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1.煤炭为什么结焦,结焦多和煤炭的优劣有什么关系?
2.什么是焦化
3.煤干馏的煤干馏
煤炭为什么结焦,结焦多和煤炭的优劣有什么关系?
人们通常把开发煤炭的企业称作煤矿,把开出来的煤矿产品称为煤炭。我国古代曾称煤炭为石涅,或称石炭。它是植物遗体埋藏在地下经过漫长复杂的生物化学、地球化学和物理化学作用转化而成的一种固体可燃矿产。它不仅是工农业和人民生活不可缺少的主要燃料,而且还是冶金、化工、医药等部门的重要原料。据统计,在我国能源生产和消费构成中,煤炭一直居于主导地位,1995年,生产占75.5%,消费占75.0%。在国民经济中,工业、农业、交通运输的发展都离不开煤炭。随着近代科学技术的发展和新工艺、新方法的应用,煤炭的用途和综合利用价值将会越来越大。可以预计,在未来相当长的时期内,煤炭在我国国民经济中都将占有相当重要的地位。
一、矿物原料特点
(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。
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2.930368×107J/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 (GB3-65)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2.09312×107~2.51174×107J/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;从褐煤中可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。13年,在辽宁省沈阳市北陵附近新石器时代的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。18年秋和19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,德商有开权。”此后,英、俄、法、日相继攫得了类似的权利。据不完全统计,从1895~1912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1895~1936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,开方式完全是掠夺性的。从1931~1945年,日本共霸占我国大小煤矿200多处,掠夺煤炭4.2亿t,被其破坏的煤炭不计其数。
抗日战争时期,国民委员会直辖煤矿29处,还取资助经费等办法,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接管,大部分被国民党接管。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,国民逐步崩溃,直到1949年新中国诞生,这些煤矿才陆续回到人民手中,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。
建国伊?/div>
回答者:hzj121121 - 举人 四级 3-5 09:52
提问者对于答案的评价:
谢谢,让我收获很大~
什么是焦化
焦化 coking
一般指有机物质碳化变焦的过程。在煤的干馏中指高温干馏。在石油加工中指釜式焦化和延迟焦化。
[编辑本段]炼焦化学工业
