專論與綜述全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊(CA-CD 規(guī)范)執(zhí)行優(yōu)秀期刊-煤炭深加工技術及應用熊道陵,李金輝,鐘洪鳴(江西理工大學材料與化學工程學院，江西贛州341000)摘要:闡述了煤炭深加工的2種工藝技術一煤炭氣化技術和煤炭液化技術， 并且介紹了2種工藝技術的煤炭深加工產(chǎn)品的具體應用。關鍵詞:煤炭氣化;煤炭液化;應用中圈分類號:TQ536文獻標識碼:A文章編號:1006-6772(2009 )02-0011-00過去50年來，石油資源新發(fā)現(xiàn)的速率比累積用是將煤轉化成清潔的便于運輸和使用的液體燃料或量還要快,但是,這些自然資源有限，如果不能生生化工原料的一-種先進的潔凈煤技術,今后是解決中不息,終有耗竭的一天?，F(xiàn)在的估計,各項初級能國石油緊缺的重要途徑之一-。源,石油可用40年,天然氣可用60多年,煤炭可用1煤炭氣化技術200年,原子能的鈾可用50多年。尋求資源的源源供給,并減少對環(huán)境的破壞,積極尋求替代燃料及再煤炭氣化是指煤在特定的設備內(nèi),在- -定溫度生能源是當務之急。所謂替代燃料或替代能源是指及壓力下使煤中有機質與氣化劑(如蒸汽空氣或替代傳統(tǒng)的化石燃料,尤其是替代汽油。包含了天氧氣等)發(fā)生一系列化學反應,將固體煤轉化為含然氣液化石油氣、甲醇、乙醇生物柴油、氫氣、P-系有CO、H2、CH4等可燃氣體和CO2、N2等非可燃氣列燃料、核能及電力。全世界初級能源比例為:石油.體的過程。煤炭氣化時,必須具備3個條件,即氣化35% ,天然氣21% ,煤炭22% ,核能7% ,水力3%,爐、氣化劑供給熱量,三者缺一不可。煤炭氣化工其余12%為生物質能及其它。藝如圖1所示。隨著石油需求量繼續(xù)增加,各國憂心能源及經(jīng)某|濟安全。世界石油供給很快達到頂峰而下降。目前煤氣石油供給大多依賴中東油源,儲藏量有限,且政治不.安定,油價受制于人。替代燃料及再生能源雖然較干凈,但大部分替代程度小,需要尋求大量的能源供氣灰或空氣給。氫能及燃料電池的來源目前還是依賴傳統(tǒng)能團1煤炭氣化工藝流程源。因此煤炭和天然氣是石油之后的主要的能源來源。煤作為一種能源在社會發(fā)展中的作用不可替氣化過程發(fā)生的反應包括煤的熱解、氣化和燃代。當今世界對煤炭的進步的加工利用范圍越來燒反應。煤的熱解是指煤從固相變?yōu)闅狻⒐桃喝嘣綇V。隨著科技進步及世界能源危機的影響8益加產(chǎn)物的過程。煤的氣化和燃燒反應則包括2種反應深,煤炭深加工技術受到廣泛關注和發(fā)展,煤炭液化類型肌非均相氣一周后應和均婦的氣相反應。中國煤化工YHCNMHG收稿日期:2009-01 -05基金項目:國家自然科學基金資助項目( 50864004) ;江西省教育廳科技資助項目(贛教高字[2008]87號)作者簡介:熊道陵(965 -) ,男,江西吉安人,教授,博士,從事能源開發(fā)應用與技術管理工作等。1.不同的氣化工藝對原料的性質要求不同,因此國神華集團煤直接液化工業(yè)化大型PSu裝置于在選擇媒'(化工藝時,考慮氣化用煤的特性及其影2004年8月25日正式開工興建,已于2008年底建響極為重要。傳統(tǒng)' (化爐的氣化用煤的性質主要包成,經(jīng)試運行7d已取得了圓滿成功。煤的直接液化括煤的反應性、粘結性、結渣性、熱穩(wěn)定性.機械強工藝流程如圖2所示。度、粒度組成以及水分、灰分和硫分含量等。煤炭氣催化創(chuàng)氣氣體.化L藝可按壓力、氣化劑、氣化過程供熱方式等分煤」煤米胡反網(wǎng)分離上提質加二柴油汽油類,常用的是按氣化爐內(nèi)煤料氣化劑的接觸方式備單元戶單元廠 L單元L上單兒二化它區(qū)分,主要有:祝環(huán)溶劑」L_ 殘渣(1)固定床氣化。