中图分类号:TQ53 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0119-01
1焦炉煤气
1.1 焦炉煤气的组成与杂质含量
一般焦炉煤气的主要成份为H2、CO、CH4、CO2等,各成份所占比例如表1所示。
同时也含有一些杂质如表2所示。
1.2 焦炉煤气的利用
焦炉煤气是极好的气体燃料,同时又是宝贵的化工原料气,焦炉煤气被净化后可以作为城市燃气来使用,从其成份上来看也是制造甲醇、合成氨、提取氢气的很好的原料。
2焦炉煤气制甲醇的基本工艺流程
如图1所示,为焦炉煤气制造甲醇最基本的工艺流程,净化与转化在整个焦炉煤气制甲醇流程中的关键技术。
3焦炉煤气的净化工艺
焦炉气的净化总的来说有三大步骤:(1)焦炉气经过捕捉、洗涤、脱酸蒸氨等化工过程,将有害的物质脱除到甲醇合成催化剂所要求的精度,进入焦炉气柜;(2)脱硫,分无机硫的脱除和有机硫的脱除,具体的方法根据系统选择工艺方案而改变;(3)焦炉煤气的深度净化,在精脱硫后再深度脱除氯离子和羰基金属,防止其对甲醇合成催化剂的毒害。
脱硫工艺技术方案:(1)几乎全部的无机硫和极少部分的有机硫能够在焦化厂化产湿法脱硫时脱掉;(2)绝大部分的有机硫的脱除采用的是干法脱除,具体的有分为4种:吸收法、水解法、热解法和加氢转化法,其中水解法和加氢转化法在国内外化工工艺上用的最为普遍。
4焦炉煤气的烷烃转化技术
目前具体的方法有:蒸汽转化工艺、纯氧非催化部分氧化转化工艺、纯氧催化部分氧化转化工艺。
4.1 蒸汽转化工艺
其原理类似于天然气制甲醇两段转化中的一段炉转化机理,不过考虑到焦炉煤气的甲烷含量只有天然气的1/4,所以在焦炉煤气制造甲烷的实际工艺选择中,该方法一般不被采用。
4.2 纯氧非催化部分氧化转化工艺
从理论上分析,该工艺具有以下几个优点:(1)该工艺能够生成的合成气比较接近于最佳氢碳比;(2)合成甲醇时循环气中含有的惰性气比例较小,便于节能减排;(3)该工艺在转化时没有催化剂要求,所以对原料气要求不是太严格,焦炉煤气转化前不需要进行深度脱硫净化;(4)非催化部分氧化转化工艺大大简化了脱硫净化过程,而且脱硫精度高,降低了原料气净化成本,转化过程中排放硫化物对环境的二次污染明显降低,是将来焦炉煤气净化与转化的发展方向。
但是由于技术上的问题,到目前为止尚没有非催化部分氧化转化工艺的商业化应用的先例,因此不采用纯氧非催化部分氧化转化工艺。
4.3 纯氧催化部分氧化转化工艺
降低转化温度,加入蒸汽参与烷烃转化,加入催化剂加快转化反应速度,这就是纯氧催化部分氧化转化技术。
如果原料气的总硫体积分数超标,可在催化部分氧化转化后接着串接氧化锌脱硫槽,使原料气从氧化锌脱硫槽中流过,促使合成气的总硫体积分数达标。与非催化部分氧化法相比,该转化工艺,燃料气和氧气的消耗不高,而且转化炉结构比较简单,造价相比而言较低,其规模化商业应用业绩显著,在目前焦炉煤气烷烃转化方案中应用最为广泛。
5合成气的氢碳比调整
如果新鲜合成气中氢碳比与理论值偏离较大,氢碳比过小时,容易发生副反应,同时催化剂易衰老;如果氢碳比过大时,单耗增加,这两种情况都需要调整。大量的实践和数据表明:新鲜合成气氢碳比调整在2.05～2.15之间最为理想,其合成效率高、原料的利用率最合理。从焦炉煤气各组分资源合理利用和成本角度考虑,通常采用补碳的方式来进行合成气的氢碳比调整的。具体实施时,有应该结合甲醇厂可利用的资源来选择“CO2补碳法”或“煤制气补碳法”。
6合成气中二氧化碳含量的确定
合成甲醇时,CO、CO2都与H2发生反应,所以,CO2也是有效原料气的一种。在合成甲醇过程中,适量的CO2能有效降低反应热,有助于保持铜系催化剂的高活性,催化剂的使用寿命被有效延长,同时还能够抑制副反应的发生,避免CO氧化为CO2,有效防止催化剂结碳;不过CO2的量如果过高,会降低甲醇产率。大量的理论研究和实践表明,控制合成气中CO2的体积分数在3%～6%之间甲醇产率的较高。
7甲醇合成与精馏工艺技术
7.1 甲醇合成工艺
根据合成压力,可以将甲醇的合成工艺分为高压、中压和低压法三种,焦炉煤气制甲醇合成技术全部为低压法。目前,国内外有多种低压法甲醇合成工艺,其原理大同小异,不同之处主要在于甲醇反应器的结构、反应热移走及回收利用方式、催化剂性能。
7.2 甲醇精馏工艺(粗甲醇精馏工艺流程)
1.焦煤入焦炉前脱硫
1.1无机硫的脱除
无机硫脱除一般以物理法为主，它主要以硫铁矿和硫酸盐的形态存在于煤的夹层中，以地质结合为主，由于国内原煤洗选工艺一般以脱灰为主，原煤中无机硫的脱除率一般在40%左右，如将原煤洗选粒度降至一定程度，硫铁矿的脱除率可大幅提高，因此只要将部分洗煤设备和工艺加以改进，即可有效的提高无机硫的脱除效率，目前，国内外已有成熟的设备，通过优化洗选工艺，脱除原煤中的硫铁矿。它工艺可靠，脱除效率高、投资省、运行成本低，已得到洗煤行业的高度重视，一些专业的洗煤厂商已将脱除无机硫做为设计重点，主要采用重力法、浮选法、磁选法等几种工艺。
重力法是按煤和硫铁矿比重差异进行脱硫，这是目前焦煤脱硫的主要手段，使用重介质旋流器可以实现低密度，高精度的分选，分选粒度下限可以达到 0.1-0.2mm，能有效地排除未充分解离的中间密度的硫铁矿与煤的连生体，而获得较高回收率的低灰低硫精煤，高密度的硫铁矿使用重介工艺可使煤与硫铁矿进行有效的分离，且脱除率较高。
浮选法主要处理重介质分选粒度下限微未级的细微粒煤，上限可以达到0.3mm 以上，弥补了重介质分选的粒度范围，在该粒度状况下，煤与硫铁矿连生体已基本被分离，只要选用合适的浮选制，利用颗粒表面润湿差异和空气微泡有条件吸附而形成的表面张力就能有效的分离出硫铁矿和灰分，微泡浮选柱具有明显的去硫除灰能力，而且对微末级的极细粒煤效果非常好。
磁选法主要利用硫铁矿自身的磁性对其进行脱硫，它是根据煤效组份与硫铁矿的磁性差异进行脱硫。它是浮选法的工艺补充，主要针对 0.3mm 以下的泥煤中的硫铁矿，但因硫铁矿磁性较小，虽然显顺磁性的，需专用的磁选机和较复杂的流程，因此国内洗选厂家选用有限。
1.2 有机硫脱除
有机硫的脱除是一个复杂的氧化还原过程，一般的工艺条件很难有效的脱除，目前，理论上论证、试验较多的工艺有：氧化法、硝化法、氯解法、热解法，碱液法等多种化学脱硫方法，且综合脱硫效率能达到 20-60%。如：利用浓氨水渗透打断与煤分子的有机结合健，再经过洗选分离出无机硫；利用热碱液浸泡焦煤8个小时以上（需加热进行恒温），生成硫代硫酸盐再分离；在密封容器中和一定的高温、高压条件下，加入空气氧化煤中有机硫；用NO2有选择性的氧化煤中的硫分，并以热碱液处理后水洗；氯乙稀液萃取煤中硫组份；高温加氢法等。虽然化学脱硫方法较多，且脱硫效率也较高。但装置投资大，生产费用高，处理煤量规模小，易造成二次污染，生产条件要求高等弊端，很难规模化生产，只能用于超净化煤的处理。但有机硫含量高的原煤，一般含灰量较低，价格也偏低，可做为煤焦的配煤，控制焦炭中的总硫和总灰份。
