1、煤炭天然氣二、常規能源 第二節 能源概述1、煤炭 掌握的知識點：（1）煤的形成；（2）煤的主要元素組成；（3）煤的煤質指標；（4）煤的分類；（5）我國的煤炭資源情況；（6）煤的利用途徑。煤是古代的植物體因為地殼運動而埋沒地下，在適宜的地質環境中經過漫長年代的演變而成的，含碳量一般為46%97%。煤是重要的燃料和化學工業原料。煤在地球上的儲量非常豐富。第二節 能源概述1、煤炭（1）煤的元素組成 煤是由有機物質和無機物質混合組成的。煤中有機物質主要由碳（C，82%93%）、氫（H，3.6%5%）、氧（O，1.3%10%）、氮（N，1%2%）四種元素構成，還有一些元素則組成煤中的無機物質，主要有硫（

2、S）、磷（P）以及稀有元素等 。 世界上所有的元素均可在煤中找到； 煤是黑色黃金。（2）煤的成因 煤是怎樣形成的？在地質歷史上，沼澤森林覆蓋了大片土地，包括菌類、蕨類、 灌木、喬木等植物。但在不同時代海平面常有變化.當水面升高時，植物因被淹而死亡。如果這些死亡的植物被沉積物覆蓋而不透氧氣，植物就不會完全分解，而是在地下形成有機地層。隨著海平面的升降，會產生多層有機地層。經過漫長的地質作用，在溫度增高、壓力變大的還原環境中，這一有機層最后會轉變為煤層。因埋深和埋藏時間的差異，形成的煤也不盡相同。煤炭是地球上蘊藏量最豐富，分布地域最廣的化石燃料。根據世界能源委員會的評估，世界煤炭可采資源量達4.8

3、4104億噸標準煤，占世界化石燃料可采資源量的66.8。在我國，煤炭資源主要分布在山西、陜西、內蒙古、黑龍江、遼寧、山東、新疆等幾個省區，著名的大型煤礦有大同煤礦、東勝煤礦、神府煤礦等。（3）中國煤炭資源 中國煤炭資源總體特點資源總量相對分布不均煤炭資源與地區的經濟發達程度呈逆向分布煤炭資源與水資源呈逆向分布煤種齊全，但不均衡優質動力煤豐富，優質無煙煤和優質煉焦用煤不多煤質較好含硫量小于1%的低硫煤約占65%煤層埋藏較深，適于露天開采的儲量很少，適于露天開采的中、高變質煤更少共伴生礦產種類多，資源豐富我國的煤炭資源分布中國煤炭資源和現有生產力呈逆向分布，造成了“北煤南運”和“西煤東調”的被動局

4、面。大量煤炭自北向南、由西到東長距離運輸，給煤炭生產和運輸造成了極大的壓力。我國適合露天開采的煤炭資源不多，煤炭生產以地下開采為主。我國的人均煤炭資源現狀中國煤炭資源總量雖然較多，但探明程度低，人均占有儲量較少，按1999年人均可采儲量對比，中國人均可采儲量僅為90.9噸，約為世界人均可采儲量的55%。3）我國的煤炭消費我國是世界上最大的煤炭消費國。 在我國煤炭消費中，煤炭的加工轉換（包括洗選、發電、供熱、煉焦、制氣及煤制品加工等）增長迅速，而煤炭終端消費增長緩慢。（4）煤質指標與煤分類 水分（外部水、內部水和化合水）灰分（煤完全燃燒后，其中礦物質的固體殘余物）揮發分（在隔絕空氣的條件下，將煤

5、加熱到850左右，從煤中有機物質分解出來的液體和氣體產物稱為揮發分）發熱量（單位質量煤完全燃燒時所放出的熱量） 1）煤的分類 煤的科學分類為煤炭的合理開發和利用提供了基礎，通常最簡單的分類方法是根據煤中干燥無灰基揮發分含量將煤分成褐煤、煙煤和無煙煤三大類 。褐煤煙煤無煙煤煤種干燥無灰基揮發分含量（%）LHV（ MJ/kg ）無煙煤92633煙煤9452033褐煤40661017煤的分類方法煤種干燥無灰基揮發分含量（%）LHV（ MJ/kg ）無煙煤9 20.9貧煤919 18.4低揮發分煙煤193016.3高揮發分煙煤304015.5褐煤4050 11.7我國動力煤的分類方法拓展-各煤種的用途

