浅谈煤炭深加工利用过程及环保问题

毕菊芬（云南能源职业技术学院，云南 曲靖 655001）

浅谈煤炭深加工利用过程及环保问题

毕菊芬（云南能源职业技术学院，云南 曲靖 655001）

煤不仅可作为燃料，许多工业也离不开它。深加工的煤炭包括煤炭的气化、煤炭的液化、煤炭的焦化等。煤炭加工利用一方面提高了煤炭的利用效率，另外在利用的过程中也会造成环境的污染。

煤炭焦化；煤炭气化；煤炭液化；环境问题

1　煤炭的加工方法和途径

煤炭的加工包括煤炭的洗选、型煤、动力配煤、水煤浆、煤炭的焦化、煤炭的气化、煤炭的液化等。煤不仅可作为燃料，它还是多种工业的原料。

现代发展起来的煤化工是以煤炭为主原料，对煤炭进行深加工、使之转化，生产化工产品的行业。现代煤化工主要包括煤焦化、煤气化、和煤液化三条产业链，并取得了长足的发展。

1.1煤焦化的方法和途径

煤的干馏与焦化煤隔绝空气进行热分解，释放出水分、挥发分和吸附气体，产生煤气、焦油和焦炭（或半焦）的过程，称为煤的干馏。按干馏的终温的不同，煤的干馏分为底温干馏（终温为500～600℃）、中温干馏（700～800℃）和高温干馏（900～1000℃）。

目前的炼焦生产属于高温干馏范畴，主要指由黏结性的烟煤在室式焦炉内隔绝空气加热到950℃左右，经干燥、脱吸、熔融、黏结、固化、收缩等阶段，生产冶金焦炭，同时副产煤气、高温焦油及其他各种化学产品的过程。在中国目前煤炭除了用于发电以外，炼焦是煤炭的另一个主要利用途径。

1.1.1炼焦过程主要经历的几个阶段：

（1）干燥脱吸阶段120℃以前放出外在水和内在水分，200℃以前析出吸附于煤孔间隙中的气体，如CO2、CO和CH4等。

（2）热解开始阶段这一阶段的起始温度随煤变质程度而异，一般在200～300℃发生，主要产生化合水和CO2、CO和CH4等气态产物，并有微量焦油析出。

（3）胶质体产生和固化阶段 大部分粘结性烟煤在350～450℃大量析出焦油和气体。几乎全部焦油在这一温度下产出，释放的气体以CH4及其同系物为主，另有少量不饱和烃和H2、CO、CO2等。这些气体和残余的煤粒一起形成胶质体状态。进一步加热，胶质体热解更加激烈，析出大量挥发物，粘结性烟煤熔融相互黏结，固化为半焦。

（4）半焦收缩和焦炭形成 500℃左右黏结性烟煤经胶质体状态，散状煤粒熔融、相互黏结而形成半焦。700～950℃半焦进一步热分解，析出少量的气体，半焦进一步收缩，使其变紧变硬，裂纹增大，最终形成焦炭。

1.1.2煤焦化主要包括的工序

（1）备煤 目前绝大多数焦化厂使用配煤炼焦，原料煤的粉碎和配合是炼焦生产的第一道主要的工序。

（2）炼焦包括从焦炉装煤、结焦到推焦、熄焦、筛焦的整个过程。炼焦生产首先应制定合理的加热制度，保证各炭化室的焦饼在规定的结焦时间内均匀成熟。出焦和装煤应严格按照推焦计划进行，以保证安全生产，延长焦炉的寿命。焦炉调节应达到最高的热效率，并保证炉温均匀、压力合适、操作顺利。

（3）产品回收其主要的任务是冷却煤气，回收其中的焦油、氨、苯等化学产品。煤气经初冷分离出部分氨水和焦油后，再经过脱奈、脱硫、脱氨、终冷、脱苯等净化过程，作为工业和民用气源，在此过程中副产各种化学产品。

1.2煤液化的方法途径

以煤炭为原料，对其进行加工制取液态的碳化物的技术被称为煤炭液化。煤液化是煤炭转化的高技术产业，是一种彻底的高级洁净煤技术。煤碳液化一般是两种，分别是“间接液化碳”和“直接液化碳”。

1.2.1直接液化碳主要包括以下4个生产过程

（1）将碳破碎至0.1mm以下，混合其他制浆溶剂一起熔炼，被称为煤浆制备。

（2）煤浆在容器内经过高温（420～470℃）、高压（6～30MPa）下进行加氢反应，生产各类液态碳化物为主的产品。

（3）将反应过程中产生的液态碳化物进行分离，分别归置气体烃、液化油和残渣，并将重油取出作为循环熔剂配煤浆用。

（4）将归类的液化油进行提炼，根据生活中的需要，将各类液化油制成符合质量要求的航空煤油，各型号汽油和柴油。

间接液化碳是以煤基合成气（CO+H2）为原料，在一定的温度和压力下，定向地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺，包括煤气化制取合成气及其净化、变换、催化合成以及产品分离和改质加工等过程。

