煤及煤化工進(jìn)展

1煤及煤化工進(jìn)展2024/4/152煤?Ablackstonethatwouldburnandwassometimesusedbyblacksmithsinsteadofcharcoal.

有一種黑石頭，可以燃燒，有時鐵匠可用它來代替木炭，

并把這種可燃燒的石頭稱anthrax（anthracite)。摘自Theophrastus（西奧福來斯多斯）在公元前300年發(fā)表的DeLapidus(巖石學(xué))2024/4/153各種煤的基本結(jié)構(gòu)單元大致反映了各種煤的結(jié)構(gòu)單元的特點(diǎn)和立體結(jié)構(gòu)，缺點(diǎn)是沒有包括所有雜原子、各種可能存在的官能團(tuán)與側(cè)鏈。2024/4/154包含的縮合芳香環(huán)數(shù)平均9個，縮合芳環(huán)數(shù)很高。代表20世紀(jì)60年代以前經(jīng)典結(jié)構(gòu)模型的特點(diǎn)。正確反映了年輕煙煤沒有大的縮合芳香核（主要是萘環(huán)），分子呈線性排列，并有空間結(jié)構(gòu)，有氫鍵和含氮雜環(huán)等存在。不足是沒有考慮硫結(jié)構(gòu)，沒有醚鍵和兩個碳原子以上的次甲基橋鍵。2024/4/155迄今為止比較全面、合理的一個模型，它基本反映了煤分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代概念，可以解釋煤的液化和其他化學(xué)反應(yīng)性質(zhì)。最早考慮到低分子化合物的存在，縮合芳環(huán)以菲為主，之間有較長次甲基鍵連接，不足是沒有考慮硫和氮的存在。2024/4/156煤是由通過C-C鍵直接連在一起的帶有脂肪側(cè)鏈的大的芳環(huán)和雜環(huán)的核所構(gòu)成，其中有含氧官能團(tuán)和醚鍵。2024/4/157煤分子結(jié)構(gòu)的基本概念煤是高分子化合物的復(fù)雜的混合物，每個高分子化合物的縮合程度各不相同，構(gòu)成煤的高分子化合物的基本結(jié)構(gòu)單元彼此也不同，這不僅明顯地表現(xiàn)在不同成煤階段的煤中以及同一成煤階段不同顯微組分上，即使是同一成煤階段的煤或同一顯微組分的分子間，其縮合程度和基本結(jié)構(gòu)單元也不可能相同。煤分子中的基本結(jié)構(gòu)單元是由芳香族結(jié)構(gòu)、脂芳族結(jié)構(gòu)以及脂環(huán)族結(jié)構(gòu)組成的。此外，還有醚型的氧在基本結(jié)構(gòu)單元之間以氧橋的形式存在。也可以說，煤分子的基本結(jié)構(gòu)單元由兩部分組成，規(guī)則部分的縮合環(huán)結(jié)構(gòu)稱為核，在核的周圍有各種側(cè)鏈和官能團(tuán)為不規(guī)則部分?；窘Y(jié)構(gòu)單元中的芳香環(huán)結(jié)構(gòu)有單環(huán)的苯環(huán)、雙環(huán)的萘環(huán)、三環(huán)的菲環(huán)和蒽環(huán)，還有四環(huán)和五環(huán)以上的縮合環(huán)的形式；脂環(huán)結(jié)構(gòu)既有與芳香環(huán)一起縮合的結(jié)構(gòu)存在，又有單獨(dú)存在的；而脂肪族結(jié)構(gòu)是指結(jié)合在芳香環(huán)或脂環(huán)上的那些以側(cè)鏈存在的烷基。了解煤的分子結(jié)構(gòu)對煤的有效、合理轉(zhuǎn)化具有重要的指導(dǎo)作用。2024/4/158煤炭的生成植物經(jīng)數(shù)千年到數(shù)萬年復(fù)雜的生物化學(xué)變化過程形成泥炭（一種松軟有機(jī)質(zhì)的堆積物）；泥炭在不太深的地下經(jīng)數(shù)百萬年因壓力和溫度等作用發(fā)生一系列物理化學(xué)變化（成巖作用）轉(zhuǎn)變成褐煤或煙煤；褐煤或煙煤在地下深處再經(jīng)數(shù)千萬年以上因壓力、溫度和時間的化學(xué)物理作用（變質(zhì)作用）形成煙煤或無煙煤。煤炭是一種寶貴的不可再生的資源，必須加以高效、經(jīng)濟(jì)和合理地利用。2024/4/159煤炭的種類按大類分：腐植煤類：由高等植物形成。腐泥煤類：由低等植物形成。腐植腐泥煤類：兼有兩類植物的環(huán)境形成。按煤中含碳量或揮發(fā)分分：

泥炭、褐煤（低煤階褐煤和高煤階褐煤）、煙煤（長焰煤、不粘煤、弱粘煤、1/2中粘煤、氣煤、肥煤、焦煤、瘦煤、貧煤）、無煙煤（低階無煙煤、中階無煙煤、高階無煙煤）、殘植煤等。2024/4/1510煤的分析工業(yè)分析（水分、灰分、揮發(fā)分、固定碳）元素分析（C、H、N、O、S）發(fā)熱量（彈筒、高位、低位）礦物質(zhì)、灰成分和灰熔點(diǎn)……分析基準(zhǔn)：收到基（ar）、空氣干燥基（ad）、干燥基（d）、干燥無灰基（daf）、干燥無礦物基（dmmf）2024/4/1511煤的歷史-AncientWorld

中國是最先大規(guī)模使用煤的國家，公元300年（西晉）煤用于冶金(鑄造)和家庭取暖。公元1000年（北宋），煤已成為中國主要燃料和能源。MarcoPolo把中國人使用煤的方法傳到西方，他在中國渡過了24年，在1295年（元朝）回到意大利Venice，“可以挖一種能燃燒的黑石頭作燃料”?！短旃ら_物》16372024/4/1512煤的歷史-MiddleAges

