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浅谈煤炭的清洁利用
姓名： 班级： 学号： 煤的形成
(一) 煤的生产过程
在地表常温、常压下，由堆积在停滞水体中的植物遗体经泥炭化作用或腐泥化作用，转变成泥炭或腐泥；泥炭或腐泥被埋藏后 ， 由于盆地基底下降而沉至地下深部，经成岩作用而转变成褐煤；当温度和压力逐渐增高，再经变质作用转变成烟煤至无烟煤。 (二) 煤的形成年代
古生代的石炭纪和二叠纪，成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。中生代的侏罗纪和白垩纪，成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。新生代的第三纪，成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤，其次为泥炭，也有部分年轻烟煤。 一、煤炭行业发展现状 (一) 我国煤炭行业概况
1、煤炭资源分布不均衡
2、煤炭生产和消费分布不均衡 3、整体技术水平较低
4、市场集中度过低，无序竞争严重 5、呈现明显的周期性和季节性 6、存在较高的进入壁垒 (二) 煤炭行业造成的危害
中国以煤为基础的能源结构引发了严重的环境污染问题。2010年中国二氧化硫排放量为2468.1万吨，氮氧化物排放约2000万吨，二氧化碳排放居世界第2位，燃煤贡献分别为80%、70%和80%左右。 二、煤的清洁利用技术
清洁煤技术（clean coal technology）就是指以煤炭洗选为源头、以煤炭高效洁净燃烧为先导、以煤炭气化为核心、以煤炭转化和污染控制为重要内容的技术体系，主要包括煤炭加工、煤炭高效洁净燃烧、煤炭转化等技术手段。 (一) 煤加工技术
1. 选煤技术
我国煤炭工业实际生产中往往采用物理选煤和化学选煤两大常用技术，目的是为了筛除煤中的矿物质和燃烧后造成大气污染的成分，比如常见的煤炭脱硫工艺，但是多数情况下还是采用物理选煤方法，比如跳汰、重力分离等工艺就是利用煤和其中其它成分的密度不同进行初步的筛选，这种工艺操作简单可靠，成本也较低，因此成为选煤技术的主流方向。 2. 型煤技术
方法是采用机械设备将粉状煤制成一定形状的煤，目的是减少煤在燃烧过程中粉尘的排放量，含硫量较高的煤在成型时同时要加入化学试剂进行除硫，减少硫燃烧后的氧化物污染水源和大气。 3. 水煤浆技术
水煤浆是由大约65%的煤、34%的水和1%的添加剂通过物理加工得到的一种低污染、高效率、可管道输送的代油煤基流体燃料。
(二) 煤转化技术
1. 煤炭液化技术
煤的直接液化是指将煤（尤其是烟煤）磨碎成细粉后，和溶剂油制成煤浆，然后在高温、高压和催化剂存在的条件下，通过加氢裂化使煤中复杂的有机化学结构分子，直接转化为清洁的液体燃料和其他化工产品，又称为加氢液化。煤炭液化是通过化学加工转化为液体产品,包括液体燃料和化工原料的过程。煤炭液化可以通过二种方法来实现:直接液化和间接液化。煤炭的直接液化是使煤在高压、高温条件下,通过加氢使煤中的有机成份直接转化为液体燃料和化工原料。直接液化具有液体转化率高的优点,但由于其产率依赖于煤的结构,煤种适应性较差。同时,其过程在高压、高温条件下加氢进行,苛刻的总体操作条件使产品的成本提高。目前还无法与相似石油化工产品相竞争。
煤炭间接液化是将煤气化后,再经过催化合成为液体产品。煤炭的间接液化的优点在于其煤种适应性较宽,操作条件较温合,同时,硫、氮和灰等污染先驱物可在气化过程中脱除。但该过程包括气化和合成二个过程,即先将煤中的高碳成分降成一碳,然后再合成为高碳液体。故其总效率低、产品的选择性差 煤液化原理：煤和石油在结构、组成和性质上有很大差异：
①石油的H/C比高于煤，原油为1.76而煤只有0.3～0.7，而煤氧含量显著高于石油，煤含氧2％～21％，而石油含氧极少；
②石油的主体是低分子化合物，而煤的主体是高分子聚合物；
③煤中有较多的矿物质。因此要把煤转化为油，需加氢，裂解和脱灰。 关键步骤：热解+加氢+分离 煤直接液化工艺过程：煤直接液化典型的工艺过程主要包括煤的破碎与干燥、煤浆制备、催化剂制备、氢制取、加氢液化、固液分离、液体产品分馏和精制，液化大规模制备氢气通常采用煤气化或者天然气转化。 2. 煤炭气化技术