1.3煤气化的方法和途径

煤气化是指在氧气、水蒸汽或氢气等作为氧化剂的情况下，通过高温高压，把煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的过程。气化所用的设备被称为煤气发生炉，气化过程中产生的气体被称为煤气。煤在气化炉内会发生一系列复杂的物理变化和化学变化，主要有：煤的干燥、煤的干馏和煤的气化反应。

煤气化是重要的洁净煤应用技术之一，被大量的用在人们的生产和生活中，煤炭的形成需要的特殊条件以及大量的时间，随着技术的发展，煤炭的挖掘速度也在增加，导致煤炭石油资料日益紧张，高效清洁的气化煤的地位也越来越重要。

煤气化主要包括以下几个过程：

（1）煤的干燥煤的干燥是指煤中水分的挥发，是一个简单的物理过程、

（2）将煤进行分解叫做煤的干馏煤。煤的干馏又包括煤热解过程的物理变化和煤干馏过程的化学反应。

2　煤炭深加工转化过程引起的环境问题

煤炭加工转化过程会对环境造成一定的污染，而且不同的加工方法对环境的影响也不同。

炼焦过程中，在装煤、推焦及熄焦时，要向大气中排放大量煤尘、焦尘及有毒有害气体（烟尘），每吨焦烟尘量达1kg之多，主要包括：（1）焦炉装煤过程产生的烟尘；（2）焦炉出焦过程中产生的烟尘；（3）由于密封不严产生的其他烟尘。

炼焦生产过程中污染排放源

2.1煤气化过程的污染排放

2.1.1气化废水的来源及特性

在煤的气化过程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金属，在气化时部分转化为氨、氰化物和金属化合物；一氧化碳和水蒸气反应生成少量的甲酸，甲酸和氨又反应生成甲酸铵。这些有害物质大部分溶解在气化过程的洗涤水、洗气水、蒸气分流后的分离水和贮罐排水中，一部分在设备管道清扫过程中放空。与炼焦相比，气化对环境的影响要小得多。

（1）煤气发生站废水 煤气发生站废水主要来自发生炉中煤气的洗涤和冷却过程，这一废水的量和组成随原料煤、操作条件和废水系统的不同而变化，见表2～3。

表2　冷煤气发生站废水水质

可以看出，在用烟煤和褐煤作原料时，废水的水质相当恶劣，含有大量的酚类、焦油和氨等。

2.1.2气化废气的来源及特性

废气主要来源于煤气化过程中的几个部分：

（1）粉尘污染，主要是将煤炭进行破碎的时候出现的粉尘飞扬，主要集中在煤场仓库以及气化原料准备阶段。

（2）有害气体的污染，液化气虽然在密闭的反应炉内生产，但是在提炼过程中，必可避免的话产生工业废弃以及煤气的泄漏及放散。再者，对煤炭设备进行检修时需要对设备进行鼓风、放空，尤其是煤气炉加煤装置的煤气泄漏造成的污染较为突出，这些过程都或多或少的直接向大气放散不少的煤气。

（3）有害物质在冷却净化处理过程中，随着循环水进入沉淀池和水塔里面，随着水汽的蒸发逸到大气层中。

2.1.3气化废渣的来源及特性

煤炭提炼以后，可燃气体及各类用油被收集，而煤炭中的其余元素在催化剂的作用下相互结合产生固化物，被称为灰渣，这是一种质地不均的混合物，表2～5为为某厂造气炉的灰渣组成。

表4　造气炉灰渣组成

2.2煤液化过程的污染排放

煤碳的液化分为直接液化和间接液化两大类。煤直接液化时，煤经过加氢反应，所有异质原子基本被脱除，也无颗粒物，回收的硫可变成元素硫，氮大多转化为氨。煤间接液化时，催化合成过程中排放物不多，未反应的尾气（主要是CO）可以在燃烧器中燃烧，排出的废气中NOX和硫很少，没有颗粒物生成。因此煤的液化对环境的影响非常的轻微。煤液化过程的污染物主要是液化残渣，它是一种高碳、高灰和高硫的物质，在某些工艺中占到液化原煤总量的40%左右，需进一步进行处理才能满足生产生活的需要。

［1］谢克昌煤化工过程中的污染与控制第一版北京 化学工业出版社2010.

［2］付长亮现代煤化工生产技术第一版 北京 化学工业出版社 2009.

［3］李赞忠煤液化生产技术 第一版 北京 化学工业出版社 2009.

［4］陈文敏煤炭加工利用知识问答第二版 北京 化学工业出版社 2008.

［5］杨金和煤炭化验手册第二版 北京煤炭工业出版社2006.

毕菊芬（1966-），女，汉，云南省嵩明县人。云南能源职业技术学院资源与环境工程学院，讲师。研究方向：煤炭加工及环保问题。