依托煤炭深加工技術(shù)，提升煤礦生產(chǎn)質(zhì)量

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1、中國(guó)平煤神馬集團(tuán) 煉焦煤資源開(kāi)發(fā)及綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 平頂山 467099 ；2、中國(guó)平煤神馬集團(tuán) 能源化工研究院，河南 平頂山 467099

依托煤炭深加工技術(shù)，提升煤礦生產(chǎn)質(zhì)量

周?chē)?guó)有1,2

1、中國(guó)平煤神馬集團(tuán) 煉焦煤資源開(kāi)發(fā)及綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 平頂山 467099 ；2、中國(guó)平煤神馬集團(tuán) 能源化工研究院，河南 平頂山 467099

近年來(lái)我國(guó)煤炭企業(yè)處境非常艱難，傳統(tǒng)的粗放型生產(chǎn)技術(shù)及其管理方法已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新的社會(huì)需要，尤其是煤炭生產(chǎn)所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，已經(jīng)引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注，飽受詬病，在這樣的時(shí)代大背景下研究探討煤炭的深加工技術(shù)，對(duì)煤炭企業(yè)擺脫困境，提振經(jīng)濟(jì)無(wú)疑是具有積極地現(xiàn)實(shí)意義的。本文在立足于煤炭深加工技術(shù)中的煤炭氣化技術(shù)、煤炭液化技術(shù)（包括間接液化技術(shù)）的基礎(chǔ)上，結(jié)合環(huán)境保護(hù)的需要，分析了煤炭經(jīng)過(guò)深加工處理后廢棄物的綜合利用技術(shù)，希望對(duì)提高煤礦的生產(chǎn)質(zhì)量有所幫助。

煤炭深加工；煤液化；煤氣化；綜合利用技術(shù)

近些年來(lái)，由于我國(guó)經(jīng)濟(jì)始終保持著中高速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，所以對(duì)能源的需求在不斷地加大，以至于能源緊缺的局面一直沒(méi)有得到有效地緩解。以對(duì)石油的需求為例，我國(guó)是典型的原油進(jìn)口國(guó)，并且當(dāng)前的石油供給主要依賴(lài)于中東地區(qū)，但是受到中東地區(qū)動(dòng)蕩的政治局面及其運(yùn)輸途徑的限制，對(duì)石油的需求無(wú)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(bǔ)充，如風(fēng)能、太陽(yáng)能、電池能等等。所以相比較而言，我國(guó)的煤炭資源卻較為豐富，而且其在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中依然扮演著極為重要的角色。尤其是隨著當(dāng)前煤炭清潔利用和開(kāi)發(fā)技術(shù)的不斷成熟，通過(guò)深加工處理的煤炭對(duì)環(huán)境影響較小，而且能量密度大，已經(jīng)獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可和接受。因此，在當(dāng)前煤炭行業(yè)發(fā)展轉(zhuǎn)型的時(shí)期，深入開(kāi)發(fā)煤炭深加工技術(shù)，優(yōu)化煤礦的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，對(duì)適應(yīng)當(dāng)前市場(chǎng)需求，提高煤礦企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益具有重要意義。

1 煤炭深加工技術(shù)的種類(lèi)及其對(duì)環(huán)境的影響

1．1 煤炭深加工技術(shù)的種類(lèi)

