煤的加工

煤炭加工指應用物理、化學或物理化學方法排除煤中的礦物雜質和有害元素，生產出不同質量的適應使用部門不同需求的煤炭品種，為有效地綜合利用煤炭創造條件。煤炭加工按加工深度分為粗加工、細加工與精加工。粗加工主要指毛煤(煤礦生產出來未經任何加工處理的煤)的揀矸與篩選;細加工主要指煤炭的濕法或幹法分選;精加工主要指煤的轉化，如氣化、液化、流態化(水煤漿)以及超純煤的提取。煤炭利用指科學地利用加工後的煤炭，既要使其藴藏的熱能以及各種有用化學成分得以充分利用，又要儘可能地將伴生礦物或元素加以回收、提取和利用的工作。在這過程中要最大限度地減輕對環境造成危害。作為能源是在工業、農業以及生活等方面以燃料形式加以利用; 作為原料是用化學或物理化學方法制取煤氣、焦炭並提取化工產品，如，氨、苯、硫、碳氫化合物、腐植酸、各種脂肪烴及多環化合物等。煤炭還是製取電石、電極、活性炭的原料。煤炭綜合利用還包括與煤伴生的礦產(如煤層氣、硫鐵礦、粘土) 以及煤矸石和粉煤灰的利用。 ^[1] 

主要包括篩選、選煤、煤炭成型、煤炭製漿、煤炭燃燒、煤炭轉化等方面。 ^[1] 

用篩分設備把開採出來的毛煤分成大小不同的粒級，並揀除規定粒級中的可見矸石和雜物的加工作業。 ^[1] 

用物理或物理化學方法加工篩選後的煤，分選出不同質量或粒級產品的工藝過程。根據分選介質是水、空氣或油，將選煤分為濕法選煤、幹法選煤及油團選煤。濕法選煤應用最廣，它包括的作業很多，如原煤的貯備、配煤、破碎、跳汰選、重介選、浮選、特殊選、煤泥水處理、脱水、脱塵、乾燥、貯運等，它們的相互配合，構成了種種不同的選煤工藝。根據原煤特性、用户對產品的要求、地理環境等條件，選擇不同的選煤工藝流程，以滿足冶金、鋼鐵、電力、鐵路、化肥及各種民用要求。選煤是煤炭加工的基礎，它從根本上改善煤炭產品質量，提高熱效率，減輕環境污染。 ^[1] 

在較高的壓力、適當的温度或摻混一定量的粘結劑將粉煤加工成具有一定形狀、尺寸和特定性能的作業。煤炭成型後，由於外形尺寸的規格化、水分的降低以及燃燒方式的改變，有利於潔淨燃燒與熱效率的提高。特別是內水分高、發熱量低的褐煤，加工成型後，能顯著改善質量，便於貯運，擴大用途，提高使用價值。

成型的方法分為無粘結劑成型與有粘結劑成型。成型工藝有冷壓成型、熱壓成型及球團成型。型煤的形狀有卵形、枕形、圓柱形及方柱形。

型煤按用途分為工業型煤及民用型煤兩種。前者包括燃料型煤及原料型煤，後者主要是蜂窩煤與煤球。 ^[1] 

將具有一定質量標準的煤粉或煤泥加工成適宜的粒度組成，配以各種添加劑，與水或油攙混攪拌配製成有良好流動性的高濃度(可達70%)水煤漿或油煤漿，以代替燃料油。這種流態化煤漿可用罐車運輸，亦可用管道輸送，作為電廠鍋爐和各種工業爐窯的燃料。此項技術既有利於能源利用效率的提高，又可減輕燃煤過程的環境污染。 ^[1] 

煤中可燃成分(碳及碳氫化合物)與氧發生強烈的化學反應，轉變為熱能的過程。煤在燃燒過程中通常難於充分燃盡，產生大量煙塵和殘渣並排出有害氣體。因此煤在燃前的潔淨化處理、燃燒技術和設備的改進以及燃燒排放物的淨化與綜合利用等環節構成了燃燒的全過程。燃燒效率的提高與環境污染的防治，直接決定於燃燒全過程的控制水平。 ^[1] 

煤經過熱加工或化學加工轉變成新的熱能或化工產品的工藝過程。煤經過轉化加工，在有效利用熱能的同時，煤炭的各種化學組分能得到充分利用，還可以減輕直接燃煤所造成的大氣污染。

煤炭轉化方法可概括為熱解、氣化、液化等。

煤炭熱解包括低温乾餾和焦化。低温乾餾是將煤炭在隔絕空氣的條件下加熱，其揮發物為煤氣和焦油，不揮發的固體殘留物為半焦。焦化是以煤為原料，經高温(950℃左右)乾餾產生焦炭，同時獲得煤氣、煤焦油等化工產品。

