煤炭深加工技术及应用

专论与综述全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CA-CD 规范)执行优秀期刊-煤炭深加工技术及应用熊道陵,李金辉,钟洪鸣(江西理工大学材料与化学工程学院，江西赣州341000)摘要:阐述了煤炭深加工的2种工艺技术一煤炭气化技术和煤炭液化技术， 并且介绍了2种工艺技术的煤炭深加工产品的具体应用。关键词:煤炭气化;煤炭液化;应用中圈分类号:TQ536文献标识码:A文章编号:1006-6772(2009 )02-0011-00过去50年来，石油资源新发现的速率比累积用是将煤转化成清洁的便于运输和使用的液体燃料或量还要快,但是,这些自然资源有限，如果不能生生化工原料的一-种先进的洁净煤技术,今后是解决中不息,终有耗竭的一天。现在的估计,各项初级能国石油紧缺的重要途径之一-。源,石油可用40年,天然气可用60多年,煤炭可用1煤炭气化技术200年,原子能的铀可用50多年。寻求资源的源源供给,并减少对环境的破坏,积极寻求替代燃料及再煤炭气化是指煤在特定的设备内,在- -定温度生能源是当务之急。所谓替代燃料或替代能源是指及压力下使煤中有机质与气化剂(如蒸汽空气或替代传统的化石燃料,尤其是替代汽油。包含了天氧气等)发生一系列化学反应,将固体煤转化为含然气液化石油气、甲醇、乙醇生物柴油、氢气、P-系有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气列燃料、核能及电力。全世界初级能源比例为:石油.体的过程。煤炭气化时,必须具备3个条件,即气化35% ,天然气21% ,煤炭22% ,核能7% ,水力3%,炉、气化剂供给热量,三者缺一不可。煤炭气化工其余12%为生物质能及其它。艺如图1所示。随着石油需求量继续增加,各国忧心能源及经某|济安全。世界石油供给很快达到顶峰而下降。目前煤气石油供给大多依赖中东油源,储藏量有限,且政治不.安定,油价受制于人。替代燃料及再生能源虽然较干净,但大部分替代程度小,需要寻求大量的能源供气灰或空气给。氢能及燃料电池的来源目前还是依赖传统能團1煤炭气化工艺流程源。因此煤炭和天然气是石油之后的主要的能源来源。煤作为一种能源在社会发展中的作用不可替气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃代。当今世界对煤炭的进步的加工利用范围越来烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固液三相越广。随着科技进步及世界能源危机的影响8益加产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括2种反应深,煤炭深加工技术受到广泛关注和发展,煤炭液化类型肌非均相气一周后应和均妇的气相反应。中国煤化工YHCNMHG收稿日期:2009-01 -05基金项目:国家自然科学基金资助项目( 50864004) ;江西省教育厅科技资助项目(赣教高字[2008]87号)作者简介:熊道陵(965 -) ,男,江西吉安人,教授,博士,从事能源开发应用与技术管理工作等。1.不同的气化工艺对原料的性质要求不同,因此国神华集团煤直接液化工业化大型PSu装置于在选择媒'(化工艺时,考虑气化用煤的特性及其影2004年8月25日正式开工兴建,已于2008年底建响极为重要。传统' (化炉的气化用煤的性质主要包成,经试运行7d已取得了圆满成功。煤的直接液化括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性.机械强工艺流程如图2所示。度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。煤炭气催化创气气体.