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煤化工：四面楚歌　如何脱困？
14:14:07 　 来源:中国化工报 　 【
　　受产能过剩、需求疲软影响，近几年，煤化工企业的日子每况愈下。尤其是去年以来国际石油价格的大幅下跌，极大地削弱了煤化工产品的成本优势。目前，除、煤制烯烃尚有一定盈利外，焦化、电石、电石法聚氯乙烯、甲醇、二甲醚、煤制油、煤制气等均不同程度地出现亏损，有些甚至出现了行业性巨幅亏损。从长远看，随着环境约束的增大和碳税启征的临近，具有高排碳特征的煤化工行业受到的冲击将首当其冲，成本增加、竞争力下降将在所难免。
　　那么，已经四面楚歌的煤化工行业，如何才能走出当前困局、规避未来束缚、实现可持续发展呢？11月上旬，参加2015煤炭清洁高效开发与利用技术研计会的各位专家给出了建议。
　　发展超超临界发电 搞好煤基多联产
　　无论为了自身可持续发展，还是为承担国际减排义务，中国都必须要控制二氧化碳排放。而减少二氧化碳排放最直接、最有效的办法，就是大幅提高可再生能源比重，减少化石能源尤其是煤这种高碳能源的消耗。但无论是发达国家几十年的经验还是中国的实践均表明：可再生能源在三五十年内很难担纲能源消费的主角，人类经济社会今后的发展主要还要依赖化石能源。尤其是中国这样一个富煤贫油少气的国家，至少在三五十年内煤仍将是主要能源。但大量使用煤炭又的确会引发十分严重的环境问题，如何解决这一矛盾呢？我认为应该从以下三方面寻求突破：
　　一是加快发展燃煤超超临界蒸汽发电。首先，电是最清洁、最高效、最便于配送和输运、最便于分布式应用、最易于和其他能源协同、最易于控制和高度智能化、最易于和信息技术高度融合的二次能源，其需求量伴随着社会的进步和人民生活水平的提高持续增加；其次，先进的超超临界发电技术能够真正实现煤炭的高效清洁利用；再次，目前中国电煤占煤炭消费总量的比重仅50%左右，远低于发达国家普遍80%以上的水平，与美国98%的占比相差甚远，具有较大的增长空间。一旦该技术得到普及，不仅能大幅减少电力行业的排放和对大气环境的影响，还将显着降低我国发电行业的总体成本，为电价下调打开空间，降低各行业尤其老百姓的用电成本，刺激电力消费，加快城乡电气化进程。
　　二是积极开发IGCC（整体煤气化联合循环发电系统)研究与示范。IGCC把高效的燃气—蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术相结合，即煤→气化→净化（脱除灰、硫、氮，直接回收二氧化碳）→干净的合成气（一氧化碳+氢气）→燃气轮机发电→排放气→余热锅炉→蒸汽→蒸汽轮机发电，因此，无论热能利用效率还是污染物排放，尤其二氧化碳的排放，都显着优于常规电站，已经成为世界主要发达国家研究的方向。但由于其单位装机投资较大，经济性较差，目前无法推广应用。建议“十三五”期间，重点研究开发新技术，加快技术优化集成，通过技术创新与工程创新，大幅降低IGCC的投资成本，为煤炭清洁高效经济利用探寻现实路径。
　　三是重点发展煤基多联产。煤基多联产是将煤化工、IGCC、城市热/电/冷联供等高度集成耦合，是一个跨行业的系统工程，能够实现能量流、物质流的总体优化，能够实现碳氢比的合理优化利用、热量与压力的梯级利用，减少无谓的化学放热与反复的升/降压过程，最终实现物质的充分利用。其产品包括电力、热/冷气、城市煤气、液体燃料、氧气、纯净二氧化碳和甲醇等化学品。还可通过对甲醇的深加工生产更多、附加值更高的化学品，规避产品单一带来的市场与经营风险。生产过程产生的纯净二氧化碳，则可用作冷冻保鲜、保护焊、气肥、碳酸饮料、可降解塑料、驱油等广泛领域，或注入地下固化。煤基多联产不仅能够帮助企业增效提质，摆脱环境魔咒，还可以在碳税启征后通过碳交易受益。
　　布局煤地下气化 解决煤化工瓶颈
　　煤地下气化，就是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧并产生可燃气体的过程。煤地下气化主要由气化平台、进气通道（通空气或富氧空气）、出气通道（导出粗合成气）、监测控制，以及“三废”地下处理与控制五大系统构成。
　　中国煤地下气化技术整体处于世界领先水平，现已在全国布局了十多个试验示范点。其中，14万立方米/日的安徽刘庄煤矿煤地下气化试验装置、1万吨/年山西昔阳煤地下气化制合成氨试验装置均实现了连续2年以上运行，已经具备了产业化推广的基础和条件。
　　“十三五”期间，国家将在“十二五”资助1亿元的基础上，继续支持煤地下气化技术的研究，并推动其工业化进程，将分别在新疆吐哈和内蒙古建设100万立方米/日和350万立方米/日工业化示范项目，前者将配套IGCC系统，后者主要用于生产2万立方米/日液化天然气（LNG）和发电。目前，这两个项目的可研报告均已经通过评审，预计均可在2017年建成投运。
