煤的综合利用

课题：煤的形成开采及利用主讲人：姚强小组成员：闫晓旺董红亮魏引佛课题意义：

煤是地球上储藏最丰富的化石燃料。中国是世界上煤炭资源较丰富的国家之一，煤炭储量远大于天然气储量。在我国，一次能源的生产与消耗构成中煤炭分别占75%和接近70%。根据我国的能资源条件、技术和经济发展水平以及世界能源形势，在未来30—50年内，煤炭仍然是我国的主要能源。因此，研究煤的形成、开采及利用对中国的可持续发展战略有着深远的意义。一、煤的种类和特征根据成煤植物和生成条件，煤炭一般可以分为三大类：腐植煤、残植煤和腐泥煤。由于残殖煤和腐泥煤的储存量少加之煤化程度较低，利用率低，投资大。

根据煤化程度，腐植煤可以分为以下四类：1、泥炭：棕褐色或黑褐色的不均匀物质，含水量达85-95%，含有大量未分解的植物的根、茎、叶等残体，含碳量较低<50％，含有腐殖酸和沥青质。2、褐煤：褐色或黑褐色，颜色随煤化程度加温而变暗，相对密度为1.1-1.4，腐殖酸随煤化程度先增加后减少，含碳量为60-70%。3、烟煤：灰黑色或黑色，燃烧时火焰长而且烟多，不含腐殖酸，相对密度为1.2-1.45，多数能结焦，含碳量为75-90%，烟煤是自然界分布最广的煤种。4、无烟煤：灰黑色，相对密度为1.4-1.8，燃烧无烟，火焰短，不结焦，含碳量一般在90%以上。二、煤的生成煤主要是由植物生成的，而植物本身的有机族组成也各不相同，因此不同的有机族组成经过成煤作用后，就形成了不同的煤种或煤岩组成。古生代的石炭纪和三叠纪，主要成煤植物孢子植物中生代的侏罗纪和白垩纪，主要成煤植物裸子植物新生代的第三纪，主要成煤植物被子植物1、主在成煤期和成煤植物2、成煤的气候、地理和地质条件要有适宜的气候条件，适宜植物一代代的繁茂生成；要有大面积的沼泽环境，利于植物的生长以及植物残体堆积在水中;③地壳的运动要与死亡植物残体堆积的速度相适应，使植物残体尽可能多的得到堆积。3、腐植煤的成煤过程由植物的残骸转变为煤要经历两个阶段：第一阶段：泥炭化阶段特点：弱氧化环境和还原环境的相互转变过程第二阶段：煤化作用阶段（成岩作用和变质作用）特点：泥炭的脱水成型以及煤变质程度的不断提高

变质作用：受温度、压力和时间的影响，煤化程度不断加深的过程。深成变质作用岩浆变质作用动力变质作用变质作用分类：煤化过程示意图褐煤次烟煤高挥发分烟煤低挥发分烟煤无烟煤石墨随着煤化程度的提高，构成核的环数增多，连接在核周围的侧链和官能团数量则不断变短和减少煤化工的利用的重要性！

我国是世界上最大的产煤国和煤炭消耗国，大约80%的电力、60%的化工原料、72%的工业染料以及92%的民用燃料都是煤，燃煤引起的环境污染（包括SOx，NOx,CO2和粉尘）问题十分严重。同时，能源的利用和转化效率低，因而在我国研究开发包括煤炭气化、液化、煤基甲醇制烯烃和IGCC等技术的多联产系统具有十分重要的意义。煤炭资源综合利用的主要工艺方法煤的气化煤的气化是一个热化学过程。它是以煤或煤焦（半焦）为原料，以氧气（空气，富氧或纯氧）、水蒸气或氢气等做气化剂，在高温条件下通过化学反应把煤或煤焦中的可燃部分转化为气体的过程。煤性质对气化的影响：煤的反应活性，煤的黏结性，结渣性，煤灰的粘温特性，热稳定性，机械强度和粒度分布，燃料的水分、灰分和硫分。煤的干馏煤在隔绝空气条件下加热至较高温度时，所发生的一系列物理变化和化学反应的复杂过程，称为煤的热解或煤的干馏。煤热解的影响因素：煤的煤化程度，加热终温，升温速率，热解压力，热解气氛等影响因素：①原料煤：煤化程度越低，液化反应速率越快。

