论文部分内容阅读
【摘 要】在我国能量资源严重缺失的发展背景下，加大煤炭深加工技术的开发力度，成为了改善我国煤炭资源应用水平与利用率低等问题的有效手段。本文主要对煤炭深加工技术及应用进行阐述，深入挖掘煤炭深加工技术对我国能源发展的重要意义，希望对我国经济的可持续发展起到积极参照与促进作用。
【关键词】煤炭;深加工技术;应用
煤炭经过气化与液化等深加工技术处理后，能够提取出其含有的碳物质，使其成为高利用价值的能量资源，从而尽快实现我国节能降耗等生产政策的要求，推动人与自然生态环境的和谐发展。因此深入了解煤炭深加工技术，将技术应用到实际煤炭资源开发与利用中来，显得尤为重要。
一、煤炭深加工技术分类
1.煤炭气化技术
煤炭气化是指煤在特定的设备内与温度及压力等条件环境下，煤中气化剂与有机质发生的化学反应，促使固体煤转化成二氧化碳与氮气等非可燃气体，以及甲烷与氢气、一氧化碳等等可燃气体。供给热量与气化剂及气化炉是煤炭气化必不可少的条件。气化过程涉及到煤的燃烧与热解及气化等反应。从煤的热解反应入手分析，是指固相煤转变为气或液等其它相产物的过程。从煤的气化与燃烧反应入手分析，主要涉及均相的气相反应与非均相气-固反应的两类反应。各气化工艺要求的原料性质也存在差异，任何煤气化工艺的选择，都需考虑气化用煤的特性与影响等要素。从以往应用的气化炉入手分析，利用的气化用煤，需考虑煤的热稳定性与结渣性及硫分含量等性质。煤炭气化工艺的类型多样，可根据气化过程供热方式与气化剂及压力等要素依据进行分类。根据气化剂的接触方式与气化炉内煤料的依据区分气化工艺，主要分为以下几类：一是固定床气化。煤在气化反应中，从气化炉顶部加入原料，在底部加入气化剂，气化剂与煤料逆流接触，煤料的下降速度明显滞后于气体的上升速度，甚至可看作为同定不动，因此也被称作是固定床气化。气化中煤料向下移动的移动较慢，也可以称作是移动床气化。二是流化床气化。气化原料以0-10mm粒度的煤为主，在气化炉中受垂直上升的沸腾气流影响，因此呈悬浮分散的气化反应状态。原料在气化炉内均匀受热，同时易操控，因此气化的成效更加理想。三是气流床气化。利用气化剂将100?m粒度的煤粉带入气化炉内，或是用泵将煤粉处理后的水煤浆打入气化炉内。气化剂在高于原料灰熔点的温度下，与煤料发生燃烧与气化反应，并以液態的形式将灰渣排出反应炉。四是熔浴床气化。以高速并沿切线的方向，将气化剂与粉煤高度稳定与高温的熔池内，熔渣接收部分动能后，带动熔融物做螺旋状的运动，促使其发生气化反应[1]。
2.煤炭液化技术
首先从直接液化技术的原理入手分析，主要通过提高液化设备中的压强与温度，将煤炭原料中的固态氢元素液化成烃类化合物，再通过精炼法制取优质的柴油等燃料成品油。液化过程包括原料磨成煤粉-将液化重油配置成煤浆-在30Mpa高压与450℃高温下加氢，最终完成煤炭向成品油的转化。其次从间接液化技术流程入手分析，先在气化炉内进行原料的煤气化，再将煤气转化成合成气，通过合成费-托法，将合成气转化成烃类化合物，最后通过精馏技术，产出液体燃料与化学品。间接液化技术有直接液化的煤种多样与比直接液化的反应压力低及比直接液化的反应温度高等特征[2]。
二、煤炭深加工技术的应用
1.应用煤炭气化技术