1.3 生物脱硫
煤的生物脱硫工艺比较简单，是所有脱硫工艺中投资和运行费用最低的一种方法，它利用某一种针对性强的好氧菌的氧化特性，将煤中的硫铁矿，硫酸盐及煤分子中的噻吩硫氧化成离子状态、单质硫（生成硫酸）达到脱硫的目的，且对煤质不产生影响。
2.炭化过程脱硫
煤在炭化过程脱硫，是提高焦炭质量的一项重要的措施，目前有二种方法，一种是传统的缚硫焦，使用钙基和钡基缚硫剂使焦炭中的硫份降低 0.1～0.2 个百分点，效果明显，但缺陷是增加了焦炭中的灰份，需使用灰份较低的煤，在焦煤资源日趋紧张的今天，该方法已基本被淘汰。另一种方法煤是在炭化室结焦的过程中、适时、适量、适温的通入氢气或焦炉煤气（含氢55%左右），氢与硫铁矿发生还原反应，生成 H2S 和 Fe，与噻吩类硫化物反应生成碳氢化合物和硫化氢。根据可行性研究表明，在新建焦炉设计时增加一个加氢（焦炉煤气）系统是可行的，但实际应用时的脱硫效果还需进一步验证，要实现煤在炭化过程脱硫的可行性，需具备以下几方面条件。
2.1参与反应的氢气量（焦炉煤气）
它取决于焦炭中总硫的控制，经净化的回炉煤气量应占总量的20%。这部分煤气取至回炉煤气预热器，温度 80℃左右。煤气压力1500～2000pa 即可满足工艺条件。
2.2回炉煤气温度
因冷煤气可使炉温降低，延长结焦时间，因此需要利用焦炉蓄热室设计一套加热系统，将煤气加热至500度左右，该系统如在已建焦炉改造，难度很大，但新建焦炉就比较容易的实现。
2.3 选择合适的炭化室温度通入煤气脱硫
根据理论计算和试验结果显示，氢气脱硫最佳炭化室温度为 900 度左右，即焦饼中心出现孔隙时的结焦后期，挥发份逸出 80～85%时，焦饼中S与H2反应的推动力最大。
2.4氢化脱硫反应时间控制
反应时间的控制，取决于炉型，煤质，氢气的温度、压力和量，顶装煤焦炉，焦饼结焦中后期，炉墙还承受焦饼一定的侧压力，阻力较大，后期收缩后焦饼孔、隙较大，有利于 H2S 反应。
3.煤气脱硫
煤气脱硫成熟的工艺较多，下面作一简单的技术分析：
3.1以氨为碱源的 HPF 脱硫工艺的特点是脱硫效率高，脱硫后的煤气含硫量小于 200mg，但有难处理的盐类废液，易造成二次污染；生产尾气含氨量高也易造成二次污染；脱硫产品硫磺的纯度低，质量差，脱硫成本高；由于再生塔排出尾气和废液带氨量较大，可使氨的损失达15%，不但污染了环境，也浪费了氨源；一次性投资大，设备能耗高，生产成本增加，因此新设计的脱硫装置装重点考虑节能减排。
3.2 AS 法脱硫工艺：该工艺虽然脱硫过程不产生污染且硫磺纯度高，但脱硫效率较低，煤气含硫不易达标，且设备材料防腐要求高，生产成本高，推广使用受到一定限制。
3.3 真空碳酸钾脱硫工艺：该工艺特点是元素硫质量好，效益好于其它工艺，但需外购碱源、脱硫效率低，脱硫后煤气含硫较高，另外该脱硫装置放在洗苯塔后，故存在一定的污染和腐蚀问题。
3.4 FAS 氨为碱源湿式吸收工艺：该工艺是在 HPF 法基础上优化创新的一种工艺，该工艺增大了脱硫塔传质面积，脱硫效率高；在脱酸前增加脱氰装置，提高了脱氰效率；装置回收的硫磺纯度高，系统无废液产生，工艺比较先进，但设备较多，一次性投资偏大。
综合煤气脱硫工艺，虽然脱硫效率、二次污染、一次性投资、生产成本、工艺复杂程度有差异，但脱硫效率都能达到或接近国家指标要求，因此，处理的工艺难度要小于固态脱硫。
4.结论
随着大型钢铁企业对焦炭质量要求不断提高和低硫炼焦煤资源储量的日趋减少，寻求高硫煤炼焦的有效应用工艺的确定还有许多技术问题需要解决，它需要相关行业的共同努力，以便加快新的、高效的脱硫工艺工业化。
【参考文献】
焦炉煤气脱氨工艺主要有硫铵法、磷铵法、氨焚烧法三种，兖州矿区焦化厂采用半直接法饱和器生产硫铵法。
1工艺介绍：这是焦炉煤气净化车间（又称化学产品回收车间）中洗氨工段（又称硫铵工段）。由鼓风机来的焦炉煤气，经电捕焦油器后进入煤气预热器。在预热器内用间接蒸汽加热煤气到60～70℃，目的是为了使煤气进入鼓泡式饱和器蒸发饱和器内多余的水分，保持饱和器（Dg4500）内的水平衡。预热后的煤气沿饱和器中央煤气管进入饱和器，经泡沸伞从酸性母液中鼓泡而出，同时煤气中的氨被硫酸所吸收。煤气出饱和器后进入除酸器，捕集其夹带的酸雾后，被送往粗苯工段。博士论文，饱和器。饱和器母液中不断有硫酸铵生成，在硫酸铵含量高于其溶解度时，就析出结晶，并沉淀于饱和器底部。其底部结晶被抽送到结晶槽，在结晶槽内使结晶长大并沉淀于底部。结晶槽底部硫酸铵结晶放到离心机内进行离心分离，滤除母液，并用热水洗涤结晶，以减少硫酸铵表面上的游离酸和杂质。离心分离的母液与结晶槽满流出的母液一同自流回饱和器中。从离心机分离出的硫酸铵结晶经螺旋输送机，送入沸腾干燥器内，用热空气干燥后送入硫酸氨储斗，经称量包装入成品库。为了使饱和器内煤气与母液接触充分，必须使煤气泡沸伞在母液中有一定的液封高度，并保证饱和器内液面稳定，为此在饱和器上还设有满流口，从满流口溢出的母液经插入液封内的满流管流入满流槽，以防止煤气逸出。博士论文，饱和器。满流槽下部与循环泵连接，将母液不断地抽送到饱和器底部的喷射器。因而母液有一定的喷射速度，故饱和器内母液被不断循环搅动，以改善结晶过程。饱和器内所需补充的硫酸，由硫酸仓库送至高置槽，再自流入饱和器，正常生产时，应保持母液酸度为4%～8%（不生产吡啶），硫酸加入量为中和氨的需要量。博士论文，饱和器。饱和器在操作一定时间后，由于结晶的沉积将使其阻力增加，严重时会造成饱和器的堵塞。所以操作中必须定期进行酸洗和水洗。当定期大加酸、补水、用水冲洗饱和器及除酸器时，所形成的大量母液有满流槽满流至母液储槽，在正常生产时又将这些母液抽回饱和器以作补充。
2存在问题
2.1兖州矿区焦化厂是1988年开始设计、建设，发展到现在工艺已比较落后。焦炉经过近20年的运作，已接近老龄化，进行大的设备、技术改造已经不太现实。自动化控制方面太少，很多时候只能人工蹲守，在很大方面限制产品产能。
2.2在化学产品回收车间的冷凝工段，有大量的剩余氨水通过溢流管溢流走，经酚水沟流入环保车间进行废水处理。地沟里不断挥发出比较刺鼻的氨，致使整个厂区都能闻到，严重影响职工的工作环境和身体健康。
