煤炭深加工技術及應用研究

任弘

【摘?要】在我國能量資源嚴重缺失的發展背景下，加大煤炭深加工技術的開發力度，成為了改善我國煤炭資源應用水平與利用率低等問題的有效手段。本文主要對煤炭深加工技術及應用進行闡述，深入挖掘煤炭深加工技術對我國能源發展的重要意義，希望對我國經濟的可持續發展起到積極參照與促進作用。

【關鍵詞】煤炭;深加工技術;應用

煤炭經過氣化與液化等深加工技術處理后，能夠提取出其含有的碳物質，使其成為高利用價值的能量資源，從而盡快實現我國節能降耗等生產政策的要求，推動人與自然生態環境的和諧發展。因此深入了解煤炭深加工技術，將技術應用到實際煤炭資源開發與利用中來，顯得尤為重要。

一、煤炭深加工技術分類

1.煤炭氣化技術

煤炭氣化是指煤在特定的設備內與溫度及壓力等條件環境下，煤中氣化劑與有機質發生的化學反應，促使固體煤轉化成二氧化碳與氮氣等非可燃氣體，以及甲烷與氫氣、一氧化碳等等可燃氣體。供給熱量與氣化劑及氣化爐是煤炭氣化必不可少的條件。氣化過程涉及到煤的燃燒與熱解及氣化等反應。從煤的熱解反應入手分析，是指固相煤轉變為氣或液等其它相產物的過程。從煤的氣化與燃燒反應入手分析，主要涉及均相的氣相反應與非均相氣-固反應的兩類反應。各氣化工藝要求的原料性質也存在差異，任何煤氣化工藝的選擇，都需考慮氣化用煤的特性與影響等要素。從以往應用的氣化爐入手分析，利用的氣化用煤，需考慮煤的熱穩定性與結渣性及硫分含量等性質。煤炭氣化工藝的類型多樣，可根據氣化過程供熱方式與氣化劑及壓力等要素依據進行分類。根據氣化劑的接觸方式與氣化爐內煤料的依據區分氣化工藝，主要分為以下幾類：一是固定床氣化。煤在氣化反應中，從氣化爐頂部加入原料，在底部加入氣化劑，氣化劑與煤料逆流接觸，煤料的下降速度明顯滯后于氣體的上升速度，甚至可看作為同定不動，因此也被稱作是固定床氣化。氣化中煤料向下移動的移動較慢，也可以稱作是移動床氣化。二是流化床氣化。氣化原料以0-10mm粒度的煤為主，在氣化爐中受垂直上升的沸騰氣流影響，因此呈懸浮分散的氣化反應狀態。原料在氣化爐內均勻受熱，同時易操控，因此氣化的成效更加理想。三是氣流床氣化。利用氣化劑將100?m粒度的煤粉帶入氣化爐內，或是用泵將煤粉處理后的水煤漿打入氣化爐內。氣化劑在高于原料灰熔點的溫度下，與煤料發生燃燒與氣化反應，并以液態的形式將灰渣排出反應爐。四是熔浴床氣化。以高速并沿切線的方向，將氣化劑與粉煤高度穩定與高溫的熔池內，熔渣接收部分動能后，帶動熔融物做螺旋狀的運動，促使其發生氣化反應[1]。

2.煤炭液化技術

首先從直接液化技術的原理入手分析，主要通過提高液化設備中的壓強與溫度，將煤炭原料中的固態氫元素液化成烴類化合物，再通過精煉法制取優質的柴油等燃料成品油。液化過程包括原料磨成煤粉-將液化重油配置成煤漿-在30Mpa高壓與450℃高溫下加氫，最終完成煤炭向成品油的轉化。其次從間接液化技術流程入手分析，先在氣化爐內進行原料的煤氣化，再將煤氣轉化成合成氣，通過合成費-托法，將合成氣轉化成烴類化合物，最后通過精餾技術，產出液體燃料與化學品。間接液化技術有直接液化的煤種多樣與比直接液化的反應壓力低及比直接液化的反應溫度高等特征[2]。

