能源矿产加工利用教学课件PPT.ppt

第二章 能源矿产加工利用,2.1 煤炭加工与综合利用2.2 石油加工与石化产品,2.1 煤炭加工与综合利用,一、煤的形成、分类与用途 二、选煤 三、煤炭脱硫与硫回收 四、煤矸石综合利用 五、煤炭深加工,一、煤的形成、分类与用途,（一）煤的形成煤是由古代的植物在湖泊、沼泽地带埋没在水底、泥沙中，经过漫长的地质年代和地壳运动，在隔绝空气的情况下，在细菌、高温、高压的作用下，经过生物、物理、化学作用，逐步演变而成的。成煤过程两个阶段：泥炭化阶段：植物变成腐泥和泥炭；煤化阶段（变质阶段）：从腐泥、泥炭转化成煤。根据煤的形成过程，煤可以分为：泥炭 褐煤 烟煤 无烟煤,（二）煤的组成和性质 1.组成煤是不均质的混合物。有机物，可以燃烧，所以也叫可燃体。C、H、O、N、S、P煤 无机物，通常不能燃烧，也叫灰分。硅酸盐、石英、FS2等,一、煤的形成、分类与用途,化学组成：煤的化学组成包括元素组成和工业分析。煤的元素组成：C、H、O、N、S、P；还含有少量的氟、氯、砷、硼、铅、汞等。一般说来，煤中有机物质的元素随着煤化程度而有规律地变化。煤化程度越高，碳的含量越高，而氢和氧的含量越低。工业分析：水分、灰份、挥发份和固定碳 水分指单位质量的煤中水的含量。分为内在水分与外在水分。灰分煤完全燃烧后残留物的产率。挥发分煤在与空气隔绝的容器中在一定高温下加热一定时间后，从煤中分解出来的液体（蒸汽状态）和气体减去水分后的产物。也就是煤在高温下能分解出的小分子的多少。固定碳煤在隔绝空气的条件下有机物质高温分解后剩下的残余物质减去其灰分后的产物。,一、煤的形成、分类与用途,（二）煤的组成和性质 2.性质：煤的性质分为物理性质、工艺性能和燃烧性能等。物理性质：煤岩组成、颜色、光泽、密度、硬度、导电性、粒度组成、泥化程度等。工艺性能：粘结性、发热量、化学活性、热稳定性、可磨性、成浆性等。燃烧性能：包括着火点、燃烧过程中的开裂、灰熔点等。,一、煤的形成、分类与用途,煤的组成分析,之 煤岩分析,粘土,均质V,均质V,充填结构V胞腔的粘土,煤的组成分析,之 煤岩分析,浸染镶嵌状粘土,充填结构V胞腔的粘土,煤的组成分析,之 煤岩分析,在显微镜下，可以看到煤中许多矿物的独特形状及颜色，并由此计量矿物的体积含量。如，闪亮的黄铁矿，规则的石英晶体、方解石等。煤岩分析最早起源于地质学的研究。近年来，被逐渐扩大应用到煤的破碎解离的可行性分析，超纯制备的可能性分析，以及炼焦时的配煤研究中。,之 煤岩分析,煤的组成分析,煤的粘结性：煤粒在隔绝空气的条件下加热到一定温度后，能够熔融、粘结成焦块的性能。（炼焦）发热量：每单位质量的煤在完全燃烧时所产生的热量，用MJ/kg表示。（燃烧）化学活性：煤在一定温度下与水蒸气、氧气等相互作用的反应能力，是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。热稳定性：煤在高温条件下保持原来块状的能力，它也是评价气化用煤和动力用煤的一项重要指标。可磨性、成浆性:确定煤被磨成粉状的难易程度和制成水煤浆的可能性。（制水煤浆）,不同煤化程度的煤炭特征,一、煤的形成、分类与用途,（三）煤的分类和用途 我国以煤化程度及煤的工艺性能为指标将煤炭分为以下几种：泥炭：民用及工业燃料，制煤气和化学产品，提取褐煤蜡和腐植酸；褐煤：民用及工业发电燃料，提取褐煤蜡和腐植酸；烟煤：长烟煤：民用及工业燃料；不粘煤：民用燃料，工业燃料、制煤气，炼焦配煤；弱粘煤：民用燃料，工业燃料、制煤气，炼焦配煤；气 煤：制煤气，炼焦，发电，燃料；肥 煤：炼焦或工业燃料；焦 煤：炼焦或工业燃料；瘦 煤：炼焦或工业燃料；贫 煤：民用或工业燃料；无烟煤：制气、电石、碳化硅、电极，高炉喷吹炼钢，民用燃料。,一、煤的形成、分类与用途,1.选煤的目的 除去煤中杂质，降低灰分，提高煤炭质量，适应用户要求；把煤炭分成不同质量、规格的产品，供应用户需要的产品，以便有效地、合理地利用煤炭，节约用煤；去除煤中矸石，减少无效运输；同时，为综合利用煤矸石创造条件；除煤中黄铁矿，减少燃煤对大气的污染；同时为回收硫提供条件。,二、选 煤,（一）选煤的目的及用户对煤炭质量要求的指标,2.用户对煤炭加工质量要求的指标 主要有：粒度、灰分、水分、硫分、挥发分等。粒 度：煤炭不同产品中，颗粒的大小及其范围不同 灰 分：煤中不可燃杂质的含量，Ad，Aad。水 分：煤中（不可燃）水的含量，Mad，Mt。硫 分：煤中硫元素的含量。挥发分：煤炭可燃体在隔绝空气加热时分解挥发物所占比例，Vdaf。发热量：单位质量煤炭完全燃烧所释放的热量。,二、选 煤,（一）选煤的目的及用户对煤炭质量要求的指标,破破碎分分级分分选脱脱水,（二）基本选煤工艺,二、选 煤,破破碎 分分级分分选脱脱水,二、选 煤,（二）基本选煤工艺,将大颗粒变成小颗粒；使矿物结合体解离,为后续作业作准备。