：氣體淨化分離技術

內容簡介

《氣體淨化分離技術》就目前煤氣淨化分離科學與技術的發展進行概述，在簡述氣體淨化與分離科學和技術基礎上，從煤炭中元素賦存形態到污染物的形試踏盛成出發，重點介紹了煤氣中硫化物虹籃、二氧化碳、氮化物及粉塵的脫除與分離技術及研究狀況。《氣體淨化分離技術》共分為6章。第1章綜述了硫化物、氮化物、鹵化物及其他在煤中賦存形態和轉化，以及危害和脫除。第2章簡述了氣體淨化與分離技術基礎——氣體吸收原理與吸附原理。第3章論述了硫化物脫除方法及脫硫研究狀況。第4章論述了NH3和HCN的形成、轉化及脫除方法。第5章重點介紹了CO2的脫除與分離，並對脫碳工藝進行了比較。第6章綜述了煤氣中煤塵分離機理及除塵方法。

圖書目錄

第1章煤氣中的污染物及其形成

1.1 粉塵

1.1.1 粉塵的基本性質

1.1.2 粉塵的危害及其防護

1.1.3 煤氣中粉塵的形成

1.1.4 煤氣中粉塵的控制與脫除

1.2 硫化物

1.2.1 煤中硫賦存形態

1.2.2 熱轉化過程中硫化物的釋放

1.2.3 硫化物的危害及脫除

1.3 氮化物

1.3.1 煤中氮的賦存形態

1.3.2 煤轉化過程中氮化物的釋放

1.3.3 氮化物的危害及脫除

1.4 鹵化物及其他

1.4.1 氯請束剃的賦存形態及其轉化

1.4.2 氟的賦存形鑽探熱店態及其轉化

1.4.3 鹼金屬的存在及其轉化

1.4.4 汞和砷的賦存形態及其轉化

參考文獻

第2章煤氣淨化與分離技術基礎

2.1 氣液相相互作用基礎——氣體吸收

2.1.1 氣體吸收概述

2.1.2 吸收過程的物理化學原理

2.1.3 吸收過程理論模型

2.1.4 吸收過程中傳質速率

2.1.5 氣體吸收和再生設備

2.2 氣固相相互作用基礎——氣體吸附

2.2.1 氣體吸附概述

2.2.2 吸附原理

2.2.3 吸附平衡與等溫方程

2.2.4 吸附動力學

2.2.5 吸附反應體系的分析

2.2.6 吸附床層動態行為

2.2.7 氣體吸附裝置

參考文獻

第3章硫化物的脫除淨化

3.1 概述

3.1.1 硫化物的性質

3.1.2 硫化物的危害及原料氣中硫化物含量的要求

3.1.3 硫化物脫除方法分類

3.2 低、常溫氣體脫硫

3.2.1 硫化物的低溫物理吸收脫除

3.2.2 硫化物的常溫催化氧化脫除

3.2.3 硫化物的常溫化學吸收脫除

3.2.4 硫化物的常溫乾法脫除

3.3 中溫氣體脫硫

3.3.1 中溫氧化鐵基脫硫劑

3.3.2 中溫氧化鋅基脫硫劑

3.3.3 氧化錳脫硫劑

3.3.4 中溫複合脫硫劑

3.4 高溫氣體脫硫

3.4.1 高溫煤氣脫硫劑發展概述

3.4.2 高溫煤氣脫硫劑中活性組分的作用及金屬氧化物間相互作用

3.4.3 高溫煤氣脫硫劑的氣氛效應

3.4.4 高溫煤氣脫硫劑的製備及其穩定性

3.4.5 高溫脫硫劑織構構效關係及脫硫/循環過程中穩定性

3.4.6 高溫脫硫劑再生行為

3.4.7 高溫煤氣脫硫反應器及工藝流程

3.5 有機硫催化轉化

3.5.1 氫解轉化法

3.5.2 水解轉化法

3.5.3 氧化轉化法

3.6 乾法脫硫過程中放硫現象

3.6.1 活性炭基脫硫過程

3.6.2 金屬氧化物基脫硫過程

3.7 脫硫反應動力學中的補償效應

3.7.1 中溫氧化鋅脫硫氣氛效應中的補償效應

3.7.2 高溫氧化鐵悼蜜戒脫硫不同助劑對還原性能影響中的補償效應

3.7.3 鐵鈣型複合金屬氧化物製備與脫硫過程中的補償效應

3.7.4 鐵酸鋅高溫煤氣脫硫劑還原過程中補償效應

3.7.5 有機硫催化水解反應過程中的補償效應

3.7.6 補償效應的理論解釋