2.3在氨回收工段，每天的产量在4—5吨硫酸铵，与理论值相差较大，并且生产的硫酸铵比较黑，主要原因就是母液中有过量的酸焦油，由于清理不及时造成酸焦油沉积在结晶中。
3原因分析
3.1设备维护费用未按照计划投入。资金不到位，直接影响设备维护，造成设备未老先衰，或“带病“工作，逐渐形成不少安全隐患。博士论文，饱和器。设备老化造成的后果如：炉门、炉框变形造成荒煤气泄露；碳化室变形，影响装煤量，进一步影响炉顶空间温度，最终影响氨气的生成；初冷器结垢影响荒煤气降温效果，造成氨回收工段硫铵颜色较黑，电扑焦油器的分离效果，离心机的分离效果都影响产品质量。
3.2工艺设计存在的问题：冷凝工段溢流氨水直接排入酚水沟，这种设计太落后，不节能、不环保。
3.3饱和器泡沸伞的结构太粗糙，影响煤气洗涤效果；满流槽液面上漂浮的酸焦油比较多，人工打捞不及时，不彻底。
3.4焦炉车间、化学产品回收车间存在工艺管理不严现象。
3.4.1焦炉车间存在管理不严的现象。没有控制好均匀生成，没有严格按照推焦计划执行，造成系统压力波动。它很大程度上影响煤气的回收，影响炉子的冒烟冒火，还造成系统压力波动太大。严格控制好装煤量，并且要及时关炉门、盖装煤孔，减少煤气损失。
3.4.2化学产品回收车间冷凝鼓风工段严格控制各项指标（初冷后煤气温度，及时调节各集气管压力30－60pa，减少荒煤气逸散的可能）。
3.4.3硫酸铵工段管理不到位。
中图分类号TQ53 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）106-0196-02
众所周知，丙烯和乙烯均是相当关键的有机化学工业原料，其中，乙烯工业更是评估一个国家石化工业发达程度的重要指标。近些年来，我国丙烯、乙烯工业取得了日新月异的发展，生产能力持续提高。然而，仍无法满足国内不断增长的市场需求，事实上，就当前来看，我国丙烯、乙烯的产生量仅占同期消费总量的一半多，与此同时，随着国际石油价格的与日俱增，采用石脑油裂解的办法生产出丙烯、乙烯的陈旧方式也面临着极大地挑战。目前，我国石油、天然气的资源总量稀缺，煤炭资源则比较丰富，丙烯、乙烯的生产能力暂无法达到使用需求的客观状况为煤制烯烃的发展提供了相对大的余地。在石油高价及日趋短缺的情形下，不失时机地加快煤制烯烃的发展，进而争取得到代替石油的化工原料，适当延展产业链，提升产品的综合附加值，对于维护我国能源安全有着深远意义。
1 煤制烯烃产业的发展现况简析
毋庸置疑，相较于石油资源，我国煤炭资源的总量更加庞大，1000m以内的煤炭储量达1万亿吨，占全球总储量的三分之一强，可开采总量超过1800亿吨。异常丰富的煤炭储量为我国煤化工的持续发展提供了扎实的原料来源，煤制烯烃产业势必成为能源规划的关键性方向，同时也是石化工业取得振兴的关键所在。现如今，我国正不断探索以煤制烯烃为中心环节的煤化工发展道路，取得了事半功倍的效果。国内众所科研院所均将煤制烯烃的研究纳入重点课题。经过多年扎实攻关，并汲取和借鉴国际上现有的MTO工艺，我国成功研发出新一代煤制烯烃的工艺路线，相较于传统工艺技术，其转化CO的成功率已达95%，节省50%～75%的运行与投入成本。
现如今，我国正在传统煤制烯烃工艺技术的前提下继续开发新一代甲醇制取煤制烯烃新技术，经由技术性能的日臻完善和优化，甲醇制取烯烃工艺技术得到了再次创新的机会。全新一代工艺技术每吨的烯烃产品耗费甲醇原料量同比下降了15%以上，凸显成本性和经济性。
另外，在煤制丙烯技术方面，我国也取得了相应的突破，截至目前，我国已研制成功世界领先的并具有自主知识产权的新一代MTP技术，国际首套流化床工业试验装置成功启动，其转换甲醇的概率高达99.9%，丙烯的选择性已突破67%。煤制烯烃科研示范项目的顺利完成，均表明我国已具备了相当成熟的煤制烯烃工业化技术，并且开启了国际高碳能源低碳化途径发展的新纪元，必定为煤制烯烃产业的跨越式发展奠定雄厚的基础。
2 煤制烯烃的工艺路线及产品特征
2.1煤制烯烃的工艺路线
以煤炭资源为原料并经甲醇制取低碳烯烃的工艺生产流程主要包含：原料煤同源自于空分单元的纯氧在仪器中会产生化学反应，进而生成粗合成气，一部分的粗合成气会经由CO转变后和尚未变换过的粗合成气进行混合，直入气体的净化单元。除去粗合成气内的一氧化碳和硫化氢等气体，紧接着再进入甲醇的合成单元产生甲醇，甲醇会在甲醇制烯烃设备中完成转换反应，顺利产生含有低碳烯烃成分的混合气体，经过多级别压缩后直入轻烯烃的回收单元中产生丙烯、乙烯，同时，随机产出混合的C5+和C4等产品。
2.2煤制烯烃的产品特征
相较于石脑油裂解产生烯烃的裂解气，甲醇制取低碳烯烃的产品气具备如下特征：甲烷和氢气的含量均低于10%，这样便能加速分隔乙烯；丙烯、乙烯的含量较高，通常甲醇制烯烃产品中的丙烯、乙烯含量均在70%以上；所含炔烃量相对较少；混合的C4+不包含丁二烯和甲苯等芳烃；不包含硫化氢；所生成的物质中包含较少的二甲醚和甲醇等含氧化合物。
依照上面煤制烯烃的产品特征，需选用恰当的产品气分离工艺技术，以制取得到聚合级别的丙烯、乙烯以及C5、C4等不同产品，为下游产品的后续加工供应充足的原料资源。
3 煤制烯烃下游产品的加工技术举例
3.1丙烯的加工技术要点
丙烯是国际消费量位居于乙烯之后的一类关键的基础性化工原料，2011年，我国丙烯生产能力突破1350万吨，而当年丙烯的消费量则达到1900万吨，并且截止现在，丙烯的产量及消费量仍呈现逐年递增的态势。丙烯在化学工业上的主要用途在于生产丙烯酸、异丙苯和丙烯腈等多种有机原料。依照煤制烯烃合成气及项目产品丰富的特征，应当重点顾虑到借助于丙烯制造异丙醇、聚丙烯及丁辛醇等产品。
以聚丙烯为例，截止到2012年底，聚丙烯已成为消费量仅次于聚乙烯的应用最为普遍的一类树脂，在吹膜、喷丝、涂覆等方面均有较高的应用价值，2010年，全球聚丙烯的产量已突破5200万吨，相应地，我国聚丙烯的产量及消费量也在逐年增长。聚丙烯的加工工艺有本体法、淤浆法和气相法等，淤浆法已被逐渐停用，目前占据优势地位的是本体法和气相法，比较有代表性的气相法工艺有Novolen工艺等，该工艺借由两个串联或并联的搅拌釜反应器，反应温度高达70℃～85℃，压强在2.1 MPa～3.1MPa，可产出无规共聚、均聚产品，工艺特征是能用共聚反应器制造均聚物。
3.2 混合C4的加工技术
甲醇制烯烃的整个过程中会附加产生接近5.5%的混合C4，与用石脑油裂解的办法制取乙烯不同，该混合C4不包含丁二烯，所含异丁烯的总量十分低，主要组成成分为丁烯-2、丁烯-1，经由加工将其转化成丙烯、乙烯或者另外具有高附加值的产品，进而削减煤制烯烃项目的成本。当前用到的技术工艺有烯烃裂解技术和烯烃歧化技术等。歧化反应主要是利用催化剂把烯烃混合物转换成新的烯烃混合物，例如2-丁烯、乙烯发生歧化反应之后会生成2分子的丙烯。