②溶剂：溶剂能使煤质受热均匀，防止局部过热。③气氛：高压氢气有利于煤的溶解和加氢液化转化率的提高④催化剂：加速加氢液化反应，促进氢源与煤之间的氢传递⑤反应温度与压力：当温度升到４２０度，煤的转化率和油收率最高。⑥液固分离：液固分离技术直接影响液化操作。煤制油技术煤炭多联产技术主要用于：工业燃烧、城市煤气、冶金还原气、化工原料气和用于新发电技术的燃气。分为：煤气化联合循环发电和煤气化—液体产品—制氢—发电多联产系统的关键技术：①系统整体特性研究及综合优化，②成本低、低能耗制氧和氢分离技术，③分离CO2技术，④能量转换利用过程新机理和系统创新，⑤关键设备和新工艺。煤基化工业品煤制碳素制品。特点：耐热性和抗热震性，良好的导热和导电性，良好的化学稳定性，机械性能，核物理性能，吸附性能电石(碳化钙CaC2)应用：水解制乙炔，制氰氨化钙，生铁水与钢水的脱硫褐煤蜡生产:褐煤蜡的性质取决于原料，所采用的溶剂和萃取条件。化学稳定性好，熔点高，硬度大。主要用于高档鞋油、地板蜡、汽油和家具上光蜡、复写纸、油彩、口红化妆品、塑料脱模剂、熔膜制造蜡料、彩色油墨、消泡剂、制革乳化上光剂等煤基甲醇制烯烃技术煤炭开采形成的环境问题煤炭开采形成的环境问题主要为:(1)对土地资源的破坏和占用。煤炭开采对土地资源的破坏损害，井下开采以地表塌陷和矸石山压占为主，而露天开采则以直接挖损和外排土场压占为主。

(2)对水资源的破坏和污染。煤炭开采过程中，进行的人为疏干排水和采动形成的导水裂隙对煤系含水层的自然疏干，破坏了地下水资源。同时开采还可能污染地下水资源。

(3)对大气环境的污染。主要来自矿井排出的煤层瓦斯抽放和煤矿矸石山的自燃。

由此可见，提出并尽快形成煤矿的“绿色开采技术”已迫在眉睫。煤制油技术煤制油技术主要有煤炭直接液化和煤炭间接液化两类。我国是煤炭大国，煤炭是我国的主要能源，在目前石油价格节节攀升的情况下，发展煤制油技术，发展煤制油技术，对煤炭的洁净利用和保持国家能源的可持续发展，有着极为重要的意义。绿色开采

“绿色开采”的内涵是努力遵循循环经济中绿色工业的原则，形成一种与环境协调一致的，努力去实现低开采、高利用、低排放”的开采技术。

煤矿绿色开采及相应的绿色开采技术:

基本概念上是从广义资源的角度来认识和对待煤、瓦斯、

水等一切可以利用的资源。

基本出发点是防止或尽可能减轻开采煤炭对环境和其他资源的不良影响，目标是取得最佳的经济效益和社会效益。

绿色开采技术的主要内容包括:

1.保护土地及建筑物的开采技术

2.洁净开采技术

3.矿区废弃地生态修复技术

1.保护土地及建筑物的开采技术1、充填开采：充填法就是把废弃的矸石等不可燃物品充填入工作面采空区来控制顶板的冒落。以达到安全管理顶板的目的。（山东能源新矿集团，阳煤集团，翟镇煤矿矸石填充等采用）2、分层开采：当煤层很厚时，将煤层分成若干层，一般是2层或3层，分别开采。（梅河煤矿三井，正阳煤矿等采用）3、限厚开采：根据矿区地形、水文地质条件、构筑物抗变形能力，以不产生地表积水和满足建筑物所要求的保护等级为依据，确定可开采的煤层厚度，开采是仅开采这一厚度的煤，其余各煤层均不开采，以实现减少下沉保护地面建筑物，构筑物及土地的目的。（杨村矿，一亭南矿，张集煤矿等采用）2.洁净开采技术煤与瓦斯共采技术充分利用采煤过程中岩层移动以及破坏对瓦斯的卸压作用提高瓦斯的抽采率，在煤层开采时形成采煤和抽采瓦斯2个完整的开采系统，即形成“煤与瓦斯共采”技术。其技术途径有:

(1)采前抽采:若能在开采前将煤层内瓦斯抽出,则是利用瓦斯改善煤矿安全的最好办法（2）煤与瓦斯共采:开采后围岩压力降低,大量瓦斯在采空区释放,有利于瓦斯抽采,因此形成煤与瓦斯共采体系。

(3)废弃矿井抽采瓦斯。鉴于废弃矿井煤层经过采动而充满瓦斯,因而可以利用采动后岩体内裂隙场的分布及钻孔,将瓦斯抽排管装在井下、封闭井口后,抽出瓦斯3.矿区废弃地生态修复技术

（一）土地复垦技术

（二）露天矿采场复垦1、浅采矿场复垦2、倾斜或急倾斜矿床体复垦3、山坡采矿场复垦3.矿区废弃地生态修复技术

（一）土地复垦技术

（二）露天矿采场复垦1、浅采矿场复垦2、倾斜或急倾斜矿床体复垦3、山坡采矿场复垦（三）煤矿塌陷地复垦1、充填复垦2、非充填复垦（四）植被修复技术1、植被对环境修复的主要类型2、植被修复流程与技术中国历年矿难人数2004年矿难死亡人数：6027人2005年矿难死亡人数：5986人2006年矿难死亡人数：5770人2007年矿难死亡人数：3785人2008年矿难死亡人数：3215人2009年矿难死亡人数：2630人2010年发生煤矿事故1403起死亡2433人

发生在美国的“911”恐怖袭击事件造成了2973人死亡，也就是说，中国一年矿难的生命损失比遭受两次“911”级别的袭击所能造成的损失还要严重！煤矿安全事故原因：我国煤炭赋存自然条件差煤矿防灾害系统尚不完善煤矿安全技术与装备的研究与国外先进水平有差距煤矿安全投入欠账较多煤矿工程技术人员短缺严重煤矿事故性质分类：1.顶板事故。指矿井冒顶、片帮、顶板掉牙、顶板支护垮倒、冲击地压、露天矿滑坡、坑槽垮塌等事故，底板事故也视为顶板事故。

2.瓦斯事故。指瓦斯(煤尘)爆炸(燃烧)，煤(岩)与瓦斯突出，瓦斯中毒、窒息。

3.机电事故。指机电设备(设施)导致的事故。包括运输设备在安装、检修、调试过程中发生的事故。

4.运输事故。指运输设备(设施)在运行过程发生的事故。

5.放炮事故。指放炮崩人、触响瞎炮造成的事故。

6.火灾事故。指煤与矸石自然发火和外因火灾造成的事故(煤层自燃未见明火，逸出有害气体中毒算为瓦斯事故)。

7.水害事故。指地表水、采空区水、地质水、工业用水造成的事故及透黄泥、流沙导

致的事故。

减少煤矿安全事故的措施：1.加强煤矿技术力量建设2.加大安全生产投入力度3.依靠科技力量攻克技术难关3.1加强煤矿基础理论研究3.2重点研究煤矿事故主要因素的理论和技术3.3加强重点科技攻关研究3.4强化地质条件勘探

安全重于泰山！

参考文献：

[1]黄仲九,房鼎业.化学工艺学

第二版.北京：高等教育出版社，2008.

[2]隋丽华.关于中国煤炭资源综合利用的研究[J].阴山学刊