[煤化学在洁净煤技术中的应用]洁净煤技术应用
时间：2019-02-03 04:37:21 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要:本文对煤炭在洁净能源发展中的重要作用进行了阐述,并从煤化学的角度从气化、液化及一碳化学方面介绍了洁净煤技术的发展和应用,并对其前景进行了展望。 Abstract:The important role of coal in the development of clean energy is narrated,with the development and application of clean coal technology are introduced from the aspects of gasify,liquefaction and One Carbon product,the prospects are looked ahead.
关键词:煤化学;洁净煤;一碳化学
Key words:coal chemical;clean coal;One Carbon product
中图分类号:TD94 文献标识码:A
0引言
在世界经济发展日益蓬勃的今天,煤炭、石油、天然气作为不可再生的能源是推动经济和社会发展的重要物质基础。然而,能源的短缺和利用能源带来的环境恶化问题促使人们开始探索新型能源。但目前,在世界范围内新型能源、可再生能源、水电及核电的发展尚不能普遍取代矿物燃料。我国是一个富煤贫油少气的国家,煤炭作为我国的主要能源,对我国国民经济的发展起着极其重要的作用。我国煤炭资源丰富,发展煤化工减轻对环境的污染和对石油的依赖,有利于我国石油替代能源战略的实施以及化学工业的结构调整。但由于煤化工产业对水的需求量大,二氧化碳和二氧化硫等温室气体的排放量较大,从而制约了其发展。
洁净煤技术是指煤炭从开采到利用的全过程中,减少污染物排放和提高利用效率的加工、转化、燃烧及污染控制等新技术,包括洁净生产技术、洁净加工技术、高效洁净转化技术、高效洁净燃烧与发电技术和燃煤污染排放治理技术等。煤炭的高效洁净利用,是解决我国能源短缺、环境恶化及未来洁净能源开发利用问题的有效途径。
1洁净煤的转化
1.1 煤的气化
目前,煤炭的气化是煤化工产业的核心,即将处于地下的煤炭进行有控制地燃烧,通过对煤的热作用及化学作用产生可燃气体,集建井、采煤、气化工艺为一体的多学科开发洁净能源与化工原料的新技术。使煤炭的开采由传统的物理采煤转变为新型的化学采煤,因这种方法具有安全性好、投资少、效率高、污染少等优点,被誉为第二代采煤方法。
煤炭气化过程是煤炭的一个热化学加工过程,包含一系列物理、化学变化。它是以煤或煤焦为原料,以氧气(空气、富氧或工业纯氧)及水蒸气作为气化剂,在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。煤的气化主要分为:煤的地下气化和煤的地面气化。煤炭地下气化与地面气化原理相同,煤气成分也基本相同,但其工艺型态不同。地面气化过程在气化炉内的煤块中进行,而地下气则在煤层中的气化通道中进行。
煤炭的气化不仅提高了经济效益,而且改善了能源结构,增强了煤矿生产的安全性。煤炭气化后的灰渣留在原地,从而避免造成废气、废水、废渣等污染,并可减少因煤炭采空造成的地面下沉。此技术可大大提高资源回收率,使传统工艺难以开采的边角煤、深部煤、“三下”压煤和已经或即将报废矿井遗留的保护性煤柱得到开采,同时深部开采条件极其恶劣的煤炭资源也可得到很好的利用。
1.2 煤的液化
煤炭是一种碳含量高、氢含量少的固体燃料。与液体燃料(从原油中提取的)相比,煤炭不便于处理和运输。通过脱碳和加氢技术,煤炭可以直接或间接转化成适于运输的液体燃料。随着石油储量的逐渐减少,煤炭液化就成为了当前有效的替代性液体燃料的途径之一。
事实上,煤炭直接液化技术研究开发已有近百年历史,已经开发出的比较典型煤加氢液化工艺有10多种。煤的液化可分为:煤的直接液化和煤的间接液化。煤的直接液化是进行高温高压加氢的工艺技术,即在溶剂中将较高比例的煤粉和煤溶解,然后加入氢气和催化剂进行加氢裂化、脱硫、脱氮、去氧、异构化等反应,生成固液混合物,通过蒸馏分离得到液体产物即人造石油。煤的间接液化是先将煤炭气化,然后在催化剂作用下通过费―托反应及蒸馏分离得到石脑油、柴油和汽油等液体产品的工艺技术。
煤炭液化的优点是操作简便,有利于进行工业化生产。而且在煤的液化过程中,可以将一些对人有害的元素分离并除去,从而减少在使用过程中对环境的污染及温室气体的排放。
1.3 一碳化学
一碳化学是由20世纪70年代的石油危机引发的另一重大课题。一碳化学是指以分子中只含一个碳原子的化合物(如一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇等)为原料,反应合成一系列重要的化工原料和燃料的化学制造体系的总称,其核心是选择催化化学转化、小分子的活化和定向转化。因此,一碳化工实际上是新一代的煤化工和天然气化工,其作用是利用煤炭来制备液体燃料解决能源短缺的问题。通常一碳化学的范畴,主要是指一氧化碳、二氧化碳、甲烷、甲醇四种物质所涉及的有关内容。由于甲烷是天然气的主要化学成分,二氧化碳在化工上的应用并不多,同时甲烷、二氧化碳及甲醇都可由一氧化碳制造,故狭义的一碳化学就是指一氧化碳化学,或称合成气(CO+H2)化学。当前,一碳化学的主要目的是节约煤炭和石油资源,用少的碳原料生成多的燃料,提供给人类。其中,将煤炭加工成CO,再以一碳化学为理论基础提高煤炭的综合利用的经济价值成为研究的重点。
对一碳化学的研究有催化法和放射线法。放射线的特点是可以在常温常压下进行,但需依赖于电子加速器的进步。目前研究一碳化学多用催化法,并且一些产品已投产。我国煤炭资源比较丰富,探明的储量约为6000亿吨,居世界第三位。因此,在我国发展一碳化学的研究并指导煤炭洁净技术的发展是我国解决能源问题的另一条重要途径。
2结束语
在当前能源短缺和环境恶化的大背景下,发展洁净能源成为我国经济实现可持续发展的重要支撑。我国煤炭资源丰富,煤炭是我国国民经济的主要能源,同时也是许多重要化工产品的主要原料。我国发展洁净能源的出路在于改善能源消费结构,合理、高效、洁净地开发利用煤炭资源。同时,煤化工产业的发展对发挥丰富的煤炭资源优势,补充国内油、气资源不足和满足对化工产品的需求,也具有现实和长远的意义。煤化学的研究也将在更为广阔的领域内为煤炭产业的发展,特别是在煤的特征与生成、燃烧与气化、燃烧与热解及煤分类等各方面,为环保技术、节能技术、煤化学技术等技术的有机结合,为洁净煤技术的发展提供必要的技术支持。
