煤炭制備技術(shù)畢業(yè)論文

1、<p><b>　　1緒論</b></p><p>　　1.1 煤炭氣化發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　煤炭從古代起就已經(jīng)為人類所開(kāi)發(fā)應(yīng)用，主要用作燃料，隨著社會(huì)的發(fā)展對(duì)煤炭的開(kāi)發(fā)應(yīng)用也逐漸變的多層次化，在十九世紀(jì)和二十世紀(jì)國(guó)外就已開(kāi)始發(fā)展煤炭氣化和液化技術(shù)并取得成就，但是隨著石油和天然氣的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，其逐漸取代了煤的位置，近年來(lái)由于石油和天然氣資源的日益枯竭

2、，讓人們的注意力不得不轉(zhuǎn)移到煤炭化工上來(lái)再次投入到煤炭化工的熱潮中來(lái)。煤炭化工即煤炭制備技術(shù)，可分為煤炭氣化、煤炭煉焦、煤炭液化。</p><p>　　目前在世界上較為成熟并用的比較廣泛有德士古水煤漿氣化技術(shù)、殼牌（Shell）氣化技術(shù)，在這兩種技術(shù)為基礎(chǔ)的情況下，中國(guó)航天設(shè)計(jì)院經(jīng)過(guò)不懈的努力與研究研制出一套專利的設(shè)備——中國(guó)航天氣化爐（HT-L），其主要專利技術(shù)主要在于其燒嘴，在經(jīng)過(guò)對(duì)殼牌和德士古研究后結(jié)合自己

3、的新設(shè)計(jì)理念設(shè)計(jì)出屬于自己的專利設(shè)備，改變了我國(guó)在氣化處于落后的境況，使我國(guó)也擁有了自己的先進(jìn)的氣化設(shè)備與技術(shù)，為以后氣化的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2 煤炭煉焦發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　早在16世紀(jì)人們就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展高溫?zé)捊?，它始于煉鐵的需要，幾百年來(lái)高溫?zé)捊闺S</p><p>　　冶金、化工的發(fā)展而不斷變革。近幾十年來(lái)隨高爐技術(shù)的發(fā)展

4、和能源構(gòu)成的變化，高溫?zé)捊辜夹g(shù)正在出現(xiàn)新的進(jìn)展。目前，雖然煉焦工業(yè)取得了很大成就，煉焦技術(shù)達(dá)到了一定的發(fā)展水平，但由于種種原因，煉焦工作者仍需不斷地研究和開(kāi)發(fā)煉焦新技術(shù)。</p><p>　　到目前為止，雖然世界上已經(jīng)研制出一些鐵礦石直接還原的中間試驗(yàn)設(shè)備，但預(yù)計(jì)在今后20年，甚至更長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)，還不可能用新的冶煉工藝取代傳統(tǒng)的冶煉工藝，高爐仍將是煉鐵的主要設(shè)備，焦炭仍將是煉鐵的主要燃料。</p>&l

5、t;p>　　近年來(lái)高爐煉鐵技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速，高爐已進(jìn)入大型化和電子計(jì)算機(jī)控制的時(shí)代，許多國(guó)家已建造了達(dá)容積高爐。高爐冶煉技術(shù)的發(fā)展也進(jìn)一步要求我們對(duì)煤炭原料做到更高的要求，對(duì)煤炭質(zhì)量要求越來(lái)越嚴(yán)格，焦炭的高溫性能、顯微結(jié)構(gòu)合其他新的檢驗(yàn)和評(píng)定焦炭質(zhì)量的方法逐步得到應(yīng)用。同時(shí)隨著科技的發(fā)展，焦?fàn)t也日益趨于大型化，對(duì)其操作的機(jī)械化和自動(dòng)化提出兩人更高的要求。目前國(guó)內(nèi)技術(shù)也主要在干熄焦上做研究和技術(shù)攻關(guān)，以減少對(duì)環(huán)境的污染。在煉焦中煤炭

6、的結(jié)焦性和黏結(jié)指數(shù)也相當(dāng)重要，因此在煉焦中要合理的配煤進(jìn)行煉焦。</p><p>　　1.3 煤炭液化發(fā)展及現(xiàn)狀</p><p>　　二戰(zhàn)期間在德國(guó)煤炭氣化得到迅速發(fā)展，1932年采用一氧化碳與氫通過(guò)費(fèi)-托合成法生產(chǎn)液體燃料獲得成功，1934年德國(guó)魯爾化學(xué)公司應(yīng)用此研究成果創(chuàng)建了第一個(gè)F-T合成油廠，1936年投產(chǎn)。不僅在德國(guó)，在南非煤炭液化的歷史也比較悠久，早在1927年南非當(dāng)局注意到依

7、賴進(jìn)口液體燃料的嚴(yán)重性，因此發(fā)展了煤炭液化的新途徑，在經(jīng)濟(jì)技術(shù)不斷發(fā)展的情況下，液化技術(shù)也不斷完善和提高，主要分為直接液化和間接液化。現(xiàn)在液化主要是生產(chǎn)甲醇、低碳烯烴的重要中間體，以及其他的有機(jī)油類產(chǎn)品，目前研究較多如煤炭液化制取乙二醇從而來(lái)制取所說(shuō)汽車用的燃油。</p><p>　　在液化技術(shù)中，液化的煤種煤質(zhì)也有相應(yīng)嚴(yán)格的要求，在含硫量上，以及工業(yè)分析中灰分、水分、揮發(fā)分、固定碳要求都要嚴(yán)格，否則會(huì)對(duì)煤炭液化

8、造成很大的影響，使煤炭利用率嚴(yán)重降低，因此在液化中也要對(duì)煤進(jìn)行性質(zhì)的測(cè)定及分析以便能更好的利用煤炭進(jìn)行液化。當(dāng)前煤炭液化作為一個(gè)新的技術(shù)被各個(gè)國(guó)家重視并且進(jìn)行發(fā)展，在將來(lái)一定會(huì)更大的用途為人們服務(wù)。</p><p>　　1.4 影響煤炭制備的因素</p><p>　　在煤炭制備過(guò)程中，無(wú)論是氣化、煉焦，還是液化，都受到煤炭性質(zhì)等的影響。主要有煤炭種類，如煤有高品質(zhì)煤和低品質(zhì)煤，即煤化程度高

9、的煤和煤化程度低的煤；煤質(zhì)，主要是煤的成分，煤的主要成分是碳，由于煤形成的年代較為久遠(yuǎn)，因此煤中含有其他的元素等也對(duì)煤造成影響，如煤的灰分、硫分、揮發(fā)分、水分等，還有就是煤的黏結(jié)性和煤灰渣的熔融性等都會(huì)對(duì)其造成很大影響。</p><p>　　1.5 分析研究煤炭性質(zhì)的意義</p><p>　　通過(guò)對(duì)煤炭性質(zhì)的研究和分析，了解煤炭的主要性質(zhì)，并且能夠清楚的認(rèn)識(shí)到煤炭的性質(zhì)對(duì)其造成的危害，通過(guò)

10、合理的配合煤進(jìn)行綜合的利用，從而也達(dá)到煤炭綜合高效利用的目的，提高效率，降低有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染。</p><p>　　1.6 本課題分析研究的主要內(nèi)容</p><p>　　本課題主要對(duì)煤炭制備技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀做一個(gè)總結(jié)，通過(guò)搜集資料和借鑒大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)煤炭制備技術(shù)方面做一個(gè)簡(jiǎn)單的分析和總結(jié)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明煤炭化工方面存在的問(wèn)題以及如何改進(jìn)。</p><p>&l

11、t;b>　　2 文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　2.1 煤炭氣化</b></p><p>　　煤的氣化是指以煤或煤焦為原料，以氧氣（空氣、富氧或工業(yè)純氧）、水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的工藝過(guò)程。</p><p>　　2.1.1 煤炭氣化技術(shù)</p>

12、<p>　　根據(jù)煤炭氣化情況的不同，煤炭氣化可以分成地面氣化和地下氣化。</p><p>　　2.1.1.1 地面氣化</p><p>　　將煤從地下挖掘出來(lái)后再經(jīng)過(guò)各種氣化技術(shù)獲得煤氣的方法稱地面氣化。地面氣化技術(shù)是目前最常用的技術(shù)，隨著新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的開(kāi)發(fā)和利用，地面氣化技術(shù)越來(lái)越成熟和完善，各種方法也都廣泛推廣應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中。</p><