在氣化過程中,煤由氣化爐團2煤直接液化工藝流程示意頂部加入,氣化劑由氣化爐底部加入,煤料與氣化劑逆流接觸,相對于氣體的上升速度而言,煤料下降速該工藝是把煤先糜成粉,再和自身產(chǎn)生的液化度很慢,甚至叮視為固定不動,因此稱之為固定床氣重油(循環(huán)溶劑)配成煤漿,在高溫(450C)和高壓化;而實際上,煤料在氣化過程中是以很慢的速度向(20 ~ 30MPa)下直接加氫將煤轉化成汽油、柴油等下移動的,比較準確的稱其為移動術氣化。石油產(chǎn)品,It無水尤厭煤可產(chǎn)500 ~600kg油,加上(2)流化床氣化。它是以粒度為0 ~ 10mm的制氫用煤,約4t原煤產(chǎn)It成品油。小顆粒煤為氣化原料,在氣化爐內(nèi)使其懸浮分散在2.2 煤間接液化乘直上升的氣流中,煤粒在沸騰狀態(tài)進行氣化反應，煤間接液化就是將煤通過氣化爐生成的煤化氣從而使得煤料層內(nèi)溫度均勻,易于控制,提高氣化效轉化成合成氣,并以合成氣為基礎原料,采用合成工率。藝路線費-托(F -T)法轉化為烴類化合物,并通過(3)氣流床氣化。它是一種并流氣化,用氣化精餾生產(chǎn)出液體燃料和各種化學品,也稱C,化學產(chǎn)劑將粒度為100μm以下的煤粉帶入氣化爐內(nèi),也可品。C化學產(chǎn)品,就是以含有碳原子數(shù)為I的化合將煤粉先制成水煤漿,然后用泵打人氣化爐內(nèi)。煤物(如C0.CO2 .CH, 0H)為基本原料的合成產(chǎn)品。料在高于其灰熔點的溫度下與氣化劑發(fā)生燃燒反應通常以煤氣為C化學原料生產(chǎn)液體燃料和化學品。和氣化反應,厭淹以液態(tài)彤式排出氣化爐。間接液化法有2種,- -種是南非薩索爾(SASOL)法，(4)熔浴床氣化。 它是將粉煤和氣化劑以切線此法是改進的費-托(F -T)合成法;另-種是美國方向高速噴人溫度較高月高度穩(wěn)定的熔池內(nèi),把一的莫比爾( Mobil)法,此法是由煤轉化成合成氣制成部分動能傳給熔流,使池內(nèi)熔融物做螺旋狀的旋轉甲醇,再由甲醇通過- -種催化劑制取高辛烷值汽油。運動并氣化。日前此氣化工藝已不再發(fā)展'”。甲醇燃料已成為近幾年世界上重要研究課題,其意義在于可以解決汽油短缺問題,汽油摻人甲醇后還2煤炭液化技術可以提高汽油的抗爆性及辛烷值,也無須再加人四煤炭液化技術是將固體的煤炭轉化為液休燃乙基鉛。采用低樂合成法制取甲醇已在國外大批建料、化工原料和產(chǎn)品的潔凈煤技術。煤炭液化技術廠。煤間接液化工藝流程如圖3所示。中又叮分為煤的直接液化技術和煤的間接液化技湖產(chǎn)燃料氣術。原料煤凱煤氣花H,+CO合興油等.2.1 煤直接液化化_ 合成石蠟。煤的直接液化法,就是以煤為原料,在高溫高壓條件下,通過催化加氫直接液化成烴類化合物,再通團3煤間接液化工藝流程示意過精煉制取潔凈優(yōu)質汽油、柴油其他燃料油等成品油。從理論上說,1t無水無灰煤能轉化成半噸以上煤間接液化工藝先把煤全部氣化成合成氣(氫的液化油。技術比較成熟的直接液化法有美國氣和中國煤化工存在下合成為汽氫一媒(H- COAL)法及HTI法、德國IGOR法、油。DCHC NMH G。日本NEDOL法.供氫溶劑法( EDS)、溶劑精煉法同按做化工乙付盡:這H來種比直接液化廣(SRC)、ADL法等。目前，世界尚無國家達到煤直泛;②可以在現(xiàn)有合成氨廠已有氣化爐的基礎上實接液化工業(yè)化生產(chǎn)階段,只有中試生產(chǎn)在運行。中12《潔飾煤技術)2009年第16卷第2期專論與綜述全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊(CAJ-CD 規(guī)范}執(zhí)行優(yōu)秀期刊現(xiàn)合成汽油;③反應壓力為3MPa,低于直接液化,反凈化度一如粉塵及硫化物含量的要求很高。與應溫度為550C ,高于直接液化i4-5)。