化L艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分煤」煤米胡反网分离上提质加二柴油汽油类,常用的是按气化炉内煤料气化剂的接触方式备单元户单元厂 L单元L上单儿二化它区分,主要有:祝环溶剂」L_ 残渣(1)固定床气化。在气化过程中,煤由气化炉團2煤直接液化工艺流程示意顶部加入,气化剂由气化炉底部加入,煤料与气化剂逆流接触,相对于气体的上升速度而言,煤料下降速该工艺是把煤先糜成粉,再和自身产生的液化度很慢,甚至叮视为固定不动,因此称之为固定床气重油(循环溶剂)配成煤浆,在高温(450C)和高压化;而实际上,煤料在气化过程中是以很慢的速度向(20 ~ 30MPa)下直接加氢将煤转化成汽油、柴油等下移动的,比较准确的称其为移动术气化。石油产品,It无水尤厌煤可产500 ~600kg油,加上(2)流化床气化。它是以粒度为0 ~ 10mm的制氢用煤,约4t原煤产It成品油。小颗粒煤为气化原料,在气化炉内使其悬浮分散在2.2 煤间接液化乘直上升的气流中,煤粒在沸腾状态进行气化反应，煤间接液化就是将煤通过气化炉生成的煤化气从而使得煤料层内温度均匀,易于控制,提高气化效转化成合成气,并以合成气为基础原料,采用合成工率。艺路线费-托(F -T)法转化为烃类化合物,并通过(3)气流床气化。它是一种并流气化,用气化精馏生产出液体燃料和各种化学品,也称C,化学产剂将粒度为100μm以下的煤粉带入气化炉内,也可品。C化学产品,就是以含有碳原子数为I的化合将煤粉先制成水煤浆,然后用泵打人气化炉内。煤物(如C0.CO2 .CH, 0H)为基本原料的合成产品。料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应通常以煤气为C化学原料生产液体燃料和化学品。和气化反应,厌淹以液态彤式排出气化炉。间接液化法有2种,- -种是南非萨索尔(SASOL)法，(4)熔浴床气化。 它是将粉煤和气化剂以切线此法是改进的费-托(F -T)合成法;另-种是美国方向高速喷人温度较高月高度稳定的熔池内,把一的莫比尔( Mobil)法,此法是由煤转化成合成气制成部分动能传给熔流,使池内熔融物做螺旋状的旋转甲醇,再由甲醇通过- -种催化剂制取高辛烷值汽油。运动并气化。日前此气化工艺已不再发展'”。甲醇燃料已成为近几年世界上重要研究课题,其意义在于可以解决汽油短缺问题,汽油掺人甲醇后还2煤炭液化技术可以提高汽油的抗爆性及辛烷值,也无须再加人四煤炭液化技术是将固体的煤炭转化为液休燃乙基铅。采用低乐合成法制取甲醇已在国外大批建料、化工原料和产品的洁净煤技术。煤炭液化技术厂。煤间接液化工艺流程如图3所示。中又叮分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技湖产燃料气术。原料煤凯煤气花H,+CO合兴油等.2.1 煤直接液化化_ 合成石蜡。煤的直接液化法,就是以煤为原料,在高温高压条件下,通过催化加氢直接液化成烃类化合物,再通團3煤间接液化工艺流程示意过精炼制取洁净优质汽油、柴油其他燃料油等成品油。从理论上说,1t无水无灰煤能转化成半吨以上煤间接液化工艺先把煤全部气化成合成气(氢的液化油。技术比较成熟的直接液化法有美国气和中国煤化工存在下合成为汽氢一媒(H- COAL)法及HTI法、德国IGOR法、油。DCHC NMH G。日本NEDOL法.供氢溶剂法( EDS)、溶剂精炼法同按做化工乙付尽:这H来种比直接液化广(SRC)、ADL法等。目前，世界尚无国家达到煤直泛;②可以在现有合成氨厂已有气化炉的基础上实接液化工业化生产阶段,只有中试生产在运行。中12《洁饰煤技术)2009年第16卷第2期专论与综述全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CAJ-CD 规范}执行优秀期刊现合成汽油;③反应压力为3MPa,低于直接液化,反净化度一如粉尘及硫化物含量的要求很高。与应温度为550C ,高于直接液化i4-5)。IGCC配套的煤气化一般采用固定床加乐气化(鲁奇炉)气流床气化(德士古)、加压气流(Shell气化3煤炭深加工后的应用炉)。