煤炭深加工技术及应用

贾宝龙

(山西焦煤集团西山煤电马兰矿选煤厂，山西 古交 030205)

煤炭深加工技术及应用

贾宝龙

(山西焦煤集团西山煤电马兰矿选煤厂，山西 古交 030205)

煤炭深加工技术在现代社会中已得到广泛应用和发展，通过各种技术的利用可提高煤炭的能源利用率，实现煤炭能源的清洁、高效利用。

煤炭深加工；气化技术；液化技术；应用

煤炭深加工是实现我国高煤炭能源利用率的重要途径，也是我国实现节能降耗的主要措施之一，与石油资源开发及利用、水资源开发及利用和燃气资源开发及利用等一起构成了我国节能降耗系统，不但有利于我国工业的发展，而且在很大程度上促进了我国社会经济、人民群众与自然生态环境的和谐相处及健康持续发展。所以，应深入了解和掌握煤炭深加工技术，并将煤炭深加工技术应用到实际煤炭资源开发与利用中去。

1 煤炭气化技术

煤炭气化，简单来说，是将固体的煤通过多种加工程序，将其转化为气态形式。具体是指，将固体煤放进指定且经过特殊设计的容器或设备中，放入气化剂(如蒸汽、空气和氧气等)，并将设备中的压力及温度提高到固体煤气化的压力点及温度点上，以促进固体煤中有机物质与气化剂进行化学反应，最终把固态的煤转变成可燃气体或者非可燃气体的一个化学变化的过程。其中，可燃气体主要包括CH4、CO、H2等，非可燃气体包括CO2、N2等。在煤炭气化的整个过程中有如下几个必不可少的因素，即气化炉(特定气化设备)、气化剂、热量(实现压力与温度的提高)，三者缺一不可[1]。

煤炭气化过程中会发生一系列化学及物理反应，通常情况下的反应有热解反应、气化反应和燃烧反应。其中，煤的热解反应是指固体煤转变成气化物、固化物、液化物的过程；煤的气化反应和燃烧反应主要是指非均匀形态煤炭转变成固态物和气化物的过程。总之，不同煤炭原料对应的气化工艺不同，煤炭加工人员进行加工时要充分考虑气化用煤的特性及其影响。

1.1 固定床气化技术

将煤和气化剂分别从气化炉的顶部和底部加入，使得原煤和气化剂进行逆流接触，这个过程中，气体上升速度急剧加快，固态的煤逐渐下降，两者之间形成了高压强，最终实现煤炭气化。

1.2 流化床气化技术

先将0 mm～10 mm粒度的小颗粒煤炭放入气化炉作为气化原料，然后对悬浮分散且垂直在气化炉内气流中的小颗粒煤炭进行气化反应，以实现煤料层温度的均匀，该温度层的温度易控制,进而实现小颗粒煤炭的气化，达到高气化效率。

1.3 气流床气化技术

气流床气化技术是一种并流气化过程，其煤炭气化原理是，先采用气化剂将<100 μm粒度的煤粉带入气化炉内，然后使用泵将煤粉及气化剂打入气化炉内，最后将气化炉加温到煤粉熔点处，促使煤粉与气化剂发生燃烧反应和气化反应，最终实现煤粉气化。

1.4 熔浴床气化技术

熔浴床气化技术的原理是，使用切线方向高速喷入的方法，将粉煤和气化剂喷入到熔池内，该熔池里面温度非常高且比较稳定，此间熔融物就会进行螺旋状旋转运动，进行气化反应，最终达到粉煤气化的目的。

2 煤炭液化技术

煤炭液化技术，顾名思义就是指，将固态煤炭转化为液体燃料、化工原料和产品洁净煤的技术，包括直接液化和间接液化2种煤炭液化技术。

2.1 直接液化技术

煤炭直接液化法的原理是，将煤炭作为原料，通过增加液化设备中的温度及压强，将煤炭中固态氢元素直接液化成烃类化合物，最后通过精炼法制取洁净、优质的汽油和柴油等燃料成品油。具体的液化过程是，先将煤磨成粉，然后将煤炭自身产生的液化重油直接配成煤浆，并在450 ℃高温和30 MPa高压下将氢加入其中，进而实现煤炭向汽油和柴油等燃料成品油的转化[2]。

2.2 间接液化技术

煤间接液化技术流程如下：先把煤放到气化炉进行煤气化，然后将生成的煤气转化成合成气，转化的合成气又作为下一环节的原料，通过合成费-托(F-T)法将合成气转化为烃类化合物，最后通过精馏将相应液体燃料及化学品产出。间接液化的技术特点是，1) 直接液化的煤种广泛；2) 可以在已有气化炉基础上合成汽油；3) 反应压力低于直接液化，反应温度高于直接液化[3]。