IGCC配套的煤氣化一般采用固定床加樂氣化(魯奇爐)氣流床氣化(德士古)、加壓氣流(Shell氣化3煤炭深加工后的應用爐)。廣東省加壓流化床氣化工藝,煤氣熱值.以煤為原料采用焦化工藝，以焦爐煤氣轉化成9.21 ~ 10. 47MJ。合成氣制取甲醇及采用煤液化技術生產(chǎn)汽油、柴油(6)作煤炭氣化燃料電池,燃料電池是由H2、天等液體燃料及以煤為原料生產(chǎn)甲醇等多元化的能源然氣或煤氣等燃料(化學能)通過電化學反應直接生產(chǎn)工藝,已成為今后的發(fā)展方向。轉化為電的化學發(fā)電技術。目前主要由磷酸鹽型3.1煤炭氣化技術的應 用(PAFC)、熔融碳酸鹽型( MCFC)、固體氧化物型(1)作為工業(yè)燃氣,一般熱值為4.60 ~5.6SMJ(SOFC)等。它們與高效煤氣化結合的發(fā)電技術就的煤氣,采用常樂固定床氣化爐、流化床氣化爐均可是IC-MCFC和IC-SOFC,其發(fā)電效率可達53%。制得。主要用于冶金、機械、衛(wèi)生、建材.輕紡、食品(7)煤炭氣化制氫,氫氣廣泛的用于電子、冶等部門,用以加熱各種工業(yè)爐、窯,或直接加熱產(chǎn)品金、玻璃生產(chǎn)、化工合成航空航天、煤炭直接液化及或半成品。氫能電池等領域,月前世界上96%的氫氣來源于化(2)作為民用煤氣,一般熱值在12.56~14. 65石燃料轉化。而煤炭氣化制氫起著很重要的作用，MJ,要求CO小于10% ,除焦爐煤氣外,用直接氣化- -般是將煤炭轉化成Co和H2 ,然后通過變換反應也叮得到，采用魯奇爐較為適用。與直接燃煤相比，將CO轉換成H2和CO2 ,將富氫氣體經(jīng)過低溫分離民用煤氣不僅叮以明顯提高用煤效率和減輕環(huán)境污出CO2或變壓吸附及膜分離技術,即叮獲得高純度染,而且能夠方便人民生活,具有良好的社會效益與的氫氣。環(huán)境效益。出于安全、環(huán)保及經(jīng)濟等因素的考慮,要(8)煤炭液化的氣源,不論煤炭直接液化和間求民用煤氣中的H2.CH。及其它烴類叮燃氣體含量接液化,都離不開煤炭氣化。煤炭液化需要煤炭氣應盡最高,以提高煤氣的熱值;而CO有毒其含量應化制氫,而可選的煤炭氣化工藝同樣包括固定床加盡量低。壓魯奇氣化加壓流化床氣化和加壓氣流床氣化工(3)作為化工合成和燃料油合成原料氣,早在藝。第二次世界大戰(zhàn)時,德國等就采用費托(F-T)工藝3.2 液體燃料的應用合成航空燃料油。隨著合成氣化工和碳- -化學技術(1)甲醇燃料的發(fā)展,以煤氣化制取合成氣,進而直接合成各種化甲醇是最佳的替代燃料及寶貴的基礎化工原學品的路線已經(jīng)成為現(xiàn)代煤化T的基礎,主要包括料。甲醇在常溫下呈液態(tài),運輸方便,操作容易,已.合成氨、合成甲烷、烯烴、合成甲醇、醋酐.二甲醚以被世界各國所關注。甲醇將成為在生產(chǎn)基地和消費及合成液體燃料等?；ず铣蓺鈱嶂狄蟛桓?，地之間用巨型油輪運輸?shù)闹匾唐?。主要對煤氣中的CO、H2等成分有一定的比例,一般世界各國對興建大型甲醇廠十分重視,世界最德士古氣化爐、Shell氣化爐較為合適。目前中國合大的甲醇生產(chǎn)企業(yè)是加拿大的Methanex和日本的成氨和甲醇產(chǎn)量的50%以上來自煤炭氣化合成工三菱瓦斯,2005年這2家公司的甲醇產(chǎn)能分別為785萬Va在全球擁有11套生產(chǎn)裝置和373萬Va(4)作為冶金還原氣,煤氣中的CO和H2具有(在全球擁有5套生產(chǎn)裝置) ,分別占世界總產(chǎn)能的很強的還原作用。在冶金工業(yè)中,利用還原氣可直16. 15%和7.67%。伊朗、卡塔爾、俄羅斯智利.巴接將鐵礦石還原成海棉鐵;在有色金屬工業(yè)中,鎳、林、委內(nèi)瑞拉、科威特、愛沙尼亞等國家都在籌建大銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來冶煉。因型甲醇廠。