3.8 脫硫方法及工藝比較

3.8.1 乾法脫硫方法比較

3.8.2 濕法脫硫方法比較

參考文獻

第4章氮化物的轉化及脫除

4.1 NH3和HCN的形成及其轉化

4.1.1 煤質特性的影響

4.1.2 煤中含氮物存在形態的影響

4.1.3 煤中礦物質的影響

4.1.4 反應氣氛的影響

4.1.5 操作參數的影響

4.2 氮氧化物的脫除技術

4.2.1 乾法脫硝技術

4.2.2 濕法脫硝技術

4.2.3 脫硫脫硝一采請想鴉體化技術

參考文獻

第5章二氧化碳的脫除與分離

5.1 概述

5.2 溶劑吸收法

5.2.1 物理吸收法

5.2.2 化學吸收法

5.2.3 物理化學吸收法

5.3 變壓吸附法

5.4 聯合生產產品脫碳法

5.4.1 聯醇法

5.4.2 聯碳法

5.4.3 聯鹼法

5.5 脫碳工藝技術比較

5.5.1 國外脫碳工藝套用概況

5.5.2 國內脫碳工藝套用概況

5.5.3 工藝技術比較

參考文獻

第6章龍祖催煤氣除塵技術及其他

6.1 煤氣中粉塵分離的機理

6.1.1 粉塵的一般特性

6.1.2 粉塵分離的機理

6.1.3 除塵器的性能

6.2 除塵方法

6.2.1 慣性除塵器

6.2.2 旋風除塵器

6.2.3 袋式除塵器

6.2.4 電除塵器

6.2.5 濕法除塵器

參考文獻

序言

2008年，中國的煤炭產量高達27.93億噸，是1978年6.18億噸的4.52倍，占2008年世界煤產量的42%，而增量占世界的80%以上。

多年來，在中國的能源消費結構中，煤約占70%，另外兩種化石能源石油和天然氣分別約占20%和3.5%；中國的電力結構中，燃煤發電一直占主導地位，比例約為77%；中國的化工原料結構中，煤炭占一半以上。中國煤炭工業協會預計到2010年全國煤炭需求量在30億噸以上，而中國科學院和中國工程院通過戰略研究預計，到2050年，煤在中國的能源消費結構比例中仍將高居首位，占40%以上，這一比例對應的煤量為37.8億噸，比2010年的需求量多26%。由此可見，無論是比例還是數量，在較長的時期內以煤為主的能源結構和化工原料結構很難改變。

事實上，根據2008年BP公司的報告，在化石能源中，無論是中國還是世界，煤的儲采比（中國45，世界133）都是石油的2倍左右。因此，儘管煤在世界的能源消費結構中僅占28%，低於石油的36%，但“煤炭在未來50年將繼續是世界的主要能源之一”（英國皇家學會主席Martin Rees，路透社2008年6月10日）；“越來越多的化學製品公司正在將煤作為主要原料”（美國《化工新聞》高級編輯A.H.Tullo，2008年3月17日）。

但是，由於煤的高碳性和目前利用技術的落後，煤在作為主要能源和化工原料的同時也是環境的主要污染源。據中國工程院的資料，2006年，我國排放的SO2和NOx的總量達4000萬噸以上，源於燃煤的比例分別為85%和60%，燃煤排放的CO2和煙塵也分別占到總排放量的85%和70%。至於以煤為原料的焦炭、電石等傳統煤化工生產過程，除對大氣污染外，其廢水、廢渣對環境的影響也十分嚴重。據荷蘭環境署統計，2006年中國的CO2排放量為6.2Gt，而2007年又增加了8%。雖然我國的人均CO2排放量遠低於美國等已開發國家，但由於化石能源的碳強度係數高[據日本能源統計年鑑，按噸（煤）計算：煤排放2.66t CO2，石油排放2.02t CO2，天然氣排放1.47t CO2]和我國較長時期仍以化石能源為主（中國科學院數據，到2050年，化石能源在中國能源結構中占70%，其中煤40%、石油20%、天然氣10%），和其他污染物一樣，CO2的排放與治理也必須高度重視並採取有效措施。