　　煤地下气化技术不仅改变了煤炭开采方式，大幅压缩传统煤炭开采与输运费用，还能使原本充当煤矿杀手的瓦斯在地下变为有效气体，从而大幅降低了煤化工企业的用煤成本（包括采购、装卸与运输成本）。加之可对褐煤、烟煤、无烟煤、高硫煤实施地下气化，使化工用煤范围进一步扩大。更为重要的是，气化废渣、废水、硫化物、氮氧化经处理后能够就近填充于采空区，极大地缓解了地面气化令人头痛的“三废”问题。
　　另外，由于煤与油大多伴生赋存，在油田附近搞煤地下气化并与化工装置配套，所产生的纯净二氧化碳可直接用于驱油，或注入地下碱性水、苦咸水中实现固化，从而使煤化工装置免缴碳税，并可通过碳交易和销售二氧化碳受益，彻底摆脱成本高、环境约束大、效益差的桎梏。
　　首推煤炭分质利用 形成煤电化一体化
　　煤的高效清洁转化首推煤炭分质利用，因为其通过最低的能量消耗，将煤分解为清洁高热量的焦炭、煤气和焦油。煤气既可燃气发电，又可生产诸多化工产品；焦油不仅能生产清洁油品，并进一步加工为航油、基础油、高级润滑油，还可与氢气在等离子体中反应生产需求巨大、附加值较高的乙炔；焦炭则可替代民用和工业窑炉领域大量使用的原煤，大幅减少这两大排放最严重领域对大气环境的影响。若将煤炭分质利用与IGCC、DMTO（甲醇制烯烃）、MTA（甲醇制芳烃）、DMMn（聚甲氧基二甲醚）等耦合，形成煤电化一体化发展模式，则单位能耗会大幅下降，还能在未来电动车普及时，从电力增长中受益。
　　从需求方看，我国石油制烯烃产能严重不足，年进口量上千万吨；PX进口量在2020年、2025年将高达1200万吨和1500万吨。DMMn的市场空间更大，目前，柴油十六烷值普遍只有45~49，燃烧的不完全不仅增加了汽车油耗和消费者负担，还会排放大量黑烟，引发雾霾等环境问题。但若向柴油中加入20%的DMMn，其十六烷值即可提高至54~58，凝点低于-20℃，变得更加清洁高效。中国每年消耗的柴油超过1.6亿吨，按20%添加，年需DMMn超过3000万吨。按1.2~1.3吨甲醇生产1吨DMMn计算，其成本不足柴油售价的一半，具有较强的竞争力和较高好的盈利能力。因此，在石油价格下跌导致煤化工前景难以预测的情况下，以煤分质利用为龙头，耦合IGCC和DMTO、MTP、MTA、DMMn无疑是稳妥和明智之举。
　　煤炭分质利用 技术成果显着
　　煤炭的物理特性和化学结构都决定了只有分质利用，才能用最小的能源消耗取得最大效益，实现煤的高效转化利用。
　　依托国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室，陕煤化集团已经探索出一条煤炭高效绿色开采与分质利用的途径，提出了以煤为龙头、热解技术为核心，由煤的四级分质转化与现代煤化工技术耦合集成的低阶煤绿色高效开采与分质清洁转化路线，取得了一系列重大技术成果。
　　其中，气化—低阶煤热解一体化技术、低阶粉煤回转热解制取无烟煤技术已经通过鉴定；块煤干馏中低温煤焦油制取清洁燃料技术、煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油成套工业化技术实现了工业化应用；60万吨/年固体热载体移动床热解、50万吨/年热解气载体移动床热解、5万吨/年固体热载体流化床快速热解、万吨级气体热载体输送床快速热解年内有望取得阶段性试验成果；100万吨/年气化—低阶煤热解一体化示范装置、60万吨/年低阶粉煤回转热解制取无烟煤示范装置正在编制工艺包。
　　业内关注的热解半焦的出路问题，已经完成了干焦粉气化试验、水焦浆气化试验、流化床锅炉半焦燃烧试验、干焦粉锅炉燃烧试验，以及工业炉和民用炉灶半焦燃烧试验；正在进行半焦气化、发电、高炉喷吹、工业锅炉工业化应用示范。
　　“十三五”期间，陕煤化将在陕北能源化工基地规划建设亿吨级煤炭分质高效转化多联产示范产业园。该项目将充分利用陕煤化集团自主创新的煤热解、煤焦油加氢、石脑油—甲醇耦合制二甲苯、甲醇制烯烃等一系列工艺和环保技术，通过煤的分质转化和梯级利用，实现高效多联产。即根据煤的不同粒度，采用相应的热解技术进行分质转化为热解气、煤焦油和半焦，再与DMTO、费托合成、MEG、石脑油—甲醇耦合制芳烃等工艺技术耦合，生产电力、高品质汽柴油、特种油品、LNG、LPG等高效清洁能源和PP、PE、PBS、橡胶、可降解塑料、精酚、吡啶等化工产品。项目用水来自矿井疏干水，有机废水用于水焦浆制备，高盐废水经离子交换处理注入盐井开采卤水；系统产生的二氧化碳注入附近的煤炭采空区封存，最终打造一个循环经济特色明显、充分体现煤分质高效清洁转化的世界级煤分质利用示范基地，助推陕煤化产品结构调整优化，实现健康、绿色可持续发展。
　　抓紧实施IGCC和CCUS 果断放弃煤制燃料