,破破碎分分级 分分选脱脱水,二、选 煤,（二）基本选煤工艺,按粒径大小分离。筛分：通过筛孔实现粒群按粒径大小分离。水力分级、气力分级：按流体对颗粒作用力的差异分离。,（二）基本选煤工艺,二、选 煤,破破碎分分级分分选 脱脱水,使不同品质颗粒分离，获得不同产品。重选：按密度差异实现矿物粒群的分离。浮选：按表面性质差异实现矿物粒群的分离。其它分选方法：按其它差异实现矿物粒群的分离。如：手选：根据外形、色泽的差异对块状物料进行人工分选。拣选：用机械设备代替人工根据外形、色泽、密度的差异对块状物料进行人工分选。,破破碎分分级分分选脱脱水,二、选 煤,（二）基本选煤工艺,固液分离，脱除分选介质水。,破碎：将大颗粒变成小颗粒；使矿物结合体解离。分级：按粒径大小分离。筛分：通过筛孔实现粒群按粒径大小分离。水力分级、气力分级：按流体对颗粒作用力的差异分离。分选：使不同品质颗粒分离，获得不同产品。重选：按密度差异实现矿物粒群的分离。浮选：按表面性质差异实现矿物粒群的分离。其它分选方法：按其它差异实现矿物粒群的分离。如：手选：根据外形、色泽的差异对块状物料进行人工分选。拣选：用机械设备代替人工根据外形、色泽、密度的差异对块状物料进行人工分选。脱水：固液分离，脱除分选介质水。,二、选 煤,（二）基本选煤工艺,1.原理：煤和杂质（矸石）主要按密度差异进行分选的方法。在煤系矿物中，煤的密度小，石头（矸石）密度大。煤炭具有这种特性，即同一种煤炭，其灰分高，密度也高，灰分和密度呈近似正比例关系（密度组成）。将煤按照密度的高低分选就可以达到按灰分高低进行分选的目的。但是不同的煤炭，地质成因不同，密度与灰分的关系各不相同，分选工艺的选取取决于原煤固有特性可选性。因此，了解原煤的可选性十分重要。2.原煤的可选性煤炭的可选性，就是指重力选煤的实际效果达到理论指标的难易程度。原煤固有特性。研究煤炭的可选性的主要方法是浮沉试验。,二、选 煤,（三）选煤方法.重力分选与重力分选设备,用化学试剂配制成一定密度的重液，将煤放入重液中，密度小于该重液的颗粒就会上浮，密度大于该重液的颗粒就会下沉。如果配置密度由小到大的一系列重液，将煤样依次放入其中，就可以了解煤炭中各种密度颗粒的含量多少，也可以了解各种密度煤的灰分、硫分含量情况。0.5mm煤的浮沉一般采用氯化锌水溶液；0.5mm煤的浮沉一般采用四氯化碳、苯、三溴甲烷等有机溶液。常用浮沉液的密度有：1.3、1.4、1.5、1.6、1.7、1.8、2.0（kg/L）等。必要时可增加1.25、1.35、1.45、1.55等密度等级。,A.浮沉试验,A.浮沉试验,将所得煤样称重并进行灰分、硫分分析。,1.3,1.4,1.5,1.6,1.7,1.8,1.3,1.31.4,1.41.5,1.51.6,1.61.7,1.71.8,2.0,煤样,2.0,1.82.0,原煤的密度组成,可选性曲线,曲线浮物累积曲线 曲线基元灰分曲线 曲线沉物累积曲线 曲线密度曲线曲线含量曲线,B.0.1含量与可选性等级,在煤炭实际工业性分选过程中，不可能象浮沉试验那样精确，部分略高于介质密度的物料有可能进入轻产物中，而部分略低于介质密度的物料有可能进入重产物中。因此，临近分选密度的物料含量越多，产品混杂就越严重。传统的跳汰选煤通常对分选密度0.1kg/L的物料分选比较困难（混杂严重），固而，一般采用0.1含量来标定原煤的可选性。,各个国家对煤的可选性评价标准不完全一致，目前国际上广泛接受的评定标准是美国人勃特1928年提出的。勃特分选密度0.1含量法标准,B.0.1含量与可选性等级,3.常用重力选煤工艺跳汰选煤重介质选煤其它重力选煤方法摇床选煤螺旋选煤螺旋滚筒选煤空气重介选煤风力选煤,（三）选煤方法.重力分选与重力分选设备,二、选 煤,跳汰选煤是在垂直升降的变速流中按矿粒密度进行分选的过程。,A.跳汰选煤,（三）选煤方法重力分选与重力分选设备,A1 矿粒在跳汰时的分层过程,a分层前颗粒混杂堆积；b上升水流将床层托起；c颗粒在水流中沉降分层；d水流下降，床层密集，重矿物进入底层,A2 跳汰过程常用术语,跳汰机中水流运动的速度及方向是周期变化的，这样的水流称作脉动水流；脉动水每完成一次周期性变化所用的时间即为跳汰周期；在一个周期内表示水速随时间变化的关系曲线称作跳汰周期曲线；水流在跳汰室中上下运动的最大位移称为水流冲程；水流每分钟循环的次数称为冲次。,A3 跳汰周期,在跳汰选煤过程中，水流上升、下降一次称为一个跳汰周期。一个跳汰周期包括四个阶段：上升初期，水流加速上升时期：水流较快地将床层举起，为松散和分层创造条件。上升末期，水流减速上升时期：因水流速度减慢，颗粒上升速度明显减慢，部分重颗粒甚至开始下降，床层逐渐松散。