隨著我國甲醇市場需求增長速度加快，此,冶金還原氣對煤氣中的CO含量有要求。甲醇生產(chǎn)也進人快速發(fā)展期,產(chǎn)能和產(chǎn)量的年均增(5)作為聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃氣,整體煤氣化聯(lián)合長速;中國煤化工%。2006年中國.循環(huán)發(fā)電(簡稱ICCC)是指煤在加壓下氣化,產(chǎn)生甲醇MH噸的甲醇企業(yè)總的煤氣經(jīng)凈化后燃燒,高溫煙氣驅動燃氣輪機發(fā)電，產(chǎn)量,CNMH G戴的47%。中國再利用煙氣余熱產(chǎn)生高壓過熱蒸汽驅動蒸汽輪機發(fā)甲醇在建項目有74家,產(chǎn)能達到3012萬Va,中國電。用于ICCC的煤氣,對熱值要求不高,但對煤氣甲醇擬建項目有50家,產(chǎn)能達到3267萬Va。按在煤送深加工技術及應用l3產(chǎn)和在建企業(yè)計算,到2010年,中國甲醇企業(yè)的產(chǎn)戊基醚( TAME)及碳酸二甲酯。MTBE 是由甲醇和能將達到4600萬Va以上。2006 年中國主要甲醇異丁烯反應獲得的一種高辛烷值無鉛汽油的添加生產(chǎn)企業(yè)的分布所在生產(chǎn)省份主要在山東、山西、河劑,也叮做溶劑,被稱為20世紀80年代“第三代石南、陜西等省06。油化學品”。目前中國MTBE消費甲醇30萬Va,預中國對甲醇燃料的研究起步于20世紀70年代計到2010年MTBE消費甲醇145萬Va。TAME 是初期。山西是中國甲醇燃料的示范性試驗較為系統(tǒng)汽油含氧添加劑,碳酸二甲酯也是一-種汽油添加劑,并且已成為推廣應用最快.規(guī)模最大的地區(qū)之一。都可以提 高汽油的抗爆件和辛烷值。隨著中國逐步在汽油中摻人5%、15% .25%和85%的甲醇及用純禁止使用含鉛汽油,上述3種產(chǎn)品需求量越來越大，甲醇(100%)作為汽車燃料的試驗研究方面已取得消費甲醇氧也隨之增大[8-9]。了大量實質性進展,特別是低比例(5% ~11%)摻(3)甲醇用于生產(chǎn)甲醛、醋酸等相關化學品:燒甲醇,汽車無需做任何改動，可直接摻入汽油中使目前,中國生產(chǎn)甲醛需求甲醇140萬Va。甲醛用。檢測認定,其各項指標均達到或超過同標號無廣泛用于化工、醫(yī)藥、染料和農(nóng)業(yè)等行業(yè)中,如福爾鉛汽油,環(huán)保與節(jié)能功效突出,取得較為理想的效馬林是醫(yī)院常見的用作殺菌防腐的溶液,其中甲醛果。并且對甲醇燃料的存儲、輸配、防腐、安全以及含量為40%。甲醛最大的用途是用作生產(chǎn)各種樹甲醇汽車的運肯調(diào)度、維護保養(yǎng)、試驗檢測和故障排脂的原料,廣泛作為民用和工程材料,塑料材料、膠除等方面,均總結出了較為系統(tǒng)的技術規(guī)程和管理粘劑、涂料。甲醛還用作生產(chǎn)整合劑EDTA、紡織物辦法,為更大范圍的甲醇汽車產(chǎn)業(yè)化示范提供了寶整理劑等。甲醇可以用于生產(chǎn)醋酸醋酸乙烯、醋酸貴的技木和管理方面的經(jīng)驗”。纖維等。利用甲醇還可以生產(chǎn)一些化學品,如對苯(2)醇一醚燃料二甲酸二甲酯( DMT)、甲基內(nèi)烯酸甲酯( MNA)、聚甲醇和二甲醚按一定比例配制成醇一醚燃料，乙烯醇、硫酸二甲酯等0-11)。具有清潔、燃燒完全、使用方便等特點。其燃燒效率參考文獻:高,克服了甲醇燃料不易點燃,需外加預熱器等缺點。用甲醇作為原料可以生產(chǎn)二甲醚、乙醇、乙二[1] 張東亮中國煤氣化工藝的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].煤化工,醇。乙醇可摻人汽油及柴油中作汽車燃料,中國正2004,(2):1-5.2] 俞珠峰.潔凈煤技術發(fā)展及應用[M].北京:化學工業(yè)在推進乙醇汽油燃料。