　　中国承诺2030年二氧化碳排放达到峰值，今后将全力提升天然气、核能、可再生能源的比重。即便暂时离不开煤炭资源，也应通过IGCC和CCUS（碳捕获、利用与封存）最大限度地减少碳减排压力。虽然IGCC和CCUS成本较高，但如果将其纳入可持续发展和碳减排这一战略框架内考虑，则根本不是问题。因为国家只要给予相关项目一定的补贴或政策优惠，高成本的问题就可暂时缓解，而后再通过技术进步并综合考虑环境与碳排放的损失与收益。建议毫不动摇地抓紧推动IGCC和CCUS的研发与工业化进程，使其尽快成为煤炭高效转化和碳减排的实用技术。
　　我坚决反对煤制燃料（包括煤制天然气和煤制油）。根据模型推导，2025年，全球石油消费量将达到峰值；2030年，中国石油消费量将达到峰值。届时，中国的城市轨道交通将十分发达，小轿车将全部改用纯电动车，现有的炼油装置都需寻找出路，煤制油又有什么前景？况且，随着世界能源结构的变化，国际石油价格将长期保持低位运行，超过80美元/桶的高油价将永远成为历史。这种情况下，投资强度大、综合成本高、又面临水资源与碳减排约束的煤制油项目，其风险将与日俱增。煤制天然气的前景更差，除了技术与环境制约，作为二次能源的利用效率还不如煤超超临界发电，产品全生命周期对环境的影响却显着大于煤超超临界发电，无论从经济性和环保性考虑，都是不划算的。
　　注重技术创新 发展循环经济
　　煤化工企业之所以陷入困局，除了经济增长乏力、需求下降外，缺少差异化产品是重要原因。为什么没有差异化产品？因为不注重技术创新，没有掌握基础性、前瞻性的核心技术。
　　以前我们提到技术创新，习惯于引进消化吸收再创新。而今，中国的许多技术与发达国家差距缩小，有些技术达到世界先进水平，有些技术国际领先，此时再想引进消化吸收再创新困难很大：一方面，国外不会再痛快地给我们技术；另一方面，他们也没有更多先进技术给我们。唯一的办法，就是俯下身子，搞基础研究，搞技术创新，搞新产品开发。
　　这一点，陕煤化颇有体会，也取得了一些成果。多年来，我们始终把科技创新放在十分重要的位置。“十二五”以来，我们每年的科技投入都占企业总收入的4%左右，先后建成煤炭绿色高效开采国家地方联合共建工程研究中心、国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室、甲醇制烯烃国家工程实验室、煤制化学品国家地方联合共建研究中心等4个国家级技术研发或工程中心，以及5个省级研究中心、7个省级企业技术中心、2个省创新型企业和4个省创新型试点企业，取得了一系列重大技术的突破。
　　我们与中科院大联化物所等单位联合开发的DMTO、DMTO-Ⅱ等国际领先的工业化技术，现已对外许可20套；自主开发的块煤干馏中低温煤焦油制取清洁燃料技术、煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油成套工业化（FTH）技术已经建成数套工业化装置；自主开发的煤焦油制芳烃及特种油品（FTH-Ⅱ)、甲醇甲苯耦合制芳烃（TMTA）、甲醇制丁烯联产丙烯（CMTX）等工业化技术将陆续进入工业化示范应用。依托国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室开展的煤分质开采与利用研究，同样已经开花结果——目前，有2项粉煤热解技术通过了科技成果鉴定，4项先进的煤热解核心技术取得重大突破，2项煤焦油深加工技术实现了工业化应用。另有14项安全高效的煤炭开采技术由陕煤化提出、实践、总结果并推广应用，9项先进采煤技术正在开发中。
　　陕煤化集团十多年的发展与实践证明，只有坚持不懈地技术创新，企业才能获得先进的工艺、差异化特色产品，才会有持续发展的基础，也才能在激烈的市场竞争中取得较好效益。
　　还有煤化工的环境问题。我的体会是，环境问题是任何能源化工企业都无法绕过去的，你做得好，不仅不会受到约束，反而能够从中受益；否则，就会变成压力和束缚，甚至被淘汰出局。为实现企业与环境生态协调发展，陕煤化始终坚持循环经济理念布局新项目，升级老企业。
　　在榆林，我们构建起块煤—兰炭—电石—尾气发电—乙炔—聚氯乙烯—电石渣水泥；块煤—兰炭—煤气制氢/尾气发电—煤焦油加工的分质转化多联产产业链。在黄陵矿区，我们建成煤炭采选—精煤焦化—矸石发电—灰渣建材循环经济多联产示范园区。在彬长矿区，我们建成大佛寺这一全国唯一瓦斯零排放矿区，研制出乏风瓦斯发电技术，累计生产LNG5000万立方米，发电6亿千瓦时。正在推动的项目实施后，仅彬长矿区就会有153亿立方米煤层气被分质利用。
　　借助循环经济，我们不仅实现了传统能源化工的转型升级，还将昔日的“两高一资”行业变为节能减排与循环经济示范基地，在为陕煤化自身带来安全环保经济与节能减排效益的同时，也为整个能源化工行业探索了经济与环境生态协调发展的现实路径。
（陈继军　陈强　陈光达）
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怎样用目测判断煤炭的质量?