公元900年代，德國進(jìn)行煤開采；13世紀(jì)，商業(yè)化的煤開采遍布英國及歐洲大陸，煤開始用于過程加熱(如燒石灰CaCO3→CaO＋CO2)，1226年，倫敦出現(xiàn)“LimeBurnersLaneorSeacoalLane”街；14世紀(jì)，煤炭貿(mào)易開始（1328年從法國用船運(yùn)送小麥到英國，英國煤運(yùn)回法國）。但這以前煤的主要用途是家庭取暖或偶爾代替木炭用于金屬加工；煤的用途變得愈來愈廣泛，英國的煤礦也從南向北發(fā)展。2024/4/1513環(huán)境問題挖坑取煤留下的洞成為危險的陷井，導(dǎo)致不少人淹死（其中在1243年RalphUlger成為第一個記載的在煤坑中淹死的人）；煤的燃燒產(chǎn)生煙，使煤有了“dirtyfuel”的名聲（第一個受到燃煤污染影響的重要人物是Eleanor，英國EdwardI的妻子，據(jù)說在1257年，由于在城堡中燒煤產(chǎn)生的煙使她放棄諾丁漢城堡）；倫敦成為嚴(yán)重空氣污染最早的城市。由于燒石灰使用大量煤造成空氣質(zhì)量的惡化，在1285和1288年先后有人提出訴訟。迫使皇家發(fā)布了禁止用煤的告示。2024/4/1514RoyalProclamationForbiddingtheuseofseacoalbecausean“intolerablesmelldiffusesthroughouttheneighboringpalacesandtheairisgreatlyaffectedtotheannoyanceofthemagnates,citizens,andotherstheredwellingandtotheinjuryoftheirbodilyhealth”.2024/4/1515煤的歷史-Renaissance禁令無法阻止煤的使用；16世紀(jì)中，在英國開始大規(guī)模的采煤，但木材或木炭仍然是優(yōu)選燃料；到17世紀(jì)初，英國和歐洲大陸出現(xiàn)木材嚴(yán)重短缺，所以很多國家采用增加煤炭生產(chǎn)來彌補(bǔ)木材的減少，工廠也把煤作為主要能源。2024/4/1516煤的歷史-IndustrialRevolution

從木材向煤作為主要能源轉(zhuǎn)移的一百年中，產(chǎn)生了二個重大的發(fā)現(xiàn):由于煤的開采向地球深層進(jìn)發(fā)需要有動力來驅(qū)動水泵以保持礦井的干燥，這種需要導(dǎo)致蒸汽機(jī)的發(fā)明

;由于木炭愈來愈少，需要有方法使在煉鐵過程中用煤替代木炭，煉鐵工人學(xué)會了如何把煤轉(zhuǎn)化為焦炭，這也使大規(guī)模廉價鐵的生產(chǎn)成為可能。蒸汽機(jī)和便宜的鐵為各種技術(shù)的廣泛和驚人發(fā)展提供了基礎(chǔ)。它也成為在西方文明史上的一個決定性的轉(zhuǎn)折點(diǎn)－工業(yè)革命。2024/4/1517工業(yè)革命帶來的重要變化

從小規(guī)模的以家庭形式的制造業(yè)向大工廠的轉(zhuǎn)變:蒸汽機(jī)為大工廠的生產(chǎn)需要提供可靠的動力源，而蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用又要求有大量廉價燃料的供給，而那時能滿足這一要求的只有煤炭。

在當(dāng)時，具有豐富煤資源的國家是最能適應(yīng)由工業(yè)革命帶來新的經(jīng)濟(jì)變化的國家，主要是英國、美國、德國和法國。

19世紀(jì)國家的政治力量大小對應(yīng)于所擁有煤的多少，在那個時代，煤就意味著power，即動力和權(quán)力。

2024/4/1518Coalminers1910CoalminersinHazletonPA,USA,19002024/4/1519煤炭生產(chǎn)量變化19世紀(jì)末，世界煤產(chǎn)量有很大增長，從1865年的1億8千萬噸到1905年達(dá)9億3千萬噸。但1912年與1970年世界的煤消耗量幾乎不變，這期間戰(zhàn)時稍有增加，而在五十年代大蕭條和衰退時下降。1970年代發(fā)展中國家工業(yè)化的增加以及中東石油危機(jī)造成的石油價格沖擊帶動新的煤炭生產(chǎn)增長勢頭。2024/4/1520CoalProductionoftheWorld,around1905[6]CountryYearShortTonsEurope

UnitedKingdom1905236,128,936Germany(coal)121,298,167Germany(lignite)52,498,507France35,869,497Belgium21,775,280Austria(coal)12,585,263Austria(lignite)22,692,076Hungary(coal)19041,031,501Hungary(lignite)5,447,283Spain19053,202,911Russia190419,318,000Holland466,997Bosnia(lignite)540,237Bosnia(lignite)540,237Romania110,000Serbia1904183,204Italy(coalandlignite)1905412,916Sweden322,384Greece(lignite)1904466,997AsiaIndia19058,417,739Japan190310,088,845Sumatra1904207,280Africa

Transvaal19042,409,033Natal19051,129,407CapeColony1904154,272America

UnitedStates1905350,821,000Canada19047,509,860Mexico700,000Peru190572,665Australasia

NewSouthWales19056,632,138Queensland529,326Victoria153,135WesternAustralia127,364Tasmania51,993NewZealand1,585,7562024/4/1521石油、天然氣對煤炭的影響石油、天然氣的流體特性：易操作（用閥控制）；可以用管道輸送，易裝卸；燃燒不產(chǎn)生灰。UnitedStates1905350,821,000石油、天然氣的出現(xiàn)，在西方國家煤炭的消耗比例逐漸下降，如美國：