出版社,2004.(3)甲醇制氫甲醇是富氫液體,可通過水蒸氣重整制氫,用于[3] 徐海龍煤炭氣化的分類與應用領域[J].內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟, 2005,(10);188 -189.燃料電池的氫源,也可以直接作為燃料電池的燃料,[4]高建業(yè). 煤液化燃料替代石油的開發(fā)應用[J].煤氣與是最有希望成為燃料電池電動汽車的燃料。甲醇燃熱力, 2007 ,27(1),37 -43.料電池汽車是甲醇潛在的巨大消費市場。[5]謝克昌,李 忠甲醇及其衍生物[M].北京:化學工業(yè)3.3甲醇' 下游產(chǎn)品的應用(1)甲醇制取二甲醚6] 熊道陵,傳學政,李金輝.甲醇燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及利用甲醇可以制取二甲醚( DME)。DME可以應用前景[J].煤炭經(jīng)濟研究,008,(1) :24 -26.直接作為汽車燃料,是柴油發(fā)動機的理想替代燃料。7] 趙賢俊,王海成,劉曉輝.甲醇燃料產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀和趨DME具有很高的十六烷值(為50 ~55),比甲醇燃勢[J].化工技術經(jīng)濟, 2006 ,24(9),10 -13.料有更好的燃燒效果,低溫啟動性及加速性能好。[8] 于開錄,劉昌俊，張月萍.二甲醚與下游產(chǎn)品開發(fā)研究進展[J].天然氣與石油,000,18(2) ,20 -24.據(jù)報道，日本已完成世界上首次以DME作為汽車燃[9]王金安 ,李承烈.高辛烷值汽油添加劑MJBE和TAME料的試驗,試驗顯示出DME燃燒效率高,污染低，的技術進展[J].天然氣化工, 1995 ,20(1),45 -49.實現(xiàn)了無煙燃燒,降低了氮氧化物排放量,降低了[10]史向東 ,孫忠林.利用粗甲醇生產(chǎn)甲醛技術[J].甲噪聲,所排放的廢氣可達到或低于美國加州有關中型載重汽車及客車的尾氣超低排放標準[11]中國煤化工散技術進展[J].(ULEV) [5.8)。fYHCN M H G:7-11.(2)甲醇制取MTBE、TAME及碳酸二甲酯(下轉第35頁)甲醇可以制取甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔14《潔凈煤技術>2009年第16卷第2期洗選加工全國中文核心期刊礦業(yè)類核心期刊(CAJ-CD 規(guī)范)執(zhí)行優(yōu)秀期刊[4]戴少康. 選煤工藝設計的思路與方法[M].北京:煤炭[7] 陳子彤.劉文禮，趙宏霞,等.干擾床分選機分選粗煤工業(yè)出版社,2003,12.泥的實驗研究[J].煤炭工程,2006,5:69 - 70.[5]董德彪，熊飛煤炭資源節(jié)約與潔凈利用途徑和建議8] 陳f彤,劉文禮，趙宏霞,等.干擾床分選機原理及分[J] . 煤炭科學技術,2006 34(5):6-9.選理論基礎研究[J].煤炭工程,2006,4:64 -66.[6] 王建軍.粗煤泥液固流化床高效脫硫降灰機理研究 [9] 趙躍民.煤炭資源綜合利用手冊[ M].北京:科學出版[D].河南焦作,河南理工大學,2008.社2004,3.The experimental study on damping fluid bed separation to coarse slimePAN Lan-ying, HUI Bing, FENG Jin-tao(School of malerial ,Henan Polyechnic Unitersity, Jiaoruo 454000,China)Abstract : The coarse slime that size is 3. 