本書依托我國煤制合成天然氣示范項目的建設和運營經驗，從工廠運行管理的角度論述了煤制天然氣行業特點、工廠生產特點、產品特點、用戶特點和生產調度特點，在此基礎上系統介紹了煤制合成天然氣工廠的原料保障、動力供應、空氣分離、煤炭氣化、合成氣變換與凈化、合成氣甲烷化、天然氣干燥、廢水處理等環節的生產技術。其中煤氣化技術是本書的重點，對固定床氣化、循環流化床氣化、干粉氣流床氣化、水煤漿氣化等不同煤氣化技術的發展歷程、工藝流程、氣化爐構成、氣化參數、粗合成氣組成、技術特點及應用情況分別進行了詳細說明。本書還提供了煤制合成天然氣示范項目建設和生產運營的手資料。本書內容豐富，具有較強的實用性和新穎性，可供從事煤化工的項目建設者、設計人員、研究人員、技術開發人員、企業管理人員及生產操作人員閱讀參考。
煤炭清潔高效利用是能源供給革命的核心內容，基于我國 “缺油、少氣、煤炭資源相對豐富”的能源結構特點，煤制合成天然氣作為煤炭清潔高效利用的一種重要方式，已經成為保障能源供應安全、增加國內天然氣供應量的一個重要選擇，也形成了一股投資熱潮。 《煤制合成天然氣技術與應用》依托大唐集團在我國首先試行的煤制合成天然氣工業項目建設和運營經驗，從工廠運行管理的角度論述了煤制天然氣行業特點、工廠生產特點、產品特點、用戶特點和生產調度特點，在此基礎上系統總結了世界范圍內煤制合成天然氣工業原料保障、動力供應、空氣分離、煤炭氣化、合成氣變換與凈化、甲烷化、天然氣干燥、廢水處理等生產技術和工業裝備等。 本書展現了煤制天然氣的技術圖景，奉獻了新鮮的一手工業實踐數據，為煤化工從業者在煤化工技術選擇、生產運行管理方面提供了具有價值的參考。
張明，大唐能源化工有限責任公司，董事長、黨組書記，高級工程師，長期從事企業管理、技術管理。管理有大唐克旗40億立方/年煤制合成天然標氣項目建設和一系列裝置的生產，大唐阜新40億立方/年煤制合成天然氣項目建設，大唐多倫46萬噸/年煤制烯烴項目的建設、技改、生產，大唐呼倫貝爾18萬噸合成氨30萬噸尿素的生產管理，以及大唐化工技術研究院和大唐能源工程公司的管理和技術研發等。在不同專業期刊和中國化工報發表多篇管理的文章。
及時章緒論
及時節基本概念001
一、 直接煤制合成天然氣技術001
二、 間接煤制合成天然氣技術002
第二節發展背景和發展歷程003
一、 國外煤制合成天然氣產業發展的背景003
二、 我國煤制合成天然氣產業發展的背景003
三、 我國煤制合成天然氣行業發展歷程005
四、 部分煤制合成天然氣項目概況006
第三節煤制合成天然氣產業特點008
一、 煤制合成天然氣工廠技術特點008
二、 原料煤資源特點009
三、 煤制合成天然氣工廠生產裝置特點010
四、 煤制合成天然氣產品特點010
五、 我國天然氣供應和消費特點011
六、 煤制合成天然氣工廠分類011
七、 面向城鎮用戶的煤制合成天然氣供應鏈上存在的主要矛盾012
八、 煤制合成天然氣工廠調峰問題012
第四節我國煤制合成天然氣產業發展前景013
第五節煤制合成天然氣產品質量特點與應用分析017
第六節煤制合成天然氣工廠生產調度023
一、 煤制合成天然氣工廠生產調度特點023
二、 生產調度原則023
參考文獻026
第二章原料煤的供應保障
及時節煤炭資源概述027
一、 我國煤炭資源特征027
二、 我國褐煤資源特征028
第二節煤炭的物化特性030
一、 煤炭的物理和物理化學性質030
(一) 煤的密度030
(二) 煤的機械性質030
(三) 煤的熱性質031
(四) 煤的電性質和磁性質032
(五) 煤的光學性質032
(六) 煤的潤濕性033
(七) 煤的比表面積和孔隙率033
二、 煤的化學性質033
(一) 煤的氧化033
(二) 煤的熱解034
(三) 煤的加氫035
(四) 煤的氯化035