13、;p>　　煤炭氣化根據(jù)給熱方式不同可分為外熱式氣化和內(nèi)熱式氣化。內(nèi)熱是煤在氣化時(shí)不需外界供熱，利用煤與氧反應(yīng)放出熱量來(lái)達(dá)到反應(yīng)所需溫度，即燃燒一部分氣化所用燃料，將熱量積累到燃料層里，再通入水蒸氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)制取煤氣；外熱式氣化是指利用外部給氣化爐提供熱量的過(guò)程。其熱源可由加熱外部爐壁來(lái)加熱來(lái)加熱燃料，爐壁需選用耐火度高且導(dǎo)熱性好的材料；同時(shí)也可用高度過(guò)熱水蒸氣；另外也可用加熱水蒸氣和粉末燃料的混合物到1100°C，達(dá)到

14、水煤氣反應(yīng)溫度。</p><p><b>　　外熱式</b></p><p><b>　　內(nèi)熱式</b></p><p>　　2.1.1.2 地下氣化技術(shù)</p><p>　　煤炭地下氣化是將未來(lái)開(kāi)采的煤炭有控制地燃燒，通過(guò)對(duì)煤的熱化學(xué)作用生產(chǎn)煤氣的一種氣化方法。一般可用于煤層薄、深部煤層、急傾斜煤

15、層等。這一方法有效地提高了煤炭資源的利用率，將建井、采煤、轉(zhuǎn)化工藝集為一體，減少了煤炭生產(chǎn)過(guò)程中的危險(xiǎn)和對(duì)環(huán)境造成的破壞。煤炭地下氣化是世界煤炭開(kāi)發(fā)利用的方向之一，將常規(guī)的物理采煤變?yōu)榛瘜W(xué)采煤，把煤炭在地下燃燒氣化，一次性轉(zhuǎn)化為清潔的可供終端用戶應(yīng)用的能源與化工原料，實(shí)現(xiàn)地下無(wú)人、無(wú)生產(chǎn)設(shè)備采煤，與傳統(tǒng)采煤和煤炭氣化工藝相比，具有顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益以及良好的環(huán)保效果。</p><p>　　2.1.2 幾種氣化法

16、工藝簡(jiǎn)述</p><p>　　2.1.2.1德士古水煤漿氣化爐工藝流程</p><p>　　將原料煤、水及添加劑等送入磨機(jī)磨成水煤漿（出磨機(jī)水煤漿濃度為65%），由高壓煤漿泵送入氣化爐燒嘴。來(lái)自空分的氧氣經(jīng)氧氣緩沖罐穩(wěn)壓后送入燒嘴。送入爐內(nèi)的水煤漿和氧氣在高溫加壓后發(fā)生部分氧化反應(yīng)，氣化爐膛內(nèi)溫度1350~1400°C。離開(kāi)氣化爐的粗合成氣和熔渣進(jìn)入激冷室，粗合成氣經(jīng)第一次洗滌并

17、被水淬冷后，溫度降低被水蒸汽飽和后出氣化爐；氣體經(jīng)文丘里洗滌器、碳洗塔洗滌除塵冷卻后送至變換工段。</p><p>　　氣化爐反應(yīng)中生成的熔渣進(jìn)入激冷室水浴后被分離出來(lái)，在渣收集階段排入渣斗，定時(shí)排入渣池，由撈渣機(jī)撈出后裝車外運(yùn)。</p><p>　　渣收集階段渣斗上部的黑水一部分用鎖斗循環(huán)泵抽出循環(huán)回氣化爐，用于沖氣化爐激冷室的渣。</p><p>　　來(lái)自灰水處

18、理工段的灰水進(jìn)入碳洗塔，碳洗塔中部排出的較清潔的灰水循環(huán)泵加水后分別送文丘里洗滌器及氣化爐激冷環(huán)，用于洗滌粗合成氣。</p><p>　　氣化爐、碳洗塔排出的黑水經(jīng)四級(jí)閃蒸后送往澄清槽進(jìn)行處理。</p><p>　　2.1.2.2 殼牌（Shell）氣化爐工藝流程</p><p>　　原料煤在磨煤機(jī)中被磨成煤粉（90%小于100μm）并干燥，煤粉由高壓氮?dú)馑腿霘饣癄t

19、噴咀。來(lái)自空分的氧氣經(jīng)氧氣預(yù)熱器加熱到一定溫度后與中壓過(guò)熱蒸汽混合并導(dǎo)入噴咀。送入爐內(nèi)的煤粉、氧氣及蒸汽在高溫加壓條件下發(fā)生部分氧化反應(yīng)，氣化爐頂部約1500°C的高溫煤氣與經(jīng)冷卻后的煤氣激冷至900°C左右進(jìn)入廢熱鍋爐，經(jīng)回收熱量后的煤氣溫度降至350°C進(jìn)入除塵和濕式洗滌系統(tǒng)，處理后的煤氣含塵量小于1mg/m3，溫度為150°C的煤氣送后工序。</p><p>　　從洗

20、滌塔排出的黑水在閃蒸罐進(jìn)行減壓閃蒸，閃蒸液再進(jìn)汽提塔，經(jīng)初級(jí)處理后的灰水送至界區(qū)外的污水處理裝置進(jìn)一步處理。閃蒸氣及汽提氣送鍋爐作燃料氣。在氣化爐燃料段產(chǎn)生的高溫熔渣，流入氣化爐下部激冷形成玻璃體流入鎖斗后定期排放，排出的爐渣經(jīng)撈渣機(jī)運(yùn)走，撈渣池的灰水送至閃蒸槽及汽提塔一并處理。鎖斗內(nèi)的灰水經(jīng)鎖斗循環(huán)泵升壓并冷卻后返回氣化爐底部激冷室。</p><p>　　2.1.2.3 航天氣化爐工藝流程</p>

21、<p>　　航天氣化爐是中國(guó)航天科技院根據(jù)德士古和殼牌（Shell）氣化技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的一套具有自主專利的氣化技術(shù)，是國(guó)產(chǎn)的最先進(jìn)的技術(shù)。</p><p>　　其工藝流程：來(lái)自原料煤倉(cāng)的碎煤經(jīng)稱重給煤機(jī)計(jì)量后進(jìn)入磨煤機(jī)。原煤在磨煤機(jī)內(nèi)磨成煤粉，并由高溫惰性氣流烘干、輸送，通過(guò)粉煤袋式過(guò)濾器實(shí)現(xiàn)粉煤與惰性氣體的分離。粉煤由螺旋輸送機(jī)進(jìn)入常壓粉煤倉(cāng)，惰性氣體循環(huán)利用。</p><p>

22、;　　經(jīng)研磨分離合格的粉煤儲(chǔ)存在常壓粉煤倉(cāng)內(nèi)，通過(guò)粉煤鎖斗連通粉煤 給料罐；粉煤鎖斗常壓進(jìn)料，加壓向粉煤給料罐放料，循環(huán)運(yùn)行。粉煤給料罐連續(xù)向氣化爐燒嘴供料，并與氣化爐之間保持恒定的壓差。</p><p>　　粉煤經(jīng)3條煤粉管線進(jìn)入氣化爐燒嘴，氧氣經(jīng)氧氣預(yù)熱器加熱后的氧蒸汽混合器內(nèi)與蒸汽混合，按一定的比例進(jìn)入氣化爐燒嘴。</p><p>　　粉煤在氣化爐內(nèi)燃燒并發(fā)生反應(yīng)，生成的合成氣主要成

23、分是H2和CO。合成氣經(jīng)激冷環(huán)進(jìn)入激冷室，在激冷室內(nèi)合成氣經(jīng)過(guò)降溫、增濕、除塵和洗滌，被水飽和，熔渣迅速固化。合成氣出氣化爐后，經(jīng)文丘里洗滌器、合成氣洗滌塔進(jìn)一步增濕、除塵、洗滌。除塵后的合成氣進(jìn)入變換工序。粉煤燃燒后形成的灰渣沉積在激冷室水中，絕大部分灰渣迅速沉淀并通過(guò)渣鎖斗系統(tǒng)定期排出。</p><p>　　粉煤在氣化爐內(nèi)燃燒并發(fā)生反應(yīng)，生成的合成氣主要成分是H2和CO。合成氣經(jīng)激冷環(huán)進(jìn)入激冷室，在激冷室內(nèi)合

24、成氣經(jīng)過(guò)降溫、增濕、除塵和洗滌，被水飽和，熔渣迅速固化。合成氣出氣化爐后，經(jīng)文丘里洗滌器、合成氣洗滌塔進(jìn)一步增濕、除塵、洗滌。除塵后的合成氣進(jìn)入變換工序。粉煤燃燒后形成的灰渣沉積在激冷室水中，絕大部分灰渣迅速沉淀并通過(guò)渣鎖斗系統(tǒng)定期排出。</p><p><b>　　2.2 煤炭煉焦</b></p><p>　　煙煤隔絕空氣加熱到950~1050°C，經(jīng)過(guò)干