(一) 煤的物理性质 煤的物理性质是煤的一定化学组成和分子结构的外部表现.它是由成煤的原始物质及其聚积条件、转化过程、煤化程度和风、氧化程度等因素所决定.包括颜色、光泽、粉色、比重和容重、硬度、脆度、断口及导电性等.其中,除了比重和导电性需要在实验室测定外,其他根据肉眼观察就可以确定.煤的物理性质可以作为初步评价煤质的依据,并用以研究煤的成因、变质机理和解决煤层对比等地质问题. 1.颜色 是指新鲜煤表面的自然色彩,是煤对不同波长的光波吸收的结果.呈褐色—黑色,一般随煤化程度的提高而逐渐加深. 2.光泽 是指煤的表面在普通光下的反光能力.一般呈沥青、玻璃和金刚光泽.煤化程度越高,光泽越强；矿物质含量越多,光泽越暗；风、氧化程度越深,光泽越暗,直到完全消失. 3.粉色 指将煤研成粉末的颜色或煤在抹上釉的瓷板上刻划时留下的痕迹,所以又称为条痕色.呈浅棕色—黑色.一般是煤化程度越高,粉色越深. 4.比重和容重 煤的比重又称煤的密度,它是不包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比.煤的容重又称煤的体重或假比重,它是包括孔隙在内的一定体积的煤的重量与同温度、同体积的水的重量之比.煤的容重是计算煤层储量的重要指标.褐煤的容重一般为1.05～1.2,烟煤为1.2～1.4,无烟煤变化范围较大,可由1.35～1.8.煤岩组成、煤化程度、煤中矿物质的成分和含量是影响比重和容重的主要因素.在矿物质含量相同的情况下,煤的比重随煤化程度的加深而增大. 5.硬度 是指煤抵抗外来机械作用的能力.根据外来机械力作用方式的不同,可进一步将煤的硬度分为刻划硬度、压痕硬度和抗磨硬度三类.煤的硬度与煤化程度有关,褐煤和焦煤的硬度最小,约2～2.5；无烟煤的硬度最大,接近4. 6.脆度 是煤受外力作用而破碎的程度.成煤的原始物质、煤岩成分、煤化程度等都对煤的脆度有影响.在不同变质程度的煤中,长焰煤和气煤的脆度较小,肥煤、焦煤和瘦煤的脆度最大,无烟煤的脆度最小. 7.断口 是指煤受外力打击后形成的断面的形状.在煤中常见的断口有贝壳状断口、参差状断口等.煤的原始物质组成和煤化程度不同,断口形状各异. 8.导电性 是指煤传导电流的能力,通常用电阻率来表示.褐煤电阻率低.褐煤向烟煤过渡时,电阻率剧增.烟煤是不良导体,随着煤化程度增高,电阻率减小,至无烟煤时急剧下降,而具良好的导电性. (二) 煤的化学组成 煤的化学组成很复杂,但归纳起来可分为有机质和无机质两大类,以有机质为主体. 煤中的有机质主要由碳、氢、氧、氮和有机硫等五种元素组成.其中,碳、氢、氧占有机质的95%以上.此外,还有极少量的磷和其他元素.煤中有机质的元素组成,随煤化程度的变化而有规律地变化.一般来讲,煤化程度越深,碳的含量越高,氢和氧的含量越低,氮的含量也稍有降低.唯硫的含量则与煤的成因类型有关.碳和氢是煤炭燃烧过程中产生热量的重要元素,氧是助燃元素,三者构成了有机质的主体.煤炭燃烧时,氮不产生热量,常以游离状态析出,但在高温条件下,一部分氮转变成氨及其他含氮化合物,可以回收制造硫酸氨、尿素及氮肥.硫、磷、氟、氯、砷等是煤中的有害元素.含硫多的煤在燃烧时生成硫化物气体,不仅腐蚀金属设备,与空气中的水反应形成酸雨,污染环境,危害植物生产,而且将含有硫和磷的煤用作冶金炼焦时,煤中的硫和磷大部分转入焦炭中,冶炼时又转入钢铁中,严重影响焦炭和钢铁质量,不利于钢铁的铸造和机械加工.用含有氟和氯的煤燃烧或炼焦时,各种管道和炉壁会遭到强烈腐蚀.将含有砷的煤用于酿造和食品工业作燃料,砷含量过高,会增加产品毒性,危及人民身体健康. 煤中的无机质主要是水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值,其中绝大多数是煤中的有害成分. 另外,还有一些稀有、分散和放射性元素,例如,锗、镓、铟、钍、钒、钛、铀……等,它们分别以有机或无机化合物的形态存在于煤中.其中某些元素的含量,一旦达到工业品位或可综合利用时,就是重要的矿产资源. 通过元素分析可以了解煤的化学组成及其含量,通过工业分析可以初步了解煤的性质,大致判断煤的种类和用途.煤的工业分析包括对水分、灰分、挥发分的测定和固定碳的计算四项内容. 1.水分 指单位重量的煤中水的含量.煤中的水分有外在水分、内在水分和结晶水三种存在状态.一般以煤的内在水分作为评定煤质的指标.煤化程度越低,煤的内部表面积越大,水分含量越高.水分对煤的加工利用是有害物质.在煤的贮存过程中,它能加速风化、破裂,甚至自燃；在运输时,会增加运量,浪费运力,增加运费；炼焦时,消耗热量,降低炉温,延长炼焦时间,降低生产效率；燃烧时,降低有效发热量；在高寒地区的冬季,还会使煤冻结,造成装卸困难.