炼焦化学工业是煤炭化学工业的一个重要部分,煤炭主要加工方法是高温炼焦(950---1050摄氏度)、中温炼焦、低温炼焦等三种方法。冶金行业一般用高温炼焦来获得焦炭和回收化学产品。产品焦炭可作高炉冶炼的燃料,也可用于铸造、有色金属冶炼、制造水煤气;可用于制造生产合成氨的发生炉煤气,也可用来制造电石,以获得有机合成工业的原料。在炼焦过程中产生的化学产品经过回收、加工提取焦油、氨、萘、硫化氢、粗苯等产品,并获得净焦炉煤气、煤焦油、粗苯精制加工和深度加工后,可以制取苯、甲苯、二甲苯、二硫化碳等,这些产品广泛用与化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业。净焦炉煤气可供民用和作为工业燃料。煤气中的氨可用来制造硫酸铵、浓氨水、无水氨等。炼焦化学工业的产品已达数百种,我国炼焦化学工业已能从焦炉煤气、焦油和粗苯中制取一百多种化学产品,这对我国的国民经济发展具有十分重要的意义。
中国是焦化产品生产、消费以及出口大国,焦化产品广泛用与化学工业、医药工业、耐火材料工业和国防工业,近年来焦化产业得到快速发展。山西省是中国第一产焦大省,2006年生产焦炭9200万吨,约占全国的三分之一,焦炭出口供应量约占全国总量的80%,多年以来,山西焦炭在国际贸易市场上的比重均超过50%。
[编辑本段]焦化厂的生产流程
焦化厂一般由备煤车间、炼焦车间、回收车间、焦油加工车间、苯加工车间、脱硫车间和废水处理车间组成。
根据焦炉本体和鼓冷系统流程图,从焦炉出来的荒煤气进入之前,已被大量冷凝成液体,同时,煤气中夹带的煤尘,焦粉也被捕集下来,煤气中的水溶性的成分也溶入氨水中。焦油、氨水以及粉尘和焦油渣一起流入机械化焦油氨水分离池。分离后氨水循环使用,焦油送去集中加工,焦油渣可回配到煤料中炼焦煤气进入初冷器被直接冷却或间接冷却至常温,此时,残留在煤气中的水分和焦油被进一步除去。出初冷器后的煤气经机械捕焦油使悬浮在煤气中的焦油雾通过机械的方法除去,然后进入鼓风机被升压至19600帕(2000毫米水柱)左右。为了不影响以后的煤气精制的操作,例如硫铵带色、脱硫液老化等,使煤气通过电捕焦油器除去残余的焦油雾。为了防止萘在温度低时从煤气中结晶析出,煤气进入脱硫塔前设洗萘塔用于洗油吸收萘。在脱硫塔内用脱硫剂吸收煤气中的硫化氢,与此同时,煤气中的氰化氢也被吸收了。煤气中的氨则在吸氨塔内被水或水溶液吸收产生液氨或硫铵。煤气经过吸氨塔时,由于硫酸吸收氨的反应是放热反应,煤气的温度升高,为不影响粗苯回收的操作,煤气经终冷塔降温后进入洗苯塔内,用洗油吸收煤气中的苯、甲苯、二甲苯以及环戊二烯等低沸点的炭化氢化合物和苯乙烯、萘古马隆等高沸点的物质,与次同时,有机硫化物也被除去了。
[编辑本段]延迟焦化工艺
延迟焦化与热裂化相似,只是在短时间内加热到焦化反应所需温度,控制原料在炉管中基本上不发生裂化反应,而延缓到专设的焦炭塔中进行裂化反应,“延迟焦化”也正是因此得名。延迟焦化装置主要由8个部分组成:(1)焦化部分,主要设备是加热炉和焦炭塔。有一炉两塔、两炉四塔,也有与其它装置直接联合的。(2)分馏部分,主要设备是分馏塔。(3)焦化气体回收和脱硫,主要设备是吸收解吸塔,稳定塔,再吸收塔等。(4)水力除焦部分。(5)焦炭的脱水和储运。(6)吹气放空系统。(7)蒸汽发生部分。(8)焦炭焙烧部分。国内选定炉出口温度为495~500℃,焦炭塔顶压力为0.15~0.2 Mpa。
延迟焦化原料可以是重油、渣油、甚至是沥青。延迟焦化产物分为气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭。对于国产渣油,其气体收率为7.0~10%,粗汽油收率为8.2~16.0%,柴油收率为22.0~28.66%,蜡油收率为23.0~33.0%,焦炭收率为15.0~24.6%,外甩油为1~3.0%。焦化汽油和焦化柴油是延迟焦化的主要产品,但其质量较差。焦化汽油的辛烷值很低,一般为51~64(MON),柴油的十六烷值较高,一般为50~58。但两种油品的烯烃含量高,硫、氮、氧等杂质含量高,安定性差,只能作半成品或中间产品,城经过精制处理后,才能作为汽油和柴油的调和组分。焦化蜡油由于含硫、氮化合物、胶质、残炭等含量高,是二次加工的劣质蜡油,目前通常掺炼到催化或加氢裂化作为原料。石油焦是延迟焦化过程的重要产品之一,根据质量不同可用做电极、冶金及燃料等。焦化气体经脱硫处理后可作为制氢原料或送燃料管网做燃料使用。