煤炭气化技术的应用，体现在以下几方面：一是用于工业燃气。主要通过流化床气化炉与常压固定床气化炉制得4.60-5.65MJ热值的煤气。可用于建材与食品及冶金等领域，能够直接加热产品或加热各种工业炉、窑。二是用于民用煤气。主要通过直接气化或焦炉煤气等方式制得12.56-14.65MJ热值的煤气，通常要求一氧化碳的含量不足10%。民用煤气相对于直接燃煤有更高的效益，包括社会效益与环境效益。为达到理想的环保与安全等生产要求，要求民用煤气中的甲烷与氢气等含量较高，一氧化碳等有毒气体的含量较低。三是用于化工合成与燃料油合成原料气。可通过费-托工艺合成燃料油。在合成气化工和碳-化学技术的发展带动下，现代煤化工的基础流程越发成熟，即利用煤气化制取合成气，再合成液体燃料与二甲醚及烯烃等各种化学品的技术流程。化工合成气的热值要求相对宽泛，侧重控制煤气中氢气与一氧化碳等成分的比重，通常利用德士古气化炉制得。我国甲醇与合成氨的化学品，超过一半的产量由煤炭气化合成工艺制得。四是用于冶金还原气。煤气中氢气与一氧化碳的成分有还原作用，可在有色金属工业中用还原气冶炼镍与铜等金属氧化物;在冶金工业中将铁矿石还原成海棉铁。因此对煤气中的一氧化碳含量的要求较高。五是用于IGGG（整体煤气化联合循环发电）的煤气。循环发现煤气的热值要求较低，但对煤气中的硫化物与粉尘含量的要求较高，以确保煤气的净化度，多通过鲁奇炉的固定床加压气化或德士古的气流床气化等制得。
2.应用液体燃料
液体燃料的应用，主要体现在以下几方面：一是甲醇燃料。甲醇在常温下呈液态，有易操作与运输方便等优势特征。随着甲醇市场需求的不断增长，各国甲醇厂也实现了规模化的发展，产量与产能的速度逐步增长。我国对甲醇燃料的研究主要起源于上世纪七十年代，在甲醇燃料的示范性试验带动下，在汽油中掺入不同浓度的甲醇，以及将纯甲醇用于汽车燃料等方面的研究得到了实质性的进展，同时节能与环保等优势特征突出。除此之外，对甲醇燃料的防腐与存储及输配等方面的研究越发深入，对甲醇汽车的运营调度与试验监测等领域，研究出了较为系统的管理办法与技术规程。二是醇-醚燃料。醇-醚燃料是由特定配比的二甲醚与甲醇制成的，有燃烧效率高与无需外加预热器及清洁等优势特征。可用甲醇原料生产乙二醇与乙醇及二甲醚等化学品。在乙醇中掺入柴油或汽油可用做乙醇汽油燃料。三是甲醇制氢。甲醇可通过水蒸气重整制氢，从而用于燃料电池的氢源，或是直接作为燃料电池的燃料与燃料电池电动汽车的燃料。
3.应用甲醇下游产品
甲醇下游产品的应用，主要体现在以下几方面：一是二甲醚。二甲醚是柴油发动机的理想替代燃料，有高十六烷值与理想燃烧效果及低温启动性强等优势特征。作为汽车燃料，有污染低与燃烧效率高及降噪等特点，更利于达到尾气排放标准。二是碳酸二甲酯与甲基叔丁基醚及甲基叔戊基醚。我国甲基叔丁基醚消费甲醇的比重逐步提高。甲基叔戊基醚可提高汽油的辛烷值与抗爆性。随着我国对含铅汽油的应用限制管理力度的增大，碳酸二甲酯等化学品的市场需求逐渐增大，消费甲醇量逐渐提高。三是醋酸与甲醛等产品。生产甲醛所需的甲醇量较大，广泛应用于农业与医药及化工等领域，如福尔马林中甲醛含量占40%。甲醛也是树脂与纺织物整理剂等产品的生产原料。甲醇也可用于生产醋酸纤维及甲基丙烯酸甲酯等化学品。
总结：
煤炭深加工技术是提高煤炭能源利用价值的主要手段，可为社会各领域的发展提供高质量的煤炭能源，缓解能源危机问题的同时，可提高经济安全水平，因此值得对煤炭深加工技术及其应用展开更加深入的研究。
参考文献：
[1]杜菲.煤炭深加工与综合利用的价值[J].化学工程与装备，2020（5）：214-215.
