常規(guī)能源開發(fā)與利用煤炭

1、煤炭天然氣二、常規(guī)能源 第二節(jié) 能源概述1、煤炭 掌握的知識點(diǎn)：（1）煤的形成；（2）煤的主要元素組成；（3）煤的煤質(zhì)指標(biāo)；（4）煤的分類；（5）我國的煤炭資源情況；（6）煤的利用途徑。煤是古代的植物體因?yàn)榈貧み\(yùn)動而埋沒地下，在適宜的地質(zhì)環(huán)境中經(jīng)過漫長年代的演變而成的，含碳量一般為46%97%。煤是重要的燃料和化學(xué)工業(yè)原料。煤在地球上的儲量非常豐富。第二節(jié) 能源概述1、煤炭（1）煤的元素組成 煤是由有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)混合組成的。煤中有機(jī)物質(zhì)主要由碳（C，82%93%）、氫（H，3.6%5%）、氧（O，1.3%10%）、氮（N，1%2%）四種元素構(gòu)成，還有一些元素則組成煤中的無機(jī)物質(zhì)，主要有硫（

2、S）、磷（P）以及稀有元素等 。 世界上所有的元素均可在煤中找到； 煤是黑色黃金。（2）煤的成因 煤是怎樣形成的？在地質(zhì)歷史上，沼澤森林覆蓋了大片土地，包括菌類、蕨類、 灌木、喬木等植物。但在不同時代海平面常有變化.當(dāng)水面升高時，植物因被淹而死亡。如果這些死亡的植物被沉積物覆蓋而不透氧氣，植物就不會完全分解，而是在地下形成有機(jī)地層。隨著海平面的升降，會產(chǎn)生多層有機(jī)地層。經(jīng)過漫長的地質(zhì)作用，在溫度增高、壓力變大的還原環(huán)境中，這一有機(jī)層最后會轉(zhuǎn)變?yōu)槊簩?。因埋深和埋藏時間的差異，形成的煤也不盡相同。煤炭是地球上蘊(yùn)藏量最豐富，分布地域最廣的化石燃料。根據(jù)世界能源委員會的評估，世界煤炭可采資源量達(dá)4.8

3、4104億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占世界化石燃料可采資源量的66.8。在我國，煤炭資源主要分布在山西、陜西、內(nèi)蒙古、黑龍江、遼寧、山東、新疆等幾個省區(qū)，著名的大型煤礦有大同煤礦、東勝煤礦、神府煤礦等。（3）中國煤炭資源 中國煤炭資源總體特點(diǎn)資源總量相對分布不均煤炭資源與地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度呈逆向分布煤炭資源與水資源呈逆向分布煤種齊全，但不均衡優(yōu)質(zhì)動力煤豐富，優(yōu)質(zhì)無煙煤和優(yōu)質(zhì)煉焦用煤不多煤質(zhì)較好含硫量小于1%的低硫煤約占65%煤層埋藏較深，適于露天開采的儲量很少，適于露天開采的中、高變質(zhì)煤更少共伴生礦產(chǎn)種類多，資源豐富我國的煤炭資源分布中國煤炭資源和現(xiàn)有生產(chǎn)力呈逆向分布，造成了“北煤南運(yùn)”和“西煤東調(diào)”的被動局

4、面。大量煤炭自北向南、由西到東長距離運(yùn)輸，給煤炭生產(chǎn)和運(yùn)輸造成了極大的壓力。我國適合露天開采的煤炭資源不多，煤炭生產(chǎn)以地下開采為主。我國的人均煤炭資源現(xiàn)狀中國煤炭資源總量雖然較多，但探明程度低，人均占有儲量較少，按1999年人均可采儲量對比，中國人均可采儲量僅為90.9噸，約為世界人均可采儲量的55%。3）我國的煤炭消費(fèi)我國是世界上最大的煤炭消費(fèi)國。 在我國煤炭消費(fèi)中，煤炭的加工轉(zhuǎn)換（包括洗選、發(fā)電、供熱、煉焦、制氣及煤制品加工等）增長迅速，而煤炭終端消費(fèi)增長緩慢。（4）煤質(zhì)指標(biāo)與煤分類 水分（外部水、內(nèi)部水和化合水）灰分（煤完全燃燒后，其中礦物質(zhì)的固體殘余物）揮發(fā)分（在隔絕空氣的條件下，將煤