(五) 煤的磺化035
第三節原料煤特性對氣化行為的影響036
第四節原料煤保障工作范疇039
一、 原料煤產供銷計劃制定039
二、 原料煤采制化監控040
三、 原料煤混配與存儲040
四、 原料煤運輸與驗收040
五、 原料煤保障的社會經濟效益040
第五節原料煤的采制化監控041
一、 全水分測定041
二、 工業分析042
三、 全硫測定043
四、 發熱量測定044
五、 灰熔融性測定045
六、 元素分析045
七、 灰成分分析046
第六節原料煤的混配及儲存047
一、 原料煤混配047
二、 原料煤儲存051
第七節原料煤的運輸及驗收051
一、 煤的運輸051
二、 煤的驗收053
(一) 原料煤數量驗收053
(二) 原料煤質量驗收054
第八節典型項目原料煤供應的技術經濟評價056
一、 混配煤的可行性及經濟性分析057
二、 提高褐煤成塊率的經濟性分析057
三、 試燒煙煤的經濟性分析058
參考文獻060
第三章熱電動力系統
及時節熱電動力系統在現代煤化工企業中的地位061
第二節煤制合成天然氣工廠的基本情況和工程技術特點061
一、 煤制合成天然氣工廠的基本情況061
二、 工程技術特點062
第三節煤制合成天然氣工廠熱電站的配置及與化工裝置的關聯062
一、 熱電站的配置062
二、 熱電站與化工裝置的關聯062
第四節煤制合成天然氣工廠熱電動力系統的配置方案063
第五節煤化工企業熱動配置方式及評述065
一、 “以汽(熱) 定電”的模式065
二、 “自供汽 外購電”的模式066
三、 熱、 電、 化一體化高效大機組的模式068
四、 配套建設IGCC聯合循環發電裝置的模式068
第六節煤制合成天然氣工廠的能效分析070
一、 大唐克旗煤制合成天然氣項目的綜合能效070
二、 影響煤制合成天然氣項目綜合能效的因素070
三、 煤制合成天然氣升級示范項目不同熱電方案的能效比較071
第四章空氣分離
及時節概述073
第二節空氣分離技術074
一、 空氣分離方法074
二、 低溫法分離空氣的主要技術074
(一) 透平膨脹機制冷技術074
(二) 低溫精餾技術075
第三節空分技術在煤化工項目上的應用077
一、 固定床煤氣化技術配套空分設備078
二、 流化床煤氣化技術配套空分設備079
三、 氣流床煤氣化技術配套空分設備080
第四節主要設備083
一、 空氣壓縮機083
(一) 全離心式壓縮機083
(二) 軸流 離心式壓縮機085
二、 直接空冷器085
三、 分子篩純化器086
四、 膨脹機087
(一) 增壓透平膨脹機結構087
(二) 液體膨脹機089
五、 板式換熱器089
(一) 主換熱器089
(二) 冷凝蒸發器090
六、 低溫精餾塔091
(一) 篩板塔091
(二) 填料塔091
七、 低溫液體泵092
(一) 往復式低溫液體泵093
(二) 離心式低溫液體泵093
八、 低溫液體儲罐094
(一) 高真空絕熱儲罐094
(二) 真空粉末絕熱儲罐095
(三) 普通粉末絕熱儲罐095
第五節控制系統095
一、 壓縮機組控制096
(一) 壓縮機組防喘振控制096
(二) 轉速模塊化控制097
二、 空冷器防凍控制系統098
三、 純化系統控制098
四、 低溫液體泵的自動控制系統100
五、 自動變負荷控制100
第六節操作要點及事故案例分析102
一、 空氣分離裝置的操作要點102
(一) 機組的主要操作102
(二) 裝置的主要操作103
二、 事故案例分析105
(一) 空氣分離裝置退氧操作105
(二) 控制油壓低引發機組跳車事故105
(三) 分子篩純化器進水事故106
(四) 空氣及污氮氣管道爆裂事故107
(五) 主冷爆炸事故107
參考文獻108
第五章煤氣化
及時節概述109
