煤炭制備技術(shù)的歷史及現(xiàn)狀

1、1緒論1.1 煤炭氣化發(fā)展及現(xiàn)狀煤炭從古代起就已經(jīng)為人類所開發(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，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。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

2、（ht-l），其主要專利技術(shù)主要在于其燒嘴，在經(jīng)過對(duì)殼牌和德士古研究后結(jié)合自己的新設(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)。1.2 煤炭煉焦發(fā)展及現(xiàn)狀早在16世紀(jì)人們就已經(jīng)開始發(fā)展高溫?zé)捊梗加跓掕F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。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發(fā)煉焦新技術(shù)。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

3、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。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。在煉焦中煤炭的結(jié)焦性和黏結(jié)指數(shù)也相當(dāng)重要，因

4、此在煉焦中要合理的配煤進(jìn)行煉焦。1.3 煤炭液化發(fā)展及現(xiàn)狀二戰(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。在液化技術(shù)中，液化的

5、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)。1.4 影響煤炭制備的因素在煤炭制備過程中，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

6、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。1.5 分析研究煤炭性質(zhì)的意義通過對(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。1.6 本課題分析研究的主要內(nèi)容 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)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)說(shuō)明煤炭化工方面存在的問題以及如何改進(jìn)。2 文獻(xiàn)綜述2.1 煤炭氣化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）、

7、水蒸氣作為氣化劑，在高溫高壓下通過化學(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程。2.1.1 煤炭氣化技術(shù)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。2.1.1.1 地面氣化將煤從地下挖掘出來(lái)后再經(jīng)過各種氣化技術(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)過程中。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

8、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)也可用高度過熱水蒸氣；另外也可用加熱水蒸氣和粉末燃料的混合物到1100c，達(dá)到水煤氣反應(yīng)溫度。煤煤氣水蒸氣熱量 外熱式 8001800c 0.14mp煤空氣或氧氣水蒸氣灰渣煤氣 內(nèi)熱式2.1.1.2 地下氣化技術(shù)煤炭地下氣化是將未來(lái)開采的煤炭有控制地燃燒，通過對(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)過程中的危險(xiǎn)和對(duì)環(huán)境造成的破壞。

9、煤炭地下氣化是世界煤炭開發(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。2.1.2 幾種氣化法工藝簡(jiǎn)述2.1.2.1德士古水煤漿氣化爐工藝流程將原料煤、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13501400c。離開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

10、洗滌并被水淬冷后，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。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)。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。來(lái)自灰水處理工段的灰水進(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。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。2.1.2.2 殼牌（shell）氣化爐工藝流程原料煤在磨煤機(jī)中被磨成煤粉（90%小于100m）并干燥，煤粉由高壓氮?dú)馑?/p>

11、入氣化爐噴咀。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1500c的高溫煤氣與經(jīng)冷卻后的煤氣激冷至900c左右進(jìn)入廢熱鍋爐，經(jīng)回收熱量后的煤氣溫度降至350c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150c的煤氣送后工序。從洗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

12、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。2.1.2.3 航天氣化爐工藝流程航天氣化爐是中國(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)。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，通過粉煤袋式過濾器實(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。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

13、嘴供料，并與氣化爐之間保持恒定的壓差。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。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)合成氣經(jīng)過降溫、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渣鎖斗系統(tǒng)定期排出。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)合成氣經(jīng)過

14、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渣鎖斗系統(tǒng)定期排出。2.2 煤炭煉焦煙煤隔絕空氣加熱到9501050c，經(jīng)過干燥、熱解、熔融、黏結(jié)、固化、收縮等過程最終制得焦炭，這一過程叫高溫?zé)捊埂捊沟玫降慕固靠晒└郀t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)

15、的原料。2.2.1 煤炭煉焦歷史及發(fā)展從16世紀(jì)人們就已經(jīng)開始發(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。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發(fā)煉焦新技術(shù)。由于近年來(lái)高爐煉鐵技術(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