广东省加压流化床气化工艺,煤气热值.以煤为原料采用焦化工艺，以焦炉煤气转化成9.21 ~ 10. 47MJ。合成气制取甲醇及采用煤液化技术生产汽油、柴油(6)作煤炭气化燃料电池,燃料电池是由H2、天等液体燃料及以煤为原料生产甲醇等多元化的能源然气或煤气等燃料(化学能)通过电化学反应直接生产工艺,已成为今后的发展方向。转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型3.1煤炭气化技术的应 用(PAFC)、熔融碳酸盐型( MCFC)、固体氧化物型(1)作为工业燃气,一般热值为4.60 ~5.6SMJ(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就的煤气,采用常乐固定床气化炉、流化床气化炉均可是IC-MCFC和IC-SOFC,其发电效率可达53%。制得。主要用于冶金、机械、卫生、建材.轻纺、食品(7)煤炭气化制氢,氢气广泛的用于电子、冶等部门,用以加热各种工业炉、窑,或直接加热产品金、玻璃生产、化工合成航空航天、煤炭直接液化及或半成品。氢能电池等领域,月前世界上96%的氢气来源于化(2)作为民用煤气,一般热值在12.56~14. 65石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，MJ,要求CO小于10% ,除焦炉煤气外,用直接气化- -般是将煤炭转化成Co和H2 ,然后通过变换反应也叮得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，将CO转换成H2和CO2 ,将富氢气体经过低温分离民用煤气不仅叮以明显提高用煤效率和减轻环境污出CO2或变压吸附及膜分离技术,即叮获得高纯度染,而且能够方便人民生活,具有良好的社会效益与的氢气。环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑,要(8)煤炭液化的气源,不论煤炭直接液化和间求民用煤气中的H2.CH。及其它烃类叮燃气体含量接液化,都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气应尽最高,以提高煤气的热值;而CO有毒其含量应化制氢,而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加尽量低。压鲁奇气化加压流化床气化和加压气流床气化工(3)作为化工合成和燃料油合成原料气,早在艺。第二次世界大战时,德国等就采用费托(F-T)工艺3.2 液体燃料的应用合成航空燃料油。随着合成气化工和碳- -化学技术(1)甲醇燃料的发展,以煤气化制取合成气,进而直接合成各种化甲醇是最佳的替代燃料及宝贵的基础化工原学品的路线已经成为现代煤化T的基础,主要包括料。甲醇在常温下呈液态,运输方便,操作容易,已.合成氨、合成甲烷、烯烃、合成甲醇、醋酐.二甲醚以被世界各国所关注。甲醇将成为在生产基地和消费及合成液体燃料等。化工合成气对热值要求不高，地之间用巨型油轮运输的重要商品。主要对煤气中的CO、H2等成分有一定的比例,一般世界各国对兴建大型甲醇厂十分重视,世界最德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前中国合大的甲醇生产企业是加拿大的Methanex和日本的成氨和甲醇产量的50%以上来自煤炭气化合成工三菱瓦斯,2005年这2家公司的甲醇产能分别为785万Va在全球拥有11套生产装置和373万Va(4)作为冶金还原气,煤气中的CO和H2具有(在全球拥有5套生产装置) ,分别占世界总产能的很强的还原作用。在冶金工业中,利用还原气可直16. 15%和7.67%。伊朗、卡塔尔、俄罗斯智利.