25、燥、熱解、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等過(guò)程最終制得焦炭，這一過(guò)程叫高溫?zé)捊?。煉焦得到的焦炭可供高爐冶煉、鑄造、氣化和化工等工業(yè)部門作為燃料或原料；煉焦過(guò)程中得到的干餾煤氣經(jīng)回收、精制可得到各種芳香烴和雜環(huán)化合物，供合成纖維、染料、醫(yī)藥、涂料和國(guó)防等作工業(yè)做原料；還可以經(jīng)凈化后做為合成氨、合成燃料和一系列有機(jī)合成工業(yè)的原料。</p><p>　　2.2.1 煤炭煉焦歷史及發(fā)展</p><p>　

26、　從16世紀(jì)人們就已經(jīng)開(kāi)始發(fā)展高溫?zé)捊?，它始于煉鐵的需要，幾百年來(lái)高溫?zé)捊闺S冶金、化工的發(fā)展而不斷變革。煉焦的焦?fàn)t也隨著發(fā)展，由最早的土法煉焦到現(xiàn)代的蓄熱式焦?fàn)t有了很大的進(jìn)步與發(fā)展。</p><p>　　近幾十年來(lái)隨高爐技術(shù)的發(fā)展和能源構(gòu)成的變化，高溫?zé)捊辜夹g(shù)正在出現(xiàn)新的進(jìn)展。目前，雖然煉焦工業(yè)取得了很大成就，煉焦技術(shù)達(dá)到了一定的發(fā)展水平，但由于種種原因，煉焦工作者仍需不斷地研究和開(kāi)發(fā)煉焦新技術(shù)。由于近年來(lái)高爐煉

27、鐵技術(shù)發(fā)展相當(dāng)迅速，對(duì)焦炭質(zhì)量的要求也日益嚴(yán)格，傳統(tǒng)的冷態(tài)強(qiáng)度、化學(xué)組成、篩分組成等指標(biāo)已不能全面評(píng)定焦炭質(zhì)量。焦炭的高溫性能、顯微結(jié)構(gòu)和其他新的檢驗(yàn)和評(píng)定焦炭質(zhì)量的方法逐步得到應(yīng)用，隨著對(duì)環(huán)保要求的提高，煉焦技術(shù)還有待于進(jìn)一步發(fā)展。</p><p>　　2.2.2 室式結(jié)焦</p><p>　　炭化室內(nèi)煤料結(jié)焦過(guò)程的特點(diǎn)是單向供熱、成層結(jié)焦，結(jié)焦過(guò)程中傳熱性能隨爐料的狀態(tài)和溫度而變化。由

28、于單向供熱，炭化室內(nèi)煤料的結(jié)焦過(guò)程所需熱能是以高溫爐墻側(cè)向炭化室中心逐漸傳遞的。煤的導(dǎo)熱能力很差，在炭化室中心面的垂直方向上，煤料內(nèi)的溫度差較大，所以在同一時(shí)間，距爐墻不同距離的各層煤料的溫度不同，爐料的狀態(tài)也就不同，各層也處于結(jié)焦過(guò)程的不同階段，總是在爐墻附近先結(jié)成焦炭而后逐層向炭化室中心推移，這就是成層結(jié)焦。通常在煉焦中把炭化室中心面溫度作為焦餅成熟程度的標(biāo)志。</p><p>　　2.2.3 配煤煉焦<

29、;/p><p>　　早期煉焦只用單種煤，但隨著煉焦工業(yè)的發(fā)展，煉焦煤儲(chǔ)量明顯不足。隨著高爐的大型化，對(duì)冶金焦質(zhì)量提出了更高的要求，單種煤煉焦的矛盾也日益突出，結(jié)合中國(guó)煤源豐富，煤種齊全，但煉焦煤儲(chǔ)量較少的現(xiàn)狀，走配煤之路勢(shì)在必行。</p><p>　　配煤煉焦就是將兩種或兩種以上的單種煤，均勻地按適當(dāng)?shù)谋壤浜?，使各種煤之間取長(zhǎng)補(bǔ)短，生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)焦炭，并能合理利用煤炭資源，增加煉焦化學(xué)產(chǎn)品。&l

30、t;/p><p>　　2.2.4 煉焦中出現(xiàn)的問(wèn)題及處理</p><p>　　在煉焦中最困難的問(wèn)題就是沿炭化室高度方向加熱均勻性的問(wèn)題。高度越高，加熱均勻性越難達(dá)到。其加熱是否均勻，主要取決于火焰長(zhǎng)度，加熱不均勻?qū)⒁鸾Y(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)和產(chǎn)品產(chǎn)量、質(zhì)量降低等不良后果。由于燃燒室下部溫度高，所以炭化室內(nèi)下部煤料先結(jié)成焦塊，為了使上部煤料完全成焦，則必須延長(zhǎng)加熱時(shí)間，結(jié)果導(dǎo)致下部焦炭過(guò)火。結(jié)焦時(shí)間的延長(zhǎng)

31、，使熱損失增加，甚至使下部耐火材料熔化或爐墻變形。針對(duì)這種情況，主要采取四種方法去解決，即高低燈頭法，分段燃燒法，廢氣循環(huán)法和按炭化室高度采用不同厚度的爐墻。廢氣循環(huán)法在解決加熱不均勻的問(wèn)題不僅簡(jiǎn)單而且很有效，因此被廣泛的采用。  焦?fàn)t出焦時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)焦餅難推的情況，即焦餅移動(dòng)苦難或根本推不動(dòng)。出現(xiàn)這種情況大多是因?yàn)榧訜釡囟冗^(guò)低或過(guò)高，焦餅不成熟以致收縮不夠而增大焦餅與爐墻的摩擦阻力，溫度過(guò)高，焦炭過(guò)火易碎，推焦時(shí)發(fā)生夾焦現(xiàn)象

32、；爐墻和爐底磚變形等。因此在推焦過(guò)程中應(yīng)注意推焦電流的變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決，以減小其對(duì)焦?fàn)t造成的危害。</p><p><b>　　2.3 煤炭液化</b></p><p>　　2.3.1 液化歷史以及發(fā)展</p><p>　　煤炭液化分為直接液化和間接液化，1913年德國(guó)人率先發(fā)現(xiàn)液化技術(shù)，并于二戰(zhàn)期間實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化。德國(guó)先后有12套煤炭直接液

33、化裝置建成投產(chǎn)，到1944年，德國(guó)煤炭直接液化工廠的油品生產(chǎn)能力已達(dá)423萬(wàn)噸每年。后由于中東大量廉價(jià)石油開(kāi)發(fā)，煤炭液化技術(shù)被擱置。70年代初期，由于世界范圍內(nèi)的石油危機(jī)，煤炭液化技術(shù)又開(kāi)始活躍起來(lái)。日本、德國(guó)、美國(guó)等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，在原有基礎(chǔ)上相繼研究開(kāi)發(fā)出一批煤炭直接液化新工藝，目前世界上有代表性的直接液化工藝是日本的NEDOL工藝、德國(guó)的IGOR工藝和美國(guó)的HTI工藝。這些新直接液化工藝的共同特點(diǎn)是，反應(yīng)條件與老液化工藝相比大大緩和

34、，壓力由40MPa降低至17～30MPa，產(chǎn)油率和油品質(zhì)量都有較大幅度提高，降低了生產(chǎn)成本。1923年，德國(guó)化學(xué)家首先開(kāi)發(fā)出了煤炭間接液化技術(shù)。40年代初，為了滿足戰(zhàn)爭(zhēng)的需要，德國(guó)曾建成9個(gè)間接液化廠。后由于石油大量開(kāi)發(fā)滯后發(fā)展，石油危機(jī)時(shí)又重新開(kāi)始為人們所重視起來(lái)。煤炭間接液化技術(shù)主要有三種，即的南非的薩索爾（Sasol）費(fèi)托合成法、美國(guó)的Mobil甲醇制汽油法）和正在開(kāi)發(fā)的直接合成法。</p><p>　　5

35、0年代初，我國(guó)也投入了液化技術(shù)的研究，由于發(fā)現(xiàn)了大慶油田而中止?！捌呶濉逼陂g，山西煤化所開(kāi)的煤基合成汽油技術(shù)被列為國(guó)家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目。1989年在代縣化肥廠完成了小型實(shí)驗(yàn)。“八五”期間，國(guó)家和山西省政府投資2000多萬(wàn)元，在晉城化肥廠建立了年產(chǎn)2000噸汽油的工業(yè)試驗(yàn)裝置，生產(chǎn)出了90號(hào)汽油。在此基礎(chǔ)上，提出了年產(chǎn)10萬(wàn)噸合成汽油裝置的技術(shù)方案。2001年，國(guó)家863計(jì)劃和中科院聯(lián)合啟動(dòng)了“煤變油”重大科技項(xiàng)目。中科院山西煤化所承擔(dān)了