16、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。2.2.2 室式結(jié)焦炭化室內(nèi)煤料結(jié)焦過程的特點(diǎn)是單向供熱、成層結(jié)焦，結(jié)焦過程中傳熱性能隨爐料的狀態(tài)和溫度而變化。由于單向供熱，炭化室內(nèi)煤料的結(jié)焦過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。2.2.3 配煤煉焦早期煉焦只用單種煤，但隨著煉焦工業(yè)

17、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。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。2.2.4 煉焦中出現(xiàn)的問題及處理在煉焦中最困難的問題就是沿炭化室高度方向加熱均勻性的問題。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

18、料完全成焦，則必須延長(zhǎng)加熱時(shí)間，結(jié)果導(dǎo)致下部焦炭過火。結(jié)焦時(shí)間的延長(zhǎng)，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^低或過高，焦餅不成熟以致收縮不夠而增大焦餅與爐墻的摩擦阻力，溫度過高，焦炭過火易碎，推焦時(shí)發(fā)生夾焦現(xiàn)象；爐墻和爐底磚變形等。因此在推焦過程中應(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。2

19、.3 煤炭液化2.3.1 液化歷史以及發(fā)展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

20、，壓力由40mpa降低至1730mpa，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。后由于石油大量開發(fā)滯后發(fā)展，石油危機(jī)時(shí)又重新開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）和正在開發(fā)的直接合成法。50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

21、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l(wèi)pg(約510)、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。2.3.2 煤炭液化技術(shù)及其研發(fā)

22、現(xiàn)狀以煤為原料，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?，但煤的氫含量和氫碳比遠(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。2.3.3 煤炭直接液化技術(shù)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（430470c）、壓力（1030mp）下直接作用，使煤加氫裂解轉(zhuǎn)化為液體油品的工藝過程。最早的液化工藝中沒有使用氫

23、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)熱過程的煤漿制備單元；b、煤在高溫高壓條件下進(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汀鈶B(tài)產(chǎn)物分離的分離單元；d、穩(wěn)定加氫提質(zhì)單元。2.3.4 煤炭間接液化技術(shù)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

24、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年代初才開始重視煤炭液化技術(shù)。 液化工藝流程簡(jiǎn)圖3 煤炭制備中煤種煤質(zhì)問題分析研究3.1 氣化原理及影響煤炭氣化的因素研究3.1.1 氣化原理及平衡影響條件3.1.1.1 氣化原理煤的氣化是指利用煤或半焦與氣化劑進(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)

25、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)：煤（高溫、加壓、氣化劑）=c+ch4+co+co2+h2+h2o3.1.1.2 影響平衡條件在煤炭氣化過程中，有相當(dāng)多的反應(yīng)是可逆過程，因此需要對(duì)影響氣化的條件進(jìn)行控制。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)降低反應(yīng)溫度有利于反應(yīng)的進(jìn)行，反之則升高溫度有

26、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。3.1.2 煤炭性質(zhì)對(duì)氣化的影響煤是由植物殘骸經(jīng)過復(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

27、煤由于形成的時(shí)間過程不同，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。3.1.2.1 煤種對(duì)氣化的影響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

28、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?。煤種還在其氣化過程中對(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，

29、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。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。3.1.2.2 煤質(zhì)對(duì)氣化的影響煤質(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)氣化過程造成的影響。煤中的水分以三種形式存在，即外在水分、內(nèi)在水分和結(jié)晶水。對(duì)常壓氣化來(lái)講，氣化用煤中水分含量過高，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)

30、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。煤中灰分過高不僅會(huì)增加運(yùn)輸成本，而且對(duì)氣化過程有許多不利的影響。氣化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。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

31、油產(chǎn)率高，焦油容易堵塞管道和閥門，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。煤的粒度在氣化過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。煤的灰熔點(diǎn)即灰分熔融時(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