5、加熱到850左右，從煤中有機(jī)物質(zhì)分解出來的液體和氣體產(chǎn)物稱為揮發(fā)分）發(fā)熱量（單位質(zhì)量煤完全燃燒時所放出的熱量） 1）煤的分類 煤的科學(xué)分類為煤炭的合理開發(fā)和利用提供了基礎(chǔ)，通常最簡單的分類方法是根據(jù)煤中干燥無灰基揮發(fā)分含量將煤分成褐煤、煙煤和無煙煤三大類 。褐煤煙煤無煙煤煤種干燥無灰基揮發(fā)分含量（%）LHV（ MJ/kg ）無煙煤92633煙煤9452033褐煤40661017煤的分類方法煤種干燥無灰基揮發(fā)分含量（%）LHV（ MJ/kg ）無煙煤9 20.9貧煤919 18.4低揮發(fā)分煙煤193016.3高揮發(fā)分煙煤304015.5褐煤4050 11.7我國動力煤的分類方法拓展-各煤種的用途

6、 無煙煤：是煤化程度最高的煤，含碳量90%以上。特點(diǎn)：揮發(fā)分低、比重大、硬度高、燃燒時煙少、火苗短、火力強(qiáng)。 無煙煤通常作民用和動力燃料；質(zhì)量好的無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結(jié)鐵礦石的燃料以及作鑄造燃料等；用優(yōu)質(zhì)無煙煤還可以制造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和炭素材料。 中國無煙煤需求行業(yè)煙煤：燃燒時火焰較長而有煙的煤，煤化程度較大的煤。外觀呈灰黑色至黑色，粉末從棕色到黑色。由有光澤的和無光澤的部分互相集合合成層狀，瀝青、油脂、玻璃、金屬、金剛等光澤均有，具明顯的條帶狀、凸鏡狀構(gòu)造。該種煤含碳量為7590，不含游離的腐殖酸。大多數(shù)具有粘結(jié)性；發(fā)熱量較高。燃燒時火焰長而多煙。

7、多數(shù)能結(jié)焦。 根據(jù)揮發(fā)分含量、膠質(zhì)層厚度或工藝性質(zhì)，可分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、貧煤、瘦煤等。 用作煉焦、煉油、氣化、低溫干餾及化學(xué)工業(yè)等的原料，也可直接用作燃料。褐煤：又名柴煤，是煤化程度最低的礦產(chǎn)煤。一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。由于它富含揮發(fā)份，所以易于燃燒并冒煙。剖面上可以清楚地看出原來木質(zhì)的痕跡。含有可溶于堿液內(nèi)的腐殖酸。含碳量6077。主要用于發(fā)電廠的燃料，也可作化工原料、催化劑載體、吸附劑、凈化污水和回收金屬等。代 號等級名稱技術(shù)要求Ad（%）SLA特低灰煤5LA低灰分煤5.0110LMA低中灰煤10.0120MA中灰分煤20.0130MHA中高灰煤30.

8、0140HA高灰分煤4050煤炭灰分等級劃分標(biāo)準(zhǔn)2）其他分類方式煤的揮發(fā)分分級標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)要求低揮發(fā)分中揮發(fā)分中高揮發(fā)分高揮發(fā)分Vdaf（%）2020.012828.013737代 號等級名稱技術(shù)要求Qnet,ar（MJ/kg）LC低熱值煤8.512.5ML中低熱值煤12.5117MC中熱值煤17.0121MH中高熱值煤21.0124HC高熱值煤24.0127SH特高熱值煤27煤的發(fā)熱量等級劃分標(biāo)準(zhǔn)代 號等級名稱技術(shù)要求Std（%）SLS特低硫煤0.5LS低硫分煤0.511LMS低中硫煤1.011.5MS中硫分煤1.512MHS中高硫煤2.013HS高硫分煤3煤炭硫分等級劃分標(biāo)準(zhǔn)？$煤燃燒 ？氣化