二、煤炭深加工技術的應用

1.應用煤炭氣化技術

煤炭氣化技術的應用，體現在以下幾方面：一是用于工業燃氣。主要通過流化床氣化爐與常壓固定床氣化爐制得4.60-5.65MJ熱值的煤氣。可用于建材與食品及冶金等領域，能夠直接加熱產品或加熱各種工業爐、窯。二是用于民用煤氣。主要通過直接氣化或焦爐煤氣等方式制得12.56-14.65MJ熱值的煤氣，通常要求一氧化碳的含量不足10%。民用煤氣相對于直接燃煤有更高的效益，包括社會效益與環境效益。為達到理想的環保與安全等生產要求，要求民用煤氣中的甲烷與氫氣等含量較高，一氧化碳等有毒氣體的含量較低。三是用于化工合成與燃料油合成原料氣。可通過費-托工藝合成燃料油。在合成氣化工和碳-化學技術的發展帶動下，現代煤化工的基礎流程越發成熟，即利用煤氣化制取合成氣，再合成液體燃料與二甲醚及烯烴等各種化學品的技術流程?；ず铣蓺獾臒嶂狄笙鄬挿海瑐戎乜刂泼簹庵袣錃馀c一氧化碳等成分的比重，通常利用德士古氣化爐制得。我國甲醇與合成氨的化學品，超過一半的產量由煤炭氣化合成工藝制得。四是用于冶金還原氣。煤氣中氫氣與一氧化碳的成分有還原作用，可在有色金屬工業中用還原氣冶煉鎳與銅等金屬氧化物;在冶金工業中將鐵礦石還原成海棉鐵。因此對煤氣中的一氧化碳含量的要求較高。五是用于IGGG（整體煤氣化聯合循環發電）的煤氣。循環發現煤氣的熱值要求較低，但對煤氣中的硫化物與粉塵含量的要求較高，以確保煤氣的凈化度，多通過魯奇爐的固定床加壓氣化或德士古的氣流床氣化等制得。

2.應用液體燃料

液體燃料的應用，主要體現在以下幾方面：一是甲醇燃料。甲醇在常溫下呈液態，有易操作與運輸方便等優勢特征。隨著甲醇市場需求的不斷增長，各國甲醇廠也實現了規?；陌l展，產量與產能的速度逐步增長。我國對甲醇燃料的研究主要起源于上世紀七十年代，在甲醇燃料的示范性試驗帶動下，在汽油中摻入不同濃度的甲醇，以及將純甲醇用于汽車燃料等方面的研究得到了實質性的進展，同時節能與環保等優勢特征突出。除此之外，對甲醇燃料的防腐與存儲及輸配等方面的研究越發深入，對甲醇汽車的運營調度與試驗監測等領域，研究出了較為系統的管理辦法與技術規程。二是醇-醚燃料。醇-醚燃料是由特定配比的二甲醚與甲醇制成的，有燃燒效率高與無需外加預熱器及清潔等優勢特征?？捎眉状荚仙a乙二醇與乙醇及二甲醚等化學品。在乙醇中摻入柴油或汽油可用做乙醇汽油燃料。三是甲醇制氫。甲醇可通過水蒸氣重整制氫，從而用于燃料電池的氫源，或是直接作為燃料電池的燃料與燃料電池電動汽車的燃料。

3.應用甲醇下游產品

甲醇下游產品的應用，主要體現在以下幾方面：一是二甲醚。二甲醚是柴油發動機的理想替代燃料，有高十六烷值與理想燃燒效果及低溫啟動性強等優勢特征。作為汽車燃料，有污染低與燃燒效率高及降噪等特點，更利于達到尾氣排放標準。二是碳酸二甲酯與甲基叔丁基醚及甲基叔戊基醚。我國甲基叔丁基醚消費甲醇的比重逐步提高。甲基叔戊基醚可提高汽油的辛烷值與抗爆性。隨著我國對含鉛汽油的應用限制管理力度的增大，碳酸二甲酯等化學品的市場需求逐漸增大，消費甲醇量逐漸提高。三是醋酸與甲醛等產品。生產甲醛所需的甲醇量較大，廣泛應用于農業與醫藥及化工等領域，如福爾馬林中甲醛含量占40%。甲醛也是樹脂與紡織物整理劑等產品的生產原料。甲醇也可用于生產醋酸纖維及甲基丙烯酸甲酯等化學品。

總結：

煤炭深加工技術是提高煤炭能源利用價值的主要手段，可為社會各領域的發展提供高質量的煤炭能源，緩解能源危機問題的同時，可提高經濟安全水平，因此值得對煤炭深加工技術及其應用展開更加深入的研究。

參考文獻：

[1]杜菲.煤炭深加工與綜合利用的價值[J].化學工程與裝備，2020（5）：214-215.

[2]蘇根深.煤炭深加工與綜合利用的重要性分析[J].化工設計通訊，2020，46（6）：33+38.

（作者單位：華陽集團有限公司一礦選煤廠重介二隊）