3.3乙烯的加工技术要点
毋庸置疑，乙烯是全世界范围内最为关键、最大的基础性有机化学工业原料，预计到2015年和2019年，全世界乙烯的产量将突破17000万吨和17500万吨。在2012年全球乙烯的消费比例中，聚乙烯耗费乙烯达到6900万吨，占耗费总量的60%以上。我国乙烯的下游产品主要乙二醇、苯乙烯和环氧乙烯等。
煤制烯烃行业的乙烯在后加工后以环氧乙烯、乙二醇和聚乙烯为最大消费量。作为我国消费总量最大的合成树脂基础化工原料，聚乙烯在我国的消费量呈现连年攀升的态势。当前，聚乙烯的合成工艺主要包含低压聚乙烯工艺和高压聚乙烯工艺，聚乙烯应用最为普遍的加工工艺有低压法、高压法和中压法三种。
4 结论
1 甲醇及煤气化技术概述
我国能源资源现状是缺油、少气、富煤。目前，随着经济及工业的迅猛发展，人们对石油表现出了更大的需求，直接造成石油价格日益增长。石油具有不可再生性，所以，世界各国均在致力于新能源的寻找，以解决石油不足的问题。在寻找替代能源的过程中，甲醇以其诸多优势（尤其制作的简便性）获得了人们的一致认可[1]。人们可以制定相应的工业程序以实现对甲醇的规模化生产，效果较为理想。基于国家能源安全及发展的考虑，必须重视并做好煤制甲醇工作，发展其二次加工，使其成为一种替代石油的理想燃料，促进我国工业水平的进一步提高。
在煤制甲醇工艺中，煤气化技术属于核心技术。目前，国内外较为先进的煤气化技术包括GSP粉煤加压气化技术、SCGP粉煤加压气化工艺、Shell干粉煤气化技术、Texaco水煤浆加压气化工艺、Lurgi块煤加压气化工艺、HTW流化床工艺等。上述煤气化技术各有其优缺点，应综合各方面考虑，在工业中选用最适合工业化的煤气化技术。
2 煤制甲醇过程中几种常用煤气化技术简介
2.1 德士古加压水煤浆气化技术
德士古加压水煤浆气化技术是由美国德士古公司，在重油气化的基础上开发成功的第二代煤气化技术。选用气化反应活性较高的年轻烟煤，而烟煤中最适宜的是长焰煤、气煤等。气化反应温度为1300-1500℃，压力控制在4.0Mpa-6.5Mpa，采用激冷流程。
2.2 BGL块煤熔渣气化技术
BGL（British Gas-Lurgi英国燃气-鲁齐）碎煤熔渣气化炉技术是在原第二代、第三代和第四代鲁齐固定床加压气化炉技术基础上，由德国Lurgi公司研发设计，选用块煤作原料，通常要求块煤具有良好的不黏结性、热稳定性以及化学活性等。气化温度在1400-1600℃，压力为2.0Mpa-3.0Mpa。
2.3 Shell干粉煤气化技术
该技术由荷兰Shell公司研发设计，属于一种加压气流床气化工艺。气化温度范围为1400℃-1600℃，压力为3.0Mpa-4.0Mpa。碳转化率较为理想，控制在99%以上，产品中杂质较少，目标成分（CO+H2）占90%，大幅度降低了煤炭的使用量。
3 基于上述工艺的三大技术方案
以年产量为300万吨的二甲醚作为文章的研究实例，其主要过程是：煤与气化剂在一定条件下生成合成气，再经净化处理合成甲醇，最后由甲醇制取二甲醚。文章一共提出了如下三种技术方案。
3.1 基于水煤浆气化工艺的技术方案
德士古加压水煤浆气化工艺采用华东理工大学研发设计的多喷嘴对置式水煤浆气化技术，以水煤浆为进料、氧气为气化剂。它是一项成熟、国产化率高、投资省、长周期稳产高产的工艺技术，但是其烧嘴使用周期短、水煤浆含水量高、对管道及设备的材料选择要求严格。
3.2 基于BGL块煤熔渣气化工艺的技术方案
BGL块煤熔渣气化工艺以块煤为原料、氧气（水蒸气）为气化剂，具有装置投资少、建设周期短、气化效率高等优势，但是煤原料利用效果不理想，生产过程中将会生成大量甲烷。因此工业中应用PSA进行甲烷富集，并对其非催化部分进行氧化处理，然后将生成的合成气集中导入后续的粗合成气净化系统[2]。另外，副产品中焦油及酚含量相对较大，且具有一定的处理难度。
3.3 基于Shell干粉煤气化工艺的技术方案
Shell干粉煤气化工艺选用干煤粉作原料、纯O2作气化剂，以液态形式排渣。具有可选煤范围广、高效率、转化率高，但是建设周期长、投资高、能耗高。
4 三大技术方案的综合比选
4.1 原料的适应性
若采用德士古加压水煤浆气化技术，关键在原料煤的成浆性，因为其将会对水煤浆气化过程产生决定性的影响。因此应选择反应活性好、高挥发份、灰熔点低、灰份低、可磨性好的煤，制取理想成浆性的水煤浆。若采用BGL块煤熔渣气化工艺，应选用块煤作为进料，煤的具体粒度应控制在6-50mm之间。若采用Shell粉煤气化工艺，应选用干粉煤作为进料，含水率控制在2%-5%之间，将灰分控制在10%-30%之间[3]。
4.2 产品的适应性
采用德士古加压水煤浆气化激冷工艺制作得到的合成气，具有较高的汽气比（1.4：1），因而适合进行氨及甲醇的生产，另外，也能够用来制作氢、羰基合成气等，具有较为广泛的用途。采用BGL块煤熔渣气化工艺制作得到的合成气，其甲烷质量分数相对较高，可达6%，因而适宜制作SNG（合成天然气）或者IGCC（整体煤气化联合循环发电系统）所需要的燃料气。生成甲醇的过程中，副产品甲烷含量较高，需要对其进行处理。所以，采用该工艺时，需要增设两大装置：PSA装置和非催化部分氧化装置，经过以上两大装置处理之后的合成气将会被输送到粗合成净化系统。由此可知，基于该工艺的整个系统相对复杂，投资偏高。采用Shell粉煤气化工艺的过程中，应用废锅流程，变换环节需要加入大量的水蒸汽，或者是加入多级喷水激冷措施，增添低水汽比变流程。对粗合成气进行检验，测出其CO质量分数较高，达60%-65%，因而对CO变换要求更为严格，与此同时，也明显加重了下游低温甲醇洗的工作负荷。
4.3 总体投资
投资从项目总投资情况来看，德士古加压水煤浆气化技术最低，BGL块煤熔渣气化技术其次，Shell粉煤气化技术最高。Shell粉煤气化技术理论上不需要备炉，但从近些年气化炉实际运行情况来看，少量的备炉还是需要的，考虑备用炉将进一步增加投资。
4.4 污水处理
德士古加压水煤浆气化技术和Shell粉煤气化技术均可被归入到洁净煤气化技术，优点较多，不仅气体有效成分较高，而且三废排放量较少、易处理、气化压力范围大等特点；BGL块煤熔渣气化工艺中废水量虽然比Lurgi气化工艺的少，但是排放废水含有一定量的酚、氨及油，增加了实际处理难度。现阶段，还没有较为成熟的废水处理工艺，因而难以实现达标排放、回用难度系数较高。若采用BGL气化工艺，需要使用同类装置对使用的原料煤予以试烧，准确地估算气化炉的实际产能、副产品信息（主要包括数量和成分）[5]，同时获取废水信息，合理设计污水处理。
