第一节 煤的气化
煤的气化是指气化原料（煤或焦炭）与气化剂（空气、水蒸汽、氧气等）接触，在一定温度压力下，发生一系列复杂的热化学反应，使原料最大限度地转变为气态可燃物（煤气）的工艺过程。煤气的有效成分主要是H2、CO、和CH4等。
一、煤炭气化的意义
1.煤气是洁净的燃料：发电、工业锅炉、窑炉、城市民用。
2.煤气是化学合成工业的原料：合成氨、甲醇、二甲醚、醋酸酐。
二、煤的气化方法与煤气的种类
（一）煤的气化方法
1.按原料在气化炉中的运动状态可分为：移动床（固定床）气化、流化床（沸腾床）气化、气流床（悬浮床）气化、熔融床气化等；
2.按气化过程的操作方式可分为：连续式气化、间歇式气化、循环式气化等；
3.按压力大小不同可分为：常压气化、加压气化（中压0.7～3.5MPa，高压>7.0MPa）。
(二)煤气的种类
1.空气煤气；2.混合煤气；3.水煤气；4.半水煤气。
三、煤气化的化学反应
1.燃烧反应
C＋O2→CO2－395.4kJ/mol
2.发生炉煤气反应
C＋CO2→2CO＋167.9KJ/mol
3.碳—水蒸汽反应
C＋H2O→CO＋H2＋135.7KJ/mol
4.变换反应
CO＋H2O→CO2＋H2－32.2kJ/mol
5.碳加氢反应
C+2H2→CH4＋39.4kJ/mol
6.热解或脱挥发分反应
CmHn→n/4CH4+（m－n）/4C 或 CmHn＋（2m－n/2H2→mCH4
四、气化用煤对煤质的要求
（一）移动床气化法对煤质的要求
1.移动床常压气化法对煤质的要求
（1）水分：Mt≤6%。
（2）挥发分：Vdaf1 ≤ 10%。
（3）灰分：Ad24%。
（4）煤灰熔融性：ST≥1250℃。
（5）固定碳： w(FC)daf>65%。
（6）粒度：粒度13～100㎜。
（7）抗碎强度抗碎强度：（>25㎜）≥ 65%。
（8）热稳定性：TS+670 ≥ 70%。
（9）反应性：无烟煤的化学反应性较差，但通过提高反应温度可增加反应性。
（10）硫分：St,d≤ 1.5%。
2.移动床加压气化对煤质的要求
移动床加压气化典型的气化炉是德国鲁奇公司发明的鲁奇炉，它采用蒸气一氧（高氧空气）作气化剂，气化压力为2～3MPa，在压力高而温度不很高的条件下，可促进甲烷的生成反应；同时由于加压气化使反应物浓度增高，反应速度加快。
由于气化温度低，鲁奇炉加压气化法可采用灰熔性低的煤气化、对煤的抗碎强度和热稳定性要求较低，可气化褐煤，其粒度下限达5㎜，能采用高水分（Mt=20%～30%）和高灰分（Ad=30%）的劣质煤，对黏结性稍强的烟煤也能气化。
（二）沸腾床气化法及其煤质的要求
沸腾床气化又称流化床气化。
1.对原料煤的要求是活性愈大愈好，所以，用褐煤最好，要求Mar<12%,Ad<25%。
2.也可采用长焰煤或不粘煤。
煤的粒度小于8㎜，0～1㎜的煤粉愈少愈好。
煤灰熔融性ST>1250℃,硫分St,d<2%。
（三）气流床气化法及其对煤质的要求
气流床气化过程是气体介质夹带煤粉并使其处于悬浮状态的气化过程。又称为悬浮床气化。悬浮床气化炉是一种粉煤气化炉，气化温度高达1400～1500℃,常压下连续运转高速气化，对煤种要求不严，可以使用各种煤，包括黏结、膨胀、易碎、高灰、高硫、低灰熔融性的各种褐煤、烟煤、载烟煤。对料度要求较严格，要求煤粉愈细愈好。小于200目的粉煤占85%（褐煤可降到80%）。水分一般在1%～5%。
（四）熔融床气化法及其对煤质的要求
熔融床气化是一种入炉煤与高温的熔浴相接触而气化。
按熔浴情况分为熔渣床、熔盐床和熔铁床三种。
采用的液体热载体有熔融煤灰渣、熔融Na2CO3和熔融铁水。
由于熔融的高温铁水对煤粉具有良好的熔解能力，煤中硫和铁水具有强烈的亲和性，在气化用煤方面，也可选用高硫煤，对煤种有较宽的适用范围。
第二节 煤的液化
煤的液化是指经过一定的加工工艺，将固体煤炭转变成液体燃料或原料的过程。
一、煤炭液化的意义
1.煤的液化用于生产石油的代用品，可以缓解石油资源紧张的局面。从全世界能源消耗组成看，可燃矿物（煤、石油、天燃气）占92%左右，其中石油44%，煤30%，天燃气18%。
2.通过液化，将难处理的固体燃料转变成便于运输、贮存的液体燃料，减少了煤中含硫、氮化物和粉尘、煤灰渣对环境的污染。
3.煤的液化还可用于制取碳素材料、电极材料、碳素纤维、针状焦，还可制取有机化工产品等，以煤化工代替部分石油化工，扩大煤的综合利用范围。
二、煤炭液化的方法及对煤质的要求
（一）煤炭液化的方法：
1，煤的直接加氢液化法，如高压加氢法、溶剂精炼煤法、水煤浆生产法等；
2，煤的间接液化法，即水煤气合成法；
3，煤的部分液化法，即低温干馏法。
（二）煤直接加氢液化法及对煤质的要求
1.定义：煤直接加氢液化是在高温、高压、氢气（或CO+H2，CO+H2O等）、催化剂和溶剂的作用下进行裂解、加氢等反应，将煤直接转化成分子量较小的燃料油和化工原料的加工过程。