煤炭的上述地位和影響，對世界，特別是對中國，無疑是一種兩難選擇。可喜的是，“發展煤化工，開發和推廣潔淨煤技術是解決兩難的現實選擇”已成為人們的共識並取得重要進展。遺憾的是，在石油價格一度不斷飆升的情況下，由於缺乏政策引導、科學規劃，煤化工出現了不顧原料資源、市場需求、技術優劣等客觀條件盲目發展的勢頭。為此，筆者將20餘年來對煤化工科學發展積累的知識、實踐、認識和理解編撰成《煤化工發展與規劃》一書，於2005年9月由化學工業出版社出版發行。與此同時，作為我國化學化工類圖書出版之“旗艦”和科技圖書出版之“先鋒”的化學工業出版社，在原化工部副部長譚竹洲、李勇武的指導下，極具戰略眼光，決定在全國範圍內組織編寫《現代煤化工技術叢書》（以下簡稱《叢書》），出版社誠邀筆者擔任該《叢書》主編，成立了由筆者和李勇武會長（中國石油和化學工業聯合會）為主任的編委會，並於2006年4月18日在太原召開《叢書》第一次編寫會議。就在編委會緊鑼密鼓地組織、協調、推薦作者、確定內容、審定大綱的不到兩年間，國內的煤化工又有了強勢的發展和規劃。據有關方面的粗略統計，2007年全國煤制甲醇生產、在建、計畫產能總計達6000萬噸，2008年實際產量1126.3萬噸；2008年二甲醚產能約410萬噸，實際產量200萬噸；直接和間接液化法“煤制油”的在建和計畫產能也超過千萬噸；技術尚未成熟的煤制低碳烯烴、醇、醚等化工原料在建和計畫項目也此起彼伏，層出不窮。煤化工這種強勢的發展與規劃不僅面臨著市場需求和技術成熟度的有力挑戰，而且還受到原料煤、水資源、環境容量等條件很大限制，其中尤以水資源為甚。美國淡水研究權威、太平洋研究所所長稱：“當水資源受到限制和污染，或者經濟活動不受限制而且缺乏恰當的管理時，嚴重的社會問題就可能發生。而在中國，這些因素的積聚將產生更為嚴重、複雜的水資源挑戰。”按現行技術，煤制甲醇、二甲醚、油（間接液化）的單位產品水耗（t/t）分別為15、22、16。雖然，大量的溫室氣體排放來源於化石能源無節制的使用，特別是燃煤發電和工業鍋爐，但目前的煤化工產品生產工藝過程排放的溫室氣體也不容忽視，英國《衛報》網站說“用煤生產液體燃料的過程所產生的溫室氣體是常規石油燃料的兩倍以上”。至於傳統的煤化工產品生產技術，還對原料煤有苛刻的要求，如固定床造氣需要無煙塊煤或焦炭，而焦化和電石生產的原料煤是焦煤和肥煤，但這些優質煤種的保有儲量僅占煤炭資源保有總量的16.9%（無煙煤）和3.7%（焦煤和肥煤）。

針對上述情況，2009年2月19日，國務院提出“停止審批單純擴大產能的焦炭、電石等煤化工項目，堅決遏制煤化工盲目發展的勢頭”，並要求石化產業的調整振興必須“技術創新、產業升級、節能減排”。這使得煤化工的發展必須要以提高能效、減少能耗、降低排放為目標進行科學規劃、最佳化選擇、合理布局。但是，由於成煤物質和成煤年代等差異所導致的煤的複雜性和煤化學工程的學科特性，煤化工具有基礎研究學科交叉、工程開發技術複雜、規模生產投資巨大的顯著特點。這些特點對以煤氣化為基礎，以一碳化學為主線，以最佳化集成為途徑，生產各種替代燃料和化工產品的現代煤化工尤其突出。要做到煤化工產業的科學規劃、健康發展就必須全面了解、充分把握這些特點。

應運而生的《現代煤化工技術叢書》正是為滿足這一需求，力求通過分冊組成合理、學術實用並舉、集成精粹結合、內容形式統一的編撰，體現現代煤化工的特點；希冀通過對新技術、新工藝、新產品的研究、開發、套用的指導作用，促進煤化工產業的技術進步；期望通過提供基礎性、戰略性、前瞻性的原理數據、可靠信息、科學思路推進煤化工產業的健康發展。為此，在選擇《叢書》編撰者時，優先考慮的是理論基礎紮實、學術思想活躍、資料掌握充分、實踐經驗豐富的分領域技術領軍人或精英。在要求《叢書》分冊編寫時，突出體現“新、特、深、精”。新，是指四新，即新思路、新結構、新內容和新文獻；特，是有特色，即寫法和內容都要有特色，與同類著作相比，特色明顯；深，是說深度，即基礎論述要深，闡述規律要準；精，是要成為精品，即《叢書》不成“傳世”之作，也要成業界人士的“案頭”之作。