下降初期，水流加速下降时期：水流与颗粒的速度差较小，接近干扰沉降，物料逐渐落到筛面上。下降末期，水流减速下降时期：小颗粒在水流作用下，部分穿过大颗粒间的缝隙吸啜作用。,A4 跳汰机,国内外使用的各种类型的跳汰机根据设备结构和水流运动方式不同大致可以分为以下几种：活塞跳汰机；隔膜跳汰机；空气脉动跳汰机；动筛跳汰机。,B.重介质选煤,基本原理：是阿基米德原理。当物体密度小于介质的密度时，物体上浮，反之，物体下沉。工业上使用的介质主要是磁铁粉水悬浮液（湿法）或磁铁粉空气悬浮体（干法空气重介）。,（三）选煤方法.重力分选与重力分选设备,B1 两产品重介质选煤工艺流程,入料,分选机,轻产物脱介筛,重产物脱介筛,分流,合格介质,稀介质,磁选,煤泥水,重产物,轻产物,B2,B3 LZX型斜轮重介质分选机结构图,B4 两产品末煤重介分选机,有压给料 无压给料,B5 三产品末煤重介分选机,扫选型（先出精煤）精选型（先出矸石）,C.摇 床 选 矿,（三）选煤方法.重力分选与重力分选设备,C1 摇床选煤,1.浮游分选原理2.常用浮选设备 机械搅拌式浮选机 旋流微泡浮选柱 3.浮选工艺与浮选药剂,（三）选煤方法.浮游选矿及浮选设备,1.浮游选矿原理,浮选是依据矿物表面润湿性的差异进行的。煤粒表面润湿性差，碰撞时粘附在气泡上，被气泡带至水面，形成矿化气泡。矸石表面润湿性好，碰撞时不与气泡附着，仍留在矿浆中。将泡沫和矿浆分别排出，即可得到精煤和尾煤。,（三）选煤方法.浮游选矿及浮选设备,A.浮游选矿原理示意图,2.常用浮选设备 机械搅拌式浮选机 旋流微泡浮选柱,（三）选煤方法.浮游选矿及浮选设备,B1 机械搅拌式浮选机,浮选机的基本功能：搅拌：使药剂与矿粒充分接触；向矿浆充气；气泡粉碎功能：增加气泡的比表面积；促使矿粒与气泡碰撞矿化；为矿化气泡提供稳定的上浮条件,B2 旋流微泡浮选柱,特点：无机械运转部件气泡颗粒细多段分选相结合高分选精度,3.浮选工艺与浮选药剂,（三）选煤方法.浮游选矿及浮选设备,（四）典型选煤工艺流程,A.动力煤分选流程,二、选 煤,B.炼焦煤分选流程,二、选 煤,（四）典型选煤工艺流程,1.煤中硫的形态2.煤的物理方法脱硫与选硫 3.煤炭化学脱硫 4.煤炭生物脱硫 5.煤炭脱硫过程的强化措施,三、煤炭脱硫与硫回收,1.煤中硫的形态,硫醇类RSH（SH叫做巯基）硫化物和硫醚类RSR 有机硫 含噻吩环的芳香体系 硫醌类 煤中的硫 二硫化合物 RSSR或硫蒽类 硫铁矿 FeS2 无机硫 硫酸盐 MSO4 单质硫 S全硫:St=有机硫So+硫铁矿硫Sp+硫酸盐硫Ss+单质硫Sei,三、煤炭脱硫与硫回收,2.煤的物理方法脱硫与选硫 A.煤中硫铁矿的嵌布状态与脱硫效果 煤中结核状或块状硫铁矿的脱除与回收 煤中粗粒嵌布的黄铁矿脱除技术 煤中细粒和微细粒嵌布黄铁矿的脱除方法 B.煤炭物理脱硫工艺 重选法脱硫 浮选法脱硫 选煤脱硫工艺流程 C.其它物理脱硫方法D.煤中黄铁矿硫的回收,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,A1 煤中结核状或块状硫铁矿的脱除与回收,在我国一些以硫铁矿为主的高硫煤层中（如开滦、邯郸、阳泉等矿区），通常能见到结核状或团块状硫铁矿单体颗粒。其真密度在3.5g/3以上。采用常规的重选法可以有效地脱除煤中+3的硫铁矿。南桐矿务局干坝子选煤厂+3跳汰脱硫率在40%以上。对此类高硫洗选矸石进一步采用重选法进行高密度分选，就可获得含硫率为35%左右的硫精砂，可供生产硫酸用，也可用作炼制硫磺的原料。,三、煤炭脱硫与硫回收,2.1 煤炭加工与综合利用,A2 煤中粗粒嵌布的黄铁矿脱除技术,大多数煤中黄铁矿的嵌布粒度都在30.1。部分黄铁矿在煤炭破碎时解离出单体，另有部分黄铁矿则在煤中形成细分散的杂合体堆。单体黄铁矿具有较高的密度，杂合体黄铁矿堆具有中间密度，因而，此类煤中中煤也具有较高的硫分。一般情况下，重力选矿方法对细粒级的分选精度较低。采用重选法脱硫的关键就在于如何降低有效分选下限（即提高细粒级分选效果）。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,A3 煤中细粒和微细粒嵌布黄铁矿的脱除方法,煤中嵌布粒度在0.2以下的细粒和微细粒黄铁矿主要采用浮选法脱除。在一定条件下也可以采用浮选高梯度磁选法联合脱硫。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,B1 重选法脱硫,与净煤相比，硫铁矿的密度较高，重选法是优选的煤炭脱硫方法。除少量结核外，煤中硫铁矿的嵌布粒度通常都在30.1。所以，提高细粒级的分选精度是重选脱硫的关键。末煤跳汰、摇床、螺旋溜槽等，由于对细粒级具有一定的分选效果，曾一度被用作煤炭脱硫的主要设备。