畢菊芬（云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655001）

淺談煤炭深加工利用過程及環(huán)保問題

畢菊芬（云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，云南 曲靖 655001）

煤不僅可作為燃料，許多工業(yè)也離不開它。深加工的煤炭包括煤炭的氣化、煤炭的液化、煤炭的焦化等。煤炭加工利用一方面提高了煤炭的利用效率，另外在利用的過程中也會造成環(huán)境的污染。

煤炭焦化；煤炭氣化；煤炭液化；環(huán)境問題

1　煤炭的加工方法和途徑

煤炭的加工包括煤炭的洗選、型煤、動力配煤、水煤漿、煤炭的焦化、煤炭的氣化、煤炭的液化等。煤不僅可作為燃料，它還是多種工業(yè)的原料。

現(xiàn)代發(fā)展起來的煤化工是以煤炭為主原料，對煤炭進(jìn)行深加工、使之轉(zhuǎn)化，生產(chǎn)化工產(chǎn)品的行業(yè)?，F(xiàn)代煤化工主要包括煤焦化、煤氣化、和煤液化三條產(chǎn)業(yè)鏈，并取得了長足的發(fā)展。

1.1煤焦化的方法和途徑

煤的干餾與焦化煤隔絕空氣進(jìn)行熱分解，釋放出水分、揮發(fā)分和吸附氣體，產(chǎn)生煤氣、焦油和焦炭（或半焦）的過程，稱為煤的干餾。按干餾的終溫的不同，煤的干餾分為底溫干餾（終溫為500～600℃）、中溫干餾（700～800℃）和高溫干餾（900～1000℃）。

目前的煉焦生產(chǎn)屬于高溫干餾范疇，主要指由黏結(jié)性的煙煤在室式焦?fàn)t內(nèi)隔絕空氣加熱到950℃左右，經(jīng)干燥、脫吸、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等階段，生產(chǎn)冶金焦炭，同時副產(chǎn)煤氣、高溫焦油及其他各種化學(xué)產(chǎn)品的過程。在中國目前煤炭除了用于發(fā)電以外，煉焦是煤炭的另一個主要利用途徑。

1.1.1煉焦過程主要經(jīng)歷的幾個階段：

（1）干燥脫吸階段120℃以前放出外在水和內(nèi)在水分，200℃以前析出吸附于煤孔間隙中的氣體，如CO2、CO和CH4等。

（2）熱解開始階段這一階段的起始溫度隨煤變質(zhì)程度而異，一般在200～300℃發(fā)生，主要產(chǎn)生化合水和CO2、CO和CH4等氣態(tài)產(chǎn)物，并有微量焦油析出。

（3）膠質(zhì)體產(chǎn)生和固化階段 大部分粘結(jié)性煙煤在350～450℃大量析出焦油和氣體。幾乎全部焦油在這一溫度下產(chǎn)出，釋放的氣體以CH4及其同系物為主，另有少量不飽和烴和H2、CO、CO2等。這些氣體和殘余的煤粒一起形成膠質(zhì)體狀態(tài)。進(jìn)一步加熱，膠質(zhì)體熱解更加激烈，析出大量揮發(fā)物，粘結(jié)性煙煤熔融相互黏結(jié)，固化為半焦。

（4）半焦收縮和焦炭形成 500℃左右黏結(jié)性煙煤經(jīng)膠質(zhì)體狀態(tài)，散狀煤粒熔融、相互黏結(jié)而形成半焦。700～950℃半焦進(jìn)一步熱分解，析出少量的氣體，半焦進(jìn)一步收縮，使其變緊變硬，裂紋增大，最終形成焦炭。

1.1.2煤焦化主要包括的工序

（1）備煤 目前絕大多數(shù)焦化廠使用配煤煉焦，原料煤的粉碎和配合是煉焦生產(chǎn)的第一道主要的工序。

（2）煉焦包括從焦?fàn)t裝煤、結(jié)焦到推焦、熄焦、篩焦的整個過程。煉焦生產(chǎn)首先應(yīng)制定合理的加熱制度，保證各炭化室的焦餅在規(guī)定的結(jié)焦時間內(nèi)均勻成熟。出焦和裝煤應(yīng)嚴(yán)格按照推焦計劃進(jìn)行，以保證安全生產(chǎn)，延長焦?fàn)t的壽命。焦?fàn)t調(diào)節(jié)應(yīng)達(dá)到最高的熱效率，并保證爐溫均勻、壓力合適、操作順利。