6、 無煙煤：是煤化程度最高的煤，含碳量90%以上。特點：揮發分低、比重大、硬度高、燃燒時煙少、火苗短、火力強。 無煙煤通常作民用和動力燃料；質量好的無煙煤可作氣化原料、高爐噴吹和燒結鐵礦石的燃料以及作鑄造燃料等；用優質無煙煤還可以制造碳化硅、碳粒砂、人造剛玉、人造石墨、電極、電石和炭素材料。 中國無煙煤需求行業煙煤：燃燒時火焰較長而有煙的煤，煤化程度較大的煤。外觀呈灰黑色至黑色，粉末從棕色到黑色。由有光澤的和無光澤的部分互相集合合成層狀，瀝青、油脂、玻璃、金屬、金剛等光澤均有，具明顯的條帶狀、凸鏡狀構造。該種煤含碳量為7590，不含游離的腐殖酸。大多數具有粘結性；發熱量較高。燃燒時火焰長而多煙。

7、多數能結焦。 根據揮發分含量、膠質層厚度或工藝性質，可分為長焰煤、氣煤、肥煤、焦煤、貧煤、瘦煤等。 用作煉焦、煉油、氣化、低溫干餾及化學工業等的原料，也可直接用作燃料。褐煤：又名柴煤，是煤化程度最低的礦產煤。一種介于泥炭與瀝青煤之間的棕黑色、無光澤的低級煤。由于它富含揮發份，所以易于燃燒并冒煙。剖面上可以清楚地看出原來木質的痕跡。含有可溶于堿液內的腐殖酸。含碳量6077。主要用于發電廠的燃料，也可作化工原料、催化劑載體、吸附劑、凈化污水和回收金屬等。代 號等級名稱技術要求Ad（%）SLA特低灰煤5LA低灰分煤5.0110LMA低中灰煤10.0120MA中灰分煤20.0130MHA中高灰煤30.

8、0140HA高灰分煤4050煤炭灰分等級劃分標準2）其他分類方式煤的揮發分分級標準技術要求低揮發分中揮發分中高揮發分高揮發分Vdaf（%）2020.012828.013737代 號等級名稱技術要求Qnet,ar（MJ/kg）LC低熱值煤8.512.5ML中低熱值煤12.5117MC中熱值煤17.0121MH中高熱值煤21.0124HC高熱值煤24.0127SH特高熱值煤27煤的發熱量等級劃分標準代 號等級名稱技術要求Std（%）SLS特低硫煤0.5LS低硫分煤0.511LMS低中硫煤1.011.5MS中硫分煤1.512MHS中高硫煤2.013HS高硫分煤3煤炭硫分等級劃分標準？$煤燃燒 ？氣化

9、液化（5）煤的利用方式煤可以做什么？化工焦炭煤炭的利用途徑根據煤炭的使用目的分為兩大主要用途：(1)動力煤，(2)煉焦煤。我國動力煤的主要用途有：1) 發電用煤：我國約1/3 以上的煤用來發電，目前平均發電耗煤為標準煤370g/(kWh)左右。電廠利用煤的熱值，把熱能轉變為電能。2) 蒸汽機車用煤：占動力用煤2%左右，蒸汽機車鍋爐平均耗煤指標為100kg/(萬噸km)左右。3) 建材用煤：約占動力用煤的l0%以上，以水泥用煤量最大，其次為玻璃、磚、瓦等。4) 一般工業鍋爐用煤：除熱電廠及大型供熱鍋爐外，一般企業及取暖用的工業鍋爐型號繁多，數量大且分散，用煤量約占動力煤的30%。5) 生活用煤：

10、生活用煤的數量也較大，約占燃料用煤的20%。6) 冶金用動力煤：冶金用動力煤主要為燒結和高爐噴吹用無煙煤，其用量不到動力用煤量的1%。 煉焦煤的主要用途是煉焦炭，焦炭由焦煤或混合煤高溫冶煉而成，一般1.3 噸左右的焦煤才能煉一噸焦炭。焦炭多用于煉鋼，是目前鋼鐵等行業的主要生產原料，被喻為鋼鐵工業的“基本食糧”。 （6）中國煤的利用方向提高價值潔凈利用高效利用煤系共伴生資源利用（7）煤炭加工技術煤炭洗選技術粉煤成型技術動力煤配煤技術水煤漿技術1）煤炭洗選技術常規的物理選煤可除去煤中60%的灰分和1/3到1/2的黃鐵礦硫(燃料時SOX的主要來源)。煤炭經洗選可大大提高燃燒效率，如電廠粉煤鍋爐燃燒原