194550年代末196570年代末65％33％25％20％最大產(chǎn)煤國由19世紀(jì)末以前的英國，19世紀(jì)末美國，1950年前蘇聯(lián)，到目前的中國。UnitedKingdom1905236,128,9362024/4/1522煤使用量增長的幾個因素

油和天然氣遲早會供應(yīng)不足；更有效的燃煤及轉(zhuǎn)化為合成燃料或化學(xué)品的新過程出現(xiàn)為煤的利用提供新的選擇；涉及到依靠從政治上不穩(wěn)定地區(qū)進(jìn)口能源的有關(guān)問題；第三世界的發(fā)展開辟了煤的新市場，而且已成為世界用煤的焦點(diǎn)（1950年北美和西歐的煤生產(chǎn)量為世界65％，到1987年美國和西歐只占30％，中國、前蘇聯(lián)、東德、波蘭、捷克占65％，目前，煤提供約25％的世界能源需求(1950年是60％)

。2024/4/1523未來能源

石油和天然氣的供應(yīng)將向少而貴的方向發(fā)展，必須開發(fā)inexhaustible和nonpolluting能源：

──sunlight──biomass──wind──nuclearfusionMoreenergyfromsunlightstrikesEarthin1hourthanalloftheenergyconsumedbyhumansinanentireyear.2024/4/15242024/4/1525以石油為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)向非污染和用之不盡的能源為基礎(chǔ)的經(jīng)濟(jì)過渡中的三個選擇：接受新的生活方式，包括消耗更少的能源(難以接受)；增加利用核能(輿論)；增加利用煤(唯一選擇)。1970s煤炭工業(yè)的口號：CoalisAmericanAceinthehole(備而未用的王牌)2024/4/1526現(xiàn)代工業(yè)文明對能源的要求電力運(yùn)輸燃料從礦物中提煉金屬和化學(xué)品（如煉鐵）化工產(chǎn)品，包括塑料、藥品、化肥過程熱，即在化學(xué)工業(yè)及金屬加工中用于鍋爐、熔化、退火改型等所需的熱

結(jié)論：煤可以滿足所有這些需要

2024/4/1527煤化工的范疇

煤化工是以煤為原料，經(jīng)過化學(xué)加工使煤轉(zhuǎn)化為氣體、液體和固體燃料以及化學(xué)品的過程。2024/4/1528一、從煤生產(chǎn)電

2024/4/15292024/4/15302024/4/15312024/4/15322024/4/15332024/4/1534中國2008年發(fā)電量:34668.8

億kwh水電:5851.9

億kwh火電:27900.8

億kwh核電：1.3%

2024/4/1535PowerBargeLM5000BargeMountedPowerPlant

MooredinChittagong,Bangladesh2024/4/1536MobileTypeGasTurbinePowerPlantLM1500MobileTypeGasTurbine2024/4/1537CombinedCyclePowerPlantCarsonEnergyLM5000CombinedCyclePlant

locatedinCalifornia,USA2024/4/1538發(fā)電技術(shù)煤漿燃燒及傳統(tǒng)的粉煤燃燒的熱效率約為36-42%2024/4/15392024/4/1540IGCC的特點(diǎn)目標(biāo)發(fā)電效率48%-50%，CO2排放達(dá)到燃油電廠水平。2024/4/1541原料的靈活性低的空氣污染物排放2024/4/1542爐渣的利用（可用于瀝青路面、水泥添加料）與傳統(tǒng)PCF相比，冷卻水降低30%。降低設(shè)施用水消耗（PCF中煙道氣脫硫消耗大量水，在IGCC中處理的是燃?xì)猓潴w積遠(yuǎn)低于煙道氣）。2024/4/15432024/4/1544煤漿燃燒(slurrycombustion)燃水煤漿比燃原煤可提高燃燒效率5-10%，節(jié)能20%，并可降低煙塵排放量。使用煤漿可改變傳統(tǒng)的運(yùn)煤方法（鐵路、公路、水路），可通過管線輸送。在煤漿配比中減少或增加某些成份可以減少在燃燒過程中灰和硫的產(chǎn)生（如在褐煤漿中減少Na含量，可以減少在鍋爐管是灰的沉積）。水煤漿燃燒的關(guān)鍵問題是燃燒器的設(shè)計。2024/4/1545聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（CCP）系統(tǒng)類型煤在壓力流化床鍋爐中燃燒并脫硫，鍋爐產(chǎn)生的蒸汽推動汽輪機(jī)；高壓下產(chǎn)生的熱氣體經(jīng)除塵凈化后供給氣體透平，進(jìn)透平氣體溫度不高于950oC;熱效率比常規(guī)同參數(shù)蒸汽循環(huán)機(jī)組可提高3-5%;脫硫效率可達(dá)99％;ＮOx排放只是常規(guī)電站的15-30％;耗水量只是常規(guī)電站的1/2-1/3。增壓流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（PFBC-CC）2024/4/1546煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)

煤氣化產(chǎn)生燃料氣體供氣體透平。優(yōu)點(diǎn)是較高的進(jìn)口溫度，提高氣體透平的效率。但按目前的透平技術(shù)進(jìn)氣最高溫度不超過1100℃。如允許更高進(jìn)氣溫度的透平(如達(dá)到1400-1500℃，效率可達(dá)到43-45％)。

常壓流化床燃煤聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(AFBC-CC)2024/4/1547流化床燃燒爐(Fluidized-bedcombustors)