5 结束语
文章基于煤制甲醇过程中煤气化技术的应用展开了系统而深入的分析，并结合实例，提出了三大技术方案，从多方面（原料、产品的适应性、投资及污水处理等）对三大技术方案进行了比选。综上所述：在德士古加压水煤浆气化技术、BGL块煤熔渣气化技术和Shell粉煤气化技术中，Shell粉煤气化技术与其它气化技术相比，虽然有一定优势，但是装置投资高、经济性较差；BGL块煤熔渣气化工艺需要大量水资源，污水处理难度大、增加了三废处理成本；德士古加压水煤浆气化技术投资最低、经济效益最好、技术十分成熟，因此更具优势。
参考文献
中图分类号TQ536 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2012）80-0096-02
人类要生存，社会要发展就必须依靠能源，而煤能源在世界矿物能源储量中位居首位。我国的能源主要依靠煤能源，煤炭在能源结构中所占的比例为75%，它合理利用煤炭能源，充分体现了高效、洁净、经济的优点，这对煤化工的利用是一个重大突破。煤化工所牵涉到的范围很广，可以生产绝大部分的石油化工产品。在当前阶段，我国的油储存量开采不足和油品紧张的矛盾日益突出，在未来煤化工的发展也直接关系到我国经济的发展和能源战略的安全。本文在此从国产化和工程化的方面出发，对煤气化工艺技术的发展和合成气制乙烯以及甲醇、二甲醚等一些工业化和大型化途径进行了阐述。煤气化工艺技术是煤化工的重要技术，在此重点论述了煤气化技术的未来发展和应用开发等问题。
1 煤化工的三个工业化层次
在煤炭工业发展中，煤气化、化工原料和燃料的合成已经成了主要研究对象。在煤气化新技术的不断发展中，化工原料合成工艺也日趋成熟，当前阶段，将煤制合成气作为重要原料来生产多种化工产品和合成燃料已经形成，这也是煤化工工业的重大改革。
煤化工工艺根据它的步骤来划分，可以分为煤制合成气、合成气的加工和深度加工三个主要步骤。其中，煤化工的第一个层次是水煤浆或者干煤粉通过部分的氧化法生成了合成气。而醇类、烃类以及其他碳氧化合物的合成构成了合成气加工的工艺路线。它们不仅可以成为单独的工业产品，也可以作为加工的中间品。那么，甲醇下游产品如碳酸二甲酯、醋酸等，和烯烃的下游产品如聚乙烯、聚丙烯等所占的比例最多，它是化工行业的重要支柱。
2 煤气化的方法和技术
2.1煤气化的方法
在煤转化发展过程中，煤气化是最主要的一种技术。近年来煤气化技术的不断发展，所形成的气化方法也不尽相同，可以分成流化床气化、移动床气化、熔融床气化以及气流床气化这四种方法。其中，熔融床气化方法还在试用时期，而其他三种方法都已经工业化。
2.1.1流化床气化方法
这种方法是采用了不大于八厘米的颗粒煤作为原料，同时把气化剂作为流化介质，然后通过流化床的气体分布板从下由上通过床岩。流化床内气和固直接的返混和接触良好，它的传质和传热速率都很高，所以流化床的组成和温度都比较均衡。
2.1.2移动床气化方法
这种方法又叫固定床气化，这种方法需要逆向操作。一般可以分为常压和加压两种方法，常压法操作简单，但必须用块煤，不可以采用低灰熔点的煤。而加压法是在常压法的基础上进行改进和提高的，一般采用氧气和水蒸气作为气化剂，很大提高了煤种的适应能力。这种方法一般采用Lurgi加压气化法，所生产出来的煤气中的甲烷含量比较高。
2.1.3气流床气化方法
气流床是固体在燃料气化时，气化剂把煤粉带进气化炉进行并流气化。它的特点主要是气流隔开了各自的煤粒，燃料的粘结性不对气化过程产生影响。燃料在气流床气化炉的反应区做短时停留，燃料和气化剂快速反应。采用氧气和少许水作为气化剂，可以保持较高的反应温度。在气流床气化方法中，K-T炉法是最早被使用的。它一般在常温状态下操作，但出现了一些问题，后来又研究出了加压气化工艺-Shell和Prenflo方法。
2.2 煤气化的技术
如今已工业化的煤气化工艺有以下几种：Texaco水煤浆加压气化、Lurgi固定床加压气化、Dow水煤浆加压气化以及Shell粉煤气化。
2.2.1 Texaco水煤浆加压气化技术
Texaco水煤浆加压气化技术是将水煤浆作为原料，和工艺氧气在气化炉中进行部分的氧化反应，在气化压力和高温下，最后获得合成气CO和H2。这种工艺碳转化率和有效气成分很高，它安全性高，对煤种的适用范围广，有比较大的操作弹性，三废处理比较简单，有利于保护环境。
2.2.2 Lurgi固定床加压气化技术
这种气化法对煤质有比较高的要求，只能用块煤，粗煤气中甲烷的含量比较高，比较适合生产城市煤气，而且三废不容易处理。
2.2.3 Dow气化技术
这种气化技术工艺优良，有可能被用在化工生产方面。Dow气化炉可以分成两段，它具有以下一些优点：和Texaco互相比较，它的氧耗、煤耗以及吨氨能耗都比较低，气化条件比较温和，在二段炉可以采用一般的耐火砖，而且成本低，材料适应性广。运用这种水煤浆气化来生产甲醇和合成氨，或许是一种可行的方法。
2.2.4 Shell粉煤制气工艺
它是一种洁净的煤气化工艺技术，原料适应性强，这种工艺不仅适合联合发电，还可以将制取的合成气作为化工原料。它直接采用干粉煤进料，对于原料选择更广泛，成本低，煤种的转化和煤的消耗低。
2.2.5水煤浆化工的现状和技术开发
在煤化工中，采用水煤浆为原料，最难解决的问题就是怎样才能提高水煤浆的煤浓度，让浆体保持稳定状态。在工业配置中，水煤浆离气化炉比较短，中间贮槽的容积比较小，储存时间可以在几个小时到几天之内。提高浆体中的煤浓度可以采用对添加剂性能进行改善和增加第二种含碳固体的方法。这几年来，国家引进的水煤浆气化设备已经慢慢投产，虽然操作流程简便，但也存在一些缺点。干粉煤气化在我国的经验还不成熟，在国外主要是用来发电。
3 对煤气化未来的设想
总的来说，煤化工工艺还有一些缺点：例如运输困难、成本高、污染环境等。运输渠道都是通过轮船和铁路，运输量很大，成本很高，而且在生产过程中排出的废渣、废气等毒害物质，给水源、空气和土地带来了污染。化工装置在配置煤气化技术的时候，都是独立设置的。这种气化设置比较分散，根本无法解决运输量大，污染环境等问题，在21世纪的化学工业发展中已经不能适应形势的发展。在未来的煤气化发展中，可以考虑在煤矿的坑口，设置很多大型化的煤气化装置。另外，还可以在坑口旁边建立大型的煤化工综合性企业，从而提高煤化工产业的经济效益，让运输紧张状况得到缓解，也让城市周围工业区的环境污染得到改善，希望在不久将来这种设想能成为现实，成为将来煤化工发展的方向。
参考文献
[1]曹征彦.中国洁净煤技术[M].北京：中国物资出版社，2008.