36、這一項(xiàng)目的研究，科技部投入資金6000萬(wàn)，省政府投入1000萬(wàn)和本地企業(yè)的支持，經(jīng)過(guò)一年多攻關(guān)，千噸級(jí)漿態(tài)床中試平臺(tái)在2002年9月實(shí)現(xiàn)了第一次試運(yùn)轉(zhuǎn)，并合成出第一批粗油品，低溫漿態(tài)合成油可以獲得約70％的柴油，十六烷值達(dá)到70以上，其它產(chǎn)品有LPG(約5％～10％)、含氧化合物等。其核心技術(shù)費(fèi)托合成的催化劑、反應(yīng)器和工藝工程也取得重大突破。</p><p>　　2.3.2 煤炭液化技術(shù)及其研發(fā)現(xiàn)狀</p&

37、gt;<p>　　以煤為原料，在一定反應(yīng)條件下生產(chǎn)液體燃料和化工原料的煤炭液化技術(shù)通常有直接液化和間接液化2種工藝路線。煤炭和石油一樣，都是碳?xì)浠衔铮旱臍浜亢蜌涮急冗h(yuǎn)遠(yuǎn)低于汽油、柴油，氧含量卻很高，因此無(wú)論采用何種技術(shù)路線，其關(guān)鍵技術(shù)都是提高氫碳比。同時(shí)間接液化和直接液化得到的產(chǎn)品具有很好的互補(bǔ)性：直接液化合成的燃料轉(zhuǎn)化效率較高；間接液化產(chǎn)品使用效率較高，比直接液化產(chǎn)品的環(huán)保性能好，但副產(chǎn)物多。</p>

38、<p>　　2.3.3 煤炭直接液化技術(shù)</p><p>　　直接液化是指將煤粉碎到一定粒度后，與供氫溶劑及催化劑等在一定溫度（430~470°C）、壓力（10~30Mp）下直接作用，使煤加氫裂解轉(zhuǎn)化為液體油品的工藝過(guò)程。最早的液化工藝中沒(méi)有使用氫氣和催化劑，是先將煤在高溫、高壓的溶劑中溶解，產(chǎn)生高沸點(diǎn)的液體。煤直接液化技術(shù)主要包括：a、煤漿配制、輸送和預(yù)熱過(guò)程的煤漿制備單元；b、煤在高溫

39、高壓條件下進(jìn)行加氫反應(yīng)，生成液體產(chǎn)物的反應(yīng)單元；c、將反應(yīng)生成的殘?jiān)⒁夯?、氣態(tài)產(chǎn)物分離的分離單元；d、穩(wěn)定加氫提質(zhì)單元。</p><p>　　2.3.4 煤炭間接液化技術(shù)</p><p>　　煤炭間接液化是先將煤氣化、凈化生產(chǎn)出H2/CO體積比符合要求的合成氣，然后以其為原料在一定溫度、壓力和催化劑條件下合成液態(tài)產(chǎn)品的工藝過(guò)程，簡(jiǎn)稱F-T合成。煤炭間接液化的3個(gè)主要產(chǎn)品是烴類燃料、甲醇

40、和二甲醚。1936年，德國(guó)建成世界上第一座煤間接液化工廠并迅速發(fā)展，二次大戰(zhàn)結(jié)束時(shí)，煤間接液化和直接液化廠共可生產(chǎn)汽油約400萬(wàn)t/a，占德國(guó)汽油總消費(fèi)量的90%。和直接液化一樣，隨著廉價(jià)石油的發(fā)現(xiàn)，煤間接液化也相繼停產(chǎn)。盡管在20世紀(jì)50年代初期和中期，美國(guó)的煤炭液化技術(shù)有了一些發(fā)展，但由于石油價(jià)格下降，煤炭液化技術(shù)越來(lái)越缺乏吸引力。除南非外，其他國(guó)家在20世紀(jì)70年代初才開(kāi)始重視煤炭液化技術(shù)。</p><p>

41、;<b>　　液化工藝流程簡(jiǎn)圖</b></p><p>　　3 煤炭制備中煤種煤質(zhì)問(wèn)題分析研究</p><p>　　3.1 氣化原理及影響煤炭氣化的因素研究</p><p>　　3.1.1 氣化原理及平衡影響條件</p><p>　　3.1.1.1 氣化原理</p><p>　　煤的氣化是指利用煤

42、或半焦與氣化劑進(jìn)行多相反應(yīng)產(chǎn)生碳的氧化物、氫、甲烷的過(guò)程，主要是固體燃料中的碳與氣相中的氧、水蒸氣、二氧化碳、氫之間相互作用。由于煤結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，其中含有碳、氫、氧和硫等多種元素，在基本化學(xué)反應(yīng)時(shí)，一般僅考慮煤中主要元素碳和在氣化反應(yīng)前發(fā)生的煤的干餾或熱解，即煤的氣化過(guò)程僅有碳、水蒸氣和氧參加，碳與氣化劑之間發(fā)生一次反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物再與燃料中的碳或其他氣態(tài)產(chǎn)物之間發(fā)生二次反應(yīng)。綜合兩次反應(yīng)最終得出一個(gè)總反應(yīng)：</p><

43、p>　　煤（高溫、加壓、氣化劑）=C+CH4+CO+CO2+H2+H2O</p><p>　　3.1.1.2 影響平衡條件</p><p>　　在煤炭氣化過(guò)程中，有相當(dāng)多的反應(yīng)是可逆過(guò)程，因此需要對(duì)影響氣化的條件進(jìn)行控制。</p><p>　　影響氣化反應(yīng)的因素主要溫度和壓力。溫度是影響氣化反應(yīng)過(guò)程煤氣產(chǎn)率和化學(xué)組成的決定性因素。如果反應(yīng)是放熱反應(yīng)，一般來(lái)說(shuō)降

44、低反應(yīng)溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行，反之則升高溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行。故在反應(yīng)中應(yīng)合理控制氣化溫度，使其在合適溫度條件下氣化從而達(dá)到最佳氣化狀態(tài)。氣化中主要是氣體的制取，因此壓力對(duì)氣化影響也較大，升高壓力平衡向氣體體積減小的方向進(jìn)行；反之，降低壓力，平衡向氣體體積增加方向進(jìn)行。壓力對(duì)煤氣中各氣體組成的影響不同，隨著壓力的增加，粗煤氣中甲烷和二氧化碳含量增加，而氫氣和一氧化碳含量則減少。因此，壓力越高，一氧化碳平衡濃度越低，煤氣產(chǎn)率隨之降低。故在氣

45、化階段對(duì)氣化溫度和壓力進(jìn)行合理的控制，以保證氣化反應(yīng)能高效的進(jìn)行。</p><p>　　3.1.2 煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響</p><p>　　煤是由植物殘骸經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物化學(xué)作用和物理化學(xué)作用轉(zhuǎn)變而成的，由于成煤時(shí)間的不同形成了多種不同種的煤，每種煤由于形成的時(shí)間過(guò)程不同，故在組分上有所不同。在氣化中，煤種和煤質(zhì)不同均對(duì)其造成影響。</p><p>　　3.1.2.

46、1 煤種對(duì)氣化的影響</p><p>　　化中常用的煤種主要有無(wú)煙煤、焦煤、半焦、貧煤、煙煤、褐煤、泥炭煤。無(wú)煙煤、焦炭、半焦和貧煤氣化時(shí)不黏結(jié)，不會(huì)產(chǎn)生焦油，所生產(chǎn)的煤氣中只含有少量的甲烷，不飽和碳?xì)浠衔飿O少，但煤氣熱值低。其中無(wú)煙煤和貧煤都屬于變質(zhì)程度非常高的煤種，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體。煙煤氣化是黏結(jié)，并且產(chǎn)生焦油，煤氣中的不飽和烴、碳?xì)浠衔镙^多，煤氣的凈化系統(tǒng)較復(fù)雜，煤氣的熱值較高。褐煤氣化時(shí)不黏結(jié)但產(chǎn)生

47、焦油，褐煤是變質(zhì)程度較低的煤，加熱時(shí)不產(chǎn)生膠質(zhì)體，含有較高的內(nèi)在水分和數(shù)量不等的腐殖酸，揮發(fā)分高，加熱時(shí)不軟化，不熔融。泥炭煤氣化時(shí)不黏結(jié)，但產(chǎn)生焦油和脂肪酸，所產(chǎn)生的煤氣中含有大量的甲烷和不飽和碳?xì)浠衔铩?lt;/p><p>　　煤種還在其氣化過(guò)程中對(duì)幾個(gè)方面有影響。首先，對(duì)煤氣組分和產(chǎn)率的影響，隨著壓力的增大，同一煤種制取的煤氣的發(fā)熱值越高，同一操作壓力下，煤氣發(fā)熱值由高到低的順序依次是褐煤、氣煤、無(wú)煙煤，這是