3 煤炭深加工技术的应用

3.1 煤炭气化技术的应用

3.1.1 制取工业燃气

当被转化煤气处于热值4.60 MJ～5.65 MJ时，可以通过正常压强下的固定床气化炉和流化床气化炉实现工业燃气的制作。工业燃气是工业中不可缺少的生产环节，没有燃气，工业生产活动就难以正常开展，所以，将煤炭气化技术广泛应用于工业燃气的制作，不但有效地提高了工业燃气生产效率，满足了工业发展对燃气的需求，而且使工业发展适应了节能减排发展趋势，实现工业的健康可持续发展。目前，工业燃料不但被应用在工业领域，而且被广泛应用在卫生事业、建材产业、轻纺制造业、食品产业等领域。

3.1.2 制取民用煤气

煤气还被广大人民所需要，所以要积极利用煤炭气化技术，实现民用煤气的大量和高效生产。民用煤气的制作原理主要是，将已经被生产出来的气态煤放入焦炉(以鲁奇炉最佳)，然后将热值加至12.56 MJ～14.65 MJ，并保证加热过程中φ(CO)<10%，进而制作出民用煤气。民用煤气与直接燃煤相比，不但实现了煤效率的提高和环境污染的减轻，而且在很大程度上方便人民生活，充分体现出民用煤气的良好社会效益与环境效益。另外，在民用煤气制作中，要尽可能提高可燃气体H2、CH4等的净含量，降低CO等有毒气体的净含量，以提高煤气热值[2]。

3.1.3 用作化工合成和燃料油合成原料

煤炭气化技术可用于化工原料的合成，也可以作燃料油原料的合成等。煤炭气化技术可以实现的原料合成包括氨原料合成、甲烷原料合成、烯烃原料合成、合成甲醇原料、醋酐原料合成、二甲醚原料合成和液体燃料合成等。

3.1.4 制取联合循环发电燃气

利用煤炭气化技术制取联合循环发电燃气(IGCC)的原理是，通过对煤进行加压气化，以实现煤气净化后燃烧为烟气驱动燃气轮机提供高温，进而驱动燃气轮机的发电，然后利用驱动燃气轮机的余热，形成高压驱动蒸汽轮机发电的过程。在进行IGCC制取过程中，煤气的热值要求并不高，但对煤气的净化度要求非常高。与IGCC相对应的煤气化技术包括固定床加压气化(鲁奇炉)、气流床气化(德士古)、加压气流(Shell气化炉)[4]。

3.1.5 制取煤炭气化燃料电池

煤炭被气化后，可直接作为燃料电池的制取原料，燃料电池的制取原料除了煤气以外，还包括H2、天然气等，其制取原理主要是，对这些燃料进行电化学反应，来实现燃料向电的转化过程，是一种化学反应转化技术。目前，主要的化学反应转化类型包括磷酸盐型(PAFC)、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。与煤气化技术结合发电的技术包括IG-MCFC和IG-SOFC，使发电效率提高到55%。

3.1.6 煤炭气化制氢

在电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天和氢能电池等领域，氢气被大范围应用。煤炭气化技术也成了制取氢气的主要技术手段。煤炭气化制氢的原理是，先将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和CO2，最后通过低温的方法将CO2分离，实现高纯度氢气的获取[5]。

3.2 煤炭液化技术的应用

煤炭液化技术的应用，主要体现在煤炭液化后煤产物的应用，即液体燃料的应用，主要包括甲醇燃料的应用和甲醇下游产品的应用。

3.2.1 液体燃料的应用

1) 甲醇燃料的应用

甲醇是目前使用最多且使用效果最佳的替代燃料及基础化工原料，具有常温液态、方便运输和易操作等特点和优势，已经得到世界多数国家的认可和应用。在我国，随着经济及科学技术的发展，对甲醇的需求量日益增加，相应的市场也在不断扩大，提高甲醇产量成为我国煤炭深加工的重要任务之一。据统计，我国甲醇产能与产量的增长速度每年高达15.23%和24.21%，2015年中国甲醇产能高达6 890万t，主要甲醇生产企业分布在内蒙古、山东、河南、陕西等省[6]。

2) 醇-醚燃料的应用

醇-醚燃料的制作原理是，将甲醇和二甲醚按合理比例配制，具有清洁、完全燃烧、使用方便和燃烧效率高等特点和优势，有效解决了甲醇燃料难以点燃的问题。主要缺点是，在燃烧时需要添加预热器等。主要作用作为二甲醚、乙醇和乙二醇的生产原料，其用途在于掺入汽油作为汽车燃料。