①燃料范圍寬(不僅可用各種煤，還可燒石油、木材，廢棄的燃料)，這大大增加安排燃料供應(yīng)的靈活性。②操作靈活，輸出范圍設(shè)計滿負(fù)荷甚至空運(yùn)行。可根據(jù)外界供電需要隨意調(diào)整。③減少SOx和NOx的生成。由于它的床層溫度一般在760-950℃，低于其它類型的燃燒爐。④可采用爐內(nèi)脫硫方法，排除煙道氣脫硫系統(tǒng)(占1/3投資)2024/4/1548煤熱能機(jī)械能電2024/4/1549磁流體發(fā)電技術(shù)Magnetohydrodynamics(MHD)

燃煤直接產(chǎn)電(即沒有介入機(jī)械能轉(zhuǎn)變步驟)的技術(shù)。原理：導(dǎo)體運(yùn)動通過磁場產(chǎn)生電流。過程：在燃煤的MHD中，煤用預(yù)熱氧或富氧空氣燃燒產(chǎn)生溫度多達(dá)2700℃的燃燒氣體；超熱氣體通過一個導(dǎo)管，導(dǎo)管的兩面墻為電極，在導(dǎo)管的垂直方向設(shè)一個強(qiáng)的磁場，為了使燃燒氣體導(dǎo)電，加入容易離子化的晶種(通常為鉀K),離子化的傳導(dǎo)燃燒氣通過磁場產(chǎn)生電流，并由電極流出。2024/4/1550需要解決的問題①由于高熱氣體(遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的燃燒系統(tǒng)，甚至氣體透平)，對導(dǎo)管材料的選擇成為關(guān)鍵，再加上導(dǎo)管的兩壁為導(dǎo)體，其它兩壁為絕緣體，使問題更復(fù)雜，更重要的是在商業(yè)化工廠，導(dǎo)管必須具備長的使用時間、最少的維護(hù)。②用于晶種K(鉀)的費(fèi)用大于原煤。據(jù)估計，為達(dá)到經(jīng)濟(jì)的操作，鉀的回收率必須達(dá)99％。

2024/4/1551發(fā)電效率

加入蒸汽循環(huán)后的MHD系統(tǒng)大大地改善了總的效率，據(jù)估計，對大規(guī)模的MHD加蒸汽循環(huán)發(fā)電廠的效率在45％至55％。熱功率25兆瓦燃煤磁流體發(fā)電機(jī)實(shí)驗(yàn)裝備

該實(shí)驗(yàn)裝備于1990年基本建成，1992年底開始發(fā)電，迄今已經(jīng)進(jìn)行發(fā)電試驗(yàn)14次，最長連續(xù)發(fā)電達(dá)2小時10分鐘，峰值發(fā)電功率130.8千瓦，成為研究燃煤磁流體發(fā)電機(jī)的燃燒室和發(fā)電通道的重要實(shí)驗(yàn)研究基地。2024/4/1552電化學(xué)過程(Electrochemicalprocesses)

煤熱能機(jī)械能電由煤直接生產(chǎn)電

煤熱能機(jī)械能電2024/4/1553煤直接生產(chǎn)電原理：C+O2CO2

最理想的過程是碳、氧和CO2都在同一溫度，在一個幾乎可逆的系統(tǒng)中進(jìn)行，但不可能達(dá)到。要達(dá)到近似的可逆系統(tǒng)，保持反應(yīng)物和產(chǎn)物在相同溫度的方法是把煤的氧化過程組成一個電池—燃料電池。在燃料電池中，反應(yīng)劑與電極是分開的，只有需要產(chǎn)電時，才與電極接觸。以煤為基礎(chǔ)的燃料電池有兩種選擇：直接電池和間接電池。2024/4/1554直接電池

Carbon（煤）為負(fù)極銅和鐵作為正極(但在研究中，用貴金屬如鉑、銀、金為正極)O2在正極電離以NaOH或次氯酸鈉為電介質(zhì)凈化學(xué)反應(yīng)是C+O2=CO2研究焦點(diǎn)：用融熔鹽作為電介質(zhì)2024/4/1555間接電池

用CO或由煤氣化得到的CO+H2替代Carbon電極與O2反應(yīng)；理論上，間接電池回收按由C轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2的約65％能量，但間接電池通?？僧a(chǎn)生較高的電壓。

NiO正極Pt負(fù)極熔融Na2CO3+K2CO3H2+COO2研究的例子：熔融碳酸鹽燃料電池需要解決的技術(shù)問題：電介質(zhì)對電極潤濕和電極的腐蝕。2024/4/1556電池類型堿性燃料電池質(zhì)子交換膜燃料電池磷酸燃料電池熔融碳酸鹽燃料電池固體氧化物燃料電池簡稱AFCPEMFCPAECMCFCSOFC電解質(zhì)KOHPEM磷酸Li2CO3-

K2CO3YSZ致密氧化物透氧膜電解質(zhì)形態(tài)液體固體液體液體固體陽極Pt/NiPt/CPt/CNi/Al,Ni/CrNi/YSZ工作溫度℃50～20060～80150～220約650900～1050應(yīng)用空間，機(jī)動車電站，機(jī)動車便攜式電源共發(fā)電，機(jī)動車，輕便電源共發(fā)電共發(fā)電主要燃料電池及其特性表2024/4/1557FuelCells1MWMCFC(125kWunit)熔融碳酸鹽燃料電池2024/4/1558O2O2O2O2-O2-O2-O2-O2-H2,COH2O,CO2負(fù)載＋－e空氣燃料陰極電解質(zhì)陽極SOFC電池反應(yīng)固體氧化物燃料電池（SOFC）反應(yīng)2024/4/1559煤低溫?zé)岱纸鈿怏w精制送電CO2送電800℃CO2

（H2O）氣化爐1000℃1000℃CO、H2空氣燃料電池油料空氣分離CO2

無機(jī)膜2024/4/1560Vision212024/4/1561Vision212024/4/1562Vision212024/4/1563Vision212024/4/1564Vision212024/4/1565從煤中得到運(yùn)輸燃料