9、液化（5）煤的利用方式煤可以做什么？化工焦炭煤炭的利用途徑根據(jù)煤炭的使用目的分為兩大主要用途：(1)動力煤，(2)煉焦煤。我國動力煤的主要用途有：1) 發(fā)電用煤：我國約1/3 以上的煤用來發(fā)電，目前平均發(fā)電耗煤為標(biāo)準(zhǔn)煤370g/(kWh)左右。電廠利用煤的熱值，把熱能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋?) 蒸汽機(jī)車用煤：占動力用煤2%左右，蒸汽機(jī)車鍋爐平均耗煤指標(biāo)為100kg/(萬噸km)左右。3) 建材用煤：約占動力用煤的l0%以上，以水泥用煤量最大，其次為玻璃、磚、瓦等。4) 一般工業(yè)鍋爐用煤：除熱電廠及大型供熱鍋爐外，一般企業(yè)及取暖用的工業(yè)鍋爐型號繁多，數(shù)量大且分散，用煤量約占動力煤的30%。5) 生活用煤：

10、生活用煤的數(shù)量也較大，約占燃料用煤的20%。6) 冶金用動力煤：冶金用動力煤主要為燒結(jié)和高爐噴吹用無煙煤，其用量不到動力用煤量的1%。 煉焦煤的主要用途是煉焦炭，焦炭由焦煤或混合煤高溫冶煉而成，一般1.3 噸左右的焦煤才能煉一噸焦炭。焦炭多用于煉鋼，是目前鋼鐵等行業(yè)的主要生產(chǎn)原料，被喻為鋼鐵工業(yè)的“基本食糧”。 （6）中國煤的利用方向提高價(jià)值潔凈利用高效利用煤系共伴生資源利用（7）煤炭加工技術(shù)煤炭洗選技術(shù)粉煤成型技術(shù)動力煤配煤技術(shù)水煤漿技術(shù)1）煤炭洗選技術(shù)常規(guī)的物理選煤可除去煤中60%的灰分和1/3到1/2的黃鐵礦硫(燃料時SOX的主要來源)。煤炭經(jīng)洗選可大大提高燃燒效率，如電廠粉煤鍋爐燃燒原

11、煤的效率一般為28%左右，而燃洗精煤可達(dá)35%。（其他優(yōu)點(diǎn)見P37）煤炭經(jīng)過洗選可大大降低污染物的排放。選煤是潔凈煤技術(shù)的源頭技術(shù)。2）粉煤成型技術(shù)民用型煤工業(yè)型煤型煤技術(shù)的研究應(yīng)著力于開發(fā)強(qiáng)度高、防水性好、適合于長途運(yùn)輸?shù)男兔杭捌渑涮坠に囋O(shè)備和粘結(jié)劑以及研制固硫工業(yè)型煤等技術(shù)上。3）動力煤配煤技術(shù)（P38）意義重大，主要表現(xiàn)在：提高熱效率節(jié)約煤炭；充分利用煤炭資源，做到物盡其用；可以利用劣質(zhì)煤；有利于拓展煤炭資源，減輕環(huán)境污染。4）水煤漿技術(shù)石油產(chǎn)品供不應(yīng)求，煤代油勢在必行便于儲運(yùn)。水煤漿利用儲量豐富、價(jià)格低廉的煤炭作為主要原料，使用浮選精煤或水洗煤進(jìn)行研磨加工、細(xì)化，再輔以27%35%的水