只有在压制煤砖和煤球时,需要适量的水分才能成型. 2.灰分 是指煤在规定条件下完全燃烧后剩下的固体残渣.它是煤中的矿物质经过氧化、分解而来.灰分对煤的加工利用极为不利.灰分越高,热效率越低；燃烧时,熔化的灰分还会在炉内结成炉渣,影响煤的气化和燃烧,同时造成排渣困难；炼焦时,全部转入焦炭,降低了焦炭的强度,严重影响焦炭质量.煤灰成分十分复杂,成分不同直接影响到灰分的熔点.灰熔点低的煤,燃烧和气化时,会给生产操作带来许多困难.为此,在评价煤的工业用途时,必须分析灰成分,测定灰熔点. 3.挥发分 指煤中的有机物质受热分解产生的可燃性气体.它是对煤进行分类的主要指标,并被用来初步确定煤的加工利用性质.煤的挥发分产率与煤化程度有密切关系,煤化程度越低,挥发分越高,随着煤化程度加深,挥发分逐渐降低. 4.固定碳 测定煤的挥发分时,剩下的不挥发物称为焦渣.焦渣减去灰分称为固定碳.它是煤中不挥发的固体可燃物,可以用计算方法算出.焦渣的外观与煤中有机质的性质有密切关系,因此,根据焦渣的外观特征,可以定性地判断煤的粘结性和工业用途. (三)煤的工艺性质 为了提高煤的综合利用价值,必须了解、研究煤的工艺性质,以满足各方面对煤质的要求.煤的工艺性质主要包括：粘结性和结焦性、发热量、化学反应性、热稳定性、透光率、机械强度和可选性等. 1.粘结性和结焦性 粘结性是指煤在干馏过程中,由于煤中有机质分解,熔融而使煤粒能够相互粘结成块的性能.结焦性是指煤在干馏时能够结成焦炭的性能.煤的粘结性是结焦性的必要条件,结焦性好的煤必须具有良好的粘结性,但粘结性好的煤不一定能单独炼出质量好的焦炭.这就是为什么要进行配煤炼焦的道理.粘结性是进行煤的工业分类的主要指标,一般用煤中有机质受热分解、软化形成的胶质体的厚度来表示,常称胶质层厚度.胶质层越厚,粘结性越好.测定粘结性和结焦性的方法很多,除胶质层测定法外,还有罗加指数法、奥亚膨胀度试验等等.粘结性受煤化程度、煤岩成分、氧化程度和矿物质含量等多种因素的影响.煤化程度最高和最低的煤,一般都没有粘结性,胶质层厚度也很小. 2.发热量 是指单位重量的煤在完全燃烧时所产生的热量,亦称热值,常用106J/kg表示.它是评价煤炭质量,尤其是评价动力用煤的重要指标.国际市场上动力用煤以热值计价.我国自1985年6月起,改革沿用了几十年的以灰分计价为以热值计价.发热量主要与煤中的可燃元素含量和煤化程度有关.为便于比较耗煤量,在工业生产中,常常将实际消耗的煤量折合成发热量为2.7J/kg的标准煤来进行计算. 3.化学反应性 又称活性.是指煤在一定温度下与二氧化碳、氧和水蒸汽相互作用的反应能力.它是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标.反应性强弱直接影响到耗煤量和煤气的有效成分.煤的活性一般随煤化程度加深而减弱. 4.热稳定性 又称耐热性.是指煤在高温作用下保持原来粒度的性能.它是评价气化用煤和动力用煤的又一项重要指标.热稳定性的好坏,直接影响炉内能否正常生产以及煤的气化和燃烧效率. 5.透光率 指低煤化程度的煤(褐煤、长焰煤等),在规定条件下用硝酸与磷酸的混合液处理后,所得溶液对光的透过率称为透光率.随着煤化程度加深,透光率逐渐加大.因此,它是区别褐煤、长焰煤和气煤的重要指标. 6.机械强度 是指块煤受外力作用而破碎的难易程度.机械强度低的煤投入气化炉时,容易碎成小块和粉末,影响气化炉正常操作.因此,气化用煤必须具备较高的机械强度. 7.可选性 是指煤通过洗选,除去其中的夹矸和矿物质的难易程度.我国现行的选煤方法,详见第四节. 二、用途与技术经济指标 (一) 煤的工业分类 1958年,国家颁布了以炼焦用煤为主的分类方案,为工业部门合理使用煤炭资源创造了有利条件,但在实践中也出现了一些问题.在认真分析研究和吸收国外先进分类方法的基础上,为了使各项分类的技术经济指标最能反映煤的质量特点,达到更加合理地利用煤炭资源的目的,1986年,国家重新颁布了从褐煤到无烟煤的全面技术分类标准,将自然界中的煤划分为14大类,其中,褐煤和无烟煤又分别划分为2个和3个小类(表2.2.1).这就是我国现行的煤炭分类国家标准. 表 2.2.1中国煤炭分类国家标准 (GB5751-86) (1) 分类指标及其符号Vr为干燥无灰基挥发分(%)；Hr为干燥无灰基氢含量(%)；GR.I(简记G)为烟煤的粘结指数；Y为烟煤的胶质层最大厚度；PM为煤样的透光率(%)；b为烟煤的奥亚膨胀度(%)；Q-A.GNGW为煤的恒湿无灰基高位发热量(MJ/kg). (2) 煤类的编码各类煤用两位阿拉伯数码表示.10位表示煤的挥发分,个位数在无烟煤及褐煤表示煤化程度,在烟煤表示结粘性. (二) 各煤类的主要特征和用途 1.