根據上述指導思想和編寫原則，《叢書》由以下分冊組成。

1、《煤化工概論》（謝克昌、趙煒編著）：以煤的轉化反應為主線，以煤的轉化技術分章節，闡述煤化工的基本原理，提供煤化工的總體輪廓。

2、《煤炭氣化技術》（於遵宏、王輔臣等編著）：在工藝過程分析、氣化過程原理論述的基礎上，比較各種氣化過程的優劣，給出自主創新的煤炭氣化實例。

3、《氣體淨化分離技術》（上官炬、常麗萍、苗茂謙編著）：以氣化煤氣淨化與分離的科學和技術問題為基礎，比較各種淨化工藝與技術，以解決現存問題，提供最佳技術選擇。

4、《煤基炭素功能材料》（邱介山編著）：在提煉炭素材料基本理論和保持技術前沿性的前提下，介紹已經工業化的技術，推薦有套用前景的新技術。

5、《煤的電漿轉化》（呂永康、龐先勇、謝克昌編著）：作為煤的非常規轉化的重要組成，以多年的實驗工作為基礎，介紹電漿套用於煤轉化的主要技術。

6、《煤的熱解、煉焦和煤焦油加工》（高晉生主編）：以煤的熱解為主線，將熱解、煉焦和煤焦油加工有機結合，通過新技術的闡述，推動傳統煤化工的革新。

7、《煤炭直接液化》（吳春來編著）：以紮實的理論知識和豐富的實踐經驗為基礎，提出直接液化用煤、生產工藝的優選原則，實現理論性和套用性的並重。

8、《煤炭間接液化》（孫啟文編著）：在介紹費托合成反應基礎理論、技術發展的基礎上，重點對核心問題——催化劑和反應器的研發做詳細闡述。

9、《煤基合成化學品》（應衛勇編著）:開發煤基合成化學品的新產品、新技術是現代煤化工的重要組成。面向企業，以闡述煤基化學品的生產技術、工藝和套用為主。

10、《煤基多聯產系統技術及工藝過程分析》（李文英、馮傑、謝克昌編著）：以煤氣化為基礎的多聯產是公認的煤潔淨高效利用的主要技術途徑，通過非多聯產和多聯產過程的分析給出多聯產的創新最佳化實例。

11、《煤基醇醚燃料》（李忠、謝克昌編著）：作為重要的車用替代燃料，結合國內外的實踐，重點介紹甲醇、二甲醚和乙醇燃料的性質、製備和套用。

12、《煤化工過程中的污染與控制》（高晉生、魯軍、王傑編著）：在客觀分析煤化工過程對環境污染的基礎上，通過該過程中有害元素的遷移與控制論述，介紹主要污染物的淨化、減排和利用技術。

13、《煤化工設計基礎》（張慶庚、李凡、李好管編著）：煤化工新技術、新工藝的產業化離不開整體考慮和合理設計，而設計基礎來源於全面的知識和成功的實踐。

由以上《叢書》各分冊的簡介可以看出，各分冊獨立成冊，卻內涵相連，各分冊既非學術專著，又非設計手冊，但發揮之作用卻不僅在於科研、教學之參考，更在於套用、實踐之指導。鑒於中國石油和化學工業聯合會、化學工業出版社對這套《叢書》寄予厚望，國家新聞出版總署將其列為國家“十一五”重點圖書，身居煤化工“冷熱不均”卻舍之不得，仍拼搏奮鬥在第一線的諸位作者深感責任重大，均表示要寫成精品之作，以饗讀者。但因分冊內容不同，作者情況有別，《叢書》難以整體同時問世，敬請讀者原諒。“縱浪大化中，不喜亦不懼”，煤化工的發展道路可能有起有伏，坎坷不平，但其在中國的地位與作用如同其理論基礎和基本原理一樣難以撼動，在通過潔淨煤技術，實現高碳性的煤炭低碳化利用，並與可再生能源一起，促進低碳經濟發展的進程中，現代煤化工必將發揮不可替代的作用。誠望這套立意雖高遠、內容難全面、力求成經典、水平限心愿的《叢書》能在煤化工界同仁的“不喜亦不懼”中，成為讀者為事業不懈追求的忠實夥伴。

2009年9月9日

現代煤化工技術叢書：氣體淨化分離技術

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