煤炭氣化是以煤或焦炭為原料，在一定温度與壓力條件下，生成以一氧化碳、氫、甲烷等可燃組分為主的合成原料氣、城市煤氣和燃料氣等煤氣產品的熱化學加工過程。工業上常見的氣化方法有：1)移動牀氣化法; 2)流化牀氣化法; 3)氣流牀氣化法;4)熔融牀氣化法。

煤炭液化是在氫氣、催化劑或供氫溶劑存在的條件下，將固體煤炭轉化為潔淨液體燃料油的熱加工和化學加工過程。煤炭液化是為了生產石油代用品，還可用於精製煤炭，以獲得超純化學煤、炭素製品、炭纖維、針狀焦的原料和粘結劑以及其他有機化工產品。

煤炭的液化分為直接液化與間接液化兩種方式。

直接液化是在一定的温度與壓力下，煤經過催化加氫裂化成液體烴類，並伴有少量氣體烴的深度煤轉化過程。其主要產品為優質汽油、噴氣燃料油、柴油和芳烴、炭素化工原料及副產品，如燃料氣、液化石油氣、硫磺和氨等。

間接液化是在一定的温度與壓力條件下將煤先製成合成氣即H2+CO，再通過催化作用轉變成烴類燃料、醇類燃料等化學產品的過程。該過程適用於多種原料煤，凡可氣化的煤幾乎都能採用這種方法進行液化處理。由於此法是分階段生產，靈活性強，技術可靠。 ^[1] 

指與原煤同時採出的煤系共伴生礦產以及選煤過程中排棄的廢棄物和副產品的綜合開發與利用。

煤矸石是在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色岩石，通常分為從煤礦開採中排出的矸石和從各類選煤廠排出的尾礦(俗稱洗矸)二類。煤矸石中數量最大的是碳質頁岩，碳質泥砂岩、碳質粉砂岩。煤矸石中含碳量一般為20%～30%，其它為氧化鋁、二氧化硅和少量的氧化鎂以及稀有元素。在煤炭開採與分選過程中，煤矸石的產出量在中國約佔原煤產量的20%。它不僅佔用土地堆放，還嚴重污染環境。因此，煤矸石的處理與利用已成為現代煤礦的重要課題。

各國對煤矸石採取的措施有以下4個方面：

(1) 發熱量高於6MJ/kg的煤矸石可作為沸騰爐燃料，在產地用於發電或供熱，爐渣做建材原料;

(2) 熱值極低的煤矸石用於築路或生產建築材料，如水泥、磚瓦、陶瓷、岩棉和加氣混凝土。含Al2O₃較高的煤矸石可生產氯化鋁、聚合鋁等產品;

(3) 含硫量較高的煤矸石可從中回收硫化物;

(4) 含碳量極低的煤矸石可用於井下采空區充填或覆土造田。

煤系共伴生礦產主要為高嶺土、耐火粘土、膨潤土、硅藻土、石墨、硫鐵礦等應進行綜合開發利用。

褐煤和風化煤富含腐植酸，而腐植酸廣泛用於農業、畜牧業和許多工業部門。因此，提取腐植酸是褐煤綜合利用的重要一環。褐煤蠟含量較高的褐煤，還可用於製取褐煤蠟。 ^[1] 

美國研究人員研究出一種生產低灰、低硫、高質量淨煤—化學煤的新技術,為煤炭加工利用開闢了新途徑。這種技術的基本原理是:在温度約340攝氏度、表壓為10349kPa的條件下,將褐煤或其它劣質煤溶解於極性溶劑一氧化碳和鹼組成的溶液中,使其中的碳成分分離,然後用離心法去除灰、硫、水分和雜質,獲得流動性較好的優質石化原料或燃料。

化學煤技術具有兩大優點:

①傳統煤的液化技術是用高温高壓使煤的碳成分裂解,而化學煤技術則用離子溶劑促進熱鍵裂解。

②傳統煤的淨化技術是以雜質的化學反應為出發點,而化學煤技術則以碳成分的化學反應為基礎。 ^[2] 

流化牀鍋爐能燃燒任何種類的煤,特別適合低質燃煤。燒高硫煤時,可在牀層中加石灰石固硫。由於燃燒温度低,生成多氧化物很少。循環牀是在一次燃燒室內不斷向上旋動的熾熱顆粒的方狀物,由旋風器吸出,並直接或間接反回一次燃燒室,燃料在一次燃燒室內停留時間可以達到預定要求從而提高燃燒和固硫效率。而發泡牀的燃燒和固硫效率則取決於燃料與牀層材料的接觸時間。

硫化牀鍋爐有下列幾種:

（1）鼓泡流化牀鍋爐;

（2）循環流化牀鍋爐;

（3）增壓流化牀鍋爐。 ^[2] 

日本生產出一種CWN(煤水化合物)燃料。它是將煤粉碎成直徑不到1mm的細粒,與水混合成煤漿,併除去其中的硅類不燃物和其它無機混合物,同時加進少量添加劑,例如表面活性劑。