3) 甲醇制氢的应用

甲醇还可以应用在燃气氢的制作中，其制作原理是，通过水蒸气将甲醇进行机理结构的重组，进而实现氢气的制取。主要作用在于，作为燃料电池氢源或燃料电池燃料，成为比较有潜力的甲醇燃料消费市场。

3.2.2 甲醇下游产品的应用

1) 制取二甲醚的应用

作为甲醇的下游产品，二甲醚占据着比较重要的地位，制作二甲醚的过程中离不开甲醇，二甲醚可以作为汽车燃料的替代品，是比较优质的柴油发动机燃料的替代品。与原甲醇燃料相比具有较高的十六烷值(50～55)，同时还具有良好的低温启动性和加速性，所以其燃烧效果优于甲醇燃料[7]。

2) 制取MTBE、TAME及碳酸二甲酯的应用

MTBE(甲基叔丁基醚)、TAME(甲基叔戊基醚)和碳酸二甲酯都是利用甲醇制作而成。其中，MTBE的制作原理是利用甲醇和异丁烯进行化学反应，可作为汽油的含氧添加剂和溶剂，不但有效提高了汽油的抗爆性，而且在很大程度上提高了汽油辛烷值，曾被称为“第3代石油化学品”。据相关统计及报道显示，我国2015年MTBE的制取平均每年要消耗215万t甲醇。

3) 用于生产甲醛、醋酸等相关化学品

甲醇除了能够制取二甲醚、MTBE、TAME及碳酸二甲酯以外，还能够制取很多化工用品、医疗药物及农药等，已经被广泛应用于化工业、医疗事业和农业。如，医疗事业中用于尸体保存的药物——福尔马林，其功能在于杀菌和防腐，甲醇含量高达40%。另外，还被用于各种树脂原料生产、民用材料生产、塑料材料生产、胶粘剂生产和涂料生产、螯合剂EDTA生产、纺织物整理剂生产、醋酸生产、醋酸乙烯生产、醋酸纤维生产、苯二甲酸二甲酯(DMT)生产、甲基丙烯酸甲酯(MNA)生产、聚乙烯醇生产和硫酸二甲酯等生产[8]。

4 结语

随着全球石油需求量剧增及石油供给问题的出现，使石油供应量呈现不断下降趋势，致使全球各国面临严重的能源危机，并对世界各国经济安全产生了强烈的影响，这引起了各国对新能源、可再生能源和替代燃料的深入探索，希望能够缓解日益严重的能源危机。所以，煤炭深加工技术理应在现代社会发展中得到广泛应用和发展，更应该受到人们的高度重视。煤炭深加工技术的利用，不但提高了煤炭能源的利用率，而且有效地提高了煤炭能源的纯度及质量。

[1] 周国有.依托煤炭深加工技术,提升煤矿生产质量[J].质量探索,2016(2):62-63.

[2] 马志宏.试论煤炭深加工技术及应用[J].机械管理开发,2016(7):145-146,174.

[3] 傅海峰.煤气化技术在煤炭深加工示范项目中的应用[J].化工管理,2016(16):211.

[4] 刘祥.探讨煤炭深加工示范项目中的煤气化技术[J].中国石油和化工标准与质量,2016(16):97-98.

[5] 徐振刚，张飞.煤炭深加工示范项目中的煤气化技术[J].煤炭加工与综合利用,2014(2):22-28,9.

[6] 刘致强，董睿敏.我国煤炭深加工产业发展现状述评[J].煤炭加工与综合利用,2014(4):7-17,1.

[7] 韩红梅.我国煤炭深加工产业发展现状及形势分析[J].煤炭加工与综合利用,2014(8):1-10,14.

[8] 温亮，杜善明.“十三五”期间煤炭深加工产业发展探讨[J].科技和产业,2014(11):33-37,65.

Coal deep processing technology and its application

JIA Baolong

(Shanxi Coking Coal Group Xishan Coal Electricity Malan Coal Preparation Plant, Gujiao Shanxi 030205, China)

In recent years,with the increasing demand for oil in worldwide, there are some problems in oil supply. The amount of oil supply is decreased, and the world is facing a serious energy crisis, and the world’s economic security has been strongly affected. Various countries have begun to explore renewable energy and alternative fuels in order to relieve the increasingly serious energy crisis. Therefore, with the wide application and development of coal deep processing technology in modern society, people pay more attention to coal deep processing technology and improve the energy utilization of coal by using a variety of techniques to achieve the clean and efficient use of coal energy.

coal deep processing; gasification technology; liquefaction technology; application

2016-12-15

贾宝龙，男，1976年出生，1997年毕业于山西西山煤电技校选煤专业，从事煤炭深加工技术及应用工作。

10.16525/j.cnki.cn14-1109/tq.2017.02.26

TQ53

A

1004-7050(2017)02-0080-03

专题讨论