00mm to 0.25mm has been respectively separated by colunned fAuid bedwithout damping and rectangle fluid bed( TBS) with damping at laboratory. The result indicates that the eectioncan be improved if the fluid bed holds damping blocks. The reason is analysed in this paper, and the fllowing re-search direction of damping fluid bed is clear through this experiment.Keywords :fluid bed; coarse slime; damping block; separating efect. (上接第14頁)Application of coal deep processing technologyXIONG Dao-ling, LI Jin-hui , ZHONG Hong ming(School of Materials and Chemical Enginering, Jjiangxi Uniersity of Science & Technology, Ganzhou 341000, China)Abstract: The paper introduced two kinds of coal deep processing technology , coal gasification technology and coalliquefaction technology , and the application of the products of coal deep processing.Keywords: gasification ;liquefaction; application*+::8+-5 +--- +W:NHN +:+-w +:H+計計語計H+ HHHN+ WH:HHNHHHNHHHHH+HHH論歡迎訂閱2009年《潔凈煤技術》雜志《潔凈煤技術》雜志是由煤炭科學研究總院與煤炭工業(yè)潔凈煤工程技術中心聯(lián)合主辦,經(jīng)國家科委與新聞出版署正式批準,向國內(nèi)外公開發(fā)行的國家級專業(yè)科技刊物,為全國中文核心期刊?！稘崈裘杭夹g》雜志是煤炭、電力、冶金、化工、機械等部門行業(yè)及廠礦企業(yè)的領導和工程技術人員的必讀之物。主要刊載煤炭加工(洗選、型煤、水煤漿、配煤、煤泥利用) ,煤炭高效潔凈燃燒(流化床技術、粉煤燃燒、燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、研石發(fā)電) ,煤炭轉化(氣化、液化、焦化、燃料電池) ,污染控制與廢棄物管理(土地復墾、煙氣凈化、粉煤灰綜合利用礦井水處理、礦區(qū)污染治理)等潔凈煤技術方面的學術論文、研究報告、專題評述國外技術動態(tài)和政策法規(guī)等文章。《潔凈煤技術》雜志統(tǒng)-刊號:CN 11-3676/TD, ISSN 1006-6772,雙月刊,大16K,每期定價20元,全年120元。本刊自辦發(fā)行,請您直接與本刊編輯部辦理訂閱手續(xù)。訂閱方法:中國煤化工，郵局匯款:北京和平里煤炭科學研究總院,收款人:《潔凈銀行匯款:工商行和平里支行營業(yè)室,戶名:煤炭科學研究MYHc N M H G89115910;開戶地:北京市朝陽區(qū)。聯(lián)系電話:(010)84262927 ,84262909 ;傳真:(010 )84262340;E - mi:jmjs@ 263. net。阻尼液固連化床分選粗煤泥的試驗研究35萬萬數(shù)據(jù)