淺談煤炭深加工利用過程及環保問題

畢菊芬（云南能源職業技術學院，云南 曲靖 655001）

淺談煤炭深加工利用過程及環保問題

畢菊芬（云南能源職業技術學院，云南 曲靖 655001）

煤不僅可作為燃料，許多工業也離不開它。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境的污染。

煤炭焦化；煤炭氣化；煤炭液化；環境問題

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，它還是多種工業的原料。

現代發展起來的煤化工是以煤炭為主原料，對煤炭進行深加工、使之轉化，生產化工產品的行業。現代煤化工主要包括煤焦化、煤氣化、和煤液化三條產業鏈，并取得了長足的發展。

1.1煤焦化的方法和途徑

煤的干餾與焦化煤隔絕空氣進行熱分解，釋放出水分、揮發分和吸附氣體，產生煤氣、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℃）。

目前的煉焦生產屬于高溫干餾范疇，主要指由黏結性的煙煤在室式焦爐內隔絕空氣加熱到950℃左右，經干燥、脫吸、熔融、黏結、固化、收縮等階段，生產冶金焦炭，同時副產煤氣、高溫焦油及其他各種化學產品的過程。在中國目前煤炭除了用于發電以外，煉焦是煤炭的另一個主要利用途徑。

1.1.1煉焦過程主要經歷的幾個階段：

（1）干燥脫吸階段120℃以前放出外在水和內在水分，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程度而異，一般在200～300℃發生，主要產生化合水和CO2、CO和CH4等氣態產物，并有微量焦油析出。

（3）膠質體產生和固化階段 大部分粘結性煙煤在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體狀態。進一步加熱，膠質體熱解更加激烈，析出大量揮發物，粘結性煙煤熔融相互黏結，固化為半焦。

（4）半焦收縮和焦炭形成 500℃左右黏結性煙煤經膠質體狀態，散狀煤粒熔融、相互黏結而形成半焦。700～950℃半焦進一步熱分解，析出少量的氣體，半焦進一步收縮，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 目前絕大多數焦化廠使用配煤煉焦，原料煤的粉碎和配合是煉焦生產的第一道主要的工序。

（2）煉焦包括從焦爐裝煤、結焦到推焦、熄焦、篩焦的整個過程。煉焦生產首先應制定合理的加熱制度，保證各炭化室的焦餅在規定的結焦時間內均勻成熟。出焦和裝煤應嚴格按照推焦計劃進行，以保證安全生產，延長焦爐的壽命。焦爐調節應達到最高的熱效率，并保證爐溫均勻、壓力合適、操作順利。

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

1.2煤液化的方法途徑

以煤炭為原料，對其進行加工制取液態的碳化物的技術被稱為煤炭液化。煤液化是煤炭轉化的高技術產業，是一種徹底的高級潔凈煤技術。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）煤漿在容器內經過高溫（420～470℃）、高壓（6～30MPa）下進行加氫反應，生產各類液態碳化物為主的產品。

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

（4）將歸類的液化油進行提煉，根據生活中的需要，將各類液化油制成符合質量要求的航空煤油，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、催化合成以及產品分離和改質加工等過程。

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化為可燃性氣體的過程。氣化所用的設備被稱為煤氣發生爐，氣化過程中產生的氣體被稱為煤氣。煤在氣化爐內會發生一系列復雜的物理變化和化學變化，主要有：煤的干燥、煤的干餾和煤的氣化反應。

煤氣化是重要的潔凈煤應用技術之一，被大量的用在人們的生產和生活中，煤炭的形成需要的特殊條件以及大量的時間，隨著技術的發展，煤炭的挖掘速度也在增加，導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，是一個簡單的物理過程、

（2）將煤進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反應。

2　煤炭深加工轉化過程引起的環境問題

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

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1kg之多，主要包括：（1）焦爐裝煤過程產生的煙塵；（2）焦爐出焦過程中產生的煙塵；（3）由于密封不嚴產生的其他煙塵。

煉焦生產過程中污染排放源

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，在氣化時部分轉化為氨、氰化物和金屬化合物；一氧化碳和水蒸氣反應生成少量的甲酸，甲酸和氨又反應生成甲酸銨。這些有害物質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，一部分在設備管道清掃過程中放空。與煉焦相比，氣化對環境的影響要小得多。

（1）煤氣發生站廢水 煤氣發生站廢水主要來自發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的不同而變化，見表2～3。

表2　冷煤氣發生站廢水水質

可以看出，在用煙煤和褐煤作原料時，廢水的水質相當惡劣，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，主要是將煤炭進行破碎的時候出現的粉塵飛揚，主要集中在煤場倉庫以及氣化原料準備階段。

（2）有害氣體的污染，液化氣雖然在密閉的反應爐內生產，但是在提煉過程中，必可避免的話產生工業廢棄以及煤氣的泄漏及放散。再者，對煤炭設備進行檢修時需要對設備進行鼓風、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）有害物質在冷卻凈化處理過程中，隨著循環水進入沉淀池和水塔里面，隨著水汽的蒸發逸到大氣層中。

2.1.3氣化廢渣的來源及特性

煤炭提煉以后，可燃氣體及各類用油被收集，而煤炭中的其余元素在催化劑的作用下相互結合產生固化物，被稱為灰渣，這是一種質地不均的混合物，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，煤經過加氫反應，所有異質原子基本被脫除，也無顆粒物，回收的硫可變成元素硫，氮大多轉化為氨。煤間接液化時，催化合成過程中排放物不多，未反應的尾氣（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，在某些工藝中占到液化原煤總量的40%左右，需進一步進行處理才能滿足生產生活的需要。

［1］謝克昌煤化工過程中的污染與控制第一版北京 化學工業出版社2010.

［2］付長亮現代煤化工生產技術第一版 北京 化學工業出版社 2009.

［3］李贊忠煤液化生產技術 第一版 北京 化學工業出版社 2009.

［4］陳文敏煤炭加工利用知識問答第二版 北京 化學工業出版社 2008.

［5］楊金和煤炭化驗手冊第二版 北京煤炭工業出版社2006.

畢菊芬（1966-），女，漢，云南省嵩明縣人。云南能源職業技術學院資源與環境工程學院，講師。研究方向：煤炭加工及環保問題。