前言
煤化工生产为连续化的大规模生产，工艺流程长、设备庞大、自动化程度高，需具有一定专业技能的操作工进行作业。从确保生产稳定、安全、高效、节能、环保等方面考虑，企业不允许实习学生动手操作。另外，煤化工生产装置投资费用高，近期不可能在学校建立真正的生产实训基地。由于以上原因，在真正的生产场所锻炼并提高学生的职业能力、操作技能、通用能力等是有一定难度的。
1.煤气化课程传统授课方式
1-煤气发生炉2-燃烧室3-洗气箱4-废热锅炉5-洗气塔6-料斗7-烟
如图1所示，采用传统教学方式，间歇式煤气化生产合成氨原料气-半水煤气工艺的介绍以煤气发生炉为核心，按照设备顺序逐一介绍各设备的结构、工作原理、作用及操作控制要点等，然后将整个工艺流程连贯起来介绍原辅材料的输入和产品的输出等过程。［1］
传统教学方式存在的主要问题是：学生读图能力较差，对设备结构及工作原理不了解；学生对原料来源、性质、状态及预处理过程不清楚，对产品的去向不清楚；大多数学生对工艺流程图的理解难度较大。针对上述问题，笔者尝试在煤气化生产工艺中采用情景教学法。
2.情景教学法的应用
情景教学法是教师根据课程内容所描绘的情景，设计形象鲜明的画面或动画、视频短片等，辅之以详细的解说，使学生仿佛置身其间，如临其境；师生在此情此景之中进行着的一种情景交融的教学活动。因此，情景教学法对培养学生的学习兴趣，启迪思维，开发智力等方面有独到之处。
采用情景教学法，一般来说，可以通过“感知―理解―深化”三个教学阶段来进行。
2.1 感知――创设画面，引入情境，形成表象。
如图2所示，首先介绍气化原料，即：焦炭、块煤、型煤等，并设置问题：三种不同原料各自的特征是什么？有何共同点？为什么国内现在多数氮肥企业采用型煤制气？［2］
多数学生不知道型煤是什么，怎样加工而成的。此时，可进一步引入一些图片或视频短片介绍型煤加工工艺，如图3所示。
接着介绍煤气化制合成氨原料气的气化剂：空气和水蒸气，以及气化剂的供给方式。
水蒸气自蒸汽总管来，空气则通过高压离心通风机输送，如图4所示。
将型煤加入煤气发生炉，然后交替通入空气和水蒸气进行气化反应，制造合成氨原料气-半水煤气，煤气发生炉结构示意图及工作原理如图5所示。
由于煤气化容易产生气-固夹带现象，影响后续工序的正常生产，因此多数氮肥企业在煤气发生炉出口增设了旋风分离器，以替代传统工艺流程中的燃烧室，如图6所示。
经气-固分离并回收煤气显热后，半水煤气进入洗气塔进行冷却、净化。
洗气塔一般采用填料吸收塔，为了让学生了解塔内的气液传质情况，此时播放一段填料塔气液吸收的视频录像，并提供填料塔结构图和物料进出口示意图，如图7所示。
半水煤气经除尘、回收热量、洗涤冷却后，送气柜储存，供下一工序使用，图8是气柜的外形图和工作原理图。
2.2 理解――深入情景，理解流程。
在介绍完煤气化工艺流程中的原料、产品及主要设备后，此时再引导学生结合课本上所学习到的知识，理论联系实际思考前面提到的相关问题，并逐一解决。
原料：采用型煤，可以将大量粉煤加工成型，原料适应范围更广，原料成本更低，企业经济效益更好。采用水蒸气和空气为气化剂，主要完成以下两个化学反应：
C(g)+O2(g)=CO2(g)-Q1
目的：提高炉温，蓄积热量，为制气作准备。
C(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+Q2
目的：大规模制气。
气体净化：半水煤气经旋风分离器除尘、水膜除尘并降温，为下一工序脱硫作准备。
能量回收：废热锅炉回收煤气显热，副产低压饱和蒸气并返回煤气发生炉作为气化剂，以降低制气成本。
产品输出：半水煤气送气柜储存供下一工序使用。
2.3 深化――再现情境。
煤气化生产合成氨原料气-半水煤气的过程，是一个典型化工产品的制造过程，主要包含以下两个单元过程。
①化学反应单元过程――煤气化过程。
②化工单元操作过程――流体输送（如空气及煤气的输送、洗涤水的输送）、传热（废热锅炉回收余热）、非均相物系的分离（旋风分离器气-固分离）、传质（洗气塔）等。
将上述单元过程设备按照情景教学法介绍的先后顺序，重新绘制工艺流程示意图如图9所示。
3.运用情景教学法的注意事项
设计情景是情景教学法的关键，情景设置，直接影响着情景教学法的教学实效。因此创设情景时应注意以下几点：
3.1有趣味性：通过图片、动画或视频短片等多种形式调动学生学习兴趣。
3.2有针对性：必须紧扣教材重点、难点。
3.3有诱发性：引导学生将画面与问题和书本理论联系起来，培养创造性思维。
3.4有代表性：是学生在学习中普遍关注却又不易弄懂的问题，能揭示学生的思维误区。
3.5有典型性：容易发现或捕捉到材料与理论之间的内在联系，具体材料能深刻、透彻、全面地说明理论。
1.采煤方法和工艺
采煤方法究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、 不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平。
（1）开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。以 提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过 程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是 使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤机械化的程度和水平。
（2）开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。
硬顶板控制技术，研究埋深浅、地压小的硬厚顶板控制技术，主要通过岩层定向水力压裂、倾斜深孔爆破等顶板快速处理技术，使直接顶能随采随冒，提高顶煤回收率，且基本 顶能按一定步距垮落，既有利于顶煤破碎，又保证工作面的安全生产。
硬厚顶煤控制技术，研究开发埋深浅、支承压力小条件硬厚顶煤的快速处理技术，包括高压注水压裂技术和顶煤深孔预爆破处理技术，使顶煤体能随采随冒，提高其回收率。
两硬条件下放顶煤开采快速推进技术，研究合适的综放开采回采工艺，优化工序，缩短放煤时间，提高工作面的推进度，实现高产高效。5～5.5m宽煤巷锚杆支护技术，通过宽煤巷锚 杆支护技术的研究开发和应用，有利于综采配套设备的大功率和重型化，有助于连续采煤机 的应用，促进工作面的高产高效。
（3）缓倾斜薄煤层长壁开采。主要研究开发：体积小、功率大、高可靠性的薄煤层采煤机 、刨煤机；研制适合刨煤机综采的液压支架；研究开发薄煤层工作面的总体配套技术和高效开采技术。