重介旋流器选煤法是当今精度最高的末煤分选方法，也是最理想的末煤脱硫方法。中小直径的重介旋流器具有更为明显的脱硫效果。生产实践证明，只要工艺和设备设计合理，采用重介质旋流器可以有效地脱除0.1以上的硫铁矿。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,B2 浮选法脱硫,泡沫浮选法是目前唯一得到大规模工业化应用的煤泥（-0.5）分选方法。纯煤的接触角为6090，粘土、石英等纯矸石的接触角为010，而纯黄铁矿的接触角为30左右。所以，即使是纯的黄铁矿也具有一定的天然可浮性。选煤常用的捕收剂都能捕收黄铁矿。常规浮选脱硫效果一般在50%以下。浮选柱只能脱除最多49.38%53.13%的黄铁矿硫。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,B3 选煤脱硫与硫回收工艺流程,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,C.其它煤炭物理脱硫方法,油团聚脱硫法 在高剪切力不断搅拌的水煤浆中，添加非极性油使其润湿具有疏水性的煤粒，覆盖油的煤粒很容易互相粘附并形成球团，而亲水性的矿物颗粒则不受影响仍悬浮在水中，最后可用物理方法将球团与仍处于分散状态的亲水性颗粒分开。煤的磁选脱硫工艺 煤中有机质基本上都是逆磁性（抗磁性）的，而煤中的大部分矿物如粘土、黄铁矿、页岩等（含铁）矿物则为顺磁性的，可利用煤和矿物质磁性不同进行分选。煤炭静电干法脱硫 利用煤与矿物杂质导电性或介电性的差异进行的。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,煤炭静电干法脱硫原理,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,D.煤中黄铁矿硫的回收,其核心是提高FeS2的品位，关键是脱炭。为了进一步提高FeS2的品位，一般需要进一步细碎细磨解离。通常采用13mm粗选出沸腾煤（jig），再破碎到3mm用摇床逐步分选出FeS2。（由于摇床分选精度低，一般要用多段分选）精矿砂质量要求为：含硫品位不低于25%，水分小于5%，有毒元素砷小于0.02%，氟、铅、锌的含量小于0.05%。含碳量小于2%，最大不超过5%，煤系FeS2的有毒元素一般不超标，但含碳一般都超过2%，很少低于5%，最高可达9%。通常将煤系与FeS2非含碳的精矿砂掺合使用。参见脱硫与硫回收流程,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,3.煤炭化学脱硫 浸出浸出：溶剂选择性地溶解矿物原料中某种组分的工艺过程。根据原料性质，可预先进行焙烧而后浸出或直接进行浸出。按照浸出时的温度和压力条件，可将其分为：热压浸出脱硫和常压气体湿法脱硫。A.热压浸出脱硫 水热法（BHC法）用酸或碱。适用于各种硫的脱除。Meyers法适用脱除无机硫。用硫酸铁浸出黄铁矿。氧化脱硫法 煤在水溶液中利用氧气或空气在高温高压下进行氧化的脱硫方法。主要脱除硫铁矿和部分有机硫。B常压气体湿法脱硫 需要使用更强的氧化剂。根据所用氧化剂的不同，目前常压脱硫法有KVB法和氯化法两种。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,4.煤炭生物脱硫 煤的生物脱硫法是在极其温和的条件下（常压、小于100），利用微生物氧化还原降解反应，使煤中的硫得以脱除的一种方法。与化学脱硫相类似，煤炭生物脱硫的实质就是把煤中含硫化合物通过生物降解变成可溶性硫酸盐。微生物脱除黄铁矿硫和有机硫的方式完全不同，使用的微生物也不同。脱除黄铁矿分为两步：第一步，生成Fe3+和SO42-；第二步，生成Fe2+并将单质硫氧化为硫酸。脱除有机硫有两种方式：一种是破坏煤的碳结构，使含硫基团溶于水；另一种是置换含硫基团中的硫，并使其溶于水。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,5.煤炭脱硫过程的强化措施（1）微波强化脱硫 微波强化物理脱硫：通过微波有选择的加热加压作用，使含硫矿物从煤粒上解离下来，并降低黄铁矿表面的可浮性，可以提高浮选脱硫效果。通过微波处理，还可以提高黄铁矿的磁性，有利于磁选脱硫。微波强化化学脱硫：利用微波的选择性加热作用，可以有效地提高含硫矿物参与的化学反应速度，提高化学脱硫效果。（2）电化学调控脱硫 电化学调控强化浮选脱硫：近年来的研究表明，采用电化学调浆方法，可以改变黄铁矿的表面电位，抑制黄铁矿的可浮性，从而提高浮选脱硫效果。电化学处理强化煤的化学脱硫：该法借助煤在电解槽阳极区发生的电化学氧化反应，将煤中黄铁矿和有机硫化物氧化为可溶于水的硫化物而达到脱硫的目的。