[2]苏根深.煤炭深加工与综合利用的重要性分析[J].化工设计通讯，2020，46（6）：33+38.
（作者单位：华阳集团有限公司一矿选煤厂重介二队）
【关键词】煤炭;深加工技术;应用
煤炭经过气化与液化等深加工技术处理后，能够提取出其含有的碳物质，使其成为高利用价值的能量资源，从而尽快实现我国节能降耗等生产政策的要求，推动人与自然生态环境的和谐发展。因此深入了解煤炭深加工技术，将技术应用到实际煤炭资源开发与利用中来，显得尤为重要。
一、煤炭深加工技术分类
1.煤炭气化技术
煤炭气化是指煤在特定的设备内与温度及压力等条件环境下，煤中气化剂与有机质发生的化学反应，促使固体煤转化成二氧化碳与氮气等非可燃气体，以及甲烷与氢气、一氧化碳等等可燃气体。供给热量与气化剂及气化炉是煤炭气化必不可少的条件。气化过程涉及到煤的燃烧与热解及气化等反应。从煤的热解反应入手分析，是指固相煤转变为气或液等其它相产物的过程。从煤的气化与燃烧反应入手分析，主要涉及均相的气相反应与非均相气-固反应的两类反应。各气化工艺要求的原料性质也存在差异，任何煤气化工艺的选择，都需考虑气化用煤的特性与影响等要素。从以往应用的气化炉入手分析，利用的气化用煤，需考虑煤的热稳定性与结渣性及硫分含量等性质。煤炭气化工艺的类型多样，可根据气化过程供热方式与气化剂及压力等要素依据进行分类。根据气化剂的接触方式与气化炉内煤料的依据区分气化工艺，主要分为以下几类：一是固定床气化。煤在气化反应中，从气化炉顶部加入原料，在底部加入气化剂，气化剂与煤料逆流接触，煤料的下降速度明显滞后于气体的上升速度，甚至可看作为同定不动，因此也被称作是固定床气化。气化中煤料向下移动的移动较慢，也可以称作是移动床气化。二是流化床气化。气化原料以0-10mm粒度的煤为主，在气化炉中受垂直上升的沸腾气流影响，因此呈悬浮分散的气化反应状态。原料在气化炉内均匀受热，同时易操控，因此气化的成效更加理想。三是气流床气化。利用气化剂将100?m粒度的煤粉带入气化炉内，或是用泵将煤粉处理后的水煤浆打入气化炉内。气化剂在高于原料灰熔点的温度下，与煤料发生燃烧与气化反应，并以液態的形式将灰渣排出反应炉。四是熔浴床气化。以高速并沿切线的方向，将气化剂与粉煤高度稳定与高温的熔池内，熔渣接收部分动能后，带动熔融物做螺旋状的运动，促使其发生气化反应[1]。
2.煤炭液化技术
首先从直接液化技术的原理入手分析，主要通过提高液化设备中的压强与温度，将煤炭原料中的固态氢元素液化成烃类化合物，再通过精炼法制取优质的柴油等燃料成品油。液化过程包括原料磨成煤粉-将液化重油配置成煤浆-在30Mpa高压与450℃高温下加氢，最终完成煤炭向成品油的转化。其次从间接液化技术流程入手分析，先在气化炉内进行原料的煤气化，再将煤气转化成合成气，通过合成费-托法，将合成气转化成烃类化合物，最后通过精馏技术，产出液体燃料与化学品。间接液化技术有直接液化的煤种多样与比直接液化的反应压力低及比直接液化的反应温度高等特征[2]。
二、煤炭深加工技术的应用
1.应用煤炭气化技术
