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第一章 绪论1

第一节 基本概念1

一、直接煤制合成天然气技术1

二、间接煤制合成天然气技术2

第二节 发展背景和发展历程3

一、国外煤制合成天然气产业发展的背景3

二、我国煤制合成天然气产业发展的背景3

三、我国煤制合成天然气行业发展历程5

四、部分煤制合成天然气项目概况6

第三节 煤制合成天然气产业特点8

一、煤制合成天然气工厂技术特点8

二、原料煤资源特点9

三、煤制合成天然气工厂生产装置特点10

四、煤制合成天然气产品特点10

五、我国天然气供应和消费特点11

六、煤制合成天然气工厂分类11

七、面向城镇用户的煤制合成天然气供应链上存在的主要矛盾12

八、煤制合成天然气工厂调峰问题12

第四节 我国煤制合成天然气产业发展前景13

第五节 煤制合成天然气产品质量特点与应用分析17

第六节 煤制合成天然气工厂生产调度23

一、煤制合成天然气工厂生产调度特点23

二、生产调度原则23

参考文献26

第二章 原料煤的供应保障27

第一节 煤炭资源概述27

一、我国煤炭资源特征27

二、我国褐煤资源特征28

第二节 煤炭的物化特性30

一、煤炭的物理和物理化学性质30

（一）煤的密度30

（二）煤的机械性质30

（三）煤的热性质31

（四）煤的电性质和磁性质32

（五）煤的光学性质32

（六）煤的润湿性33

（七）煤的比表面积和孔隙率33

二、煤的化学性质33

（一）煤的氧化33

（二）煤的热解34

（三）煤的加氢35

（四）煤的氯化35

（五）煤的磺化35

第三节 原料煤特性对气化行为的影响36

第四节 原料煤保障工作范畴39

一、原料煤产供销计划制定39

二、原料煤采制化监控40

三、原料煤混配与存储40

四、原料煤运输与验收40

五、原料煤保障的社会经济效益40

第五节 原料煤的采制化监控41

一、全水分测定41

二、工业分析42

三、全硫测定43

四、发热量测定44

五、灰熔融性测定45

六、元素分析45

七、灰成分分析46

第六节 原料煤的混配及储存47

一、原料煤混配47

二、原料煤储存51

第七节 原料煤的运输及验收51

一、煤的运输51

二、煤的验收53

（一）原料煤数量验收53

（二）原料煤质量验收54

第八节 典型项目原料煤供应的技术经济评价56

一、混配煤的可行性及经济性分析57

二、提高褐煤成块率的经济性分析57

三、试烧烟煤的经济性分析58

参考文献60

第三章 热电动力系统61

第一节 热电动力系统在现代煤化工企业中的地位61

第二节 煤制合成天然气工厂的基本情况和工程技术特点61

一、煤制合成天然气工厂的基本情况61

二、工程技术特点62

第三节 煤制合成天然气工厂热电站的配置及与化工装置的关联62

一、热电站的配置62

二、热电站与化工装置的关联62

第四节 煤制合成天然气工厂热电动力系统的配置方案63

第五节 煤化工企业热动配置方式及评述65

一、“以汽（热）定电”的模式65

二、“自供汽＋外购电”的模式66

三、热、电、化一体化高效大机组的模式68

四、配套建设IGCC联合循环发电装置的模式68

第六节 煤制合成天然气工厂的能效分析70

一、大唐克旗煤制合成天然气项目的综合能效70

二、影响煤制合成天然气项目综合能效的因素70

三、煤制合成天然气升级示范项目不同热电方案的能效比较71

第四章 空气分离73

第一节 概述73

第二节 空气分离技术74

一、空气分离方法74

二、低温法分离空气的主要技术74

（一）透平膨胀机制冷技术74

（二）低温精馏技术75

第三节 空分技术在煤化工项目上的应用77

一、固定床煤气化技术配套空分设备78

二、流化床煤气化技术配套空分设备79

三、气流床煤气化技术配套空分设备80

第四节 主要设备83

一、空气压缩机83

（一）全离心式压缩机83

（二）轴流＋离心式压缩机85

二、直接空冷器85

三、分子筛纯化器86

四、膨胀机87

（一）增压透平膨胀机结构87

（二）液体膨胀机89

五、板式换热器89

（一）主换热器89

（二）冷凝蒸发器90

六、低温精馏塔91

（一）筛板塔91

（二）填料塔91

七、低温液体泵92

（一）往复式低温液体泵93

（二）离心式低温液体泵93