该法能在相当温和的条件下实现煤的脱硫脱灰。,2.1 煤炭加工与综合利用,三、煤炭脱硫与硫回收,1.煤矸石的分类 煤炭系统较多按矸石在煤炭生产过程中的来源分为:煤巷矸、岩巷矸、过火矸、手选矸和洗矸五类。煤巷矸：煤矿在煤巷掘进时排出的矸石。特点：量大，有一定的热值或含炭量。岩巷矸：煤矿在岩巷掘进时排出的矸石。特点：岩石种类杂，排量集中，热值（含炭量）低。过火矸：堆积在矸石山中经过自燃的矸石。特点：含炭量低，具有一定的活性。手选矸：在井口或选煤厂由人工从原煤中拣出的大块矸石。特点：这类矸石一般粒度较大，排量小，热值变化较大，有时还含有一些井下杂物和伴生矿产资源。洗 矸：由选煤厂经过机械选煤排出的矸石。特点：粒度均匀，含炭量较高但净煤较少，硫分高。,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,2.煤矸石中的主要矿物质及化学成分 煤矸石中的矿物质分为粘土类矿物和非粘土类矿物。粘土类矿物：高岭石Al4(Si4O10)8、蒙托石Al2(Si4O10)(OH)2nH2O、伊利石K2Al 2(Si,Al)4(OH)2nH2O等；非粘土类矿物：石英SiO 2、碳酸盐CaCO3或CaMg(CO3)2、硫铁矿FeS2、长石KAlSi3O8或NaAlSi3O8、石膏CaSO42H2O等。煤矸石中主要元素的大致含量范围,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,3.从煤矸石中直接回收有用矿物 目前煤矸石中可以直接回收的矿物质主要是煤和黄铁矿。随着流化床（沸腾炉）燃烧技术特别是循环流化床燃烧技术的普遍推广，回收和燃用矸石中的低热值煤已经成为煤矸石综合利用的重要途径之一。常用方法主要有：跳汰选、摇床选、水介旋流器选以及自生介质螺旋滚筒水介旋流器联合分选。,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,4.用煤矸石生产硅铝系合金 鉴于煤矸石中硅、铝、铁、钛含量较高，目前可用于生产硅铝铁合金和硅铝钛合金。用于生产硅铝铁合金的煤矸石，一般要求达到以下指标：Al2O3 35%55%，SiO2 20%35%，Fe2O3 15%30%。其冶炼原理是直接熔烧炭化还原。用于生产硅铝钛合金的煤矸石，一般要求达到以下指标：Al2O3 20%30%，SiO2 50%60%，TiO2 0.5%1.5%。其冶炼原理是用化学浸提方法先制成硅钛氧化铝，再与氧化铝混合电解制得硅铝钛合金。,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,5.用煤矸石生产化工产品 煤矸石作为化工原料，主要用于生产无机盐类化工产品。A.生产铝化合物 由于煤矸石中含有大量粘土类含铝矿物质，故可用于生产铝化合物。其主要产品有：氧化铝、氯化铝（无水氯化铝、结晶氯化铝、聚合氯化铝）、硫酸铝等。B.用煤矸石制水玻璃 水玻璃（Na2OnSiO2）又名泡花碱，是一种可溶性硅酸盐，由一种含不同比例的碱金属和二氧化硅的系统组成。工业上常用作分散剂，或作为生产白炭黑的原料。由煤矸石生产聚合氯化铝的尾渣（含有大量活性的SiO2），通过与氢氧化钠反应即可生产水玻璃。,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,氧化铝生产工艺流程与相关反应,无水氯化铝生产工艺流程与相关反应,结晶氯化铝生产工艺流程与相关反应,6.煤矸石制矸石砖 矸石砖可分为烧结砖和免烧结砖两大类。1）烧结砖：是以粘土、页岩、煤矿石、粉煤灰为主要原料，经过制备、成型、干燥和焙烧而成。并不是所有的矸石都能制砖。实践证明，泥质页岩和碳质页岩的矸石质地软，易于粉碎成型，是制矸石砖较为理想的原料。含碳酸盐和硫铁矿较高的矸石，分解CO2或SO2，产生崩解、开裂、变形，不宜制砖。2）免烧结砖：是以过火矸、风化矸为主要原料，添加少量胶结剂如水泥、石灰石膏和激活剂（盐类），经过破碎成型而生产出。,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,7.用煤矸石生产水泥及混凝土 煤矸石可作为原料和燃料生产水泥。煤矸石作为原料生产水泥，为水泥熟料提供酸性氧化物SiO2和Al2O3。粉碎后的矸石可以作为混凝土骨架填料，烧结渣亦可作为活性骨架填料。,四、煤矸石综合利用,2.1 煤炭加工与综合利用,8.用煤矸石生产农用肥料 矸石中含有大量C、N、P、K元素及植物生长必需的微量元素 1）矸石微生物肥料 煤矸石微生物肥料是利用微生物交变电场生物技术（简称MAB技术），实现对微生物的分离，培养和基因重组，从而获得特定性能的菌种，具有固氮、解钾、解磷能力。