（3）產(chǎn)品回收其主要的任務(wù)是冷卻煤氣，回收其中的焦油、氨、苯等化學(xué)產(chǎn)品。煤氣經(jīng)初冷分離出部分氨水和焦油后，再經(jīng)過脫奈、脫硫、脫氨、終冷、脫苯等凈化過程，作為工業(yè)和民用氣源，在此過程中副產(chǎn)各種化學(xué)產(chǎn)品。

1.2煤液化的方法途徑

以煤炭為原料，對其進(jìn)行加工制取液態(tài)的碳化物的技術(shù)被稱為煤炭液化。煤液化是煤炭轉(zhuǎn)化的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，是一種徹底的高級潔凈煤技術(shù)。煤碳液化一般是兩種，分別是“間接液化碳”和“直接液化碳”。

1.2.1直接液化碳主要包括以下4個生產(chǎn)過程

（1）將碳破碎至0.1mm以下，混合其他制漿溶劑一起熔煉，被稱為煤漿制備。

（2）煤漿在容器內(nèi)經(jīng)過高溫（420～470℃）、高壓（6～30MPa）下進(jìn)行加氫反應(yīng)，生產(chǎn)各類液態(tài)碳化物為主的產(chǎn)品。

（3）將反應(yīng)過程中產(chǎn)生的液態(tài)碳化物進(jìn)行分離，分別歸置氣體烴、液化油和殘渣，并將重油取出作為循環(huán)熔劑配煤漿用。

（4）將歸類的液化油進(jìn)行提煉，根據(jù)生活中的需要，將各類液化油制成符合質(zhì)量要求的航空煤油，各型號汽油和柴油。

間接液化碳是以煤基合成氣（CO+H2）為原料，在一定的溫度和壓力下，定向地催化合成烴類燃料油和化工原料的工藝，包括煤氣化制取合成氣及其凈化、變換、催化合成以及產(chǎn)品分離和改質(zhì)加工等過程。

1.3煤氣化的方法和途徑

煤氣化是指在氧氣、水蒸汽或氫氣等作為氧化劑的情況下，通過高溫高壓，把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為可燃性氣體的過程。氣化所用的設(shè)備被稱為煤氣發(fā)生爐，氣化過程中產(chǎn)生的氣體被稱為煤氣。煤在氣化爐內(nèi)會發(fā)生一系列復(fù)雜的物理變化和化學(xué)變化，主要有：煤的干燥、煤的干餾和煤的氣化反應(yīng)。

煤氣化是重要的潔凈煤應(yīng)用技術(shù)之一，被大量的用在人們的生產(chǎn)和生活中，煤炭的形成需要的特殊條件以及大量的時間，隨著技術(shù)的發(fā)展，煤炭的挖掘速度也在增加，導(dǎo)致煤炭石油資料日益緊張，高效清潔的氣化煤的地位也越來越重要。

煤氣化主要包括以下幾個過程：

（1）煤的干燥煤的干燥是指煤中水分的揮發(fā)，是一個簡單的物理過程、

（2）將煤進(jìn)行分解叫做煤的干餾煤。煤的干餾又包括煤熱解過程的物理變化和煤干餾過程的化學(xué)反應(yīng)。

2　煤炭深加工轉(zhuǎn)化過程引起的環(huán)境問題

煤炭加工轉(zhuǎn)化過程會對環(huán)境造成一定的污染，而且不同的加工方法對環(huán)境的影響也不同。

煉焦過程中，在裝煤、推焦及熄焦時，要向大氣中排放大量煤塵、焦塵及有毒有害氣體（煙塵），每噸焦煙塵量達(dá)1kg之多，主要包括：（1）焦?fàn)t裝煤過程產(chǎn)生的煙塵；（2）焦?fàn)t出焦過程中產(chǎn)生的煙塵；（3）由于密封不嚴(yán)產(chǎn)生的其他煙塵。