八、低温液体储罐94

（一）高真空绝热储罐94

（二）真空粉末绝热储罐95

（三）普通粉末绝热储罐95

第五节 控制系统95

一、压缩机组控制96

（一）压缩机组防喘振控制96

（二）转速模块化控制97

二、空冷器防冻控制系统98

三、纯化系统控制98

四、低温液体泵的自动控制系统100

五、自动变负荷控制100

第六节 操作要点及事故案例分析102

一、空气分离装置的操作要点102

（一）机组的主要操作102

（二）装置的主要操作103

二、事故案例分析105

（一）空气分离装置退氧操作105

（二）控制油压低引发机组跳车事故105

（三）分子筛纯化器进水事故106

（四）空气及污氮气管道爆裂事故107

（五）主冷爆炸事故107

参考文献108

第五章 煤气化109

第一节 概述109

一、基本概念109

二、煤气化技术分类110

三、煤气化技术选择112

第二节 固定床气化技术113

一、碎煤加压固态排渣气化技术113

（一）技术特征113

（二）鲁奇（Lurgi）煤气化技术114

（三）碎煤加压固态排渣气化122

二、碎煤加压液态排渣气化技术129

第三节 流化床气化技术135

一、鼓泡流化床气化技术135

（一）温克勒煤气化技术135

（二）高温温克勒煤气化技术135

二、灰熔聚流化床气化技术140

（一）U-gasR气化技术140

（二）灰熔聚流化床粉煤气化技术144

（三）灰团聚流化床气化技术147

三、循环流化床气化148

四、输运床气化技术148

第四节 干煤粉气流床气化技术152

一、技术特点及主要影响因素152

二、气流床气化工艺过程153

三、壳牌干煤粉加压气化技术154

四、西门子干煤粉加压气化技术161

五、航天粉煤加压气化技术167

六、科林干煤粉加压气化技术174

七、Prenflo加压煤气化技术178

八、中船重工七一一所塔型气化炉181

九、西安热工院两段式干煤粉气化技术184

十、SE-东方炉气化技术187

第五节 水煤浆气化技术191

一、技术主要特点191

二、GE水煤浆加压气化技术192

三、E-GasTM水煤浆气化技术200

四、多喷嘴对置式水煤浆加压气化技术204

五、清华炉煤气化技术211

第六节 碎煤加压气化技术的应用217

一、概述217

（一）碎煤加压气化的发展历程217

（二）碎煤加压气化的特点219

二、碎煤加压气化过程220

（一）碎煤加压气化的过程特点220

（二）碎煤加压气化过程分析221

三、煤种和煤的性质对加压气化过程的影响228

（一）煤种对加压气化过程的影响228

（二）煤的性质对加压气化过程的影响230

四、碎煤加压气化的工艺操作条件的影响及选定238

（一）气化反应温度与汽氧比238

（二）气化剂温度的影响与确定239

（三）气化操作压力的影响与确定240

五、碎煤加压气化技术的主要指标及工艺计算243

（一）生产数据统计243

（二）主要指标及计算245

（三）工艺过程计算应用248

六、碎煤加压气化炉炉型的发展和基本构造256

（一）鲁奇炉的代表炉型256

（二）加压气化炉的结构及附属设备261

七、加压气化在国内的应用及发展269

（一）加压气化炉的引进与自主开发269

（二）国内气化工艺流程及特点270

八、加压气化装置的工艺管理276

（一）生产过程的控制内容276

（二）气化炉的原始开车操作277

（三）气化炉短期停车后的开车280

（四）气化炉的停车281

（五）气化炉的正常操作要点283

九、4.0MPa加压气化炉的重点技术改进288

十、煤气水分离过程289

（一）煤气水的来源及组成289

（二）煤气水分离过程及原理290

（三）煤气水分离流程293

第七节 Shell加压气化技术的应用294

一、概述294

二、原料及质量对Shell气化的影响295

（一）煤的特性对Shell煤气化的影响295

（二）Shell煤气化对煤粉的要求296

三、Shell煤气化的影响因素及工艺计算297

（一）Shell煤气化的影响因素297

（二）Shell煤气化反应过程的工艺计算298

四、褐煤在Shell煤气化装置中的应用301

（一）多伦煤制烯烃项目概况301

（二）预干燥装置303

（三）Shell煤气化工艺流程306

（四）项目Shell煤气化主要设备312