32、，使煤達(dá)到最高的氣化效率。3.1.3 煤特性對(duì)氣化過程及設(shè)備的影響3.1.3.1 煤性質(zhì)對(duì)德士古氣化的影響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(

33、1400c)，且灰渣的粘度很大，也不宜選用texaco氣化法氣化。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f(wàn)t在1300c為宜。過高或過低都不利于氣化；（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。灰含量每增加1%，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

34、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）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1525pas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。3.1.3.2 幾個(gè)影響德士古煤氣化的關(guān)鍵因素成漿性 影響煤成漿性的因素很多，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

35、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。反應(yīng)活性 煤粒在氣化爐內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間一般為58s，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)

36、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texaco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。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ioooc時(shí)，a50%;在1100c

37、時(shí)，a68%;在125oc時(shí)，a98%，以保證碳的轉(zhuǎn)化率達(dá)到98%。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(國(guó)產(chǎn)磚，單爐500550萬(wàn)元;進(jìn)口磚在1000萬(wàn)元左右)，所以選擇沒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。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。一

38、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，fe3+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。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。由此可見，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

39、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。sgc結(jié)垢性sgc結(jié)垢性是指對(duì)合成氣冷卻器的結(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)問題，降低氣體冷卻溫差。若使用燃?xì)馔钙絠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。3.1.3.3 煤性質(zhì)對(duì)航天氣化工藝的影響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590m煤粉并由惰性氣體發(fā)生器來(lái)的熱風(fēng)加熱至105c后通過管道送至粉煤袋式過濾器，經(jīng)袋式過濾器后，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，

40、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)。在粉煤氣化過程中，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，若煤水分含量過大，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，造成袋式過濾器下煤不暢，影響輸送粉煤速度。在煤粉氣化過程中，若是煤粉水分過大，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

41、煤，若煤粉水分較少則會(huì)造成氣化時(shí)溫度過高，從而使氣化得到的有效氣體量減少。氣化溫度過低或是過高都對(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)壁掛渣過厚，渣口減小減少了氣化空間；如果溫度過高，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)。3.2 煉焦工藝條件及煤炭性質(zhì)對(duì)煉焦的影響研究3.2.1 工藝條件對(duì)成焦的影響加熱速度 提高加熱速度使煤料的膠質(zhì)體溫度范圍加寬，

42、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。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)體黏度增大，不利于氣體的析

43、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。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。3.2.2 煤質(zhì)對(duì)成焦的影響水分 煤的水分過小，會(huì)惡化焦?fàn)t裝煤操作環(huán)境；水分過大，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

44、響，一般情況下，配合煤水分穩(wěn)定在10%左右較為合適?；曳?成焦過程中，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?；曳质嵌栊晕镔|(zhì)，灰分高則黏結(jié)性降低?；曳值念w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，但是成本增加，應(yīng)綜合考慮。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

45、應(yīng)彼此銜接和依次重疊。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，而且裝爐煤的堆密度下降，更主要的是細(xì)度過高，反而使焦炭質(zhì)量受到影響。因?yàn)榧?xì)度過高，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)度過高不利于黏結(jié)。硫分 煤炭中含硫?qū)γ簾捊乖斐珊艽蟮挠绊懀诓粩嗟膶?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。不同考察

46、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表2。經(jīng)過研究發(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%，1.75%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

47、.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。與無(wú)氣體通入時(shí)相比，通入氣體可使焦炭中硫分配明顯降低。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。在研究中亦發(fā)現(xiàn)，通入氣體可顯著降低焦炭中硫含量，增大氣體流量、減小加熱速率

48、,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)閔2ch4n2，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，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。3.3 影響煤炭液化特性的主要因素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

49、同，對(duì)煤質(zhì)的要求也有所不同。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)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

50、反應(yīng)過程中大量生成的水會(huì)導(dǎo)致h耗量過大。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。催化劑的研究和開發(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

51、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。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)生黏度峰原因的認(rèn)識(shí)還存在較大的分歧。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