2）矸石有机复合肥 煤矸石中有机成分与过磷酸钙反应可以生成腐植酸，通过加腐植酸，可以提高土壤固氮能力。同时，煤矸石中含有植物生长所必须的B、Zn、Cu、Co、Mo、Mn等微量元素。因此，将煤矸石与过磷酸钙同时施于田间，可以增强土壤肥力，并可以使土壤疏松透气、改善土壤结构。,2.1 煤炭加工与综合利用,四、煤矸石综合利用,1煤炭干馏（焦化）2煤炭气化 3煤炭液化,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,1煤炭干馏焦化 所谓煤炭干馏是指煤在隔绝空气的条件下加热，使其热分解而产生气态（煤气）、液态（焦油）和固态（焦炭）等产物的过程。1）方法：煤炭干馏按最终温度不同可分为3种：500600为低温干馏 700900为中温干馏 9001100为高温干馏（焦化）,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,产品：低温干馏煤气（主要成分为甲烷、饱和烃和氢气）、一次焦油（主要成分为石蜡、烯烃、芳香烃、环烷烃、酚类和树脂等）、半焦。,产品：干馏煤气（城市煤气）、煤焦油、焦炭。,产品：焦炉煤气（主要成分为一氧化炭和氢气）、煤焦油、焦炭（冶金焦）。,1煤炭干馏（焦化）2）特性结焦特性煤炭在焦化过程中以及焦化产品质量方面的固有特性称为煤的结焦特性。煤的结焦特性包括粘结性和结焦性。粘结性：煤粒在隔绝空气的条件下加热到一定温度后，能够熔融、粘结成焦块的性能。（煤在干馏时，由于有机物的分解，软化、熔融而产生胶质体，经固化将炭粒结合在一起成为焦块的性质。）结焦性：指煤在炼焦过程中能炼成冶金焦的性质。粘结性好的煤结焦性不一定好，而结焦性好的煤必须有较好的粘结性。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,1煤炭干馏（焦化）3）影响结焦性的因素煤种：气煤小侧链多，在炼焦中产气量大，粘结性较弱，焦炭裂纹多、块度小、强度低。肥煤侧链长度适中，粘结性好，焦炭横裂纹较多，结焦性不如焦煤。焦煤的粘结性仅次于肥煤，是结焦性最好的煤种。瘦煤的大分子侧链少，粘结性差，焦炭裂纹少，块度大，但耐磨性差。干馏终温：煤炭干馏终温是干馏产物产率和组成的重要因素。一般来说，随着干馏终温的提高，煤焦油中酚类、烃类和中性氧化物含量降低，而沥青稀、羧酸、有机碱、及其它重质物含量提高。加热速度和供热条件：煤炭低温干馏的加热速度和供热条件对产物的产率和组成都有影响。快速加热可增加焦油产率，降低半焦和煤气产率。压力：对煤的低温干馏有影响，一般压力增大，焦油产率减少，半焦和气态产物产率增加。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,1煤炭干馏4）工艺环节煤炭干馏过程通常包括以下工艺环节：配煤与预处理焦化熄焦煤气的冷凝、冷却和输送粗苯的加工与精制煤焦油的加工与利用,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,1煤炭干馏5）新型焦化方法型焦所谓型焦就是利用非粘结性煤（无烟煤和贫煤），通过不同的工艺成型后，再进一步炭化制成的特定形状焦炭。型焦工艺可以扩大炼焦煤的煤源范围。以型焦代替冶金焦可以提高高炉的容积利用率。用低挥发分无烟煤炼制冶炼型焦，可以降低焦炭的灰分及有害物质含量，提高冶金产品质量。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,2煤炭气化1）煤气化基本原理原理：煤气化是指煤在一定的温度和压力下，通过加入气化剂而被转化为煤气的过程。煤气化过程：包括煤的热解、气化和燃烧。煤的热解是从固相变为气、固、液三相产物的过程；而煤的气化和燃烧包括两种类型反应：非均相气固反应。气相可能是最初的气化剂，也可能是气化或燃烧过程的产物，固相主要指煤中碳。均相的气相反应。反应物包括气化剂和反应产物。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,2煤炭气化2）煤汽化工艺分类（1）按煤料与气化剂的接触方式分为：固定床气化，也称为移动床气化。流化床气化。气流床气化。熔浴床气化（2）按向气化过程的供热方式分为：含氧气体鼓风气化。固体热载体供热气化。电加热气化。利用核能加热气化。（3）按气化剂种类不同分为：空气/蒸汽气化。富氧空气/蒸汽气化。氧气/蒸汽气化。氢气气化。（4）按气化炉内操作压力的高低分为：常压气化；加压气化。（5）按气化过程的排灰方式分为：固态排渣气化；液态排渣气化。（6）按是否加入催化剂可分为：催化气化；非催化气化。（7）按气化过程是否连续进行可分为：连续气化；间歇气化（8）为了与地下气化相区别可分为：地面气化；地下气化。