當(dāng)前，煤炭深加工技術(shù)較多，包括煤炭焦化技術(shù)、煤炭氣化技術(shù)和煤炭液化技術(shù)等，其中主要以更加清潔的液化和氣化技術(shù)為主，利用這些技術(shù)進(jìn)行深加工處理之后能夠獲得不同類(lèi)型的化工產(chǎn)品和能源產(chǎn)品，提高煤炭的經(jīng)濟(jì)附加值。以煤炭煉焦為例，這是一種常見(jiàn)的煤炭深加工技術(shù)，以煉焦煤作為原料，在密閉的焦?fàn)t中隔絕空氣，通過(guò)高溫進(jìn)行處理，將焦煤中的水分釋放出來(lái)，再通過(guò)干餾過(guò)程產(chǎn)生煤氣和焦油。煉焦工藝技術(shù)主要包括機(jī)械化焦煤生產(chǎn)、土法煉焦和連續(xù)回轉(zhuǎn)窯煉焦等生產(chǎn)工藝，在煉焦的過(guò)程中，煤炭通過(guò)高溫作用，使得煤炭質(zhì)量發(fā)生了對(duì)應(yīng)的改變，分解得到的煤氣通過(guò)吸收處理之后可以從中提取焦油、氨、粗苯等市場(chǎng)需求的化工產(chǎn)品，同時(shí)還可以將之合成生產(chǎn)城市居民用煤氣?？偟膩?lái)講，煤炭深加工技術(shù)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(mǎn)足人們生活和生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)原料和能源的需要。

1．2 煤炭深加工技術(shù)對(duì)環(huán)境的影響

我國(guó)的煤炭資源較為豐富，而且在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中一直占較大的比重。但是，煤炭在利用的過(guò)程中主要是作為一次能源使用，能源利用效率低。隨著當(dāng)前經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，對(duì)能源需求量在不斷增加，對(duì)能源需求的清潔性、質(zhì)量等提出了更高的要求。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)的實(shí)際情況來(lái)看，煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的地位在短時(shí)間內(nèi)不會(huì)有大的改變。但是如果將煤炭作為一次性能源消費(fèi)，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此對(duì)煤炭進(jìn)行深加工開(kāi)發(fā)是企業(yè)的必由之路。目前我國(guó)在煤炭深加工技術(shù)方面還不夠成熟，研發(fā)投入也缺乏力度，導(dǎo)致處理技術(shù)等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家之間存在著較為明顯的差距。以煤焦油加工技術(shù)工藝為例，我國(guó)的煤焦油生產(chǎn)工藝和規(guī)模都明顯小于工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，而且生產(chǎn)獲得的高附加值產(chǎn)品的種類(lèi)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(duì)環(huán)境的污染，但是離排污標(biāo)準(zhǔn)還相去甚遠(yuǎn)，還需加大研發(fā)力度。

2 煤炭深加工技術(shù)的應(yīng)用

2．1 煤炭的氣化技術(shù)

煤炭的氣化就是將煤炭置于特定的生產(chǎn)設(shè)備當(dāng)中，在對(duì)應(yīng)的溫度和壓力下使得煤炭中的有機(jī)質(zhì)與氧氣、蒸汽等發(fā)生對(duì)應(yīng)的反應(yīng)，從而將固體的煤炭轉(zhuǎn)化成為包含CO、H2等物質(zhì)的可燃性氣體。在煤炭氣化處理的過(guò)程中，必須具備氣化爐、氣化劑和熱量供應(yīng)三項(xiàng)基本條件，三項(xiàng)要素缺一不可。在整個(gè)氣化過(guò)程中發(fā)生的反映包括煤的熱解、氣化以及燃燒反應(yīng)。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(zhuǎn)變的過(guò)程。煤炭的氣化和燃燒反應(yīng)則包括兩種反應(yīng)類(lèi)型，如非均相的氣固反應(yīng)與均相的氣固反應(yīng)。

在生產(chǎn)過(guò)程中，不同的氣化生產(chǎn)工藝對(duì)原料的實(shí)際要求和基本性質(zhì)要求是不同的，因此在選擇煤炭的氣化生產(chǎn)工藝過(guò)程中必須根據(jù)煤炭的實(shí)際特性及生產(chǎn)條件選擇合適的生產(chǎn)工藝及設(shè)備。傳統(tǒng)的氣化爐氣化生產(chǎn)對(duì)煤炭的性質(zhì)要求主要包括反應(yīng)性、黏結(jié)性、結(jié)渣性、熱穩(wěn)定性、強(qiáng)度、粒度組成和含水量等因素，根據(jù)煤炭氣化生產(chǎn)過(guò)程中煤炭與氣化劑的接觸方式可以將煤炭氣化過(guò)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(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中要根據(jù)生產(chǎn)需要進(jìn)行選擇。