正是由于延迟焦化的上述优点,使得延迟焦化在我国得到了迅速的发展,这主要是因为:(1)延迟焦化是解决柴汽比供需矛盾的有效手段。这是由于我国原油普遍偏重,且含蜡量高,柴油的收率低,国内原油的柴油馏分收率比国外原油平均低5~7百分点。因此目前我国每年大约进口80×104t柴油,同时不得不出口30×104t汽油,以求国内供需平衡。其次是由于我国炼油企业二次加工均以催化裂化为主,柴汽比低(延迟焦化为1.94,催化裂化为0.56),因此发展延迟焦化是解决柴汽比供需矛盾,增产柴油的有效办法。(2)延迟焦化与加氢裂化相比,延迟焦化尽管存在轻质油产品安定性差、操作费用低(加工费约为加氢裂化操作费用的1/2~1/3),使其具有较强的竞争力。
由于延迟焦化具有投资少,操作费用低,转化深度高等优点,延迟焦化已发展成为渣油轻质化最主要的加工方法之一。因此,在目前我国资金紧张,轻油产品尤其是柴汽比供需矛盾突出的情况下,延迟焦化是解决这一矛盾的较理想的手段之一。
延迟焦化 delayed coking 石油裂化的一种方法。其主要目的是将高残碳的残油转化为轻质油。所用装置可进行循环操作,即将重油的焦化馏出油中较重的馏分作为循环油,且在装置中停留时间较长。可提高轻质油的收率和脱碳效率。有操作连续化、处理量大、灵活性强、脱碳效率高的优点。 延迟焦化是一种石油二次加工技术,是指以贫氢的重质油为原料,在高温(约500℃)进行深度的热裂化和缩合反应,生产气体、汽油、柴油、蜡油、和焦炭的技术。所谓延迟是指将焦化油(原料油和循环油)经过加热炉加热迅速升温至焦化反应温度,在反应炉管内不生焦,而进入焦炭塔再进行焦化反应,故有延迟作用,称为延迟焦化技术。 渣油先经加热进入焦炭塔后再进行焦化反应的过程。是一种半连续工艺过程。一般都是一炉(加热炉)二塔(焦化塔)或二炉四塔,加热炉连续进料,焦化塔轮换操作。它是目前世界渣油深度加工的主要方法之一。原料油(减压渣油或其他重质油如脱油沥青、澄清油甚至污油)经加热到495~505℃进入焦炭塔,待陆续装满(留一定的空间)后,改进入另一焦炭塔。热原料油在焦炭塔内进行焦化反应,生成的轻质产物从顶部出来进入分馏塔,分馏出石油气、汽油、柴油和重馏分油。重馏分油可以送去进一步加工(如作裂化原料)也可以全部或部分循环回原料油系统。残留在焦炭塔中的焦炭以钻头或水力除焦卸出。焦炭塔恢复空塔后再进热原料。该过程焦炭的收率随原料油残炭而变,石油气产量一般10%(质量)左右,其余因循环比不同而异,但柴/汽比大于1。
[编辑本段]延迟焦化工艺
延迟焦化与热裂化相似,只是在短时间内加热到焦化反应所需温度,控制原料在炉管中基本上不发生裂化反应,而延缓到专设的焦炭塔中进行裂化反应,“延迟焦化”也正是因此得名。延迟焦化装置主要由8个部分组成:(1)焦化部分,主要设备是加热炉和焦炭塔。有一炉两塔、两炉四塔,也有与其它装置直接联合的。(2)分馏部分,主要设备是分馏塔。(3)焦化气体回收和脱硫,主要设备是吸收解吸塔,稳定塔,再吸收塔等。(4)水力除焦部分。(5)焦炭的脱水和储运。(6)吹气放空系统。(7)蒸汽发生部分。(8)焦炭焙烧部分。国内选定炉出口温度为495~500℃,焦炭塔顶压力为0.15~0.2 Mpa。
延迟焦化原料可以是重油、渣油、甚至是沥青。延迟焦化产物分为气体、汽油、柴油、蜡油和焦炭。对于国产渣油,其气体收率为7.0~10%,粗汽油收率为8.2~16.0%,柴油收率为22.0~28.66%,蜡油收率为23.0~33.0%,焦炭收率为15.0~24.6%,外甩油为1~3.0%。焦化汽油和焦化柴油是延迟焦化的主要产品,但其质量较差。焦化汽油的辛烷值很低,一般为51~64(MON),柴油的十六烷值较高,一般为50~58。但两种油品的烯烃含量高,硫、氮、氧等杂质含量高,安定性差,只能作半成品或中间产品,经过精制处理后,才能作为汽油和柴油的调和组分。焦化蜡油由于硫、氮化合物、胶质、残炭等含量高,是二次加工的劣质蜡油,目前通常掺炼到催化或加氢裂化作为原料。石油焦是延迟焦化过程的重要产品之一,根据质量不同可用做电极、冶金及燃料等。焦化气体经脱硫处理后可作为制氢原料或送燃料管网做燃料使用。