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,2煤炭气化3）常用气化方法A.发生炉煤气 以空气（含氧气21%、氮气79%）为气化剂在煤气发生炉内进行，碳全部转化为一氧化炭，得到空气煤气。理想空气煤气的总反应可用下式表示：B.水煤气 水煤气是炙热的炭与水蒸气反应所生成的煤气。它由近乎相等的CO和H2构成，不含N2，发热值高，燃烧时火焰呈兰色。其主要生成反应为：,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,2煤炭气化3）常用气化方法 C.间歇气化 发生炉气化过程为放热反应，而水煤气生产过程为吸热反应。间歇气化法通过在反应过程中间歇通入空气和水蒸气的办法充分利用反应热，使水煤气生产过程在没有外加热源的条件下自动进行。煤炭间歇气化的生产过程可以表示为：,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,2煤炭气化4）气化反应干燥层：干馏层：还原层：氧化层：出口反应：,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,2煤炭气化5）煤气化技术的应用（1）工业燃气。工业燃气主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半产品。（2）民用煤气。民用煤气与直接燃煤相比，不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，因而具有良好的社会效益和环境效益。（3）化工合成燃料气。由于合成气化工和碳化学技术的发展，使得以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础。（4）冶金还原气。煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海绵铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨等金属氧化物也可用还原气来冶炼。（5）联合循环发电燃气。煤气化联合循环发电（简称IGCC）是近年来发展起来的一种先进、高效、洁净的煤发电技术。它是指煤在加压下气化，产生的煤气燃烧后驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化要求很高。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,3煤炭液化 煤的液化是把“脏”的煤转化成既可高效洁净利用，也便于运输的液体燃料或化工原料的技术，即用煤作原料以制取液态烃类为主要产品的技术。分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类。有人把煤的低温干馏称为“煤的部分液化”。1）煤的直接液化 煤的直接液化是煤在适当的温度和压力下，催化加氢裂化（热解、溶剂萃取、非催化液化等）成液体烃类，生成少量气体烃，脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的深度转化过程。典型工艺过程主要包括原料煤的破碎与干燥、煤浆制备、加氢液化、固夜分离、气体净化、液体产物分馏和精制以及液化残渣气化制取氢气等部分。主要产品优质汽油、喷气燃料油、柴油和芳烃以及碳素化工原料，并副产燃料气、液化石油气、硫磺和氨等。工艺热效率高达70%。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,3煤炭液化 2）煤的间接液化（1）基本原理：煤的间接液化是以煤基合成气（CO+H2）为原料，在一定的温度和压力下，定向地催化合成烃类燃料油和化工原料的工艺，包括煤炭气化制取合成气、气体净化与变换、催化合成烃类产品以及产品分离和改质加工等过程。（2）典型工艺：煤的间接液化的典型工艺是FT合成法，又称CO加氢法。FT合成法的反应主要是烷烃的合成反应和少量的烯烃合成反应，所用的催化剂有Co剂、Ni剂和Fe剂等。,2.1 煤炭加工与综合利用,五、煤炭深加工,第二章能源矿产加工利用2.2 石油加工与石化产品,一、石油与天然气二、石油中的烃类化合物三、石油中的非烃类化合物四、石油炼制工艺五、石油化工与石化产品,（一）石油 1.石油的重要性石油是工业的血液，石油化工是化学工业的主体。石油與戰爭石油與民生石油與國防石油與能源,2.2 石油 加工与石化产品,一、石油与天然气,2.石油的组成与性质石油（也称原油）是地表面之下天然的黄色至黑色的流动和半流动的粘稠液体。