(TRANSPORTATIONFUELSFROMCOAL)蒸汽：用于燃煤蒸汽機(jī)車。采用串聯(lián)流化床燃燒器（在第一個流化床中燃燒煤，而在第二個流化床用石灰石捕捉氧化硫)。這種系統(tǒng)不僅可使用高硫煤，而且由于相對較低的燃燒溫度可排除氮氧化物和大塊灰渣的生成。2024/4/1566煤漿（CoalSlurries）煤漿：目的是替代在內(nèi)燃機(jī)車中使用的石油基燃料。在內(nèi)燃機(jī)車使用煤漿提出兩個問題：①煤漿中的水引起較長的ignitiondelay，難以保證機(jī)車發(fā)動機(jī)大約1000rpm的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。②在燃燒中產(chǎn)生的灰將加速發(fā)動機(jī)的磨損。

2024/4/1567液體燃料

(LiquidFuels)

通過煤直接或間接液化生產(chǎn)液體燃料，可替代目前使用的來自石油的燃料。成功例子：二次世界大戰(zhàn)期間的德國，1950年代以來的南非，都從煤中得到液體燃料。除了特定的環(huán)境以外，是否從煤中商業(yè)化生產(chǎn)液體燃料取決于和來自石油的燃料價格的竟?fàn)幎ā?024/4/1568在1970年代末提出的交叉點(diǎn)(cross-overpoint)估計：

1桶原油必須達(dá)到的比一桶煤液化燃料要貴的價格，這個交叉點(diǎn)因人因時在40-80美元之間。

“Coalliquefactionisthetechnologyofthefutureandalwayswillbe”悲觀論：這個交叉點(diǎn)永遠(yuǎn)也不可能達(dá)到。原油價格液化油價格價格年代交叉點(diǎn)2024/4/1569煤液化技術(shù)研究與石油價格密切相關(guān)。從70年代初（石油危機(jī)）的快速增長到80年代初（油價跌至$10/barrel)迅速下降，到目前重新重視。據(jù)估計，從煤中生產(chǎn)液體燃料在21世紀(jì)的某個時候以前商業(yè)化是不可能的。對煤分子結(jié)構(gòu)，斷鍵反應(yīng)的基礎(chǔ)研究結(jié)果可能會引發(fā)新的煤液化技術(shù)的開發(fā)(在溫和的溫度和壓力下)，這些技術(shù)開發(fā)可使設(shè)備費(fèi)下降，從而有可能得到低成本的產(chǎn)品。

2024/4/1570煤變油的方法煤直接液化煤間接液化（F-T合成）煤熱解2024/4/15712024/4/1572煤炭液化的原理CH4原油苯煤H/C4210.5~0.8提高H/C比的方法：加氫或/和脫碳煤炭的直接液化是煤在溶劑、催化劑和氫氣存在下，通過高溫（~400-500oC）、高壓（10~25MPa）反應(yīng)得到液體產(chǎn)品的過程。結(jié)果：煤的大分子結(jié)構(gòu)分解成小分子、提高了H/C、脫除煤中的雜原子和無機(jī)礦物質(zhì)。2024/4/15732024/4/15742024/4/1575TheVictonianBrownCoalLiquefaction50T/DPilotPlant2024/4/1576煤液化過程研究改善熱效率：增加煤油比；改善油產(chǎn)率：通過優(yōu)化過程條件和煤預(yù)處理等。改善過程可靠性：通過改善煤性質(zhì)（如：預(yù)處理）防腐和防垢。液化油的提質(zhì)：改善產(chǎn)品價值和安全性。2024/4/15772024/4/15782024/4/1579先進(jìn)煤液化工藝基礎(chǔ)研究目標(biāo)：改善油產(chǎn)率和熱效率高活性和高分散催化劑的開發(fā)無殘?jiān)ㄍ耆D(zhuǎn)化）液化過程的開發(fā)溫和條件液化過程的開發(fā)2024/4/1580CompleteConversionProcess2024/4/1581中國煤炭直接液化的研究與開發(fā)煤炭直接液化高效催化劑的研究與開發(fā)煤炭直接液化關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)神華煤直接液化技術(shù)的商業(yè)化2024/4/1582煤炭直接液化高效催化劑的研究與開發(fā)得到國家863計劃支持低價格：因催化劑產(chǎn)生的噸油生產(chǎn)成本大約為20元.易操作：催化劑的合成在常壓和常溫下進(jìn)行，安全性好，催化劑具有好的重復(fù)性。高的催化活性：催化劑的加入量只有干煤的0.5%～1.0%，煤轉(zhuǎn)化率大于90wt%daf,油產(chǎn)率大于60wt%daf。2024/4/1583煤炭直接液化關(guān)鍵技術(shù)的研究與開發(fā)小試：2002年7月-2003年底

—建立0.12t/d的連續(xù)煤直接液化裝置;—運(yùn)轉(zhuǎn)10次共207天（約5000h)煤直接液化試驗(yàn).中試（PDU）

—2003年10月至2004年9月建立6t/dPDU裝置并在2004年12月成功地進(jìn)行神華煤的液化試驗(yàn).—在對PDU進(jìn)行優(yōu)化和改造的基礎(chǔ)上，2005年11月進(jìn)行第2次試驗(yàn)，并連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)了18天。