48、由于隨著變質(zhì)程度的提高，煤的揮發(fā)分逐漸降低。對(duì)煤氣產(chǎn)率也有一定的影響，一般來(lái)說(shuō)，煤中揮發(fā)分越高，轉(zhuǎn)變?yōu)榻褂偷挠袡C(jī)物就越多，煤氣的產(chǎn)率下降。其次，對(duì)消耗指標(biāo)的影響，煤炭氣化過(guò)程主要是煤中的碳和水蒸氣反應(yīng)生成氫，這一反應(yīng)需要吸收大量的熱量，該熱量是通過(guò)爐內(nèi)的碳和氧氣燃燒以后放出的熱量來(lái)維持。不同煤種，其變質(zhì)程度不同，隨著變質(zhì)程度的加深，從泥炭、褐煤、煙煤到無(wú)煙煤，煤中碳的含量有大的增加，在氣化時(shí)所消耗的水蒸氣、氧氣等氣化劑的數(shù)量也相應(yīng)增大。

49、最后，對(duì)焦油組成和產(chǎn)率的影響，一般來(lái)說(shuō)，變質(zhì)程度較深的氣煤和長(zhǎng)焰煤比變質(zhì)程度淺的褐煤焦油產(chǎn)率大，而變質(zhì)程度更深的煙煤和無(wú)煙煤，其焦油產(chǎn)率卻更低。</p><p>　　3.1.2.2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響</p><p>　　煤質(zhì)影響主要是指煤水分、灰分、揮發(fā)分、煤粒度、煤灰熔點(diǎn)等對(duì)氣化過(guò)程造成的影響。</p><p>　　煤中的水分以三種形式存在，即外在水分、內(nèi)在水分和

50、結(jié)晶水。對(duì)常壓氣化來(lái)講，氣化用煤中水分含量過(guò)高，煤料未經(jīng)充分干燥就進(jìn)入干餾層，影響了干餾的正常進(jìn)行，而沒(méi)有徹底干餾的煤進(jìn)入氣化段后，又會(huì)降低氣化段的溫度，使得甲烷的生成反應(yīng)和二氧化碳、水蒸氣的還原反應(yīng)速率顯著減小，降低了煤氣的產(chǎn)率和氣化效率。加壓氣化爐由于高度較常壓氣化爐高能提供干燥層，因此對(duì)水分的要求上較常壓氣化來(lái)說(shuō)較高。</p><p>　　煤中灰分過(guò)高不僅會(huì)增加運(yùn)輸成本，而且對(duì)氣化過(guò)程有許多不利的影響。氣化

51、由于少量碳的表面被灰分覆蓋，氣化劑和碳表面的接觸面積減少，降低了氣化效率；同時(shí)灰分的大量增加，不可避免地增加了爐渣的排出量，隨爐渣排出的碳損耗量也必然增加。</p><p>　　揮發(fā)分的大小要根據(jù)煤氣的用途來(lái)確定，做燃料時(shí)，要求甲烷含量高、熱值大，則可以選用揮發(fā)分較高的煤做原料，當(dāng)制得的煤氣用做工業(yè)生產(chǎn)的合成氣時(shí)，一般要求使用低揮發(fā)分、低硫的無(wú)煙煤、半焦或焦炭，因?yàn)樽冑|(zhì)程度淺的煤種，生產(chǎn)的煤氣中焦油產(chǎn)率高，焦油容

52、易堵塞管道和閥門，給焦油分離帶來(lái)一定的困難，同時(shí)也增加了含氰廢水的處理量。</p><p>　　煤的粒度在氣化過(guò)程中占有非常重要的地位，由于粒度的不同，將直接影響到氣化爐的運(yùn)行負(fù)荷、煤氣和焦油的產(chǎn)率以及氣化時(shí)的各項(xiàng)消耗指標(biāo)。煤的比表面積和煤的粒徑有關(guān)，煤的粒徑越小，其比表面積越大，越有利于氣化。粒度對(duì)傳熱也有影響，粒度越大，傳熱越慢，煤粒內(nèi)外溫差越大。</p><p>　　煤的灰熔點(diǎn)即灰分

53、熔融時(shí)的溫度，其與煤的結(jié)渣性共同對(duì)氣化造成影響，兩者在氣化過(guò)程中影響氣化劑的均勻分布，增加排灰的困難，使氣化在較低溫度下進(jìn)行，同時(shí)還縮短氣化爐的壽命。此外，煤還有其他諸多因素影響其氣化過(guò)程，在氣化中要綜合分析各項(xiàng)條件，合理的進(jìn)行配煤氣化，使煤達(dá)到最高的氣化效率。</p><p>　　3.1.3 煤特性對(duì)氣化過(guò)程及設(shè)備的影響</p><p>　　3.1.3.1 煤性質(zhì)對(duì)德士古氣化的影響<

54、;/p><p>　　德士古加壓氣化是氣流床濕法加料，液態(tài)排渣的加壓煤氣化技術(shù)。無(wú)煙煤由于反應(yīng)活性低，碳轉(zhuǎn)化率低，可磨指數(shù)小，不適宜于水煤漿加壓氣化。褐煤的內(nèi)在水分含量較高，內(nèi)孔表面大，吸水能力強(qiáng)，成漿時(shí)，煤粒上能吸附的水量多。因而，在水煤漿濃度相同的條件下，自由流動(dòng)的水相對(duì)減少，以致流動(dòng)性較差，若使其具有相同的流動(dòng)性，則煤漿濃度必然下降，即褐煤的成漿性差。故褐煤在目前尚不宜作為水煤漿加壓氣化的原料。適宜于水煤漿加壓氣

55、化的是煙煤，而煙煤中最適宜氣化的是長(zhǎng)焰煤、氣煤等。即使是長(zhǎng)焰煤、氣煤，如果煤的灰熔融溫度很高(>1400°C)，且灰渣的粘度很大，也不宜選用Texaco氣化法氣化。</p><p>　　影響德士古氣化的有主要指標(biāo)也有次要指標(biāo)。主要指標(biāo)有以下幾個(gè)：（1）發(fā)熱量達(dá)25.12MJ/kg[一般的煙煤(原煤)都能達(dá)到這個(gè)要求，精煤更是如此]，越高越好；（2）灰熔融溫度FT在1300°C為宜。過(guò)高或

56、過(guò)低都不利于氣化；（3）煤中灰量不得高于15%~20%，越低越好?；液扛邥?huì)導(dǎo)致比煤耗、比氧耗增大，灰分愈多，隨灰渣而損失的碳量就愈多?；液棵吭黾?%，氧耗增加0.7%~0.8%寫(體積分率)，生產(chǎn)成本上升，同時(shí)增加了三廢治理的工作量。次要指標(biāo)有以下幾個(gè)：（1）全水分含量越低越好。煤的成漿濃度隨著內(nèi)在水分含量的增大而降低，內(nèi)在水分低的煤易于制取高濃度水煤漿。隨著水煤漿濃度的提高，煤氣中有效氣體成分增加，氣化效率提高，氧氣耗量下降；（2

57、）揮發(fā)分含量越高，越利于Texaco氣化反應(yīng)，增加煤氣產(chǎn)率；（3）固定碳含量越高越好；（4）液渣粘度維持在15~25Pa·S之間，以維持正常的液態(tài)排渣；（5）煤中有害元素硫、氯、砷、汞、氟等越低越好；（6）可磨指數(shù)越大越好，越大，煤越易磨碎，可提高煤磨機(jī)的產(chǎn)量，降低耗電率。</p><p>　　3.1.3.2 幾個(gè)影響德士古煤氣化的關(guān)鍵因素</p><p>　　成漿性 影響煤成漿

58、性的因素很多，如煤的變質(zhì)程度，煤的灰分含量，內(nèi)在水分含量，灰成分，煤的粒度分布，制備水煤漿用水特性，制漿溫度，攪拌時(shí)間、強(qiáng)度，添加劑的種類、用量等，且有些因素之間是密切相關(guān)的。其中最關(guān)鍵的是煤的種類、添加劑的型號(hào)及量。性能好的煤漿要有高的煤含量、低粘度，表觀流動(dòng)性、穩(wěn)定性好，析水率低等。作為Texac。水煤漿加壓氣化工藝要求煤漿濃度在60%以上，粘度小于1000cP。變質(zhì)程度淺的煤，內(nèi)表面大，吸附水多，不易制得高濃度煤漿，年老煤親水性官

59、能團(tuán)少，與水的結(jié)合力弱，也不易制得高濃度煤漿。一般變質(zhì)程度較深，內(nèi)在水分含量較低的年輕煙煤較易制出高濃度的水煤漿。煤的內(nèi)水含量越高，煤中O/C比越高，含氧官能團(tuán)和親水官能團(tuán)越多，空隙率越大，煤的制漿難度越大。</p><p>　　反應(yīng)活性 煤粒在氣化爐內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間一般為5~8s，這樣短暫的反應(yīng)時(shí)間，只有反應(yīng)速度很快才能達(dá)到較高的碳轉(zhuǎn)化率，而提高反應(yīng)溫度又受到耐火材料使用壽命、設(shè)備材質(zhì)和運(yùn)行周期的限制，因此Texa