石油是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物，与煤一样属于化石燃料。常常以液态、气态或液气混合形态存在。是些复杂的烃类化合物，一般不宜直接使用。石油可以被加工成各种馏分，包括天然气、汽油、石脑油、煤油、柴油、润滑油、石蜡、沥青以及其它多种衍生产品。特定原油中的各种烃类组分的不同比例是决定其采用何种炼制方法的依据。,一、石油与天然气,2.2 石油 加工与石化产品,2.石油的组成与性质组成石油是以烃类为主要组分（约占95%99%），并与数量不等的硫（0.06%0.8%）、氧（0.08%1.82%）、氮（0.02%1.7%）等烃类衍生物构成的不均匀化合物，及微量金属元素（镍、钒、铁等）。石油中还可能含有不同数量的溶解气体和少量的金属化合物。石油的性质因产地而异，密度为0.8 1.0 克/厘米3，粘度范围很宽，凝固点差别很大（30-60C），沸点范围为常温到500C以上，可容于多种有机溶剂，不溶于水，但可与水形成乳状液。,2.2 石油 加工与石化产品,一、石油与天然气,2.天然气天然气是以甲烷为主要成分的天然的气态烃类混合物。天然气中通常还含有少量的氮、二氧化碳、硫化氢等非烃类气体。天然气包括油田伴生气和非油田伴生气两种。油田伴生气与石油伴生储存于多孔的地质构造中。非油田伴生气储藏于没有石油的气体构造中。,2.2 石油 加工与石化产品,一、石油与天然气,由美国石油学会（API）从标准石油（Ponca City）分离出来的主要烃类化合物来看，石油中的主要烃类化合物可以分为五类：正构（直链）烷烃、异构（支链）烷烃、烷基环戊烷类、烷基环己烷类和烷基苯类。,2.2 石油 加工与石化产品,二、石油中的烃类化合物,1.正构（直链）烷烃 石油中含有从C1到C33的所有正构烷烃 煤油中存在的大量的C10C14正构烷烃 柴油中存在的大量C14C18正够烷烃 都是很重要的烃类，能用于制取可生物降解的洗涤剂，也是生产单细胞蛋白的重要碳素来源。,2.2 石油 加工与石化产品,二、石油中的烃类化合物,2.异构烷烃和支链烷烃 异构烷烃是指在第二个碳原子上带有一个甲基的烷烃；支链烷烃是指在碳链更远的位置上有一烷基（通常是甲基）。石油中含有从C4到C33的异构烷烃和支链烷烃。石油中异构烷烃数量最为丰富；其次是3-甲基和4-甲基的单甲基化合物；二甲基和三甲基烷烃数量较少，主要存在于石油的较高沸点的馏分中。,2.2 石油 加工与石化产品,二、石油中的烃类化合物,3.环烷烃石油中含有多种环烷烃。其中多数具有甲基基团。在石油较低沸点馏分中含有大量的环戊烷和环己烷。多数环烷烃具有两个以上烃基。,2.2 石油 加工与石化产品,二、石油中的烃类化合物,4.芳烃芳烃是分子中至少含有一个苯环的化合物。含有一个苯环的芳烃称为单核芳烃；含有两个苯环的芳烃称为双核芳烃；含有三个以上苯环的芳烃称为多核芳烃。芳烃的辛烷值要比碳原子数相同的正构烷烃、支链烷烃和环烷烃的辛烷值要高得多。,二、石油中的烃类化合物,2.2 石油 加工与石化产品,三、石油中的非烃类化合物,2.2 石油 加工与石化产品,1.硫化物2.氮化合物3.含氧化合物4.金属化合物,1.硫化物2.氮化合物3.含氧化合物4.金属化合物,2.2 石油 加工与石化产品,三、石油中的非烃类化合物,原油中的硫化物种类和含量随原油的不同而不同。通常在原油中的含硫化合物主要有硫化氢和脂肪族的硫醇，在石油炼制过程中，还会生成芳香族硫醇、硫化物、二硫化物、多硫化物、噻吩及其同系物等。,三、石油中的非烃类化合物,2.2 石油 加工与石化产品,1.硫化物2.氮化合物3.含氧化合物4.金属化合物,原油中的含氮化合物常分为碱性含氮化合物和酸性含氮化合物，其中碱性含氮化合物有吡啶、喹啉、异喹啉、氮蒽等，酸性含氮化合物有吡咯、吲哚、咔唑、卟吩等。大部分原油中的氮化合物的含量都很低，（重量百分含量）通常小于0.1%。由于含氮化合物的热稳定性较好，在原油的分馏过程中，氮通常出现在高沸点的馏分油中，而在轻质物料中一般只有微量的氮。,三、石油中的非烃类化合物,2.2 石油 加工与石化产品,1.硫化物2.氮化合物3.含氧化合物4.金属化合物,石油中的含氧化合物较复杂，一般分为酸性化合物（如羧酸、酚、甲酚等）和少量非酸性化合物（如酯、酰胺、酮和苯并呋喃等）。由于大部分含氧化合物具有酸性，因而容易从原油及其馏分中分离出来。石油的总酸含量为0.03%3%。原油中主要酸性组分环烷酸是很重要的化工产品。,三、石油中的非烃类化合物,2.2 石油 加工与石化产品,1.硫化物2.氮化合物3.含氧化合物4.金属化合物,原油中的金属常以溶于水的盐类形式悬浮于石油中，或以有机金属化合物和金属皂的形式存在。铁是石油中常见的微量金属元素，一些原油还含有铝、钙、镁、镍、钒等。钙和镁的金属