（五）装置消耗指标317

（六）装置自动化水平318

（七）项目Shell煤气化装置问题与解决方案319

第八节 水煤浆气化技术的应用322

一、概述322

二、褐煤介绍323

三、气化工艺过程324

四、气化装置主要设备326

五、主要工艺技术指标328

六、褐煤水煤浆气化运行状况329

七、褐煤水煤浆气化运行分析与总结330

（一）褐煤质量对水煤浆气化的影响330

（二）褐煤水煤浆气化的影响因素332

（三）温度对煤浆质量的影响333

（四）炉砖333

（五）原料煤333

参考文献334

第六章 合成气净化337

第一节 煤气变换技术337

一、变换反应337

二、变换催化剂337

（一）Fe-Cr系催化剂338

（二）Cu-Zn系催化剂338

（三）Co-Mo系催化剂339

（四）变换催化剂制备方法339

（五）变换催化剂的选择原则339

三、煤气变换工艺流程与设备340

（一）中温变换工艺流程340

（二）中温变换串低温变换工艺流程340

（三）全低温变换工艺流程342

（四）中低低变换工艺流程343

（五）适用于高CO含量的耐硫变换工艺344

（六）耐油耐硫变换工艺346

（七）变换设备346

四、变换工艺的选择347

第二节 净化技术347

一、基本原理347

二、工艺流程与技术特点349

三、低温甲醇洗工艺352

（一）林德低温甲醇洗工艺352

（二）鲁奇低温甲醇洗工艺353

（三）大连理工大学低温甲醇洗工艺354

（四）赛鼎工程有限公司低温甲醇洗工艺355

（五）上海国际化建工程咨询公司低温甲醇洗工艺355

（六）低温甲醇洗工艺比较356

四、煤制天然气项目低温甲醇洗工艺选择357

第三节 制冷359

一、混合制冷359

（一）混合制冷简介359

（二）工艺原理359

（三）混合制冷流程359

二、吸收制冷360

三、压缩制冷362

（一）丙烯压缩制冷362

（二）氨压缩制冷364

四、制冷方案的选择365

第四节 硫黄回收技术367

一、克劳斯硫回收工艺367

二、克劳斯回收工艺流程370

三、克劳斯硫黄回收工艺及设备发展进程371

四、克劳斯工艺方案的选择372

参考文献375

第七章 合成气甲烷化376

第一节 甲烷化原理与发展历程376

一、技术原理376

二、发展历程376

第二节 甲烷化催化剂377

一、活性组分378

二、载体378

三、助剂378

四、制备方法378

五、催化剂还原379

六、催化剂失活379

第三节 甲烷化工艺技术380

一、等温固定床甲烷化工艺380

二、流化床甲烷化工艺380

（一）Bureau of Mines工艺381

（二）美国烟煤研究公司Bi-Gas项目382

（三）Comflux工艺383

三、液相甲烷化工艺384

四、绝热固定床甲烷化技术385

（一）Lurgi甲烷化工艺386

（二）Davy甲烷化技术390

（三）Topsφe甲烷化技术394

（四）其他绝热固定床甲烷化工艺400

第四节 国内甲烷化技术开发现状402

第五节 甲烷化设备404

一、甲烷化反应器404

二、废热锅炉、蒸汽过热器404

三、循环压缩机405

第六节 主要甲烷化技术比较与技术选择建议406

一、主要甲烷化技术对比分析406

二、综合评价与技术选择建议409

参考文献410

第八章 煤制合成天然气干燥414

第一节 概述414

一、煤制合成天然气干燥的必要性414

二、煤制合成天然气水含量的测定方法415

（一）吸收称量法415

（二）露点测量法416

（三）图算测量法416

三、煤制合成天然气干燥方法417

（一）溶剂吸收法418

（二）固体吸附法419

（三）冷却法420

（四）膜分离法421

（五）超声速法422

四、几种天然气干燥的方法及特点对比423

第二节 煤制合成天然气干燥工艺423

一、三甘醇干燥工艺423

二、分子筛干燥工艺424

（一）两塔流程425

（二）三塔或多塔流程425

三、低温分离干燥工艺425

第三节 干燥装置运行流程与指标426

一、原料气组成426

二、产品及特性427

（一）甲烷427

（二）氢气428

（三）二氧化碳428

三、工艺原理429

四、工艺流程430

五、工艺指标431

第四节 干燥装置主要设备431

一、吸收塔431

（一）吸收塔的分类432