60、co氣化原料要求有較高的反應(yīng)活性，才能使氣化反應(yīng)在瞬間完成。</p><p>　　煤反應(yīng)性的表示方法很多，我國(guó)采用CO2介質(zhì)與煤進(jìn)行反應(yīng)，以CO2的還原率來(lái)表示煤的反應(yīng)性。煤對(duì)CO2還原率越高(a值越大)，煤的反應(yīng)性越好。煤反應(yīng)性主要與煤化程度有關(guān)，一般煤的反應(yīng)性隨著煤化程度的加深而降低。煤中礦物質(zhì)含量和組成對(duì)反應(yīng)也有影響，礦物質(zhì)含量高，降低了煤中固定碳含量，使反應(yīng)性降低。而礦物質(zhì)中的堿金屬化合物對(duì)碳與CO2的反

61、應(yīng)起催化作用，使煤的反應(yīng)性提高。煤的反應(yīng)性隨溫度的升高而增加。一般情況下，適宜于Toxaco氣化用煙煤在IOOO°C時(shí)，a≥50%;在1100°C時(shí)，a≥68%;在125O°C時(shí)，a≥98%，以保證碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%。</p><p>　　渣對(duì)耐火材料襯里的腐蝕性 腐蝕性渣可導(dǎo)致耐火材料襯里蝕損率高，即使在最佳操作溫度下也是如此耐火磚蝕損率隨溫度增加而加快。因氣化爐耐火材料非常昂貴

62、(國(guó)產(chǎn)磚，單爐500~550萬(wàn)元;進(jìn)口磚在1000萬(wàn)元左右)，所以選擇沒(méi)有腐蝕性渣的煤作為氣化原料，并且在低溫下操作氣化爐，使耐火材料的蝕損率降到最小，延長(zhǎng)氣化爐的運(yùn)行周期。</p><p>　　一般渣油氣化爐的高鋁質(zhì)(Al203)向火面耐火磚容易受到熔渣侵蝕，因?yàn)槿墼幸埠邢喈?dāng)量的Al2O3。熔渣中含的CaO及Fe2O3組分侵入耐火磚，與耐火磚中的MgO組分生成MgFe2O4，后者的耐磨損性比MgO低。<

63、;/p><p>　　一般認(rèn)為耐火磚中的尖晶體MgAI204對(duì)熔渣的侵蝕作用具有一定的抵御性。然而，熔渣中的Fe2O3。侵人磚，F(xiàn)e3+取代了耐火磚中的A13+，這種置換作用導(dǎo)致磚體膨脹，造成耐火磚脆裂。</p><p>　　主要組分為Cr2O3的耐火磚，受熔渣侵人耐火磚使晶間結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，性能退化，造成耐火磚脆裂。主要組分為Cr2O3、A12O3及ZrO2的耐火磚，一般能經(jīng)受熔渣的侵蝕。耐火磚

64、氧化鉻含量越高，受熔渣的侵蝕程度就越輕。然而，耐火磚氧化鉻含量高，其抵御剝落的能力弱。</p><p>　　由此可見(jiàn)，高鐵和高鋁灰渣比高鈣低鋁灰對(duì)鉻磚腐蝕輕。耐火磚經(jīng)歷上述物理變化后，爐內(nèi)溫度較大幅度變化造成的所謂“熱沖擊”作用，也會(huì)導(dǎo)致耐火磚發(fā)生剝落。為了減少耐火磚的剝落，需加入助熔劑來(lái)降低灰渣的灰熔融溫度，鐵或鎂助熔劑優(yōu)于鈣助熔劑。</p><p>　　SGC結(jié)垢性SGC結(jié)垢性是指對(duì)合

65、成氣冷卻器的結(jié)垢程度，嚴(yán)重的結(jié)垢將阻止熱傳遞，降低效率，并在洗滌塔中出現(xiàn)問(wèn)題，降低氣體冷卻溫差。若使用燃?xì)馔钙絀GCC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的廠家，將造成燃?xì)馔钙絿?yán)重結(jié)垢，降低效率，甚至引起透平機(jī)的動(dòng)平衡改變，被迫停車檢修，影響運(yùn)行周期。</p><p>　　3.1.3.3 煤性質(zhì)對(duì)航天氣化工藝的影響</p><p>　　航天氣化工藝是采用粉煤氣化技術(shù)進(jìn)行氣化的，原料煤在磨煤機(jī)中磨碎成為顆粒為5~9

66、0μm煤粉并由惰性氣體發(fā)生器來(lái)的熱風(fēng)加熱至105°C后通過(guò)管道送至粉煤袋式過(guò)濾器，經(jīng)袋式過(guò)濾器后，大部分煤粉沉降下來(lái)，只有一少部分隨熱風(fēng)循環(huán)回惰性氣體發(fā)生器，同時(shí)起預(yù)熱和混合氣的作用，沉降下來(lái)的粉煤經(jīng)過(guò)輸送進(jìn)入氣化爐與氧氣蒸汽混合氣進(jìn)行后進(jìn)行氣化反應(yīng)。</p><p>　　在粉煤氣化過(guò)程中，煤的水分、灰分、灰渣熔融點(diǎn)都對(duì)氣化造成極大的影響。原料煤在磨煤機(jī)中磨碎后呈煤粉形式輸送，需要保持一定的干燥度，若煤

67、水分含量過(guò)大，需要更多的熱量來(lái)對(duì)煤進(jìn)行干燥，故需要從惰性氣體發(fā)生器過(guò)來(lái)的熱風(fēng)溫度高或是風(fēng)量增加，會(huì)給后續(xù)工作帶來(lái)不必要的麻煩，同時(shí)還有可能使煤粉的干燥程度不夠從而影響粉煤的輸送，堵塞管道，造成袋式過(guò)濾器下煤不暢，影響輸送粉煤速度。在煤粉氣化過(guò)程中，若是煤粉水分過(guò)大，氣化是需要吸收更多的熱量來(lái)蒸發(fā)掉多余的水分，間接導(dǎo)致氣化溫度降低，影響氣化的進(jìn)行，使氣化進(jìn)行不完全，浪費(fèi)原料煤，若煤粉水分較少則會(huì)造成氣化時(shí)溫度過(guò)高，從而使氣化得到的有效氣體

68、量減少。氣化溫度過(guò)低或是過(guò)高都對(duì)氣化爐有危害，如果溫度低，煤粉氣化時(shí)形成的渣粘結(jié)性較強(qiáng)，粘結(jié)在氣化爐內(nèi)壁上使氣化爐內(nèi)壁掛渣過(guò)厚，渣口減小減少了氣化空間；如果溫度過(guò)高，可能達(dá)到灰渣的熔融點(diǎn)，從而使氣化爐內(nèi)壁不能有效的掛渣，造成氣化爐掛渣太薄，高溫破壞爐體，高溫還有可能使氣化爐內(nèi)壁掛的渣熔融形成大塊兒渣脫落使渣口渣量短時(shí)間增加堵塞渣口，此外，灰渣溫度過(guò)高也會(huì)造成下降管燒穿，損毀氣化爐，使之不能正常進(jìn)行生產(chǎn)。</p><p

69、>　　3.2 煉焦工藝條件及煤炭性質(zhì)對(duì)煉焦的影響研究</p><p>　　3.2.1 工藝條件對(duì)成焦的影響</p><p>　　加熱速度  提高加熱速度使煤料的膠質(zhì)體溫度范圍加寬，流動(dòng)性增加，從而改善煤料的黏結(jié)性，使焦塊致密。利用快速加熱，可以提高弱黏結(jié)性的氣煤、弱黏煤甚至長(zhǎng)焰煤的黏結(jié)性，這就擴(kuò)大了煉焦煤源，但快速加熱對(duì)半焦收縮是不利的，因?yàn)樘岣呒訜崴俣仁故湛s速度加快，相鄰

70、層的連接強(qiáng)度加大，從而收縮應(yīng)力大，產(chǎn)生的裂紋多，故合理的加熱速度應(yīng)是黏結(jié)階段快、收縮階段慢。</p><p>　　煤料細(xì)度  同一種煤的粉碎度增加，焦炭強(qiáng)度增加，當(dāng)煤粉碎度達(dá)到某極限值后，繼續(xù)增加時(shí)焦炭強(qiáng)度反而降低。不同的煤種，其焦炭強(qiáng)度的極大值對(duì)應(yīng)的粉碎度取決于煤的黏結(jié)性，黏結(jié)性愈好的煤，其焦炭強(qiáng)度極大值對(duì)應(yīng)的煤粉碎度愈高，是由于粉碎度提高時(shí)，煤粉的分散表面積增加，而固體顆粒對(duì)液體的吸附作用使膠質(zhì)體黏