正是由于延迟焦化的上述优点,使得延迟焦化在我国得到了迅速的发展,这主要是因为:(1)延迟焦化是解决柴汽比供需矛盾的有效手段。这是由于我国原油普遍偏重,且含蜡量高,柴油的收率低,国内原油的柴油馏分收率比国外原油平均低5~7百分点。因此目前我国每年大约进口80×104t柴油,同时不得不出口30×104t汽油,以求国内供需平衡。其次是由于我国炼油企业二次加工均以催化裂化为主,柴汽比低(延迟焦化为1.94,催化裂化为0.56),因此发展延迟焦化是解决柴汽比供需矛盾,增产柴油的有效办法。(2)延迟焦化与加氢裂化相比,延迟焦化尽管存在轻质油产品安定性差、操作费用低(加工费约为加氢裂化操作费用的1/2~1/3),使其具有较强的竞争力。
由于延迟焦化具有投资少,操作费用低,转化深度高等优点,延迟焦化已发展成为渣油轻质化最主要的加工方法之一。因此,在目前我国资金紧张,轻油产品尤其是柴汽比供需矛盾突出的情况下,延迟焦化是解决这一矛盾的较理想的手段之一。
在延迟焦化中一般需添加:消泡剂/抑焦剂/液收增加剂等化学品
煤干馏的煤干馏
干馏产品: 干馏产品 主要成分 用途 出炉煤气 焦炉气(管道煤气) 一氧化碳,氢气,甲烷,乙烯 气体燃料、化工燃料、化工原料 粗氨水 氨,铵盐 化肥、、染料、医药、农药、合成材料 粗苯 苯,甲苯,二甲苯 化肥、、染料、医药、农药、合成材料 煤焦油 苯,甲苯,二甲苯 化肥、、染料、医药、农药、合成材料 酚类,萘 染料、医药、农药、合成材料 沥青 筑路材料、制碳素电极 焦炭 碳 冶金、合成氨造气、电石、燃料 当煤料的温度高于100℃时,煤中的水分蒸发出;温度升高到200℃以上时,煤中结晶水释出;高达350℃以上时,粘结性煤开始软化,并进一步形成粘稠的胶质体(泥煤、褐煤等不发生此现象);至400~500℃大部分煤气和焦油析出,称一次热分解产物;在450~550℃,热分解继续进行,残留物逐渐变稠并固化形成半焦;高于550℃,半焦继续分解,析出余下的挥发物(主要成分是氢气),半焦失重同时进行收缩,形成裂纹;温度高于800℃,半焦体积缩小变硬形成多孔焦炭。当干馏在室式干馏炉内进行时,一次热分解产物与赤热焦炭及高温炉壁相接触,发生二次热分解,形成二次热分解产物(焦炉煤气和其他炼焦化学产品)。
煤干馏的产物是焦炭、煤焦油和煤气。
煤干馏产物的产率和组成取决于原料煤质、炉结构和加工条件(主要是温度和时间)。随着干馏终温的不同,煤干馏产品也不同。低温干馏固体产物为结构疏松的黑色半焦,煤气产率低,焦油产率高;高温干馏固体产物则为结构致密的银灰色焦炭,煤气产率高而焦油产率低。中温干馏产物的收率,则介于低温干馏和高温干馏之间。煤干馏过程中生成的煤气主要成分为氢气和甲烷,可作为燃料或化工原料。高温干馏主要用于生产冶金焦炭,所得的焦油为芳香烃、杂环化合物的混合物,是工业上获得芳香烃的重要来源;低温干馏煤焦油比高温焦油含有较多烷烃,是人造石油重要来源之一。 2008年中国的煤化工产业继续有序发展,煤化工产业发展政策逐步完善,煤基甲醇和煤基二甲醚的试点应用取得可喜进展,产能得到进一步释放,新型煤化工产品逐渐走向市场,并被市场接受。随着金融危机影响的加剧,中国煤化工产业面临成本压力,行业发展趋缓。由于国家政策总体上仍支持煤化工发展,节能减排已是大势所趋,故中国煤化工产业虽短期受困但前景仍十分可观。
新型煤化工以生产洁净能源和可替代石油化工的产品为主,如柴油、汽油、航空煤油、液化石油气、乙烯原料、聚丙烯原料、替代燃料(甲醇、二甲醚)等,它与能源、化工技术结合,可形成煤炭——能源化工一体化的新兴产业。煤炭能源化工产业将在中国能源的可持续利用中扮演重要的角色,是今后20年的重要发展方向,这对于中国减轻燃煤造成的环境污染、降低中国对进口石油的依赖均有着重大意义。可以说,煤化工行业在中国面临着新的市场需求和发展机遇。
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