一、 基本概念109
二、 煤氣化技術分類110
三、 煤氣化技術選擇112
第二節固定床氣化技術113
一、 碎煤加壓固態排渣氣化技術113
(一) 技術特征113
(二) 魯奇(Lurgi) 煤氣化技術114
(三) 碎煤加壓固態排渣氣化122
二、 碎煤加壓液態排渣氣化技術129
第三節流化床氣化技術135
一、 鼓泡流化床氣化技術135
(一) 溫克勒煤氣化技術135
(二) 高溫溫克勒煤氣化技術135
二、 灰熔聚流化床氣化技術140
(一) U-gas氣化技術140
(二) 灰熔聚流化床粉煤氣化技術144
(三) 灰團聚流化床氣化技術147
三、 循環流化床氣化148
四、 輸運床氣化技術148
第四節干煤粉氣流床氣化技術152
一、 技術特點及主要影響因素152
二、 氣流床氣化工藝過程153
三、 殼牌干煤粉加壓氣化技術154
四、 西門子干煤粉加壓氣化技術161
五、 航天粉煤加壓氣化技術167
六、 科林干煤粉加壓氣化技術174
七、 Prenflo加壓煤氣化技術178
八、 中船重工七一一所塔型氣化爐181
九、 西安熱工院兩段式干煤粉氣化技術184
十、 SE-東方爐氣化技術187
第五節水煤漿氣化技術191
一、 技術主要特點191
二、 GE水煤漿加壓氣化技術192
三、 E-GasTM水煤漿氣化技術200
四、 多噴嘴對置式水煤漿加壓氣化技術204
五、 清華爐煤氣化技術211
第六節碎煤加壓氣化技術的應用217
一、 概述217
(一) 碎煤加壓氣化的發展歷程217
(二) 碎煤加壓氣化的特點219
二、 碎煤加壓氣化過程220
(一) 碎煤加壓氣化的過程特點220
(二) 碎煤加壓氣化過程分析221
三、 煤種和煤的性質對加壓氣化過程的影響228
(一) 煤種對加壓氣化過程的影響228
(二) 煤的性質對加壓氣化過程的影響230
四、 碎煤加壓氣化的工藝操作條件的影響及選定238
(一) 氣化反應溫度與汽氧比238
(二) 氣化劑溫度的影響與確定239
(三) 氣化操作壓力的影響與確定240
五、 碎煤加壓氣化技術的主要指標及工藝計算243
(一) 生產數據統計243
(二) 主要指標及計算245
(三) 工藝過程計算應用248
六、 碎煤加壓氣化爐爐型的發展和基本構造256
(一) 魯奇爐的代表爐型256
(二) 加壓氣化爐的結構及附屬設備261
七、 加壓氣化在國內的應用及發展269
(一) 加壓氣化爐的引進與自主開發269
(二) 國內氣化工藝流程及特點270
八、 加壓氣化裝置的工藝管理276
(一) 生產過程的控制內容276
(二) 氣化爐的原始開車操作277
(三) 氣化爐短期停車后的開車280
(四) 氣化爐的停車281
(五) 氣化爐的正常操作要點283
九、 4.0MPa加壓氣化爐的重點技術改進288
十、 煤氣水分離過程289
(一) 煤氣水的來源及組成289
(二) 煤氣水分離過程及原理290
(三) 煤氣水分離流程293
第七節Shell加壓氣化技術的應用294
一、 概述294
二、 原料及質量對Shell氣化的影響295
(一) 煤的特性對Shell煤氣化的影響295
(二) Shell煤氣化對煤粉的要求296
三、 Shell煤氣化的影響因素及工藝計算297
(一) Shell煤氣化的影響因素297
(二) Shell煤氣化反應過程的工藝計算298
四、 褐煤在Shell煤氣化裝置中的應用301
(一) 多倫煤制烯烴項目概況301
(二) 預干燥裝置303
(三) Shell煤氣化工藝流程306
(四) 項目Shell煤氣化主要設備312
(五) 裝置消耗指標317
(六) 裝置自動化水平318
(七) 項目Shell煤氣化裝置問題與解決方案319
第八節水煤漿氣化技術的應用322
一、 概述322