2．2 煤炭的直接液化技術(shù)

煤炭的直接液化技術(shù)就是將煤炭先磨成粉末，通常直徑要求在0.15mm以?xún)?nèi)，然后再與對(duì)應(yīng)比例的專(zhuān)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(jìn)行加氫反應(yīng)，直接將它轉(zhuǎn)化成為液體的產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝過(guò)程。傳統(tǒng)的煤炭直接液化生產(chǎn)工藝過(guò)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(yīng)(在液化反應(yīng)設(shè)備中的高溫、高壓環(huán)境下進(jìn)行加氫反應(yīng))和產(chǎn)物分離(獲得氣體、水、液化油和殘?jiān)?三個(gè)基本的單元模塊。

2．3 煤炭的間接液化技術(shù)

煤炭間接液化技術(shù)就是將煤炭通過(guò)氣化爐處理之后產(chǎn)生的煤化氣轉(zhuǎn)化成為合成氣，并將之作為基本原料，通過(guò)對(duì)應(yīng)的合成工藝路線(xiàn)(F-T法)生產(chǎn)獲得烴類(lèi)化合物，然后通過(guò)精餾而獲得液體燃料與其他的化學(xué)產(chǎn)品(C1化學(xué)品)。其中，C1化學(xué)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(chǔ)進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的改進(jìn)；其二，莫比爾(Mobil)生產(chǎn)工藝，該方法就是將煤炭轉(zhuǎn)化成為合成氣，并最后制成甲醇，然后由甲醇通過(guò)對(duì)應(yīng)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(diǎn)在于：① 可以適用于多種不同類(lèi)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(shù)

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(kāi)采以及深加工過(guò)程中產(chǎn)生的主要固體廢棄物，同時(shí)也是當(dāng)前我國(guó)排放量最大、計(jì)量最多的工業(yè)生產(chǎn)廢棄物之一。當(dāng)前針對(duì)這些廢棄物采取的綜合利用技術(shù)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(shè)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(xì)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(jié)晶氯化鋁、氫氧化鋁、氧化鋁等類(lèi)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(guó)針對(duì)煤泥的處理技術(shù)主要是對(duì)其中的精煤進(jìn)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(guò)程，會(huì)對(duì)煤炭的安全生產(chǎn)造成極大影響，而直接排放也會(huì)對(duì)環(huán)境造成極大的污染，因此必須對(duì)之加以合理利用，但是而當(dāng)前還沒(méi)有有效的綜合利用技術(shù)，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(guó)針對(duì)粉煤灰采用的主要生產(chǎn)利用技術(shù)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(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生礦井水，我國(guó)煤炭行業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的礦井水排放量較大，大多沒(méi)有對(duì)之進(jìn)行有效回收，都存在直接排放的問(wèn)題，因此，應(yīng)該在煤礦生產(chǎn)過(guò)程中積極的對(duì)礦井水進(jìn)行回收處理二次利用。第三，焦?fàn)t煤氣以及其他焦化產(chǎn)品都可以通過(guò)煉焦獲得，這些都是重要的化工產(chǎn)品，但是在生產(chǎn)過(guò)程中由于設(shè)備問(wèn)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(fèi)而且污染了環(huán)境。因此，在生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)該加強(qiáng)設(shè)備管理，提高環(huán)保意識(shí)，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(guó)化工貿(mào)易,2014(27)．

[2] 蔡淑君．當(dāng)前煤炭深加工產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)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(shù)[J]．潔凈煤技術(shù),2008(5)．