71、度增大，不利于氣體的析出，使黏結(jié)階段的膨脹壓力增大，從而使煤的黏結(jié)性提高。在煉焦中，對(duì)于不同的煤料，為得到強(qiáng)度最好的焦炭，應(yīng)尋找各自最適合的細(xì)度。</p><p>　　堆密度  增加裝爐煤的堆密度，使煤粒間隙減小，膨脹壓力增大，填充間隙所需的液態(tài)物質(zhì)減少，在膠質(zhì)體數(shù)量和性質(zhì)一定時(shí)，可以改善煤的黏結(jié)性。但堆密度的增大，使相鄰層的連接強(qiáng)度加強(qiáng)，且伴隨著收縮應(yīng)力的增加，使焦炭的裂紋增加。因此，只有當(dāng)黏結(jié)性差的

72、氣煤配用量較大時(shí)，采用增加堆密度的方法來(lái)提高焦炭的強(qiáng)度。</p><p>　　3.2.2 煤質(zhì)對(duì)成焦的影響</p><p>　　水分  煤的水分過(guò)小，會(huì)惡化焦?fàn)t裝煤操作環(huán)境；水分過(guò)大，會(huì)使裝煤操作困難。水分對(duì)堆密度也有影響，水分增高，水分汽化熱大，使結(jié)焦時(shí)間延長(zhǎng)，為排除水分帶來(lái)的不利影響，一般情況下，配合煤水分穩(wěn)定在10%左右較為合適。</p><p>　

73、　灰分  成焦過(guò)程中，煤料中的灰分幾乎全部轉(zhuǎn)入焦炭中，因此要嚴(yán)格控制配煤灰分。灰分是惰性物質(zhì)，灰分高則黏結(jié)性降低。灰分的顆粒較大，硬度比煤大，它與焦炭物質(zhì)之間有明顯的分界面，而且膨脹系數(shù)不同，當(dāng)半焦收縮時(shí)，灰分顆粒成為裂紋中心，灰分顆粒越大則裂紋越寬、越深、越長(zhǎng)，所以配合煤的灰分高，則焦炭強(qiáng)度降低。高灰分的焦炭在高爐冶煉中，會(huì)發(fā)生粉化，影響高爐透氣性。降低配合煤的灰分有利于降低焦炭的灰分，可使高爐、化鐵爐等降低焦耗，提高產(chǎn)量，

74、但是成本增加，應(yīng)綜合考慮。</p><p>　　黏結(jié)性  配合煤的黏結(jié)性指標(biāo)是影響焦炭強(qiáng)度的重要因素。根據(jù)結(jié)焦機(jī)理，配合煤中各組分的煤塑性溫度區(qū)間應(yīng)彼此銜接和依次重疊。</p><p>　　煤料細(xì)度  煤料必須粉碎才能均勻混合，其細(xì)度對(duì)成焦也有很大影響。細(xì)度過(guò)低，配合煤混合不均勻，焦炭?jī)?nèi)部結(jié)構(gòu)不均一，強(qiáng)度降低。細(xì)度過(guò)高，不僅粉碎機(jī)動(dòng)力消耗增大，設(shè)備生產(chǎn)能力降低，而且裝爐

75、煤的堆密度下降，更主要的是細(xì)度過(guò)高，反而使焦炭質(zhì)量受到影響。因?yàn)榧?xì)度過(guò)高，煤料的表面積增大，生成膠質(zhì)體時(shí)，由于固體顆粒對(duì)液相量的吸附作用增強(qiáng)，使膠質(zhì)體的黏度增大而流動(dòng)性變差，因此細(xì)度過(guò)高不利于黏結(jié)。</p><p>　　硫分 煤炭中含硫?qū)γ簾捊乖斐珊艽蟮挠绊?，在不斷的?duì)其研究中也得出相關(guān)影響的數(shù)據(jù)。氣相中的硫主要是H2S，焦油中含硫量為總硫量減去固體焦炭和氣相中的含硫量的差值,從而可以得到硫在不同相中的分配。不同

76、考察因素下固體焦炭中硫含量及硫在熱解氣、焦炭和焦油中的分配見(jiàn)表2。</p><p>　　經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，升溫速度3.0℃/min下無(wú)氣體通入時(shí)熱解后焦炭硫含量為2.13%，通入300mL/minH2，CH4和N2后焦炭硫含量分別為1.75%, 1.79%和2.05%，分別降低約0.38%， 0.34%和0.08%。3.0℃/min時(shí)， 200，300和500mL/minH2流量下測(cè)得的焦炭硫含量分別為1.77%，1

77、.75%和1.74%，比無(wú)氣體通入時(shí)的硫含量(2.13% )分別降低0.36%， 0.38%和0.39%； 1.5℃/min時(shí)，不同H2流量下焦炭硫含量比無(wú)氣體通入時(shí)的2.02%分別降低約0.46%， 0.53%和0.56%?？梢钥吹?，增大氣體流量可以提高脫硫率，但隨流量的增大對(duì)脫硫率的影響逐漸減弱；加熱速率對(duì)脫硫率的影響較大，加熱速率小脫硫率高。</p><p>　　與無(wú)氣體通入時(shí)相比，通入氣體可使焦炭中硫分配

78、明顯降低。升溫速度3.0℃/min下通入H2和CH4可使焦炭中硫降低9%左右，通入N2可降低2%左右； 1.5℃/min下通入H2可使焦炭中硫降低13%左右，而氣相中硫分配增加,冷凝在焦油中的和以其他形式逸出的硫含量也有增加。因而，焦?fàn)t煤氣返回焦化過(guò)程可以改變硫在固體焦炭、熱解煤氣及焦油中的分布，使煤中的硫向氣相和液相轉(zhuǎn)移，從而使焦炭中的硫分配降低。</p><p>　　在研究中亦發(fā)現(xiàn)，通入氣體可顯著降低焦炭中硫

79、含量，增大氣體流量、減小加熱速率,有利于提高氣相中硫分配比，從而使固體焦炭中硫含量降低。其中氫氣氣氛下脫硫效果較佳， 3.0和1.5℃/min 2種加熱速率下可分別使焦炭中硫含量降低0.36%~0.39%和0.46%~0.56%；不同氣氛的累積脫硫量順序?yàn)镠2>CH4>N2，至800℃時(shí)可達(dá)到總脫硫量的90%以上；氣體流量增大，累積硫脫除量亦增大；通入氫氣具有較好的脫硫效果，一方面因?yàn)闅怏w通入可以提高煉焦室中氫氣的還原氣氛，

80、加快脫硫反應(yīng)速度，另一方面可以減少熱解氣體在半焦中的停留時(shí)間，且稀釋熱解氣中的硫化物，抑制氣態(tài)中的硫返回固體焦炭中。</p><p>　　3.3 影響煤炭液化特性的主要因素</p><p>　　煤炭液化工藝受原料煤質(zhì)、壓力、溫度、催化劑等因素的影響，液化方法不同，對(duì)煤質(zhì)的要求也有所不同。</p><p>　　各國(guó)對(duì)直接液化用煤的要求存在較大的差異，日本和蘇聯(lián)的一些學(xué)

81、者主張采用低灰分煤，歐美有些學(xué)者則認(rèn)為采用價(jià)格低廉的高灰、高硫煤有利于降低液化成本。但高灰煤在磨碎過(guò)程中耗電多，尤其是含黃鐵礦高的煤硬度大而電耗更大，對(duì)提高液化工廠的生產(chǎn)效率和固、液分離液都不利。煤中鏡質(zhì)組最大平均反射率是反映煤化程度的重要指標(biāo)，一般煤化程度較低的煤易于液化。煤中鏡質(zhì)組合穩(wěn)定組是加氫液化的活性組分，反應(yīng)性高，而惰質(zhì)組則難以液化。直接液化初期，煤的熱解自由基主要依靠自身的H原子獲得穩(wěn)定，因此煤中的H/C、O/C原子比對(duì)液化

82、特性影響較大；醚鍵含量高，反應(yīng)活性好，但同時(shí)羧基、羥基和甲氧基含量高，液化反應(yīng)過(guò)程中大量生成的水會(huì)導(dǎo)致H耗量過(guò)大。一般要求灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于5%，洗選性能好，可磨性好，水分含量低，氫含量高，氧、硫和氮等雜原子含量低，鏡質(zhì)組和穩(wěn)定組含量高，惰質(zhì)組含量低的煤作為原料。當(dāng)煤中的碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為80%~85%、H/C原子比大于0.8、揮發(fā)分產(chǎn)率大于40%、活性組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約90%、灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于9%時(shí)。原煤或洗精煤具有較好的液化特性。</p&