二、 褐煤介紹323
三、 氣化工藝過程324
四、 氣化裝置主要設備326
五、 主要工藝技術指標328
六、 褐煤水煤漿氣化運行狀況329
七、 褐煤水煤漿氣化運行分析與總結330
(一) 褐煤質量對水煤漿氣化的影響330
(二) 褐煤水煤漿氣化的影響因素332
(三) 溫度對煤漿質量的影響333
(四) 爐磚333
(五) 原料煤333
參考文獻334
第六章合成氣凈化
及時節煤氣變換技術337
一、 變換反應337
二、 變換催化劑337
(一) Fe-Cr系催化劑338
(二) Cu-Zn系催化劑338
(三) Co-Mo系催化劑339
(四) 變換催化劑制備方法339
(五) 變換催化劑的選擇原則339
三、 煤氣變換工藝流程與設備340
(一) 中溫變換工藝流程340
(二) 中溫變換串低溫變換工藝流程340
(三) 全低溫變換工藝流程342
(四) 中低低變換工藝流程343
(五) 適用于高CO含量的耐硫變換工藝344
(六) 耐油耐硫變換工藝346
(七) 變換設備346
四、 變換工藝的選擇347
第二節凈化技術347
一、 基本原理347
二、 工藝流程與技術特點349
三、 低溫甲醇洗工藝352
(一) 林德低溫甲醇洗工藝352
(二) 魯奇低溫甲醇洗工藝353
(三) 大連理工大學低溫甲醇洗工藝354
(四) 賽鼎工程有限公司低溫甲醇洗工藝355
(五) 上海國際化建工程咨詢公司低溫甲醇洗工藝355
(六) 低溫甲醇洗工藝比較356
四、 煤制天然氣項目低溫甲醇洗工藝選擇357
第三節制冷359
一、 混合制冷359
(一) 混合制冷簡介359
(二) 工藝原理359
(三) 混合制冷流程359
二、 吸收制冷360
三、 壓縮制冷362
(一) 丙烯壓縮制冷362
(二) 氨壓縮制冷364
四、 制冷方案的選擇365
第四節硫黃回收技術367
一、 克勞斯硫回收工藝367
二、 克勞斯回收工藝流程370
三、 克勞斯硫黃回收工藝及設備發展進程371
四、 克勞斯工藝方案的選擇372
參考文獻375
第七章合成氣甲烷化
及時節甲烷化原理與發展歷程376
一、 技術原理376
二、 發展歷程376
第二節甲烷化催化劑377
一、 活性組分378
二、 載體378
三、 助劑378
四、 制備方法378
五、 催化劑還原379
六、 催化劑失活379
第三節甲烷化工藝技術380
一、 等溫固定床甲烷化工藝380
二、 流化床甲烷化工藝380
(一) Bureau of Mines工藝381
(二) 美國煙煤研究公司 Bi-Gas項目382
(三) Comflux工藝383
三、 液相甲烷化工藝384
四、 絕熱固定床甲烷化技術385
(一) Lurgi甲烷化工藝386
(二) Davy甲烷化技術390
(三) Topse甲烷化技術394
(四) 其他絕熱固定床甲烷化工藝400
第四節國內甲烷化技術開發現狀402
第五節甲烷化設備404
一、 甲烷化反應器404
二、 廢熱鍋爐、 蒸汽過熱器404
三、 循環壓縮機405
第六節主要甲烷化技術比較與技術選擇建議406
一、 主要甲烷化技術對比分析406
二、 綜合評價與技術選擇建議409
參考文獻410
第八章煤制合成天然氣干燥
及時節概述414
一、 煤制合成天然氣干燥的必要性414
二、 煤制合成天然氣水含量的測定方法415
(一) 吸收稱量法415
(二) 露點測量法416
(三) 圖算測量法416
三、 煤制合成天然氣干燥方法417
(一) 溶劑吸收法418
(二) 固體吸附法419
(三) 冷卻法420
(四) 膜分離法421
(五) 超聲速法422
四、 幾種天然氣干燥的方法及特點對比423
第二節煤制合成天然氣干燥工藝423
一、 三甘醇干燥工藝423
二、 分子篩干燥工藝424