煤炭气化技术的应用，体现在以下几方面：一是用于工业燃气。主要通过流化床气化炉与常压固定床气化炉制得4.60-5.65MJ热值的煤气。可用于建材与食品及冶金等领域，能够直接加热产品或加热各种工业炉、窑。二是用于民用煤气。主要通过直接气化或焦炉煤气等方式制得12.56-14.65MJ热值的煤气，通常要求一氧化碳的含量不足10%。民用煤气相对于直接燃煤有更高的效益，包括社会效益与环境效益。为达到理想的环保与安全等生产要求，要求民用煤气中的甲烷与氢气等含量较高，一氧化碳等有毒气体的含量较低。三是用于化工合成与燃料油合成原料气。可通过费-托工艺合成燃料油。在合成气化工和碳-化学技术的发展带动下，现代煤化工的基础流程越发成熟，即利用煤气化制取合成气，再合成液体燃料与二甲醚及烯烃等各种化学品的技术流程。化工合成气的热值要求相对宽泛，侧重控制煤气中氢气与一氧化碳等成分的比重，通常利用德士古气化炉制得。我国甲醇与合成氨的化学品，超过一半的产量由煤炭气化合成工艺制得。四是用于冶金还原气。煤气中氢气与一氧化碳的成分有还原作用，可在有色金属工业中用还原气冶炼镍与铜等金属氧化物;在冶金工业中将铁矿石还原成海棉铁。因此对煤气中的一氧化碳含量的要求较高。五是用于IGGG（整体煤气化联合循环发电）的煤气。循环发现煤气的热值要求较低，但对煤气中的硫化物与粉尘含量的要求较高，以确保煤气的净化度，多通过鲁奇炉的固定床加压气化或德士古的气流床气化等制得。
2.应用液体燃料
液体燃料的应用，主要体现在以下几方面：一是甲醇燃料。甲醇在常温下呈液态，有易操作与运输方便等优势特征。随着甲醇市场需求的不断增长，各国甲醇厂也实现了规模化的发展，产量与产能的速度逐步增长。我国对甲醇燃料的研究主要起源于上世纪七十年代，在甲醇燃料的示范性试验带动下，在汽油中掺入不同浓度的甲醇，以及将纯甲醇用于汽车燃料等方面的研究得到了实质性的进展，同时节能与环保等优势特征突出。除此之外，对甲醇燃料的防腐与存储及输配等方面的研究越发深入，对甲醇汽车的运营调度与试验监测等领域，研究出了较为系统的管理办法与技术规程。二是醇-醚燃料。醇-醚燃料是由特定配比的二甲醚与甲醇制成的，有燃烧效率高与无需外加预热器及清洁等优势特征。可用甲醇原料生产乙二醇与乙醇及二甲醚等化学品。在乙醇中掺入柴油或汽油可用做乙醇汽油燃料。三是甲醇制氢。甲醇可通过水蒸气重整制氢，从而用于燃料电池的氢源，或是直接作为燃料电池的燃料与燃料电池电动汽车的燃料。
3.应用甲醇下游产品
甲醇下游产品的应用，主要体现在以下几方面：一是二甲醚。二甲醚是柴油发动机的理想替代燃料，有高十六烷值与理想燃烧效果及低温启动性强等优势特征。作为汽车燃料，有污染低与燃烧效率高及降噪等特点，更利于达到尾气排放标准。二是碳酸二甲酯与甲基叔丁基醚及甲基叔戊基醚。我国甲基叔丁基醚消费甲醇的比重逐步提高。甲基叔戊基醚可提高汽油的辛烷值与抗爆性。随着我国对含铅汽油的应用限制管理力度的增大，碳酸二甲酯等化学品的市场需求逐渐增大，消费甲醇量逐渐提高。三是醋酸与甲醛等产品。生产甲醛所需的甲醇量较大，广泛应用于农业与医药及化工等领域，如福尔马林中甲醛含量占40%。甲醛也是树脂与纺织物整理剂等产品的生产原料。甲醇也可用于生产醋酸纤维及甲基丙烯酸甲酯等化学品。
总结：
煤炭深加工技术是提高煤炭能源利用价值的主要手段，可为社会各领域的发展提供高质量的煤炭能源，缓解能源危机问题的同时，可提高经济安全水平，因此值得对煤炭深加工技术及其应用展开更加深入的研究。
参考文献：
[1]杜菲.煤炭深加工与综合利用的价值[J].化学工程与装备，2020（5）：214-215.
[2]苏根深.煤炭深加工与综合利用的重要性分析[J].化工设计通讯，2020，46（6）：33+38.
（作者单位：华阳集团有限公司一矿选煤厂重介二队）