褐煤 它是煤化程度最低的煤.其特点是水分高、比重小、挥发分高、不粘结、化学反应性强、热稳定性差、发热量低,含有不同数量的腐殖酸.多被用作燃料、气化或低温干馏的原料,也可用来提取褐煤蜡、腐殖酸,制造磺化煤或活性炭.一号褐煤还可以作农田、果园的有机肥料. 2.长焰煤 它的挥发分含量很高,没有或只有很小的粘结性,胶质层厚度不超过5mm,易燃烧,燃烧时有很长的火焰,故得名长焰煤.可作为气化和低温干馏的原料,也可作民用和动力燃料. 3.不粘煤 它水分大,没有粘结性,加热时基本上不产生胶质体,燃烧时发热量较小,含有一定的次生腐殖酸.主要用作制造煤气和民用或动力燃料. 4.弱粘煤 水分大,粘结性较弱,挥发分较高,加热时能产生较少的胶质体,能单独结焦,但结成的焦块小而易碎,粉焦率高.这种煤主要用作气化原料和动力燃料. 5. 1/2中粘煤 它具有中等粘结性和中高挥发分.可以作为配煤炼焦的原料,也可以作为气化用煤和动力燃料. 6.气煤 挥发分高,胶质层较厚,热稳定性差.能单独结焦,但炼出的焦炭细长易碎,收缩率大,且纵裂纹多,抗碎和耐磨性较差.故只能用作配煤炼焦,还可用来炼油、制造煤气、生产氮肥或作动力燃料. 7.气肥煤 它的挥发分和粘结性都很高,结焦性介于气煤和肥煤之间,单独炼焦时能产生大量的气体和液体化学物质.最适合高温干馏制造煤气,更是配煤炼焦的好原料. 8.肥煤 具有很好的粘结性和中等及中高等挥发分,加热时能产生大量的胶质体,形成大于25mm的胶质层,结焦性最强.用这种煤来炼焦,可以炼出熔融性和耐磨性都很好的焦炭,但这种焦炭横裂纹多,且焦根部分常有蜂焦,易碎成小块.由于粘结性强,因此,它是配煤炼焦中的主要成分. 9. 1/3焦煤 它是介于焦煤、肥煤和气煤之间的过渡煤,具有很强的粘结性和中高等挥发分,单独用来炼焦时,可以形成熔融性良好、强度较大的焦炭.因此,它是良好的配煤炼焦的基础煤. 10.焦煤 具有中低等挥发分和中高等粘结性,加热时可形成稳定性很好的胶质体,单独用来炼焦,能形成结构致密、块度大、强度高、耐磨性好、裂纹少、不易破碎的焦炭.但因其膨胀压力大,易造成推焦困难,损坏炉体,故一般都作为炼焦配煤使用. 11.瘦煤 具有较低挥发分和中等粘结性.单独炼焦时,能形成块度大、裂纹少、抗碎强度较好,但耐磨性较差的焦炭.因此,用它加入配煤炼焦,可以增加焦炭的块度和强度. 12.贫瘦煤 挥发分低,粘结性较弱,结焦性较差.单独炼焦时,生成的焦粉很多.但它能起到瘦化剂的作用.故可作炼焦配煤使用,同时,也是民用和动力的好燃料. 13.贫煤 具有一定的挥发分,加热时不产生胶质体,没有粘结性或只有微弱的粘结性,燃烧火焰短,炼焦时不结焦.主要用于动力和民用燃料.在缺乏瘦料的地区,也可充当配煤炼焦的瘦化剂. 14.无烟煤 它是煤化程度最高的煤.挥发分低、比重大、硬度高、燃烧时烟少火苗短、火力强.通常作民用和动力燃料.质量好的无烟煤可作气化原料、高炉喷吹和烧结铁矿石的燃料,以及制造电石、电极和炭素材料等. (三) 工业用煤的质量要求 煤的工业用途非常广泛,归纳起来主要是冶金、化工和动力三个方面.同时,在炼油、医药、精密铸造和航空航天工业等领域也有广阔的利用前景.各工业部门对所用的煤都有特定的质量要求和技术标准.简要介绍如下： 1.炼焦用煤 炼焦是将煤放在干馏炉中加热,随着温度的升高(最终达到1 000℃左右),煤中有机质逐渐分解,其中,挥发性物质呈气态或蒸汽状态逸出,成为煤气和煤焦油,残留下的不挥发性产物就是焦炭.焦炭在炼铁炉中起着还原、熔化矿石,提供热能和支撑炉料,保持炉料透气性能良好的作用.因此,炼焦用煤的质量要求,是以能得到机械强度高、块度均匀、灰分和硫分低的优质冶金焦为目的.国家对冶金焦用煤有专门的质量标准,见表2.2.2. 表 2.2.2冶金焦用煤质量标准 (GB397-65)见上图 2气化用煤 煤的气化是以氧、水、二氧化碳、氢等为气体介质,经过热化学处理过程,把煤转变为各种用途的煤气.煤气化所得的气体产物可作工业和民用燃料以及化工合成原料.常用的制气方法有两种：①固定床气化法.目前国内主要用无烟煤和焦炭作气化原料,制造合成氨原料气.要求作为原料煤的固定碳＞80%,灰分(Ag)＜25%,硫分(SgQ)≤2%,要求粒度要均匀,25～75mm,或19～50mm,或13～25mm,机械强度＞65%,热稳定性S+13＞60%,灰熔点(T2)＞1 250℃,挥发分不高于9%,化学反应性愈强愈好.②沸腾层气化法.对原料煤的质量要求是：化学反应性要大于60%,不粘结或弱粘结,灰分(Ag)＜25%,硫分(SgQ)＜2%,水分(WQ)＜10%,灰熔点(T2)＞1 200℃,粒度＜10mm,主要使用褐煤、长焰煤和弱粘煤等. 