煤的綜合利用

1、課題：煤的形成開采及利用課題：煤的形成開采及利用 主講人： 姚強(qiáng) 小組成員： 閆曉旺 董紅亮 魏引佛課題意義： 煤是地球上儲(chǔ)藏最豐富的化石燃料。中國(guó)是世界上煤炭資源較豐富的國(guó)家之一，煤炭?jī)?chǔ)量遠(yuǎn)大于天然氣儲(chǔ)量。在我國(guó)，一次能源的生產(chǎn)與消耗構(gòu)成中煤炭分別占75%和接近70%。 根據(jù)我國(guó)的能資源條件、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平以及世界能源形勢(shì)，在未來(lái)3050年內(nèi)，煤炭仍然是我國(guó)的主要能源。因此，研究煤的形成、開采及利用對(duì)中國(guó)的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略有著深遠(yuǎn)的意義。一、煤的種類和特征一、煤的種類和特征 根據(jù)成煤植物和生成條件，煤炭一般可以分為三大類：腐植煤、殘植煤和腐泥煤。由于殘殖煤和腐泥煤的儲(chǔ)存量少加之煤化程度較低

2、，利用率低，投資大。 根據(jù)煤化程度，腐植煤可以分為以下四類：1、泥炭：棕褐色或黑褐色的不均勻物質(zhì)，含水量達(dá)85-95%，含有大量未分解的植物的根、莖、葉等殘?bào)w，含碳量較低50，含有腐殖酸和瀝青質(zhì)。2、褐煤：褐色或黑褐色，顏色隨煤化程度加溫而變暗，相對(duì)密度為1.1-1.4，腐殖酸隨煤化程度先增加后減少，含碳量為60-70%。3、煙煤：灰黑色或黑色，燃燒時(shí)火焰長(zhǎng)而且煙多，不含腐殖酸，相對(duì)密度為1.2-1.45，多數(shù)能結(jié)焦，含碳量為75-90%，煙煤是自然界分布最廣的煤種。4、無(wú)煙煤：灰黑色，相對(duì)密度為1.4-1.8，燃燒無(wú)煙，火焰短，不結(jié)焦，含碳量一般在90%以上。二、煤的生成二、煤的生成 煤主要

3、是由植物生成的，而植物本身的有機(jī)族組成也各不相同，因此不同的有機(jī)族組成經(jīng)過(guò)成煤作用后，就形成了不同的煤種或煤巖組成。古生代的石炭紀(jì)和三疊紀(jì)，主要成煤植物孢子植物中生代的侏羅紀(jì)和白堊紀(jì)，主要成煤植物裸子植物新生代的第三紀(jì)，主要成煤植物被 子植物1、主在成煤期和成煤植物2、成煤的氣候、地理和地質(zhì)條件要有適宜的氣候條件，適宜植物一代代的繁茂生成； 要有大面積的沼澤環(huán)境，利于植物的生長(zhǎng)以及植物殘?bào)w堆積在水中;地殼的運(yùn)動(dòng)要與死亡植物殘?bào)w堆積的速度相適應(yīng)，使植物殘?bào)w盡可能多的得到堆積。3、腐植煤的成煤過(guò)程由植物的殘骸轉(zhuǎn)變?yōu)槊阂?jīng)歷兩個(gè)階段：第一階段：泥炭化階段特點(diǎn)：弱氧化環(huán)境和還原環(huán)境的相互轉(zhuǎn)變過(guò)程第二階

4、段：煤化作用階段（成巖作用和變質(zhì)作用）特點(diǎn)：泥炭的脫水成型以及煤變質(zhì)程度的不斷提高 變質(zhì)作用變質(zhì)作用：受溫度、壓力和時(shí)間的影響，煤化程度不斷加深的過(guò)程。深成變質(zhì)作用深成變質(zhì)作用巖漿變質(zhì)作用巖漿變質(zhì)作用動(dòng)力變質(zhì)作用動(dòng)力變質(zhì)作用變質(zhì)作用分類：煤化過(guò)程示意圖煤化過(guò)程示意圖褐煤次煙煤高揮發(fā)分煙煤低揮發(fā)分煙煤無(wú)煙煤石墨隨著煤化程度的提高，構(gòu)成核的環(huán)數(shù)增多，連接在核周圍的側(cè)鏈和官能團(tuán)數(shù)量則不斷變短和減少煤化工的利用的重要性！ 我國(guó)是世界上最大的產(chǎn)煤國(guó)和煤炭消耗國(guó)，大約80%的電力、60%的化工原料、72%的工業(yè)染料以及92%的民用燃料都是煤，燃煤引起的環(huán)境污染（包括SOx，NOx,CO2和粉塵）問(wèn)題十分嚴(yán)