煉焦生產(chǎn)過程中污染排放源

2.1煤氣化過程的污染排放

2.1.1氣化廢水的來源及特性

在煤的氣化過程中，煤中含有的一些氮、硫、氯和金屬，在氣化時部分轉(zhuǎn)化為氨、氰化物和金屬化合物；一氧化碳和水蒸氣反應(yīng)生成少量的甲酸，甲酸和氨又反應(yīng)生成甲酸銨。這些有害物質(zhì)大部分溶解在氣化過程的洗滌水、洗氣水、蒸氣分流后的分離水和貯罐排水中，一部分在設(shè)備管道清掃過程中放空。與煉焦相比，氣化對環(huán)境的影響要小得多。

（1）煤氣發(fā)生站廢水 煤氣發(fā)生站廢水主要來自發(fā)生爐中煤氣的洗滌和冷卻過程，這一廢水的量和組成隨原料煤、操作條件和廢水系統(tǒng)的不同而變化，見表2～3。

表2　冷煤氣發(fā)生站廢水水質(zhì)

可以看出，在用煙煤和褐煤作原料時，廢水的水質(zhì)相當(dāng)惡劣，含有大量的酚類、焦油和氨等。

2.1.2氣化廢氣的來源及特性

廢氣主要來源于煤氣化過程中的幾個部分：

（1）粉塵污染，主要是將煤炭進(jìn)行破碎的時候出現(xiàn)的粉塵飛揚，主要集中在煤場倉庫以及氣化原料準(zhǔn)備階段。

（2）有害氣體的污染，液化氣雖然在密閉的反應(yīng)爐內(nèi)生產(chǎn)，但是在提煉過程中，必可避免的話產(chǎn)生工業(yè)廢棄以及煤氣的泄漏及放散。再者，對煤炭設(shè)備進(jìn)行檢修時需要對設(shè)備進(jìn)行鼓風(fēng)、放空，尤其是煤氣爐加煤裝置的煤氣泄漏造成的污染較為突出，這些過程都或多或少的直接向大氣放散不少的煤氣。

（3）有害物質(zhì)在冷卻凈化處理過程中，隨著循環(huán)水進(jìn)入沉淀池和水塔里面，隨著水汽的蒸發(fā)逸到大氣層中。

2.1.3氣化廢渣的來源及特性

煤炭提煉以后，可燃?xì)怏w及各類用油被收集，而煤炭中的其余元素在催化劑的作用下相互結(jié)合產(chǎn)生固化物，被稱為灰渣，這是一種質(zhì)地不均的混合物，表2～5為為某廠造氣爐的灰渣組成。

表4　造氣爐灰渣組成

2.2煤液化過程的污染排放

煤碳的液化分為直接液化和間接液化兩大類。煤直接液化時，煤經(jīng)過加氫反應(yīng)，所有異質(zhì)原子基本被脫除，也無顆粒物，回收的硫可變成元素硫，氮大多轉(zhuǎn)化為氨。煤間接液化時，催化合成過程中排放物不多，未反應(yīng)的尾氣（主要是CO）可以在燃燒器中燃燒，排出的廢氣中NOX和硫很少，沒有顆粒物生成。因此煤的液化對環(huán)境的影響非常的輕微。煤液化過程的污染物主要是液化殘渣，它是一種高碳、高灰和高硫的物質(zhì)，在某些工藝中占到液化原煤總量的40%左右，需進(jìn)一步進(jìn)行處理才能滿足生產(chǎn)生活的需要。

［1］謝克昌煤化工過程中的污染與控制第一版北京 化學(xué)工業(yè)出版社2010.

［2］付長亮現(xiàn)代煤化工生產(chǎn)技術(shù)第一版 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2009.

［3］李贊忠煤液化生產(chǎn)技術(shù) 第一版 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2009.

［4］陳文敏煤炭加工利用知識問答第二版 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008.

［5］楊金和煤炭化驗手冊第二版 北京煤炭工業(yè)出版社2006.

畢菊芬（1966-），女，漢，云南省嵩明縣人。云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院資源與環(huán)境工程學(xué)院，講師。研究方向：煤炭加工及環(huán)保問題。