巴接将铁矿石还原成海棉铁;在有色金属工业中,镍、林、委内瑞拉、科威特、爱沙尼亚等国家都在筹建大铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因型甲醇厂。随着我国甲醇市场需求增长速度加快，此,冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。甲醇生产也进人快速发展期,产能和产量的年均增(5)作为联合循环发电燃气,整体煤气化联合长速;中国煤化工%。2006年中国.循环发电(简称ICCC)是指煤在加压下气化,产生甲醇MH吨的甲醇企业总的煤气经净化后燃烧,高温烟气驱动燃气轮机发电，产量,CNMH G戴的47%。中国再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发甲醇在建项目有74家,产能达到3012万Va,中国电。用于ICCC的煤气,对热值要求不高,但对煤气甲醇拟建项目有50家,产能达到3267万Va。按在煤送深加工技术及应用l3产和在建企业计算,到2010年,中国甲醇企业的产戊基醚( TAME)及碳酸二甲酯。MTBE 是由甲醇和能将达到4600万Va以上。2006 年中国主要甲醇异丁烯反应获得的一种高辛烷值无铅汽油的添加生产企业的分布所在生产省份主要在山东、山西、河剂,也叮做溶剂,被称为20世纪80年代“第三代石南、陕西等省06。油化学品”。目前中国MTBE消费甲醇30万Va,预中国对甲醇燃料的研究起步于20世纪70年代计到2010年MTBE消费甲醇145万Va。TAME 是初期。山西是中国甲醇燃料的示范性试验较为系统汽油含氧添加剂,碳酸二甲酯也是一-种汽油添加剂,并且已成为推广应用最快.规模最大的地区之一。都可以提 高汽油的抗爆件和辛烷值。随着中国逐步在汽油中掺人5%、15% .25%和85%的甲醇及用纯禁止使用含铅汽油,上述3种产品需求量越来越大，甲醇(100%)作为汽车燃料的试验研究方面已取得消费甲醇氧也随之增大[8-9]。了大量实质性进展,特别是低比例(5% ~11%)掺(3)甲醇用于生产甲醛、醋酸等相关化学品:烧甲醇,汽车无需做任何改动，可直接掺入汽油中使目前,中国生产甲醛需求甲醇140万Va。甲醛用。检测认定,其各项指标均达到或超过同标号无广泛用于化工、医药、染料和农业等行业中,如福尔铅汽油,环保与节能功效突出,取得较为理想的效马林是医院常见的用作杀菌防腐的溶液,其中甲醛果。并且对甲醇燃料的存储、输配、防腐、安全以及含量为40%。甲醛最大的用途是用作生产各种树甲醇汽车的运肯调度、维护保养、试验检测和故障排脂的原料,广泛作为民用和工程材料,塑料材料、胶除等方面,均总结出了较为系统的技术规程和管理粘剂、涂料。甲醛还用作生产整合剂EDTA、纺织物办法,为更大范围的甲醇汽车产业化示范提供了宝整理剂等。甲醇可以用于生产醋酸醋酸乙烯、醋酸贵的技木和管理方面的经验”。纤维等。利用甲醇还可以生产一些化学品,如对苯(2)醇一醚燃料二甲酸二甲酯( DMT)、甲基内烯酸甲酯( 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)。具有清洁、燃烧完全、使用方便等特点。其燃烧效率参考文献:高,克服了甲醇燃料不易点燃,需外加预热器等缺点。用甲醇作为原料可以生产二甲醚、乙醇、乙二[1] 张东亮中国煤气化工艺的现状与发展[J].煤化工,醇。乙醇可掺人汽油及柴油中作汽车燃料,中国正2004,(2):1-5.2] 俞珠峰.洁净煤技术发展及应用[M].北京:化学工业在推进乙醇汽油燃料。出版社,2004.(3)甲醇制氢甲醇是富氢液体,可通过水蒸气重整制氢,用于[3] 徐海龙煤炭气化的分类与应用领域[J].内蒙古科技与经济, 2005,(10);188 -189.燃料电池的氢源,也可以直接作为燃料电池的燃料,[4]高建业. 煤液化燃料替代石油的开发应用[J].煤气与是最有希望成为燃料电池电动汽车的燃料。甲醇燃热力, 2007 ,27(1),37 -43.料电池汽车是甲醇潜在的巨大消费市场。[5]谢克昌,李 忠甲醇及其衍生物[M].