煤气化泛指各种煤（焦）与载氧的气化剂（O2、H2O、CO2）之间的一种不完全反应，最终生成由CO、H2、CO2、CH4、N2、H2S、COS等组成的煤气。 煤气化典型工艺：壳牌（Shell）的煤气化过程（SCGP）、德士古（Texaco）的煤气化过程（TCGP）、德国未来能源公司的粉煤气化（GSP）、鲁奇（Lurgi）固定床加压气化
煤气化原理：主要的化学反应过程涉及到碳、二氧化碳、一氧化碳、氢气、水（蒸
nO?nCO?mHCH?222，nm2煤的H/C比只有0.3～汽）以及甲烷 。总反应：
0.7。
煤气化工艺流程：
原料煤预处理合成气冷却&脱杂质粗合成气水水煤气变换H2S合成气净化(H2S & CO2 脱除)液体燃料合成产品分离或精制CO2硫回收S水煤气化O2空分空气N2液体燃料
3. 煤基炭材料
4. 其他传统煤化工技术改进 (三) 煤高效燃烧技术
1. 循环流化床燃烧（CFBC）技术
CFBC (Circulating Fluidized Bed Combustion）是指小颗粒的煤与空气在炉膛内处于流态化的沸腾状态下，即高速富氧气流与所携带的稠密悬浮煤颗粒充分接触燃烧的技术。
循环流化床燃烧方式的特点是:清洁燃烧，脱硫率可达80%～95% ，NOx 排放可减少50%； 燃料适应性强，特别适合中、低硫煤；燃烧效率高，可达95%～99%；负荷适应性好，负荷调节范围30%～100%。 2. 增压流化床（PFBC）燃烧技术
PFBC 是增压流化床燃烧技术( Pressurized Fluidized Bed Combustion)的英文缩写。其重要特点是燃烧与脱硫效率高。
在压力为10～16 个大气压的燃烧室中，空气和加入的煤进行激烈的燃烧反应，床温控制在850～900℃范围内。燃烧生成的SO2 与加入流化床内的石灰石( 或白云石) 反应生成CaSO4，达到脱硫效果。该反应过程能除去烟气中90%以上的SO2。由于床内燃烧温度较低，只有燃料中的氮转化成NOx，空气中的氮很少转化生成NOx。因此, NOx 的排放无需再增加特殊设备，PFBC- CC 电站的污染排放物即可大幅度减少。在流化床中，由于煤的浓度很低，每一个颗粒燃料都能被炽热的惰性物料所包围，并且和助燃剂（空气）接触条件良好。因此，在常规炉中不易稳定燃料的劣质煤，在流化床中亦能稳定燃烧。 3. 煤气化联合循环（IGCC）技术
IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）整体煤气化联合循环发电系统 是将煤气化技术和高效的燃气-蒸汽联合循环相发电相结合的先进动力系统。 IGCC系统示意图：
4. 超临界与超超临界发电技术
超临界发电技术(Supercritical power generation，SPG) ，超超临界发电技术(Ultra supercritical power generation，USPG) 锅炉内的工质都是水，燃煤发电是通过产生高温高压的水蒸气来推动汽轮机发电的 在347.15摄氏度、22.115兆帕压力下，水蒸气的密度会增大到与液态水一样，这个条件叫做水的临界参数，比这还高的参数叫做超临界参数； 温度和气压升高到600摄氏度、25―31兆帕这样的区间，就进入了超超临界的“境界”。超超临界发电技术从热力学的角度上讲其本质还是超临界技术，只是将蒸汽压力在26MPa以上的机组均划分为超超临界机组 。
三、我国清洁煤存在的问题
技术创新不够。工程科学重视不够，重视建设备，忽视创技术。清洁煤高技术研发周期长、涉及面广、需要投人资金大，科研投入不足。 四、我国清洁煤技术发展对策建议
煤是有机物与无机物的混合体。我们可看到,固体煤在加热后可同时产生气、液及固体产品。因此,采用单一的转化方式不符合煤的热转换特性。所以,洁净煤技术发展的趋势将是综合利用。通过综合利用达到提高转化效率、减少污染物的生成,提高产品的品位,对产品进行分级利用,提高经济效益的综合目的。如前所述,我国目前煤炭利用以燃烧为主的格局,在近期内不可能有较大的变化。因此,洁净煤技术的发展应包括二个方面,即新技术的开发和现有技术的改进。积极推进具有战略意义的高技术研究，为传统产业升级提供技术支持，振兴装备制造业。重视引进、消化、吸收、国际合作和再创新，立足自主研发和技术创新。时吸引、培养和发现人才，部署清洁煤新技术研发项目。