—2006年底成功地進(jìn)行了第3次試驗(yàn)（3000h）

，基本解決了存在的問題，為工業(yè)化提供重要的保證。2024/4/15846t/dPDU試驗(yàn)結(jié)果蒸餾油（Distillate）產(chǎn)率:56%~58%轉(zhuǎn)化率:90%~92%氣體產(chǎn)率:12%~14%水產(chǎn)率:11%~13%氫耗:5%~7%2024/4/1585神華煤直接液化技術(shù)的商業(yè)化神華煤直接液化項(xiàng)目于2004年8月落地鄂爾多斯伊金霍洛旗。2008年12月31日建成試車，運(yùn)行300小時。神華煤直接液化項(xiàng)目總建設(shè)規(guī)模為年產(chǎn)油品500萬噸，分二期建設(shè)。一期工程設(shè)計規(guī)模為年產(chǎn)油品320萬噸，由三條主生產(chǎn)線組成，包括煤液化、煤制氫、溶劑加氫、加氫改質(zhì)、催化劑制備等14套主要生產(chǎn)裝置。一期工程總占地面積384公頃。建設(shè)的第一條生產(chǎn)線，煤直接轉(zhuǎn)液化示范總投資123億元，建成投產(chǎn)后，每年用煤量345萬噸，可生產(chǎn)各種油品108噸，其中液化石油氣10.2萬噸，柴油72萬噸、石腦油25萬噸、酚等其他產(chǎn)品0.8萬噸。2024/4/1586神華煤直接液化技術(shù)的商業(yè)化神華集團(tuán)的目標(biāo)是：

—到2010年煤炭生產(chǎn)大于200Mt/a，由煤炭液化得到的油和化學(xué)品達(dá)到10Mt/a。

—到2020年煤炭生產(chǎn)大于300Mt/a，由煤炭液化得到的油和化學(xué)品達(dá)到30Mt/a。2024/4/15872024/4/1588Demonstrationplantwithcapacityof1Mt/aPlannedconstructionperiod:4years2024/4/1589

ShenhuaDCLdemonstrationplant2024/4/1590ConstructingShenhuaDCLdemonstrationplantTakenonJune18,20082024/4/1591ConstructingShenhuaDCLdemonstrationplant2024/4/1592MainProductsofDCLDemonstrationPlant

Product:100,000t/aLPG10.21Naphtha24.99Diesel71.46Phenol0.36Total107.022024/4/1593神華煤液化技術(shù)的主要特點(diǎn)設(shè)備超大型化，處理能力大,效率高：單套原料煤處理能力達(dá)6000t/d；采用兩個強(qiáng)制循環(huán)懸浮床反應(yīng)器。先進(jìn)的煤液化工藝，溫和的反應(yīng)操作條件。新型高效的煤液化催化劑。采用先進(jìn)成熟的單元工藝技術(shù)的優(yōu)化組合

--成熟的減壓蒸餾技術(shù)進(jìn)行固液分離，使殘?jiān)鼛ё叩挠椭徽妓孜锏?%左右；

--供氫溶劑全部加氫以提高溶劑的供氫能力；

--采用T-Star工藝對液化粗油進(jìn)行精制。2024/4/1594項(xiàng)目采用的先進(jìn)技術(shù)煤液化反應(yīng)器：2.25Cr-1Mo-1/4V,反應(yīng)器外徑5.5m,壁厚335mm,設(shè)備單體質(zhì)量達(dá)2050t,是目前世界上最大的反應(yīng)器。煤制氫裝置：Shell粉煤加壓氣化工藝,氣化爐有效氣體(CO+H2)生產(chǎn)能力為150,000m3/h?？辗盅b置：德國林德公司空分技術(shù),由兩條生產(chǎn)線組成,單條生產(chǎn)線制氧能力為50,000m3/h。自備電站：神華煤直接液化項(xiàng)目一期工程第一條生產(chǎn)線用電負(fù)荷為142MW,需工業(yè)蒸汽400t/h,年排出油渣60萬t、洗中煤33萬t,可燃性化工尾氣14,000m3/h~30,000m3/h。自備電站的燃料主要來源于煤直接液化所產(chǎn)生的油渣、洗中煤和可燃性化工尾氣,不足部分補(bǔ)充洗中煤,電站總裝機(jī)容量為500MW,其中一期工程裝機(jī)容量為200MW。水處理裝置：克勞斯法處理酸性氣體進(jìn)行硫回收?？刂葡到y(tǒng)：Honeywell為項(xiàng)目提供9套集散控制系統(tǒng)(DCS)、2套緊急停車系統(tǒng)(ESD)、3套安全柵、9套可燃?xì)怏w及有毒氣體檢測報警系統(tǒng),以及相關(guān)的機(jī)柜、系統(tǒng)接口、系統(tǒng)集成和備品備件,以保證項(xiàng)目的整體運(yùn)行安全、可靠和高效。2024/4/1595StateprogrammingoncoalchemicalindustryInMediumandLongTermCoalChemicalIndustryDevelopmentPlanofNDRC:

ToinvestmorethanUS$128billiontodevelop7alternativecoalbasedsynthesizedfuelandchemicalstechnologiestoreducetheimportdependentofoildemand.To2020,thecapacityofcoaltoliquidwillbe30Mt/a,coaltomethanol66Mt/a,coaltoDME20Mt/a,andcoaltoolefins8Mt/a.Coalconsumptionincoaltooilandchemicalswillbe252Mt/a.Morethan30coalbasedprojectsarebeingplannedorconstructed.