北京:化学工业3.3甲醇' 下游产品的应用(1)甲醇制取二甲醚6] 熊道陵,傳学政,李金辉.甲醇燃料产业的发展现状及利用甲醇可以制取二甲醚( DME)。DME可以应用前景[J].煤炭经济研究,008,(1) :24 -26.直接作为汽车燃料,是柴油发动机的理想替代燃料。7] 赵贤俊,王海成,刘晓辉.甲醇燃料产业化的现状和趋DME具有很高的十六烷值(为50 ~55),比甲醇燃势[J].化工技术经济, 2006 ,24(9),10 -13.料有更好的燃烧效果,低温启动性及加速性能好。[8] 于开录,刘昌俊，张月萍.二甲醚与下游产品开发研究进展[J].天然气与石油,000,18(2) ,20 -24.据报道，日本已完成世界上首次以DME作为汽车燃[9]王金安 ,李承烈.高辛烷值汽油添加剂MJBE和TAME料的试验,试验显示出DME燃烧效率高,污染低，的技术进展[J].天然气化工, 1995 ,20(1),45 -49.实现了无烟燃烧,降低了氮氧化物排放量,降低了[10]史向东 ,孙忠林.利用粗甲醇生产甲醛技术[J].甲噪声,所排放的废气可达到或低于美国加州有关中型载重汽车及客车的尾气超低排放标准[11]中国煤化工散技术进展[J].(ULEV) [5.8)。fYHCN M H G:7-11.(2)甲醇制取MTBE、TAME及碳酸二甲酯(下转第35页)甲醇可以制取甲基叔丁基醚(MTBE)、甲基叔14《洁净煤技术>2009年第16卷第2期洗选加工全国中文核心期刊矿业类核心期刊(CAJ-CD 规范)执行优秀期刊[4]戴少康. 选煤工艺设计的思路与方法[M].北京:煤炭[7] 陈子彤.刘文礼，赵宏霞,等.干扰床分选机分选粗煤工业出版社,2003,12.泥的实验研究[J].煤炭工程,2006,5:69 - 70.[5]董德彪，熊飞煤炭资源节约与洁净利用途径和建议8] 陈f彤,刘文礼，赵宏霞,等.干扰床分选机原理及分[J] . 煤炭科学技术,2006 34(5):6-9.选理论基础研究[J].煤炭工程,2006,4:64 -66.[6] 王建军.粗煤泥液固流化床高效脱硫降灰机理研究 [9] 赵跃民.煤炭资源综合利用手册[ M].北京:科学出版[D].河南焦作,河南理工大学,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页)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+计计语计H+ HHHN+ WH:HHNHHHNHHHHH+HHH论欢迎订阅2009年《洁净煤技术》杂志《洁净煤技术》杂志是由煤炭科学研究总院与煤炭工业洁净煤工程技术中心联合主办,经国家科委与新闻出版署正式批准,向国内外公开发行的国家级专业科技刊物,为全国中文核心期刊。《洁净煤技术》杂志是煤炭、电力、冶金、化工、机械等部门行业及厂矿企业的领导和工程技术人员的必读之物。主要刊载煤炭加工(洗选、型煤、水煤浆、配煤、煤泥利用) ,煤炭高效洁净燃烧(流化床技术、粉煤燃烧、燃煤联合循环发电、研石发电) ,煤炭转化(气化、液化、焦化、燃料电池) ,污染控制与废弃物管理(土地复垦、烟气净化、粉煤灰综合利用矿井水处理、矿区污染治理)等洁净煤技术方面的学术论文、研究报告、专题评述国外技术动态和政策法规等文章。《洁净煤技术》杂志统-刊号:CN 11-3676/TD, ISSN 1006-6772,双月刊,大16K,每期定价20元,全年120元。本刊自办发行,请您直接与本刊编辑部办理订阅手续。订阅方法:中国煤化工，邮局汇款:北京和平里煤炭科学研究总院,收款人:《洁净银行汇款:工商行和平里支行营业室,户名:煤炭科学研究MYHc N M H G89115910;开户地:北京市朝阳区。联系电话:(010)84262927 ,84262909 ;传真:(010 )84262340;E - mi:jmjs@ 263. net。阻尼液固连化床分选粗煤泥的试验研究35万万数据