（4）缓倾斜厚煤层一次采全厚大采高长壁综采。应进一步加强完善支架结构及强度，加 强 支架防倒、防滑、防止顶梁焊缝开裂和四连杆变形、防止严重损坏千斤顶措施等的研究，提高支架的可靠性，缩小其与中厚煤层(采高3m左右)高产高效指标的差距。
（5）各种综采高产高效综采设备保障系统。要实现高产高效，就要提高开机率，对“支架 -围岩”系统、采运设备进行监控。今后研究的重点是：通过电液控制阀组操纵支架和改善 “支架-围岩”系统控制，进一步完善液压信息、支架位态、顶板状态、支护质量信息的自 动采集系统；乳化液泵站及液压系统运行状态的检测诊断；采煤机在线与离线相结合的“油 -磨屑”监测和温度、电信号的监测；带式输送机、刮板输送机全面状态监控。
2.深矿井开采技术
深矿井开采的关键技术是：煤层开采的矿压控制、冲击地压防治、瓦斯和热害治理及深井通风、井巷布置等；需要攻关研究的是：深井围岩状态和应力场及分布状态的特征；深井作业 场所工作环境的变化；深井巷道(特别是软岩巷道)快速掘进与支护技术与装备；深井冲击地 压防治技术与监测监控技术；深矿井高产高效开采有关配套技术；深矿井开采热害治理技术 与装备。
3.“三下”采煤技术
提高数值模拟计算和相似材料模拟等，深入研究开采上覆岩层运动和地表沉陷规律，研究满足地表、建筑物、地下水资源保护需要的合理的开采系统和优化参数，发展沉降控制理论和 关键技术，包括用地表废料向垮落法工作面采空区充填的系统；研究与应用各种充填技术和组合充填技术，村庄房屋加固改造重建技术，适于村庄保护的开采技术；研究近水体开采的 开采设计、工艺参数优化和装备，提出煤炭开采与煤矿城市和谐统一的开采沉陷控制、开采村庄下压煤、土地复垦和矿井水资源化等关键技术。
4.优化巷道布置，减少矸石排放的开采技术
改进、完善现有采煤方法和开采布置，以实现开采效益最大化为目标，研究开发煤矿地质 条件开采巷道布置及工艺技术评价体系专家系统，实现开采方法、开采布置与煤层地质条件 的最优匹配。
总结推广神华集团大柳塔矿、潞安漳村矿实行全煤巷布置单一煤层开采，矸石基本不运出地面，生产系统大大简化，分别实现无轨胶轮、单轨吊辅助运输一条龙，从井口直达工作面， 同时实现了综采与综掘同步发展，生产效率大幅提高的经验的同时，重点研究高产高效矿井开拓部署与巷道布置系统的优化，简化巷道布置，优化采区及工作面参数，研究单一煤层集 中开拓，集中准备、集中回采的关键技术，大幅度降低岩巷掘进率，多开煤巷，减少出矸率；研究矸石在井下直接处理、作为充填材料的技术，既是减少污染的一项有力措施，又简化 了生产系统，有利于高产高效集中化开采，应加紧研究。
5.小煤矿技术改造和机械化开采技术
实施国家关闭小煤矿，淘汰落后生产技术和生产设备，提高平均单井规模的技术政策，开发小型煤矿机械化、半机械化开采技术和装备，改进小煤矿的采煤方法和开采工艺，提高采煤 工作面的单产和工效；提高小煤矿的顶底板控制技术水平，最大限度地减少顶底板事故率。
6.煤炭地下气化技术
煤炭地下气化技术是将处于地下的煤炭进行有控制的燃烧，通过对煤的热化学作用而产生可燃气体的过程。煤炭地下气化技术属于一种特殊的采煤方法，它属国际首创。煤炭地下气化技术具有投资少、工期短、见效快、用人少、效率高、成本低 、效益好等优点，尤其适合我国煤矿地质条件复杂、劣质煤比例高、“三下”压煤严重的具体国情，具有广阔的推广应用前景。应继续研究完善“长通道、大断面、两阶段”和“矿井 式气化”两种典型煤炭地下气化工艺，进行较大规模的地下气化试验研究，摸索实现“两个控制、三个稳定”的技术途径，并实现连续、稳定生产探索应用的途径。
【参考文献】
[1] 魏同，张先尘，王玉浚.中国煤炭开发战略研究.山西科学技术出版社，1999.
我国及东南亚地区褐煤的蕴藏量丰富，近年来，这些年轻煤种的开采量不断增加。由于褐煤炭化程度低，水分高、发热量低、反应活性强、燃点低，传统热风干燥损失大，干燥效率低，产品不稳定[1]，因此褐煤很难适合远距离运输，通过新型的预干燥技术，在源头降低煤中的水分，可望实现褐煤的经济运输。因此进一步完善褐煤干燥脱水的技术性能，对满足煤炭产品市场的要求，具有十分重要的意义。本文采用空气干燥法对褐煤干燥工艺进行研究。
一、实验部分
1.主要仪器与设备
干燥箱：766-5型，上海阳光实验仪器厂。带有自动控温装置和鼓风机，并能保持温度在105～110℃范围内。管式炉，反应器等。
2.实验目的
通过实验找出降低特种煤全水分所需的最适宜、最经济的工艺条件。
3.实验内容
实验所需要的热空气温度，通过调节空气流速和管式炉温度来实现。通过实验，研究不同热空气温度、流量等操作条件对煤干燥性能的影响，确定最适宜、最经济的工艺条件降低特种煤的水分含量。
煤样的制备按GB/T474-1996[2]制备方法进行。
煤中全水分的测定按GB/T211-1996[3]方法进行。
二、结果与讨论
1.小流速下热空气温度对煤脱水性能的影响
在不同热空气温度下，当空气流速相同时，找出小流速下热空气温度对全水分测定的影响，从而确定不同热空气温度对煤脱水性能的影响。结果表明在0.4m3/h的空气流速下，随着热空气温度的升高，全水分降低百分点增加，温度越高干燥效果越好。
在0.4m3/h的空气流速下，通过控制干燥时间控制总的空气流量，找出不同流量对煤干燥性能的影响。实验得出在小流速下，达到同样的干燥效果，需要的干燥时间较长。根据实际情况，本实验拟采用通过增加流速的方法增大总的空气流量，进行下一步实验。
2.大流速下干燥时间对煤脱水性能的影响
2.1实验结果
表1 1.8m3/h流速下干燥时间对全水分降低的影响
2.2 讨论
在1.8m3/h的空气流速下，通过控制干燥时间控制总的空气流量，找出大流速下不同流量对煤脱水性能的影响。实验表明在相同的流速下，干燥时间越长，全水分降低百分点越大，干燥效果越好。在空气流速为1.8m3/h，干燥时间为12min的条件下，即可达到很好的干燥效果，达到工艺要求。
下一步通过控制干燥时间、空气流速，进行大流速下热空气温度的影响实验。
3.大流速下热空气温度对煤脱水性能的影响
3.1实验结果
表2 1.8m3/h流速下热空气温度对全水分降低的影响
3.2讨论
在不同热空气温度下，当空气流速较大时，找出热空气温度对全水分测定的影响，从而确定不同热空气温度对煤脱水性能的影响。结果表明并不是无限制的升高温度都起到很好的干燥作用，当温度达到180℃，同比之下脱水性能不太理想，考虑到经济性，应在较短的时间内，较低的温度下，寻求适宜的工艺条件。
4.验证实验
表3 1.8m3/h流速下，干燥时间为12min的实验结果
三、结论
在干燥时间为12min，空气流速为1.8m3/h，热空气总量360L的条件下，温度达到160℃时，全水分降低约12%，干燥效果最好，最经济。
参考文献
[1]黄爱民.煤炭干燥技术的新进展[J].选煤技术，2006，（S1）：43-45.