2.条件：煤加氢液化一般在180℃～450℃加压下分段进行。
氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶剂）。
催化剂：钴、钌、钯、铂、铑等过渡金属配合物。
载在多孔氧化铝表面上用硫化物处理过的钼酸钴。
3.煤质要求：
高挥发分烟煤和褐煤 wdaf (C)=68%～85%、wdaf (H)=≥4.5%、Ad<6%的煤。C/H的质量比不大于16。
（三）煤的间接液化及对煤质的要求
1.定义：煤的间接液化法是将煤气化得到原料气（即水煤气CO+H2），并在一定条件下（温度、压力）经催化合成得合成石油及其它化学产品的加工过程，又称一氧化碳加氢法。又称F-T法（即弗-托法）。
2.煤质要求：CO+H2的含量愈高，合成反应速度愈快，合成油产率愈高。
一般采用弱黏结或不黏结性煤进行气化。对煤质的具体要求同移动床加压气化法。
（四）煤的部分液化及对煤质的要求
1.定义：低温干馏是指煤在较低温度下（500～600℃）隔绝空气加热，使煤的部分大分子裂解为石油产品（轻油、焦油等）、半焦、化工产品、干馏煤气等的过程。煤的部分液化法即煤的低温干馏法。
2.对煤质的要求：
低温干馏的原料煤应是不黏结煤或弱黏结煤、含 油率高的褐煤和高挥发分烟煤。
具体指标如下：Tar,ad>7%；Ad<10%；St,d<3%；抗碎强度高，热稳定性好，弱黏或不黏结。
第三节 煤的燃烧
煤的燃烧是指煤中的可燃有机质，在一定温度下与空气中的氧发生剧烈的化学反应，放出光和热，并转化为不可燃的烟气和灰渣的过程。
一、煤的燃烧过程
1.加热和干燥，依靠热源将煤粒加热到100℃以上，煤中的水分逐渐蒸发；
2.析出挥发分和形成残焦（焦渣）；
3.挥发物和残焦的着火燃烧；
4.灰渣的生成。
二、煤燃烧的基本化学反应
1.碳的燃烧反应
完全燃烧时：C﹢O2→CO2﹢409KJ/mol
不完全燃烧时：C﹢1/2O2→CO﹢123 KJ/mol
2.CO的燃烧反应
CO﹢1/2O2→CO2﹢283KJ/mol
3.氢的燃烧反应
H2﹢1/2O2→H2O﹢242KJ/mol（汽）
H2﹢1/2O2→H2O﹢286KJ/mol（液）
4.硫的燃烧反应
S﹢O2→SO2﹢296KJ/mol
三、煤炭完全燃烧的条件
1.必须维持煤料的温度在着火温度以上；
2.煤料和适量的空气充分接触；
3.及时而且妥善地排出燃烧产物；
4.必须提供燃烧必需的足够空间和时间。
第四节 石煤和煤矸石的利用
一、石煤
石煤是一种劣质腐泥无烟煤。它是由古生代大量繁殖的低等生物（藻类、菌类和浮游生物）的遗骸经过复杂的生物化学作用和物理化学作用，转变成的一种固体可燃有机岩。
（一）石煤的性质
石煤外观象石头，颜色灰黑近灰，光泽暗淡，结构均一，断口由贝壳状、阶梯状到参差状不等；石煤的硬度大、密度大，燃点高，无烟。石煤中含有大量非金属矿物杂质，碳质碎片呈浸染状均匀分布于杂质中。
石煤的灰分高达70%～80%，含硫量在2%～4%，含碳量在12%左右，发热量在3.2～32.2MJ/kg，绝大多数热值低于5.0MJ/kg。在石煤的灰分中，SlO2含量最高，其次是Al2O3、Fe2O3等。
绝大多数石煤的煤灰熔融性都在1200℃以上。
（二）石煤的主要利用途径
1.石煤提钒
在我国石煤资源中，V2O5品位多在0.3%～1.0%钒的熔点高，可塑性好，钒也是超导材料的原料。
2.石煤发电
石煤是低热值燃料，可用于发电。在烟煤中掺入大约10%的石煤，这样可以节约部分烟煤，降低发电成本。
3.应用于建筑行业
在水泥的生产过程中，石煤既是燃料又是原料。燃烧后产生的灰分直接转移到水泥熟料中，可以减少水泥生料中黏土的配入量。
二、煤矸石
煤矸石是在采煤过程中与煤一起排出的一种混杂岩体。它包括开采矸石、洗选矸石、半煤岩巷及岩巷掘进中排出的煤和岩石。
（一）煤矸石的组成和性质
煤矸石的化学组成：SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O
煤矸石：
发热量低（4.2～12.6MJ/kg），碳含量低（20%～30%），有机质含量低硬度大， 矿物含量高。
（二）煤矸石的利用途径
1.热值利用
煤矸石因含碳，具有一定热值，尤其是选煤矸石发热量一般在6270kJ/㎏以上，把它加工成粒径﹤13mm，水分﹤10%的煤矸石，可作为发电厂流化床锅炉的燃料。
2.矿物成分的利用
以煤矸石、矸石沸腾炉灰及高灰煤泥为原料或填料生产矸石砖、砌砖、水泥等技术已工业化，正开发煤矸石生产轻质、高强及具有特殊性能的新型建筑材料技术。
3.煤矸石作为充填材料及用作筑路基材
作为井下充填材料：掘进和维修巷道的矸石以及选煤矸石，可作为井下充填材料。
作为筑路建材：煤矸石作为修筑公路、铁路路基。
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