3.炼油用煤 一般以褐煤、长焰煤为主,弱粘煤和气煤也可以使用,其要求取决于炼油方法.①低温干馏法,是将煤置于550℃左右的温度下进行干馏,以制取低温焦油,同时还可以得到半焦和低温焦炉煤气.煤种为褐煤、长焰煤、不粘煤或弱粘煤、气煤.对原料煤的质量要求是：焦油产率(Tf)＞7%,胶质层厚度＜9mm,热稳定性S+13＞40%,粒度6～13mm,最好为20～80mm .②加氢液化法,是将煤、催化剂和重油混合在一起,在高温高压下使煤中有机质破坏,与氢作用转化成低分子液态或气态产物,进一步加工可得到汽油、柴油等燃料.原料煤主要为褐煤、长焰煤及气煤.要求煤的碳氢化(C/H)＜16,挥发分＞35%,灰分(Ag)＜5%,煤岩的丝炭含量＜2%. 4.燃料用煤 任何一种煤都可以作为工业和民用的燃料.不同工业部门对燃料用煤的质量要求不一样.蒸汽机车用煤要求较高,国家规定是：挥发分(Vr)≥20%,灰分(Ag)≤24%,灰熔点(T2)≥1 200℃,硫分(SgQ)长隧道及隧道群区段≤1%,低位发热量2.0～2.5J/kg以上.发电厂一般应尽量用灰分(Ag)＞30%的劣质煤,少数大型锅炉可用灰分(Ag)20%左右的煤.为了将优质煤用于发展冶金和化学工业,近年来,我国在开展低热值煤的应用方面取得了较快的进展,不少发热量仅有8 372.5J/ kg左右的劣质煤和煤矸石也能用于一般工厂,有的发电厂已掺烧煤矸石达30%. 煤的其他用途还很多.如,褐煤和氧化煤可以生产腐殖酸类肥料；从褐煤中以提取褐煤蜡供电气、印刷、精密铸造、化工等部门使用；用优质无烟煤可以制造碳化硅、碳粒砂、人造刚玉、人造石墨、电极、电石和供高炉喷吹或作铸造燃料；用煤沥青制成的碳素纤维,其抗拉强度比钢材大千倍,且重量轻、耐高温,是发展太空技术的重要材料；用煤沥青还可以制成针状焦,生产新型的电炉电极,可提高电炉炼钢的生产效率等等.总之,随着现代科学技术的不断进步,煤炭的综合利用技术也在迅速发展,煤炭的综合利用领域必将继续扩大. 三、矿业简史 (一) 古代煤矿业简史 我国是世界上发现、利用煤炭最早的国家.1973年,在辽宁省沈阳市北陵附近新石器时代的新乐遗址下层发现了为数不少的精煤制品.其中有：圆泡形饰25件,耳（王当）形饰6件,圆珠15件,和这些煤制品同时出土的还有碎煤精、精煤半成品和煤块97块.这些煤制品,经过前辽宁省煤田地质勘探公司科研所鉴定,“呈弱油脂光泽,均一状结构,硬度、韧性均很大为其特点”,很容易用火柴点燃,燃烧时发出明亮而带黑烟的火焰,并发出一种烧橡皮的气味.经过工业分析和元素分析证明,其原料就是烛煤.这是世界上用煤最早的确凿证据,也是说明我国早在六七千年前就已发现并开始利用煤炭的历史见证. 50年代中期和70年代中期,考古工作者先后在陕西省4处西周墓中出土了煤雕制品,其中,宝鸡市茹家庄一处就出土了200余枚之多.据此可以判断,早在西周时期,作为当时全国政治、经济中心的陕西地区,煤炭已经被开采利用. 战国时期,除继续利用煤炭雕刻生活用品外,还在当时的著作中出现了关于煤的记载.先秦时期的地理著作《山海经》就有3处有关石涅的记载：一处见于该书的《西山经》,“女床之山,其阳多赤铜,其阴多石涅”；另二处见于《中山经》,“岷山之首,曰女几之山,其上多石涅”,“又东一百五十里,曰风雨之山,其上多白金,其下多石涅”.据有关专家考证,女床之山,女几之山,风雨之山,分别位于今陕西凤翔、四川双流、什邡和通江、南江、巴中一带.古今对照,以上各地均有煤炭产出,证明《山海经》的记载基本是对的,同时,说明当时这些地方的煤炭已被发现,而且已积累了一些找煤的初步地质知识. 西汉至魏晋南北朝,出现了一定规模的煤井和相应的采煤技术,煤的用途,不仅用作生产燃料,而且还用于冶铁；不仅能够利用原煤,而且还把粉煤进行成型加工成煤饼,从而提高了煤炭的使用价值.煤的产地不仅在北方,而且在南方,甚至新疆也都有了产煤的记载.同时,煤雕工艺在这时已初步普及. 隋、唐至元代,煤炭开发更为普遍,用途更加广泛,冶金、陶瓷等行业均以煤作燃料,煤炭成了市场上的主要商品,地位日益重要,人们对煤的认识更加深化.特别应该指出的是,唐代用煤炼焦开始萌芽,到宋代,炼焦技术已臻成熟.1978年秋和1979年冬,山西考古研究所曾在山西省稷山县马村金代砖墓中发掘出大量焦炭.1957年冬至 1958年4月,河北省文化局文物工作队在河北峰峰矿区的砚台镇发掘出3座宋、元时期的炼焦炉遗址.焦炭的出现和炼焦技术的发明,标志着煤炭的加工利用已进入了一个崭新的阶段. 