2024/4/1596In11thFive-YearPlan(2006-2010)forCoalIndustryDevelopmentofNDRC:

TocompleteindustrialdemonstrationsofCTLandcoaltoolefininthe“eleventhfiveyear”period.1)constructinga1Mt/adirectcoalliquefaction

demonstrationplantandcompletingindustrialdemonstrationoftheself-owneddirectcoalliquefactiontechnology;2)constructinga3Mt/aindirectcoalliquefactionplantthroughimportingtheoverseamaturetechnologyandcompletingdemonstrationofcommercialoperation;3)byusingdifferenttechnologies,completing160kt/aand1Mt/aindirectcoalliquefactiondemonstrationplantandprojects;4)completing600kt/acoaltoolefindemonstrationprojectwithself-ownedtechnology.Stateprogrammingoncoalchemicalindustry2024/4/1597Methanol(甲醇)

高壓合成法：1923年德國建成首套3000t/a合成甲醇生產(chǎn)裝置。30~35MPa，300~400oC，Zn-Cr氧化物催化劑。（投資大，生產(chǎn)成本高）低壓合成法：壓力5MPa，溫度190~270oC。英國ICI公司和德國Lurgi公司分別研制低壓甲醇合成催化劑。1966年ICI公司采用Cu-Zn-Al氧化物催化劑，實(shí)現(xiàn)低壓合成生產(chǎn)工藝（ICI低壓法）；1970年Lurgi公司采用Cu-Zn-Mn或Cu-Zn-Mn-V、Cu-Zn-Al-V氧化物催化劑，建成4000t/a甲醇低壓生產(chǎn)裝置（Lurgi低壓法）。中壓合成法：壓力10MPa左右，1972年ICI公司成功實(shí)現(xiàn)中壓甲醇合成工藝。2024/4/15982024/4/15992024/4/151002024/4/151012024/4/151022024/4/15103甲醇作為汽油替代品，用于開動小汽車。問題：①得到同樣的能量，甲醇需二倍于汽油量；②發(fā)動機(jī)的設(shè)計必須改變；

③甲醇為劇毒品，可侵害視神經(jīng)引起失明(在使用中需要特別小心)。解決方法：

1）甲醇-汽油混合燃料，含3%~5%甲醇汽油，無須改變發(fā)動機(jī)；

2）甲醇轉(zhuǎn)變成汽油。即mobil法。與FT間接液化比，Mobil法得到的產(chǎn)品分子范圍窄。

2024/4/15104家庭及工業(yè)供熱

DistrictHeating（區(qū)域供熱）：流化床燃燒爐具有操作靈活、低NOx生成，不生成SOx等優(yōu)點(diǎn)，可用于區(qū)域供熱。CoalCartridgesSystem（CCS：煤箱系統(tǒng)）：把備煤，粉碎和除灰集中在一起的過程，具有方便、經(jīng)濟(jì)、可控制粉塵及灰對環(huán)境的污染等優(yōu)點(diǎn)。目前煤箱系統(tǒng)只用在工業(yè)及區(qū)域供熱，沒有在家庭使用。GoCogeneration：能量梯級利用。在Cogenerationsystem，高溫蒸汽先送透平發(fā)電，排出透平的低溫蒸汽用于加熱，低溫蒸汽還用于區(qū)域供熱或供給鄰近工廠。CoalConversion：把煤轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w或氣體后然后再用作為燃料。GoGo2024/4/15105BACK2024/4/15106KansaiInternationalAirport

LM2500CogenerationPlant

LocatedinOsaka,JapanBACK2024/4/15107CoalConversion

把煤轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w或氣體后再用作為燃料。

①液體易于輸送和分配；②代用天然氣或由煤導(dǎo)出液體可用于現(xiàn)存的燃?xì)饣蛉加蛦卧鵁o需進(jìn)行改造成燒煤或安裝新的燃煤設(shè)備。③氣體的灰含量為0，從煤中得到的液體的灰量可忽略。但從煤中得到氣體或液體的應(yīng)用與用在運(yùn)輸燃料中一樣，取決于經(jīng)濟(jì)因素。2024/4/15108Process-HeatandBoilerIndustries

Process-Heat（工業(yè)爐窯）：利用燃料燃燒產(chǎn)生的熱量使物質(zhì)發(fā)生變化而得以加工（如石灰石加熱后生成石灰）；BoilerIndustries（鍋爐工業(yè)）：用熱來生產(chǎn)某種形式的動力（如蒸汽、電），利用這些動力用于完成一個過程（大部分化學(xué)工業(yè)，包括：造紙工業(yè)、紡織工業(yè)等都屬于BoilerIndustries）。2024/4/15109Coalinthemetalsindustry

目前鋼鐵工業(yè)是用焦炭還原鐵礦石，只要用傳統(tǒng)工業(yè)來煉鋼，就需要用煉焦煤來生產(chǎn)焦炭。目前鋼鐵工業(yè)(至少在美國)正處于過渡時期，高爐(Blastfurnaces)平爐(open-hearthfurnaces)和Bessemerconverters(酸式轉(zhuǎn)爐或貝氏轉(zhuǎn)爐)正在從舞臺消失。這些變化將影響煤炭工業(yè)。2024/4/15110新工藝：直接還原鐵礦石成為鋼而繞過在高爐中的生鐵制造；開發(fā)依賴于廢鋼的小鋼廠；高爐噴吹（降低焦鐵比，解決煉焦煤短缺問題）。焦炭生產(chǎn)：①煤種：將來的煉焦用煤(通過合適的系統(tǒng)設(shè)計)不是一種而是幾種，甚至所有變質(zhì)程度的煤；②排出物(污染)控制，高投資（$350million)。ReducingAgents(還原劑)：煤是最便宜的還原劑。它可轉(zhuǎn)化成焦炭或其它形式或不改變形式（無煙煤）來生產(chǎn)金屬；煤氣化后轉(zhuǎn)變?yōu)镃O和H2，也可用作還原劑。2024/4/151112024/4/151122024/4/151132024/4/15114Chemicalsfromcoal