5、重。同時(shí)，能源的利用和轉(zhuǎn)化效率低，因而在我國(guó)研究開發(fā)包括煤炭氣化、液化、煤基甲醇制烯烴和IGCC等技術(shù)的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)具有十分重要的意義。煤炭資源綜合利用的主要工藝方法煤的氣化 煤的氣化是一個(gè)熱化學(xué)過(guò)程。它是以煤或煤焦（半焦）為原料，以氧氣（空氣，富氧或純氧）、水蒸氣或氫氣等做氣化劑，在高溫條件下通過(guò)化學(xué)反應(yīng)把煤或煤焦中的可燃部分轉(zhuǎn)化為氣體的過(guò)程。 煤性質(zhì)對(duì)氣化的影響：煤的反應(yīng)活性，煤的黏結(jié)性，結(jié)渣性，煤灰的粘溫特性，熱穩(wěn)定性，機(jī)械強(qiáng)度和粒度分布，燃料的水分、灰分和硫分。煤的干餾 煤在隔絕空氣條件下加熱至較高溫度時(shí)，所發(fā)生的一系列物理變化和化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜過(guò)程，稱為煤的熱解或煤的干餾。 煤熱解的影響

6、因素：煤的煤化程度，加熱終溫，升溫速率，熱解壓力，熱解氣氛等影響因素： 原料煤：煤化程度越低，液化反應(yīng)速率越快。 溶劑：溶劑能使煤質(zhì)受熱均勻，防止局部過(guò)熱。 氣氛：高壓氫氣有利于煤的溶解和加氫液化轉(zhuǎn)化率的提高 催化劑：加速加氫液化反應(yīng)，促進(jìn)氫源與煤之間的氫傳遞 反應(yīng)溫度與壓力：當(dāng)溫度升到度，煤的轉(zhuǎn)化率和油收率最高。 液固分離：液固分離技術(shù)直接影響液化操作。煤制油技術(shù)煤炭多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)主要用于：工業(yè)燃燒、城市煤氣、冶金還原氣、化工原料氣和用于新發(fā)電技術(shù)的燃?xì)?。分為：煤氣化?lián)合循環(huán)發(fā)電和煤氣化液體產(chǎn)品制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)：系統(tǒng)整體特性研究及綜合優(yōu)化，成本低、低能耗制氧和氫分離技術(shù)，分離CO2技

7、術(shù)，能量轉(zhuǎn)換利用過(guò)程新機(jī)理和系統(tǒng)創(chuàng)新，關(guān)鍵設(shè)備和新工藝。煤基化工業(yè)品煤制碳素制品。特點(diǎn)：耐熱性和抗熱震性，良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性，良好的化學(xué)穩(wěn)定性，機(jī)械性能，核物理性能，吸附性能電石(碳化鈣CaC2)應(yīng)用：水解制乙炔，制氰氨化鈣，生鐵水與鋼水的脫硫褐煤蠟生產(chǎn):褐煤蠟的性質(zhì)取決于原料，所采用的溶劑和萃取條件?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，熔點(diǎn)高，硬度大。主要用于高檔鞋油、地板蠟、汽油和家具上光蠟、復(fù)寫紙、油彩、口紅化妝品、塑料脫模劑、熔膜制造蠟料、彩色油墨、消泡劑、制革乳化上光劑等煤基甲醇制烯烴技術(shù) 煤炭開采形成的環(huán)境問(wèn)題煤炭開采形成的環(huán)境問(wèn)題 煤炭開采形成的環(huán)境問(wèn)題主要為: (1)對(duì)土地資源的破壞和占用。煤炭開采