一、引言
我厂三回收系统于1987年建成投产，配套三焦4.3m焦炉，粗苯、硫铵等化产品回收工艺已于2005年停产拆除，仅保留鼓风冷凝系统继续运行。由于处理能力小，投产时间长，设备及工艺技术严重落后，部分设备如电捕、卧式焦油氨水分离器等检修频繁，安全管理工作难度大，运行成本高，在5#干熄焦配套工程回收系统投产后，我厂煤气鼓风机的输送能力有所提升，因此可以考虑将三回收系统的鼓冷工序停止运行，降低生产成本，并拆除系统设备，减少设备维护工作并优化岗位人员结构。
二、系统停产的可行性分析
将三鼓冷系统完全停止运行并拆除，主体思路是将焦炉煤气输送负荷重新分配。三焦荒煤气由一、五风机共同负责输送，二风机输送一部分五焦荒煤气，三系统焦油氨水由一或五回收系统进行处理。此外还需考虑循环氨水系统的供给及三焦焦油氨水如何处理等问题，因此需对各方面数据进行分析。
1.煤气负荷数据分析
停止三回收煤气风机的运行，前提条件是其他各系统的煤气风机的剩余输送能力必须大于三回收煤气风机的输送能力，对相关系统煤气风机数据进行分析，数据见表1。
三、工艺优化方案
1.煤气系统改造方案
2.循环氨水系统改造方案
对循环氨水及焦油氨水回水工艺的改造方案，可以由三个方案进行选择。
2.1自流式回水工艺
根据现有工艺情况，三焦循环氨水由一回收单独供给，焦油氨水回水接入一回收刮渣机，工艺连接方式如图1。相关数据分析如下：
2.1.1三焦2#炉吸煤气管最东端管中心标高1：11.751
2.1.2三焦3#炉吸煤气管最西端管中心标高2：11.586
2.1.3三冷凝吸煤气管三通处管中心标高3： 11.586-28×0.01515=11.162
2.1.4三焦1#炉吸煤气管最西端标高4：11.100
2.1.5一冷凝刮渣机滤筒减速机平台标高5：9.525
由于现有工艺条件限制，回水管坡度无法继续放大，此工艺方案的优点是改造后工艺与一冷凝现有系统设计工艺一致，无需增加大型设备，投资小，后期管理简单。缺点是安装施工难度大，对接时间较长，对接作业时可能会对焦炉设备产生不利影响，引发集气管拉裂等问题。回水管管道坡度小，回水流动加速度小，大块渣可能会堵塞管道。
2.2设置中间槽的回水工艺
在三冷凝气液分离器附近区域安装两个焦油氨水中间槽，设置焦油氨水中间泵，三焦焦油氨水回水用泵送至一系统、五系统共同处理，工艺连接方式如图2。
工艺优化后，在实际生产中有三个主要问题可能会对生产管理造成影响。
2.2.1循环氨水中间槽及中间泵容易堵焦油渣。由于循环氨水泵进口流体为自流式流动，一旦出现停电或者泵跳闸的情况，极易在泵进口管段凝结油渣，堵塞流体流动。
2.2.2循环氨水中间槽液位监控难度大。循环氨水中间槽的介质为混合物，密度变化大，因此远程液位计监控到的液位准确度差，而且介质中含焦油、焦油渣等易堵塞管道的介质，易影响远程液位计的准确监控。
2.2.3一、五刮渣机负荷增加后，除渣效果差。经改造后，一、五刮渣机的生产负荷均有所提升，且循环氨水中间泵送来的混合液流速快，使得槽内的渣难沉降，一、五系统的除渣效果可能会受影响。设计中采取以下方式予以避免：
2.2.3.1循环氨水中间泵扬程设计40m，减少介质出管余压，并采用变频调节，在确保流量足够的前提下降低管道压力。
2.2.3.2进口管从刮渣机顶部接入，设置变径，出口介质流向与刮渣机液面平行，避免刮渣机内溶液翻滚，如图3所示。
参考文献
[1]何建平、李辉，《炼焦化学产品回收技术》，冶金工业出版社，2008，第二版.
[2]肖瑞华，《炼焦化学产品生产技术问答》，冶金工业出版社，2007.1，第一版.
DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.04.190
0前言
高炉是钢铁冶金体系中最重要的工艺装置，它的工作过程是以消耗能量为主并释放CO2气体，我国本着可持续发展观的经济发展理念，以节省能量损耗减少气体排放的基础来研发各种新型技术，其中本文所论述的氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置就是最有效的解决办法之一。氧气高炉喷吹焦炉煤气工艺装置的优点在于克服燃料之间的消耗量，工艺流程简便，能够为社会经济带来效益，绿色、节能、环保，促使经济循环发展。
1、氧气高炉喷吹焦炉煤气
（1）焦炉煤气的成分。焦炉煤气作为高级气体燃料，它具有还原性，并且氢元素含量极高。氧气高炉喷吹焦炉煤气包含H2，CH4，CO，CmHn，N2。其中H2成分量占半数以上，其次是CH4和CO，CmHn和N2的成分较少，一般焦炉煤气的燃烧热量值不到20000KJ/Nm3。
（2）高炉喷吹焦炉煤气工艺。高炉喷吹焦炉煤气工艺流程如下，燃烧原料以气体形式进入压缩机装置后，经压缩机处理，把气体导入储气罐，其中一部分气体通过旁通回路返回到原焦炉气体进口处，被循环利用，二次回收具有环保高效作用；另一部分气体通过吹扫蒸汽和喷吹支管进入到高炉中，高炉开始工作。
（3）喷吹焦炉煤气的优点。首先该工艺可提供给高炉优质还原剂，CH4+1/2O2=2H2+CO，H2成分占据总成分3/4，其中H2还原速度较快，损耗能量少，能够增强高炉生产能力并提高焦炉工作进度；其次是还原产物环保，C和CO还原最终产物是CO2，而H2还原产物是H2O，可以减少CO2的排放量，社会意义显著；然后焦炉煤气的价值量高，对能量运用效率得到改善，燃烧原料煤气，其能量利用率一般不到1/2，价格比例按热值计算，每立方米在0.4左右；另外喷吹技术简洁方便，控制精确度较高，工作原理组成是通过加大气体压强，运送气体以及喷吹，其有效特征在于设备投资成本低，控制灵活，精确度强，能够实现单风口定量喷吹。
2、氧气喷吹焦炉煤气数学模型
（1）回旋区数学模型的开发。高炉回旋区是高炉重要加工区域，它在高炉冶炼中起重要地位，直接影响高炉下部煤气气流的流向及整个高炉内传导热量的过程。基于回旋区模型的假设，回旋区数学模型如下：开始焦炉煤气喷吹量输入鼓风参数（富氧率、鼓风量等）回旋区的质量和热平衡模型（函数条件）输出回旋区条件结束。其中风口回旋工作过程为：1）煤粉的反应2C+O2=2CO，C+O2=CO2；2）焦炉煤气的反应2CH4+O2=4H2+2CO；3）水煤气的反应H2O+C=CO+H2；4）CO2+C=2CO；5）焦炭的反应C+O2=CO2，2C+O2=2CO。最后风向循环区域内含有CO、H2、N2气体。
（2）高炉喷吹焦炉煤气数学计算。置换比计算条件按元素形式分析，置换比单位kg，热量为KJ。焦炭的热平衡分析，其焦炭中固定碳在焦炉内发生的反应方程为：，表示焦炉内对CO的反复使用率。如果按每单位煤炭来计量，根据公式，焦炭中定量碳含量在高炉中放出的热量值。高炉喷吹焦炉煤气的热量平衡分析的反应过程：，，。其中置换比的计算公式。如下焦炉煤气成分，H2-60.7%，CH4-26.63%，CO-6.67%，CO-22.23%，N2-3.77%。根據数据，焦炭的固定碳含量为85.23%，灰分含量为13.01%，假设炉顶煤气温度为200℃，查表得到各气体25～200℃的平均摩尔定压热容，各物质的热力学数据，根据公式可计算相互H2的利用率，按1m？焦炉煤气来计算，根据数学模型可得出焦炉煤气所形成的炉顶煤气各成分的体积，将参数值代入焦炭的置换比计算公式中得出RR=0.486kg/m？。