(一) 兩塔流程425
(二) 三塔或多塔流程425
三、 低溫分離干燥工藝425
第三節干燥裝置運行流程與指標426
一、 原料氣組成426
二、 產品及特性427
(一) 甲烷427
(二) 氫氣428
(三) 二氧化碳428
三、 工藝原理429
四、 工藝流程430
五、 工藝指標431
第四節干燥裝置主要設備431
一、 吸收塔431
(一) 吸收塔的分類432
(二) 吸收塔的基本結構432
二、 再生塔434
三、 換熱器434
四、 閃蒸罐435
五、 緩沖罐436
六、 過濾器436
七、 泵436
第五節操作特點及影響因素438
一、 重沸溫度438
二、 吸收塔運行壓力438
三、 吸收劑循環量438
四、 汽提氣量439
五、 其他參數控制439
第六節常見問題分析440
一、 產品氣水露點偏高440
二、 吸收劑消耗量過高440
三、 吸收劑裂解441
四、 吸收劑起泡441
五、 吸收劑循環管路堵塞441
六、 重沸器內吸收劑加熱時溫度開始降低441
第七節某煤制合成天然氣干燥裝置簡介442
一、 裝置概況442
二、 煤制合成天然氣干燥系統442
(一) 三甘醇的理化性質442
(二) 工藝原理443
(三) 工藝流程及說明444
三、 設備系統445
四、 公用工程系統448
五、 自控儀表系統448
六、 影響煤制合成天然氣干燥系統的條件450
參考文獻451
第九章廢水處理
及時節概述452
一、 氣化廢水來源452
二、 氣化廢水特點452
三、 氣化廢水處理的必要性453
第二節碎煤加壓氣化廢水處理技術454
一、 碎煤加壓氣化廢水處理技術概述454
(一) 有價物質回收單元454
(二) 污水處理單元455
(三) 污水回用處理單元460
(四) 濃鹽水處理單元460
二、 碎煤加壓氣化廢水處理技術典型案例461
(一) 美國大平原氣化廠廢水處理方案461
(二) 南非薩索爾廢水處理方案462
(三) 中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司廢水處理方案463
(四) 義馬氣化廠廢水處理方案463
(五) 大唐公司“活性焦吸附-生化處理”工藝方案463
三、 克旗項目碎煤加壓氣化廢水處理示范工藝464
(一) 預處理單元465
(二) 污水處理單元467
(三) 污水回用處理單元470
(四) 濃鹽水處理單元472
第三節氣化廢水處理現狀與發展趨勢478
一、 氣化廢水處理現狀478
二、 氣化廢水處理發展趨勢479
第四節酚氨回收480
一、 概述480
二、 幾種酚氨回收流程對比481
(一) 原民主德國引進的老工藝481
(二) 用二異丙基醚作萃取劑的酚氨回收新工藝483
(三) 用甲基異丁基酮(MIBK)作萃取劑的酚氨回收新工藝485
三、 煤制天然氣示范項目酚氨回收技術簡介487
(一) 裝置概況487
(二) 廢水處理基本原理487
(三) 工藝流程及流程圖489
(四) 工藝指標489
(五) 原材料及產品介紹491
(六) 關鍵參數的控制494
(七) 主要設備及參數504
(八) 常見事故處理511
四、 酚回收污染物及產品的測定方法513
(一) 總酚含量的測定方法513
(二) 酚水中游離氨與固定氨的測定——蒸餾滴定法514
(三) COD含量的測定方法515
(四) 粗酚的測定方法515
參考文獻517
第十章煤制合成天然氣示范工程建設與運行
及時節煤制合成天然氣示范工程概況520
第二節工程建設521
一、 工程建設概況521
(一) 克旗煤制天然氣項目521
(二) 阜新煤制天然氣項目522
二、 工程實施522
(一) 實施階段組織管理522
(二) 工程承發包管理523
(三) 勘察設計管理523
(四) 物資采購管理524
(五
