依托煤炭深加工技術，提升煤礦生產(chǎn)質量

周國有

1、中國平煤神馬集團 煉焦煤資源開發(fā)及綜合利用國家重點實驗室，河南 平頂山 467099 ；2、中國平煤神馬集團 能源化工研究院，河南 平頂山 467099

依托煤炭深加工技術，提升煤礦生產(chǎn)質量

周國有1,2

1、中國平煤神馬集團 煉焦煤資源開發(fā)及綜合利用國家重點實驗室，河南 平頂山 467099 ；2、中國平煤神馬集團 能源化工研究院，河南 平頂山 467099

近年來我國煤炭企業(yè)處境非常艱難，傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)技術及其管理方法已經(jīng)無法適應新的社會需要，尤其是煤炭生產(chǎn)所帶來的環(huán)境污染問題，已經(jīng)引起了社會各界的廣泛關注，飽受詬病，在這樣的時代大背景下研究探討煤炭的深加工技術，對煤炭企業(yè)擺脫困境，提振經(jīng)濟無疑是具有積極地現(xiàn)實意義的。本文在立足于煤炭深加工技術中的煤炭氣化技術、煤炭液化技術（包括間接液化技術）的基礎上，結合環(huán)境保護的需要，分析了煤炭經(jīng)過深加工處理后廢棄物的綜合利用技術，希望對提高煤礦的生產(chǎn)質量有所幫助。

煤炭深加工；煤液化；煤氣化；綜合利用技術

近些年來，由于我國經(jīng)濟始終保持著中高速增長的態(tài)勢，所以對能源的需求在不斷地加大，以至于能源緊缺的局面一直沒有得到有效地緩解。以對石油的需求為例，我國是典型的原油進口國，并且當前的石油供給主要依賴于中東地區(qū)，但是受到中東地區(qū)動蕩的政治局面及其運輸途徑的限制，對石油的需求無法得到持續(xù)穩(wěn)定的保障。而替代型燃料的清潔能源雖然干凈，但是大部分的可替代程度都比較小，這就不得不以其他能源作為供給的必要補充，如風能、太陽能、電池能等等。所以相比較而言，我國的煤炭資源卻較為豐富，而且其在我國能源結構中依然扮演著極為重要的角色。尤其是隨著當前煤炭清潔利用和開發(fā)技術的不斷成熟，通過深加工處理的煤炭對環(huán)境影響較小，而且能量密度大，已經(jīng)獲得了市場的認可和接受。因此，在當前煤炭行業(yè)發(fā)展轉型的時期，深入開發(fā)煤炭深加工技術，優(yōu)化煤礦的產(chǎn)品結構，對適應當前市場需求，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟效益具有重要意義。

1 煤炭深加工技術的種類及其對環(huán)境的影響

1．1 煤炭深加工技術的種類

當前，煤炭深加工技術較多，包括煤炭焦化技術、煤炭氣化技術和煤炭液化技術等，其中主要以更加清潔的液化和氣化技術為主，利用這些技術進行深加工處理之后能夠獲得不同類型的化工產(chǎn)品和能源產(chǎn)品，提高煤炭的經(jīng)濟附加值。以煤炭煉焦為例，這是一種常見的煤炭深加工技術，以煉焦煤作為原料，在密閉的焦爐中隔絕空氣，通過高溫進行處理，將焦煤中的水分釋放出來，再通過干餾過程產(chǎn)生煤氣和焦油。煉焦工藝技術主要包括機械化焦煤生產(chǎn)、土法煉焦和連續(xù)回轉窯煉焦等生產(chǎn)工藝，在煉焦的過程中，煤炭通過高溫作用，使得煤炭質量發(fā)生了對應的改變，分解得到的煤氣通過吸收處理之后可以從中提取焦油、氨、粗苯等市場需求的化工產(chǎn)品，同時還可以將之合成生產(chǎn)城市居民用煤氣。總的來講，煤炭深加工技術能夠充分利用煤炭資源，在盡量減少環(huán)境危害的情況下，滿足人們生活和生產(chǎn)過程中對原料和能源的需要。