从明朝到清道光20年(1840年)的时间里,当时的封建统治者比较重视煤炭的开发,对发展煤炭生产采取了一些措施,矿业管理政策也发生了某些利于煤业的变化,煤炭行业的各个环节,比以前都有较大的进步.煤炭开发技术得到了发展,形成了丰富多彩的中国古代煤炭科学技术.尽管当时都是手工作业煤窑,但因其开采利用早于其他国家,因此,17世纪以前,中国煤炭技术和管理许多方面都处于世界领先地位,这是值得我们自豪的.但是,日益衰败腐朽的封建制度终于阻碍了古代煤业的继续前进,这就导致了中国近代煤矿的诞生. (二) 近代煤矿业简史 1840年鸦片战争以后,中国的门户被迫开放,进入了半封建半殖民地社会,开始出现近代航运业和机器工业,需要大量煤炭,而旧式手工煤窑生产已远远不能适应需要,因此,清廷洋务派积极酝酿引进西方先进的采煤技术和设备,于是近代煤矿开始出现.近代煤矿的主要标志,一是资本主义经营方式；二是在提升、通风、排水三个生产环节上使用以蒸汽为动力的提升机、通风机和排水机,其他生产环节仍然靠人力和畜力.这种技术状况差不多一直延续到1949年,其中即或有所变化,也只是局部的、微小的.这是近代煤矿区别于古代手工煤窑和现代机械化矿井的主要技术特征. 我国最早的近代煤矿是台湾的基隆煤矿和河北的开平煤矿.基隆煤矿是清政府两江总督沈葆祯雇用英国煤师开办的,1876年兴建,1878年出煤,年产量约3～5万t,因经营管理不善,投产不久产量就日渐下降,1884年中法战争时,矿井被炸,停止生产.开平煤矿是直隶总督李鸿章1876年命唐廷枢等筹建的,1877年筹办,1881年建成唐山矿,以后又建成林西、西山等矿,到1894年,平均日产达到1 500t,最高日产达2 000t.这期间还先后开办了规模大小不同、寿命长短不一的近代煤矿14个,或官办,或官商合办,或官督商办,都有官僚资本主义性质.因管理不善、资金不足、规模很小,大多数都归于失败. 1894年中日甲午战争之后,中国国势益衰,列强乘势接踵而来,外国资本大量侵入中国煤矿.1898年4月,中德签订的《胶澳租借条约》规定：“德国在山东境内自胶州湾修筑南北两条铁路,铁路沿线两旁各三十华里(15km)以内的矿产,德商有开采权.”此后,英、俄、法、日相继攫得了类似的权利.据不完全统计,从年间,帝国主义攫取中国煤矿权的条约、协定和合同共42项(包括其他矿藏),涉及辽、吉、黑、滇、桂、川、皖、闽、黔、鲁、浙、晋、冀、热、豫、鄂、藏、新等19省.开办了开平、滦州、焦作、孟县、平定州(现平定县)、潞安、泽州、平阳府属煤矿、本溪湖、临城等规模较大的煤矿.外资煤矿的产量占中国当时近代煤矿总产量的83.2%,基本上控制了中国的煤炭工业.帝国主义的侵略激起了中国人民的反抗,从1903年起,掀起了收回矿权运动,1911年达到高潮.中国的爱国绅商,不满利源外流,在人民开展收回矿权的斗争的运动中,集资开办了一批煤矿.官僚买办见开煤矿有利可图,不愿坐失良机,亦想方设法开办煤矿.于是,从年中国近代煤矿呈现出发展的趋势. 1937年“七·七”事变后,日本帝国主义侵占了我国的绝大多数煤矿,包括外资经营的,都陆续被其霸占,开采方式完全是掠夺性的.从年,日本共霸占我国大小煤矿200多处,掠夺煤炭4.2亿t,被其破坏的煤炭资源不计其数. 抗日战争时期,国民政府资源委员会直辖煤矿29处,还采取资助经费等办法,鼓励私人开办煤矿,共59处,年总产量约为600多万t.在解放区,也办了一些小煤窑,供当地军民作燃料.据战后统计,晋、察、冀边区共有小煤窑473个,日产煤炭共计2 739t. 1945年抗日战争胜利后,日本霸占的煤矿小部分由解放区人民政府接管,大部分被国民党政权接管.解放战争初期,受政治、军事形势多变的影响,有些煤矿几经易手,处于停产或半停产状态.1947年以后,国民政府逐步崩溃,直到1949年新中国诞生,这些煤矿才陆续回到人民政府手中,但已遭到严重的破坏. (三) 现代煤矿业简史 据不完全统计,新中国建国时,各地人民政府从旧中国共接收了约40个煤矿企业,200处矿井和少数几个露天矿.它们主要分布在东北、华北和华东的山东、安徽两省,除少数几处外,规模都很小,设备简陋,技术落后,加上长期战争的破坏,已是千疮百孔,一片衰微破败的景象.例如,山西大同煤矿9对矿井全部被水淹没,机器设备破坏无遗,井下没有一个完好的工作面,地面没有一间完整的厂房,没有一部机器可以正常运转,没有一条巷道可以正常通车,生产完全停顿；辽宁抚顺煤矿的西露天矿和龙凤矿井已被水淹,基本停产；河南焦作煤矿18个坑口中11个完全破坏,7个仅剩井架,已完全停产；山东淄博、枣庄,山西阳泉等较大的煤矿也是一片废墟.新中国的煤矿业就是在这样一个烂摊子上起步的.
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