11、煤的效率一般為28%左右，而燃洗精煤可達35%。（其他優點見P37）煤炭經過洗選可大大降低污染物的排放。選煤是潔凈煤技術的源頭技術。2）粉煤成型技術民用型煤工業型煤型煤技術的研究應著力于開發強度高、防水性好、適合于長途運輸的型煤及其配套工藝設備和粘結劑以及研制固硫工業型煤等技術上。3）動力煤配煤技術（P38）意義重大，主要表現在：提高熱效率節約煤炭；充分利用煤炭資源，做到物盡其用；可以利用劣質煤；有利于拓展煤炭資源，減輕環境污染。4）水煤漿技術石油產品供不應求，煤代油勢在必行便于儲運。水煤漿利用儲量豐富、價格低廉的煤炭作為主要原料，使用浮選精煤或水洗煤進行研磨加工、細化，再輔以27%35%的水

12、和約1%的化學添加劑，經過多道嚴密工序，層層篩除煤炭中不能充分燃燒的成份及產生污染的硫、灰等雜質，只將炭本質留下來，制出性能像油的水煤漿成品。水煤漿具有濃度高、流變性好、耐儲存等特點。它能象油一樣泵送、霧化燃燒，燃燼率能達到98%以上，只產生極少的灰渣。水煤漿用儲罐進行運輸和儲存，避免了運輸和儲存過程中的污染，并減少了儲存時的占地面積，無論儲存還是排放指標均能達到國家一類地區的環保要求。 （8）煤炭轉化技術煤炭轉化是指通過化學加工或熱加工的方法，將煤轉化成一系列氣體、液體和固體等化學產品的過程。煤炭的干餾技術煤炭氣化技術煤炭地下氣化煤炭的直接液化1）煤炭的干餾技術煤在隔絕空氣的條件下加熱，將產

13、生一系列的熱分解過程，得到氣態、液態和固體產物。干餾得到的固體產物：冶金焦炭從煤干餾得到的揮發分中可以回收煤焦油煤氣等產物。溫度高于950的過程稱為高溫干餾，如采用合適的煙煤干餾可得冶金焦炭。2）煤炭氣化技術煤炭的氣化是指將煤與氣化劑反應，使煤中的有機部分完全轉化為煤氣的過程。CO、H2、CH4碳的氧化反應C+O2=CO2393.8KJ/mol碳的部分氧化反應 2C+O2=2CO231.4kJ/mol二氧化碳的還原反應 C+CO2=2CO+162.4KJ/mol水蒸氣分解反應水蒸氣分解反應C+H2O(g)=CO+H2+131.5kJ/molC+2H2O(g)=CO2+2H2+90.0kJ/mo

14、l一氧化碳變換反應 CO+H2O(g)=CO2+H2-41.5kJ/mol碳的加氫反應 C+2H2=CH4-74.9kJ/mol甲烷化反應 CO+3H2=CH4+H2O-206.4kJ/mol甲烷化反應 2CO+2H2=CH2+CO2-247.4kJ/mol甲烷化反應 CO2+4H2=CH4+2H2O-165.4kJ/mol煤炭氣化技術應用領域：工業燃氣民用煤氣化工合成和燃料油合成原料氣冶金還原氣聯合循環發電燃氣燃料電池煤炭氣化制氫煤炭液化的氣源26氣化方法固定床流化床氣流床整體氣化聯合循環發電(IGCC)技術3）煤炭地下氣化把煤的開采和轉化結合起來，氣化后殘余灰渣仍滯留地下，減輕固體廢渣對環

15、境的污染，有利于提高煤炭資源回收率4）煤炭的直接液化煤直接加氫液化是采用高溫、高壓氫氣，在催化劑和溶劑作用下進行裂解、加氫等反應，將煤直接轉化為分子量較小的燃料油和化工原料。神華集團已經開始在內蒙古鄂爾多斯建設世界上第一條每天6000噸煤的商業液化生產線，最終每年可產油品500萬噸以上。5）煤炭的間接液化 煤的間接液化是將煤氣化得到的原料氣，在一定條件下（溫度壓力），經催化合成石油及其他化學產品的加工過程，又稱一氧化碳加氫法。 從2003年7月起，兗礦集團開始在下屬的魯南化工廠建立萬噸級中試裝置，該裝置從2004年4月開始出油，至今一直在平穩運行。 兗礦計劃設在新疆的煤制油廠采用兗礦研發的低溫費托合成煤間接液化技術，設計的年產量為108萬噸油品。6）燃料電池 燃料電池（Fuel Cell）是發展中的發電技術，它利用電化學過程，將燃料（氫氣）的化學能轉化為電能，它的發電原理與常規化學電源類似，因為沒有熱力學上的限制，能量轉換過程的熱效率很高，可以將存在燃料和氧化劑中的化學能高效（5070）、環境友好地轉化為電能，發電過程不產生污染物。 堿性（AFC）、質子交換膜（PEMFC）、磷酸（