（二）吸收塔的基本结构432

二、再生塔434

三、换热器434

四、闪蒸罐435

五、缓冲罐436

六、过滤器436

七、泵436

第五节 操作特点及影响因素438

一、重沸温度438

二、吸收塔运行压力438

三、吸收剂循环量438

四、汽提气量439

五、其他参数控制439

第六节 常见问题分析440

一、产品气水露点偏高440

二、吸收剂消耗量过高440

三、吸收剂裂解441

四、吸收剂起泡441

五、吸收剂循环管路堵塞441

六、重沸器内吸收剂加热时温度开始降低441

第七节 某煤制合成天然气干燥装置简介442

一、装置概况442

二、煤制合成天然气干燥系统442

（一）三甘醇的理化性质442

（二）工艺原理443

（三）工艺流程及说明444

三、设备系统445

四、公用工程系统448

五、自控仪表系统448

六、影响煤制合成天然气干燥系统的条件450

参考文献451

第九章 废水处理452

第一节 概述452

一、气化废水来源452

二、气化废水特点452

三、气化废水处理的必要性453

第二节 碎煤加压气化废水处理技术454

一、碎煤加压气化废水处理技术概述454

（一）有价物质回收单元454

（二）污水处理单元455

（三）污水回用处理单元460

（四）浓盐水处理单元460

二、碎煤加压气化废水处理技术典型案例461

（一）美国大平原气化厂废水处理方案461

（二）南非萨索尔废水处理方案462

（三）中煤龙化哈尔滨煤化工有限公司废水处理方案463

（四）义马气化厂废水处理方案463

（五）大唐公司“活性焦吸附－生化处理”工艺方案463

三、克旗项目碎煤加压气化废水处理示范工艺464

（一）预处理单元465

（二）污水处理单元467

（三）污水回用处理单元470

（四）浓盐水处理单元472

第三节 气化废水处理现状与发展趋势478

一、气化废水处理现状478

二、气化废水处理发展趋势479

第四节 酚氨回收480

一、概述480

二、几种酚氨回收流程对比481

（一）原民主德国引进的老工艺481

（二）用二异丙基醚作萃取剂的酚氨回收新工艺483

（三）用甲基异丁基酮（MIBK）作萃取剂的酚氨回收新工艺485

三、煤制天然气示范项目酚氨回收技术简介487

（一）装置概况487

（二）废水处理基本原理487

（三）工艺流程及流程图489

（四）工艺指标489

（五）原材料及产品介绍491

（六）关键参数的控制494

（七）主要设备及参数504

（八）常见事故处理511

四、酚回收污染物及产品的测定方法513

（一）总酚含量的测定方法513

（二）酚水中游离氨与固定氨的测定——蒸馏滴定法514

（三）COD含量的测定方法515

（四）粗酚的测定方法515

参考文献517

第十章 煤制合成天然气示范工程建设与运行520

第一节 煤制合成天然气示范工程概况520

第二节 工程建设521

一、工程建设概况521

（一）克旗煤制天然气项目521

（二）阜新煤制天然气项目522

二、工程实施522

（一）实施阶段组织管理522

（二）工程承发包管理523

（三）勘察设计管理523

（四）物资采购管理524

（五）施工管理524

三、试车526

（一）试车组织机构及职责分工527

（二）主要试车时间节点530

（三）试车特点及做法531

（四）主要问题及采取的措施531

第三节 生产运行与控制533

一、煤气化与分离533

（一）工艺过程及主要技术指标533

（二）原料、产品及物料平衡538

（三）能耗分析540

（四）操作参数及操作要点541

二、合成气变换与净化543

（一）工艺过程及主要技术指标543

（二）原料、产品及物料平衡545

（三）能耗分析547

（四）操作参数及操作要点548

三、甲烷化与干燥550

（一）工艺过程及主要技术指标550

（二）原料、产品及物料平衡551

（三）能耗分析552

（四）操作参数及操作要点553

四、废水处理与回用554

（一）工艺过程及主要技术指标554

（二）原料、产品及物料平衡557

（三）操作参数及操作要点558

（四）能耗分析564

五、节能与降耗565

第四节 主要设备568

一、煤气化与煤气水分离568

二、合成气变换与净化575

三、酚回收与硫回收586

四、甲烷化与干燥593