1．2 煤炭深加工技術對環(huán)境的影響

我國的煤炭資源較為豐富，而且在我國能源結構中一直占較大的比重。但是，煤炭在利用的過程中主要是作為一次能源使用，能源利用效率低。隨著當前經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對能源需求量在不斷增加，對能源需求的清潔性、質量等提出了更高的要求。根據(jù)當前我國的實際情況來看，煤炭在能源結構中的地位在短時間內不會有大的改變。但是如果將煤炭作為一次性能源消費，就會對環(huán)境造成嚴重的污染，因此對煤炭進行深加工開發(fā)是企業(yè)的必由之路。目前我國在煤炭深加工技術方面還不夠成熟，研發(fā)投入也缺乏力度，導致處理技術等方面與發(fā)達國家之間存在著較為明顯的差距。以煤焦油加工技術工藝為例，我國的煤焦油生產(chǎn)工藝和規(guī)模都明顯小于工業(yè)發(fā)達國家，而且生產(chǎn)獲得的高附加值產(chǎn)品的種類較少，廢棄物被直接排放到環(huán)境中產(chǎn)生了明顯的污染。因此，雖然煤炭深加工在一定程度上緩解了對環(huán)境的污染，但是離排污標準還相去甚遠，還需加大研發(fā)力度。

2 煤炭深加工技術的應用

2．1 煤炭的氣化技術

煤炭的氣化就是將煤炭置于特定的生產(chǎn)設備當中，在對應的溫度和壓力下使得煤炭中的有機質與氧氣、蒸汽等發(fā)生對應的反應，從而將固體的煤炭轉化成為包含CO、H2等物質的可燃性氣體。在煤炭氣化處理的過程中，必須具備氣化爐、氣化劑和熱量供應三項基本條件，三項要素缺一不可。在整個氣化過程中發(fā)生的反映包括煤的熱解、氣化以及燃燒反應。其中，煤炭的熱解就是煤炭從固態(tài)向氣、固、液三種產(chǎn)物發(fā)生轉變的過程。煤炭的氣化和燃燒反應則包括兩種反應類型，如非均相的氣固反應與均相的氣固反應。

在生產(chǎn)過程中，不同的氣化生產(chǎn)工藝對原料的實際要求和基本性質要求是不同的，因此在選擇煤炭的氣化生產(chǎn)工藝過程中必須根據(jù)煤炭的實際特性及生產(chǎn)條件選擇合適的生產(chǎn)工藝及設備。傳統(tǒng)的氣化爐氣化生產(chǎn)對煤炭的性質要求主要包括反應性、黏結性、結渣性、熱穩(wěn)定性、強度、粒度組成和含水量等因素，根據(jù)煤炭氣化生產(chǎn)過程中煤炭與氣化劑的接觸方式可以將煤炭氣化過程分為固定床氣化、流化床氣化、氣流床氣化和熔浴床氣化四種生產(chǎn)工藝，在實際的生產(chǎn)過程中要根據(jù)生產(chǎn)需要進行選擇。

2．2 煤炭的直接液化技術

煤炭的直接液化技術就是將煤炭先磨成粉末，通常直徑要求在0.15mm以內，然后再與對應比例的專用液化重油(作為循環(huán)溶劑)配制成為煤漿，在溫度為430-470℃、壓力為15-30MPa的環(huán)境下，與氫氣和催化劑等進行加氫反應，直接將它轉化成為液體的產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過程。傳統(tǒng)的煤炭直接液化生產(chǎn)工藝過程原理通常包括煤漿配制(煤炭粉末與溶劑、催化劑等混合制備)、煤的液化反應(在液化反應設備中的高溫、高壓環(huán)境下進行加氫反應)和產(chǎn)物分離(獲得氣體、水、液化油和殘渣)三個基本的單元模塊。