8、對(duì)土地資源的破壞損害，井下開采以地表塌陷和矸石山壓占為主，而露天開采則以直接挖損和外排土場(chǎng)壓占為主。 (2)對(duì)水資源的破壞和污染。煤炭開采過(guò)程中，進(jìn)行的人為疏干排水和采動(dòng)形成的導(dǎo)水裂隙對(duì)煤系含水層的自然疏干，破壞了地下水資源。同時(shí)開采還可能污染地下水資源。 (3)對(duì)大氣環(huán)境的污染。主要來(lái)自礦井排出的煤層瓦斯抽放和煤礦矸石山的自燃。 由此可見(jiàn)，提出并盡快形成煤礦的“綠色開采技術(shù)”已迫在眉睫。煤制油技術(shù) 煤制油技術(shù)主要有煤炭直接液化和煤炭間接液化兩類。我國(guó)是煤炭大國(guó)，煤炭是我國(guó)的主要能源，在目前石油價(jià)格節(jié)節(jié)攀升的情況下，發(fā)展煤制油技術(shù)，發(fā)展煤制油技術(shù)，對(duì)煤炭的潔凈利用和保持國(guó)家能源的可持續(xù)發(fā)展，有

9、著極為重要的意義。 綠色開采 “綠色開采”的內(nèi)涵是努力遵循循環(huán)經(jīng)濟(jì)中綠色工業(yè)的原則，形成一種與環(huán)境協(xié)調(diào)一致的，努力去實(shí)現(xiàn)低開采、高利用、低排放”的開采技術(shù)。 煤礦綠色開采及相應(yīng)的綠色開采技術(shù): 基本概念上是從廣義資源的角度來(lái)認(rèn)識(shí)和對(duì)待煤、瓦斯、 水等一切可以利用的資源。 基本出發(fā)點(diǎn)是防止或盡可能減輕開采煤炭對(duì)環(huán)境和其他資源的不良影響，目標(biāo)是取得最佳的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 1.保護(hù)土地及建筑物的開采技術(shù) 2.潔凈開采技術(shù) 3.礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù) 1. 1.保護(hù)土地及建筑物的開采技術(shù)保護(hù)土地及建筑物的開采技術(shù)1、充填開采：充填法就是把廢棄的矸石等不可燃物品充填入工作面采空區(qū)來(lái)控制頂板的冒落。以

10、達(dá)到安全管理頂板的目的。（山東能源新礦集團(tuán)，陽(yáng)煤集團(tuán)，翟鎮(zhèn)煤礦矸石填充等采用）2、分層開采：當(dāng)煤層很厚時(shí)，將煤層分成若干層，一般是2層或3層，分別開采。（梅河煤礦三井，正陽(yáng)煤礦等采用）3、限厚開采：根據(jù)礦區(qū)地形、水文地質(zhì)條件、構(gòu)筑物抗變形能力，以不產(chǎn)生地表積水和滿足建筑物所要求的保護(hù)等級(jí)為依據(jù)，確定可開采的煤層厚度，開采是僅開采這一厚度的煤，其余各煤層均不開采，以實(shí)現(xiàn)減少下沉保護(hù)地面建筑物，構(gòu)筑物及土地的目的。（楊村礦，一亭南礦，張集煤礦等采用）2. 2. 潔凈開采技術(shù) 煤與瓦斯共采技術(shù)充分利用采煤過(guò)程中巖層移動(dòng)以及破壞對(duì)瓦斯的卸壓作用提高瓦斯的抽采率，在煤層開采時(shí)形成采煤和抽采瓦斯2個(gè)完整的

11、開采系統(tǒng)，即形成“煤與瓦斯共采”技術(shù)。 其技術(shù)途徑有: (1)采前抽采:若能在開采前將煤層內(nèi)瓦斯抽出,則是利用瓦斯改善煤礦安全的最好辦法（2）煤與瓦斯共采:開采后圍巖壓力降低,大量瓦斯在采空區(qū)釋放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤與瓦斯共采體系。 (3)廢棄礦井抽采瓦斯。鑒于廢棄礦井煤層經(jīng)過(guò)采動(dòng)而充滿瓦斯,因而可以利用采動(dòng)后巖體內(nèi)裂隙場(chǎng)的分布及鉆孔,將瓦斯抽排管裝在井下、封閉井口后,抽出瓦斯3.3.礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù) （一）土地復(fù)墾技術(shù) （二）露天礦采場(chǎng)復(fù)墾 1、淺采礦場(chǎng)復(fù)墾 2、傾斜或急傾斜礦床體復(fù)墾 3、山坡采礦場(chǎng)復(fù)墾3.3.礦區(qū)廢棄地生態(tài)修復(fù)技術(shù) （一）土地復(fù)墾技術(shù) （二）露天礦采場(chǎng)復(fù)墾