在20世紀(jì)初，煉焦副產(chǎn)品是有機(jī)化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)；今天，大部分有機(jī)化學(xué)工業(yè)依賴于石油。煤生產(chǎn)化學(xué)品的新時代不可能回復(fù)到半個世紀(jì)前的舊工藝上，煉焦工業(yè)不可能提供足夠的副產(chǎn)品來滿足化學(xué)品生產(chǎn)的需要，新興的煤化學(xué)工業(yè)將以新工藝為基礎(chǔ)。2024/4/15115Coprocessing(共處理)煤的加工和石油加工結(jié)合在一起的工藝。①由煤得到的液體產(chǎn)品補(bǔ)充到石油中一起提煉；②石油殘?jiān)鳛槊阂夯娜軇?；問題：①石油中的脂肪化合物對煤并不是好的溶劑。②以石油為基礎(chǔ)的工業(yè)有機(jī)化學(xué)主要是脂肪化合物的化學(xué)，而煤化學(xué)主要是芳香化合物的化學(xué)，因此要轉(zhuǎn)到以煤為基礎(chǔ)的新的化學(xué)工業(yè)并不是只要把煤基液體供給現(xiàn)存的化工廠那么簡單。2024/4/15116Synthesisgas目前的有機(jī)化學(xué)工業(yè)，主要化學(xué)品是合成氣(CO+H2)，乙烯、丙烯、1.3-丁二烯、苯、甲苯、二甲苯、苯酚（phenol）；煤焦油化學(xué)：主要化學(xué)品是苯、萘、蒽、甲苯、二甲苯、苯酚、甲酚和菲。煤焦油化學(xué)加工特點(diǎn)：品種多，產(chǎn)量低；目前的石油化學(xué)工業(yè)特點(diǎn)：品種少，產(chǎn)量大。使用合成氣可以通過現(xiàn)存的技術(shù)轉(zhuǎn)變成化學(xué)品。

2024/4/15117從煤生產(chǎn)合成氣要求：①由煤氣化得到的氣體必須凈化；②由煤得到的合成氣中H2和CO比例必須調(diào)整后才能滿足要求。合成氣轉(zhuǎn)化成化學(xué)品：①Fischer-Tropsch工藝；②調(diào)變溫度、壓力和催化劑，合成氣能轉(zhuǎn)變成代用天然氣（SNG），飽和脂肪烴（石臘），含氧化合物，不飽和烴（烯烴）或芳香化合物等。

2024/4/151182024/4/151192024/4/151202024/4/15121Hydrocracking（氫解）

煤的液化、熱解或溶劑萃取產(chǎn)物與H2反應(yīng)使芳烴分子裂解，這個過程就叫氫解?？缮a(chǎn)石腦油（naphtha)和以丙烷和丁烷為主的液化石油氣（LPG）。以化學(xué)品生產(chǎn)為目的的新的熱解過程，是最大限度地提高液體產(chǎn)率，并尋找副產(chǎn)品固體半焦的用途。2024/4/15122Supercritical-FluidExtraction

煤的超臨界流體萃取：即在溶劑處于臨界點(diǎn)以上的溫度和壓力下對煤進(jìn)行萃取。這個過程也叫“煤的超臨界氣體萃取”或“煤的超臨界溶劑萃取”等；萃取物需進(jìn)一步加工成油品或化學(xué)品；萃取后殘留的固體半焦有高的活性，可用于氣化或作為低級活性炭；但需考慮高溫帶來的高操作費(fèi)用和高壓帶來的高設(shè)備投資。2024/4/15123Acetylene（乙炔）

以乙炔化學(xué)為基礎(chǔ)

乙炔制造：缺點(diǎn)：電弧法耗電量大，當(dāng)?shù)乇仨氂写罅康碾娏?、?guī)模限制。新的方法：

關(guān)鍵是解決反應(yīng)器。目前研究：①采用火箭發(fā)動機(jī)技術(shù)②等離子體技術(shù)2024/4/15124Microbialconversionofcoal煤的生物加工可分為兩個領(lǐng)域：①潔凈煤生產(chǎn)，即除去煤中一些不需要的組分，如硫、氮。②煤轉(zhuǎn)化──微生物液化、微生物氣化、微生物預(yù)處理以及甲烷生產(chǎn)。煤的生物加工中兩個最基本的過程：①包含了煤中大分子的氧化溶解或解聚，它是把酶或微生物作用于羥基芳環(huán)，使環(huán)分裂而生成羧酸。②使用一種兼性厭氧微生物菌(還原性地)降解/溶解煤，也就是說，芳環(huán)還原和還原裂解生成一種氫化產(chǎn)品。

微生物脫硫：

傳統(tǒng)方法：Thiobacillus（硫桿菌）用于黃鐵礦(pyritea)硫的脫除。（反應(yīng)時間長，經(jīng)濟(jì)性？）

新方法：用微生物作用于煤，使煤中黃鐵礦的表面性質(zhì)發(fā)生變化，使其更具有親水性，這個過程只需3-4小時，經(jīng)過微生物預(yù)處理后的煤，再用傳統(tǒng)的浮選方法，就能除去幾乎所有的黃鐵礦硫。2024/4/15125Coalfineries把幾種方法聯(lián)成一體（集成）成為單一工廠。這種廠就叫Coalfineriesorcoalplexes。Power-Oil-Gas-Other（POGO)Process，它將聯(lián)合氣化、熱解、溶劑精制煤(SRC)液化操作：氣化爐提供氣體給聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，生產(chǎn)電（power）；熱解操作將生產(chǎn)代用天然氣（SubstituteNaturalGas）液化石油氣（LPG）和類似汽油的液體；液化將生產(chǎn)汽油和燃料油。液化過程中蒸溜殘?jiān)梢杂酶邷靥幚砩a(chǎn)焦炭(瀝青焦)。

Coalfinery是一個多功能的煤加工廠，可生產(chǎn)燃料、化工產(chǎn)品和電力，這些產(chǎn)品能適合各種潛在的市場。2024/4/15126ExtractChemicalsSCECharGasificationH2Fluidized-bedCombustorHeat&SteamElectricityCoa