12、和約1%的化學(xué)添加劑，經(jīng)過多道嚴(yán)密工序，層層篩除煤炭中不能充分燃燒的成份及產(chǎn)生污染的硫、灰等雜質(zhì)，只將炭本質(zhì)留下來，制出性能像油的水煤漿成品。水煤漿具有濃度高、流變性好、耐儲存等特點(diǎn)。它能象油一樣泵送、霧化燃燒，燃燼率能達(dá)到98%以上，只產(chǎn)生極少的灰渣。水煤漿用儲罐進(jìn)行運(yùn)輸和儲存，避免了運(yùn)輸和儲存過程中的污染，并減少了儲存時的占地面積，無論儲存還是排放指標(biāo)均能達(dá)到國家一類地區(qū)的環(huán)保要求。 （8）煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)煤炭轉(zhuǎn)化是指通過化學(xué)加工或熱加工的方法，將煤轉(zhuǎn)化成一系列氣體、液體和固體等化學(xué)產(chǎn)品的過程。煤炭的干餾技術(shù)煤炭氣化技術(shù)煤炭地下氣化煤炭的直接液化1）煤炭的干餾技術(shù)煤在隔絕空氣的條件下加熱，將產(chǎn)

13、生一系列的熱分解過程，得到氣態(tài)、液態(tài)和固體產(chǎn)物。干餾得到的固體產(chǎn)物：冶金焦炭從煤干餾得到的揮發(fā)分中可以回收煤焦油煤氣等產(chǎn)物。溫度高于950的過程稱為高溫干餾，如采用合適的煙煤干餾可得冶金焦炭。2）煤炭氣化技術(shù)煤炭的氣化是指將煤與氣化劑反應(yīng)，使煤中的有機(jī)部分完全轉(zhuǎn)化為煤氣的過程。CO、H2、CH4碳的氧化反應(yīng)C+O2=CO2393.8KJ/mol碳的部分氧化反應(yīng) 2C+O2=2CO231.4kJ/mol二氧化碳的還原反應(yīng) C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸氣分解反應(yīng)水蒸氣分解反應(yīng)C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mo

14、l一氧化碳變換反應(yīng) CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氫反應(yīng) C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反應(yīng) CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反應(yīng) 2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反應(yīng) CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol煤炭氣化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域：工業(yè)燃?xì)饷裼妹簹饣ず铣珊腿剂嫌秃铣稍蠚庖苯疬€原氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電燃?xì)馊剂想姵孛禾繗饣茪涿禾恳夯臍庠?6氣化方法固定床流化床氣流床整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電(IGCC)技術(shù)3）煤炭地下氣化把煤的開采和轉(zhuǎn)化結(jié)合起來，氣化后殘余灰渣仍滯留地下，減輕固體廢渣對環(huán)

15、境的污染，有利于提高煤炭資源回收率4）煤炭的直接液化煤直接加氫液化是采用高溫、高壓氫氣，在催化劑和溶劑作用下進(jìn)行裂解、加氫等反應(yīng)，將煤直接轉(zhuǎn)化為分子量較小的燃料油和化工原料。神華集團(tuán)已經(jīng)開始在內(nèi)蒙古鄂爾多斯建設(shè)世界上第一條每天6000噸煤的商業(yè)液化生產(chǎn)線，最終每年可產(chǎn)油品500萬噸以上。5）煤炭的間接液化 煤的間接液化是將煤氣化得到的原料氣，在一定條件下（溫度壓力），經(jīng)催化合成石油及其他化學(xué)產(chǎn)品的加工過程，又稱一氧化碳加氫法。 從2003年7月起，兗礦集團(tuán)開始在下屬的魯南化工廠建立萬噸級中試裝置，該裝置從2004年4月開始出油，至今一直在平穩(wěn)運(yùn)行。 兗礦計(jì)劃設(shè)在新疆的煤制油廠采用兗礦研發(fā)的低溫費(fèi)托合成煤間接液化技術(shù)，設(shè)計(jì)的年產(chǎn)量為108萬噸油品。6）燃料電池 燃料電池（Fuel Cell）是發(fā)展中的發(fā)電技術(shù)，它利用電化學(xué)過程，將燃料（氫氣）的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它的發(fā)電原理與常規(guī)化學(xué)電源類似，因?yàn)闆]有熱力學(xué)上的限制，能量轉(zhuǎn)換過程的熱效率很高，可以將存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能高效（5070）、環(huán)境友好地轉(zhuǎn)化為電能，發(fā)電過程不產(chǎn)生污染物。 堿性（AFC）、質(zhì)子交換膜（PEMFC）、磷酸（