12、1、淺采礦場(chǎng)復(fù)墾 2、傾斜或急傾斜礦床體復(fù)墾 3、山坡采礦場(chǎng)復(fù)墾（三）煤礦塌陷地復(fù)墾 1、充填復(fù)墾 2、非充填復(fù)墾（四）植被修復(fù)技術(shù) 1、植被對(duì)環(huán)境修復(fù)的主要類型 2、植被修復(fù)流程與技術(shù)中國(guó)歷年礦難人數(shù)中國(guó)歷年礦難人數(shù) 2004年礦難死亡人數(shù)：6027人 2005年礦難死亡人數(shù)：5986人 2006年礦難死亡人數(shù)：5770人 2007年礦難死亡人數(shù)：3785人 2008年礦難死亡人數(shù)：3215人 2009年礦難死亡人數(shù)：2630人 2010年發(fā)生煤礦事故1403起死亡2433人 發(fā)生在美國(guó)的發(fā)生在美國(guó)的“911”恐怖襲擊事件恐怖襲擊事件造成了造成了2973人死亡，也就是說(shuō)，中國(guó)人死亡，也就是說(shuō)

13、，中國(guó)一年礦難的生命損失比遭受兩次一年礦難的生命損失比遭受兩次“911”級(jí)別的襲擊所能造成的損失還要嚴(yán)重！級(jí)別的襲擊所能造成的損失還要嚴(yán)重！煤礦安全事故原因： 我國(guó)煤炭賦存自然條件差 煤礦防災(zāi)害系統(tǒng)尚不完善 煤礦安全技術(shù)與裝備的研究與國(guó)外先進(jìn)水平有差距 煤礦安全投入欠賬較多 煤礦工程技術(shù)人員短缺嚴(yán)重煤礦事故性質(zhì)分類：1.頂板事故。 指礦井冒頂、片幫、頂板掉牙、頂板支護(hù)垮倒、沖擊地壓、露天礦滑坡、坑槽垮塌等事故，底板事故也視為頂板事故。 2.瓦斯事故。 指瓦斯(煤塵)爆炸(燃燒)，煤(巖)與瓦斯突出，瓦斯中毒、窒息。 3.機(jī)電事故。 指機(jī)電設(shè)備(設(shè)施)導(dǎo)致的事故。包括運(yùn)輸設(shè)備在安裝、檢修、調(diào)試過(guò)

14、程中發(fā)生的事故。 4.運(yùn)輸事故。 指運(yùn)輸設(shè)備(設(shè)施)在運(yùn)行過(guò)程發(fā)生的事故。 5.放炮事故。 指放炮崩人、觸響瞎炮造成的事故。 6.火災(zāi)事故。 指煤與矸石自然發(fā)火和外因火災(zāi)造成的事故(煤層自燃未見(jiàn)明火，逸出有害氣體中毒算為瓦斯事故)。 7.水害事故。 指地表水、采空區(qū)水、地質(zhì)水、工業(yè)用水造成的事故及透黃泥、流沙導(dǎo) 致的事故。減少煤礦安全事故的措施： 1.加強(qiáng)煤礦技術(shù)力量建設(shè) 2.加大安全生產(chǎn)投入力度 3.依靠科技力量攻克技術(shù)難關(guān) 3.1加強(qiáng)煤礦基礎(chǔ)理論研究 3.2重點(diǎn)研究煤礦事故主要因素的理論和 技術(shù) 3.3加強(qiáng)重點(diǎn)科技攻關(guān)研究 3.4 強(qiáng)化地質(zhì)條件勘探 參考文獻(xiàn)：參考文獻(xiàn)：11黃仲九, ,房鼎業(yè). .化學(xué)工藝學(xué) 第二版. .北京：高等教育出版社，2008.2008.22隋麗華. .關(guān)于中國(guó)煤炭資源綜合利用的研究J.J.陰山學(xué)刊,2005,19(1):57-,2005,19(1):57-58.58.33錢進(jìn)勇, ,劉建勛. .煤礦安全事故自身原因分析與預(yù)防措施J.J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2010,10(2):85-86.,2010,1