83、gt;<p>　　催化劑的研究和開(kāi)發(fā)是降低煤直接液化成本、提高液化油收率的關(guān)鍵技術(shù)之一。煤炭科學(xué)院北京煤化工研究分院對(duì)煤直接液化催化劑的篩選和開(kāi)發(fā)進(jìn)行了大量的工作，主要進(jìn)行了高活性超細(xì)催化劑、天然礦物催化劑的篩選和微粉碎及其評(píng)價(jià)，從我國(guó)的硫鐵礦、鈦鐵礦、鋁廠赤泥、鎢礦渣、鉬礦飛灰、高爐飛灰等27種天然礦物中優(yōu)選出5種活性較高的催化劑。神華集團(tuán)已決定在其煤直接液化示范工程第一條示范生產(chǎn)線中采用此高效催化劑。</p>

84、;<p>　　煤加氫液化是強(qiáng)的放熱反應(yīng)，反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)溫度的分布、溫度控制以及熱穩(wěn)定性是至關(guān)重要的問(wèn)題。高溫快速液化體系中如有足夠的活性氫，短時(shí)間內(nèi)便可得到很高的轉(zhuǎn)化率，高溫快速液化可行。煤直接液化反應(yīng)中，煤漿加熱系統(tǒng)中溫度、壓力的變化會(huì)使煤漿特性發(fā)生較大變化，煤漿在液化過(guò)程中的黏度變化、影響因素以及流變行為是設(shè)計(jì)液化反應(yīng)器和油煤漿輸送系統(tǒng)時(shí)需要考慮的重要問(wèn)題。但煤的結(jié)構(gòu)及其成分復(fù)雜，不同煤種之間的差異較大，對(duì)產(chǎn)生黏度峰原因

85、的認(rèn)識(shí)還存在較大的分歧。</p><p>　　循環(huán)溶劑貫穿于煤直接液化的各個(gè)流程單元,在整個(gè)工藝流程中起著非常重要的作用。循環(huán)溶劑是從液化產(chǎn)物中分出的組分,加氫穩(wěn)定后具有供氫能力,同時(shí)循環(huán)溶劑也作為新鮮煤的制漿介質(zhì),經(jīng)預(yù)熱升溫后又返回液化反應(yīng)部分,直接或者間接參與液化反應(yīng)。適當(dāng)?shù)难h(huán)溶劑可以很好地溶解溶漲、稀釋分散的煤粒,使氣、液、固三相反應(yīng)系統(tǒng)處于相對(duì)均勻的體系,有利于油煤漿的輸送、預(yù)熱和煤的熱裂解反應(yīng)、加氫反

86、應(yīng)及抑制結(jié)焦。</p><p>　　與直接液化技術(shù)相比,煤間接液化對(duì)煤質(zhì)的要求相對(duì)較低,原則上所有能氣化生產(chǎn)合成氣的煤種均可,當(dāng)然存在最佳經(jīng)濟(jì)效益的問(wèn)題,不同的煤種應(yīng)選擇適宜的氣化方法。例如,魯奇加壓氣化技術(shù)對(duì)煤的種類和粒度有一定要求,如果采用Sasol煤間接液化技術(shù)而沒(méi)有適合魯奇加壓氣化的煤種,可選擇較為先進(jìn)的粉煤氣流床氣化工藝。一般來(lái)說(shuō),對(duì)煤質(zhì)的要求主要有:易磨或中等難磨;水分含量較低,灰分質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于15%

87、;水煤漿制氣工藝要求煤的成漿性能要好(一般要求水煤漿質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于60%,最好在65%以上);固定床氣化工藝一般要求煤的灰融點(diǎn)溫度>1 250℃,流化床、氣流床氣化工藝要求煤的灰融點(diǎn)溫度<1 300℃。溫度、催化劑不同的F-T工藝,所得產(chǎn)品分布、目標(biāo)產(chǎn)物也不相同。以高質(zhì)量柴油和蠟為目標(biāo)產(chǎn)品,應(yīng)選擇漿態(tài)床工藝;以生產(chǎn)烯烴類化工產(chǎn)品為主,則選擇固定流化床工藝較好。</p><p><b>　　4

88、結(jié)論和建議</b></p><p><b>　　4.1 結(jié)論</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)對(duì)煤炭氣化、煉焦、液化過(guò)程以及影響因素的分析和研究，可以得出煤炭在制備焦炭和化學(xué)產(chǎn)品過(guò)程中受到煤種、煤質(zhì)和工藝條件的影響。在煤氣化過(guò)程中，影響氣化反應(yīng)的主要有溫度和壓力；煤的形成年代即煤種對(duì)氣化也有較大的影響，低煤化程度的煤種氣化較為合適一點(diǎn)，產(chǎn)氣量也比較大，而煤

89、化程度高的煤，如無(wú)煙煤反而不適合作為氣化用煤；煤質(zhì)對(duì)煤炭氣化是最大的，其中有水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳、黏結(jié)性、硫含量以及煤灰渣熔融性等對(duì)煤氣化起到重大的作用，直接影響煤氣化時(shí)氣化的產(chǎn)率，氣化時(shí)對(duì)設(shè)備的危害，產(chǎn)出氣體的質(zhì)量等。在煤高溫成焦時(shí)與氣化一樣也受到工藝條件和煤炭性質(zhì)的影響，在工藝條件上有加熱速度、煤料細(xì)度、堆密度對(duì)成焦造成影響；此外，還受到煤炭性質(zhì)的影響，如水分、灰分、黏結(jié)性、硫分等，都對(duì)其產(chǎn)生很大的影響，成焦還應(yīng)注意其焦炭的硬

90、度和抗碎強(qiáng)度都決定于煤的性質(zhì)。煤炭液化有兩種方法，即直接液化和間接液化，其中直接液化于煤種關(guān)系較大，主要由煤種有機(jī)物高分子鏈決定，間接液化是先經(jīng)過(guò)氣化后再把氣化得到的氣體進(jìn)行進(jìn)一步加工合成為液體產(chǎn)品，故影響氣化的因素也是影響間接液化的因素。</p><p><b>　　4.2 建議</b></p><p>　　通過(guò)對(duì)煤炭性質(zhì)等的研究和分析，確定了煤炭在制備其他化工產(chǎn)品

91、的過(guò)程中應(yīng)該根據(jù)煤炭性質(zhì)等問(wèn)題出發(fā)。在煤炭氣化、煉焦和液化時(shí)嚴(yán)格分析煤炭各個(gè)方面的性質(zhì)，合理的進(jìn)行配煤，以最大程度的發(fā)揮各種煤的作用，通過(guò)配合調(diào)整煤的綜合含碳量，黏結(jié)性，水分，硫分，同時(shí)還應(yīng)該測(cè)試煤的結(jié)渣性，控制好其結(jié)渣溫度，使煤能更好的結(jié)渣排渣，使設(shè)備高效的工作同時(shí)又損害最小，適當(dāng)?shù)募尤肴廴趧┑戎畚镔|(zhì)，除硫物質(zhì)，使在煤炭制備過(guò)程中對(duì)環(huán)境污染盡可能的小，以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。</p><p><b>

92、　　致謝</b></p><p>　　本論文是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的。在搜集資料，在對(duì)工藝進(jìn)行學(xué)習(xí)和掌握時(shí)，遇到不懂不會(huì)的問(wèn)題，xx老師都會(huì)指導(dǎo)我，在論文定初稿中，她又給了我極大的幫助，讓我順利的完成了論文初稿，在這整個(gè)過(guò)程中她都傾注了很多的精力。面對(duì)老師的深恩，無(wú)以為報(bào)，謹(jǐn)在此向老師致謝，說(shuō)聲：老師，您辛苦了，謝謝您！</p><p>　　在撰寫論文的過(guò)程中也得到了幾位

93、同學(xué)的建議和極大的幫助，才使我能順利的完成初稿，在此，我向他們致以真摯的謝意：謝謝你們對(duì)我的幫助！</p><p>　　在這里再次感謝支持幫助我的老師和同學(xué)，同時(shí)也感謝評(píng)審的各位老師！您辛苦了！</p><p>　　因?yàn)槲宜接邢?，文中難免存在不足之處，敬請(qǐng)各位老師給予指正，我將非常感激！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></

94、p><p>　　[1] 舒歌平，史士東，李克健.煤炭液化技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003. </p><p>　　[2] 周敏，倪獻(xiàn)智，李寒旭.煉焦工藝學(xué).北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社，1994</p><p>　　[3] 于振東，蔡承佑.焦?fàn)t生產(chǎn)技術(shù).沈陽(yáng)：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2003</p><p>　　[4] 姚昭章.

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