法國已研製出煤一水一油混合燃料,含有30%的水,16%的輕質燃料油,54%的煤(用選擇性凝聚劑脱灰),這種混合燃料已投放市場。 ^[2] 

“F·T法”,是由一氧化碳和氫在催化劑的作用下,製備碳氫化合物的合成法。即先把煤氣化之後,再用煤氣合成人造石油。在南非已經按照這種方法,用煤生產出人造石油了。

由於生產過程的反應是放熱反應,如何消除反應熱是一項尖端技術。液相法是使觸媒分散在溶劑中,使原料氣化吹入其中參加反應。研究證明,這樣有利於熱的消除和成品的回收。

新觸媒的製法是首先用超聲波將鐵超微粒子分散在由16個碳原子組成的直鏈烷烴(十六烷烴)中,然後,將鹼金屬再作同樣處理,使之成為懸濁液,把這些物質混合一起後,再用超聲波作分散處理。在鐵觸媒中加入鹼金屬,可以增加它的活性。由於鐵的沉澱物是多孔的物質,參加反應的氣體從微小的孔中通過,需要時間長,結果使反應速度變慢,而這裏所使用的鐵超微粒子是在比較高的温度下生成的,由於它的表面很圓滑,即使反應温度高,其活性下降也不太大。

煤的間接液化後—“F·T法”的反應速度,比過去用深沉鐵為觸媒,效率提高了20倍。用煤生產出石油,成本自然也會大幅度降低,不久的將來會在世界範圍內得到推廣。 ^[2] 

日本煤炭公司將廢塑料袋加入化學劑製成燃料,稱之為塑料煤炭,即將批量生產。今後將在塑料工廠蒐集塑料垃圾,一部分塑料廢品廢料可以經過提煉再資源化,變成二手塑料。另外,將塑料垃圾倒人經過175C熱處理的植物油中,再加入其它化學劑,會使體積凝縮至2%,再送人塑料工廠加入其它助燃劑就成為粉末燃料,這時再經過凝縮處理就成為固體燃料,它可以用來燒大型鍋爐。 ^[2] 

中國早在公元前約1000年的西周時期就已經開始使用煤炭作為燃料，1975年在河南滎陽市發掘的西漢鍊鐵遺址中挖出了大量煤餅，説明中國早在2000年前就已開始有了加工利用煤炭的技術。

公元前852年，英國Peter Lacough寺院將煤作為燃料送給百姓生火。公元前238年，阿里斯多德(Aris-totle)的學生描述了煤的性質、資源及使用，並特別指出鐵匠已開始用煤鍊鐵。

17世紀，英國將煤運到歐洲大陸，擴大了煤的利用，18世紀，英國開始用煤作為高爐燃料。1881年德國建成第一座回收化學產品的煉焦爐。

煤氣照明是1792年Willian Murdoch發明的。1810年，英國國會通過立法組成法定公司，給倫敦市供煤氣。1812年4月30日，世界上第一傢俱工業規模的煤氣公司一倫敦成斯敏特煤氣照明和焦炭公司成立。

1832年，第一台低熱值氣體煤氣發生爐在德國建成。為擴展煤氣化技術開拓了道路。1861年又建成第一台階梯式爐箅的西門子煤氣發生爐。1909年發表了第一個煤炭地下氣化的專利。1926年德國建成第一台工業化温克勒 (Winkler) 流化牀氣化爐。

中國明代以前就有土法煉焦並用焦炭冶鐵。現代焦爐業始於1919年鞍山鋼鐵廠。上海市於1865年最先使用城市煤氣。近30年煤氣工業得到較快發展，截至1991年底統計，城市煤氣總供量已達402.8億m。

1977年，美國實施煤層甲烷回採計劃，從地表開發與使用煤層氣。我國撫順礦區自1952年實現工業化抽取井下瓦斯，作民用燃料;至1993年中國已有撫順、陽泉等礦區的110個礦井從事井下煤層氣的抽取與利用，抽放量為5.34億m3。

德國從1913年開始研究煤炭加氫液化，1921年建成了年產31t的中間試驗工廠。

選煤業的發展起源於冶金工業對優質煉焦煤的要求。在19世紀初期，選煤業於歐洲興起，當時主要是洗選加工煉焦煤。20世紀中葉，隨着採掘機械化水平的提高及用煤部門對煤炭質量要求日趨嚴格，主要產煤國家的煉焦煤與動力用煤的洗選加工迅速發展。

20世紀後期，隨着環境問題日益被人們所認識，80年代初美國首先提出潔淨煤技術，得到世界各主要工業國的重視。中國成立了潔淨煤中心。潔淨煤技術是指煤炭在開發和利用過程中旨在減少污染與提高利用效率的加工、燃燒、轉化及污染控制等技術。使人類在利用煤炭的過程中對環境的污染降至最低程度。 ^[1]