2．3 煤炭的間接液化技術

煤炭間接液化技術就是將煤炭通過氣化爐處理之后產(chǎn)生的煤化氣轉化成為合成氣，并將之作為基本原料，通過對應的合成工藝路線(F-T法)生產(chǎn)獲得烴類化合物，然后通過精餾而獲得液體燃料與其他的化學產(chǎn)品(C1化學品)。其中，C1化學品就是碳原子數(shù)量為1的化合物，例如CO、CO2、CH、OH等為主要成分的化合物。使用的間接液化生產(chǎn)工藝一般包括2種：其一，薩索爾(SASOL)生產(chǎn)工藝，該方法是在(F-T)合成方法的基礎進行了對應的改進；其二，莫比爾(Mobil)生產(chǎn)工藝，該方法就是將煤炭轉化成為合成氣，并最后制成甲醇，然后由甲醇通過對應的催化劑制取獲得高辛烷值的汽油。

煤炭間接液化工藝通常是先將煤炭全部氣化合成氫氣與一氧化碳，然后在催化劑的作用下合成汽油。通常5t-7t煤炭可獲得1t油。該間接液化生產(chǎn)工藝的特點在于：① 可以適用于多種不同類型的煤炭液化需求；② 在既有的合成氨工程中的氣化爐上就可以完成合成汽油的生產(chǎn)工藝。

3 煤炭廢棄物的綜合利用技術

3．1 煤矸石、煤泥和煤層氣的綜合利用

首先，煤矸石是煤炭開采以及深加工過程中產(chǎn)生的主要固體廢棄物，同時也是當前我國排放量最大、計量最多的工業(yè)生產(chǎn)廢棄物之一。當前針對這些廢棄物采取的綜合利用技術包括這樣幾種：一是將煤矸石直接作為燃料用于發(fā)電，或者作為建筑材料使用，甚至還可以將之作為肥料、道路鋪設等；二是將煤矸石作為其他工業(yè)產(chǎn)品的生產(chǎn)原料，例如超細煅燒高嶺土與合成碳化硅等；三是將煤矸石直接用于制作結晶氯化鋁、氫氧化鋁、氧化鋁等類型的化工產(chǎn)品；四是將其中的有益成分直接回收，例如硫鐵礦、煤炭等成分。其次，我國針對煤泥的處理技術主要是對其中的精煤進行回收利用，然后干燥處理之后將之用于發(fā)電。第三，煤層氣主要產(chǎn)生于煤炭生產(chǎn)過程，會對煤炭的安全生產(chǎn)造成極大影響，而直接排放也會對環(huán)境造成極大的污染，因此必須對之加以合理利用，但是而當前還沒有有效的綜合利用技術，還在探索之中。

3．2 粉煤灰、礦井水與焦化產(chǎn)物的綜合利用

首先，粉煤灰是熱電廠在煤炭燃燒之后產(chǎn)生的工業(yè)廢渣，也是排放量極大的一種工業(yè)廢棄物之一。我國針對粉煤灰采用的主要生產(chǎn)利用技術是把他們作為建筑材料、回填或者土壤改良劑等。其次，煤礦在生產(chǎn)過程中也會產(chǎn)生礦井水，我國煤炭行業(yè)生產(chǎn)過程中的礦井水排放量較大，大多沒有對之進行有效回收，都存在直接排放的問題，因此，應該在煤礦生產(chǎn)過程中積極的對礦井水進行回收處理二次利用。第三，焦爐煤氣以及其他焦化產(chǎn)品都可以通過煉焦獲得，這些都是重要的化工產(chǎn)品，但是在生產(chǎn)過程中由于設備問題或者生產(chǎn)者的人為因素而使這部分產(chǎn)品被排放到了大氣中，不但造成了工業(yè)浪費而且污染了環(huán)境。因此，在生產(chǎn)過程中應該加強設備管理，提高環(huán)保意識，盡量減少焦化產(chǎn)物的排放。

[1] 石磊．淺談煤炭深加工及利用的措施與方法[J]．中國化工貿(mào)易,2014(27)．

[2] 蔡淑君．當前煤炭深加工產(chǎn)生的環(huán)境問題及處理措施[J]．化工管理,2015(23)．

[3] 蔣立翔．煤液化——綠色的煤炭深加工技術[J]．潔凈煤技術,2008(5)．