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1、矿物资源综合利用 comprehensive utilization of mineral resources,3 能源矿产的综合利用 3.1 油气资源的综合利用 3.2 煤炭资源的综合利用 3.3 水资源的综合利用,3.1 油气资源的综合利用,矿物资源综合利用 comprehensive utilization of mineral resources,3.1.1 石油资源的综合利用,（1）石油资源特点 石油是世界上最重要的动力燃料与化工原料。组成石油的化学元素主要是：碳（83%-87%)、氢（11%-14%)，其余为硫（0.06%-0.8%）、氮（0.02%-1.7%)、氧（0.08%-1
2、.82%）及微量金属元素（镍、钒、铁等)。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，约占95%-99%，含硫、 氧、氮的化合物对石油产品有害， 在石油加工中应尽量除去。,我国石油资源集中分布在渤海湾、松辽、塔里木、鄂尔多斯、准噶尔、珠江口、柴达木和东海陆架八大盆地，占全国的80；中国目前年消耗原油约4亿吨，其中进口占五成，超过1/3用于汽车燃料油。,（2）石油开发过程及综合利用从寻找石油到利用石油，大致要经过四个主要环节，即寻找、开采、输送和加工，这四个环节一般又分别称为:,石油勘探,油田开发,油气集输,石油炼制,（3）石油资源安全形势,1）原油油气产量的进口依存度超过50%，原油进口依存
3、度高居不下，资源矛盾日益突。以人均石油消费算，2008年中国人均年石油消费为283公斤，世界人均为587公斤，美国则达2.91吨，日本也有1.74吨。如果中国人均石油消费达到目前的世界平均水平，中国石油消费总量将达到6.6亿吨。 按照中国1.8-2.0亿吨的石油产量峰值，中国石油进口依存将达72%，而美国目前石油进口依存度也只有63%。,2)目前中国的原油进口尚未摆脱来源地过于集中，且多为政局不稳定地区的矛盾。石油进口源主要依赖于中东，达50%以上，另外来自非洲的进口源也占了很大比重。据中国海关统计数据显示，2009年中国共计进口原油2.038亿吨，同比增长14.08%.其中十大石油来源国分别
4、是：,1 沙特 (4195.3万吨) 2 安哥拉 (3217.2万吨) 3 伊朗 (2314.7万吨) 4 俄罗斯 (1530.4万吨) 5 苏丹 (1219.1万吨) 6 阿曼 (1163.8万吨) 7 伊拉克 (716.3万吨) 8 科威特 (707.6万吨) 9 利比亚 (634.4万吨) 10 哈萨克斯坦 (600.6万吨),3)中国石油运输线相对单一，进一步加剧了国家能源安全的风险中国在石油运输线方面过于依赖马六甲海峡。马六甲海峡堪称中国海上石油生命线。一旦这个海峡发生恐怖袭击，中国石油进口通道必然受到威胁我国油气管道运输经过50多年的发展，管道总里程已从1958年的0.02万公里增
5、加到2008年的近6万公里。但油气管道的建设速度与快速发展的原油进口量仍不匹配。,(4)中国石油安全措施中国石油的现状和预期说明，中国石油安全将日益脆弱，而且弱化速度比较快。发展多元化能源，建立石油供应方式多元化、运输方式多元化和石油战略储备，是中国石油安全必须面对的问题。中国应该遵循“开源节流”的原则，采取以下措施保证国家能源安全：一是减少石油消费，加强能源使用侧的管理。 二是寻找替代能源。三是收购海外石油资产及石油开发。四是加快原油管道的建设，使未来我国油气进口来源更加多元化。,石油伴生气亦称石油溶解气, 在地质条件下的高压岩层孔隙内赋存, 与原油共生共溶, 相互交混。原油被开采后, 由于
6、温度和压力的变化, 伴生气以气体形态与原油分离而单独析出成为气流。在常规条件下, 石油伴生气的主体是C1C5的诸多成分, 另外还有N2、H2、H2S以及CO2等。因其具有极为重要的能源价值和石化原料价值而受到重视。,全世界约有13.7万亿立方米的天然气探明储量, 其中约70%为石油伴生气, 因此, 对石油伴生气的利用具有极为重大的意义。据估算, 陕北地区每年排放到大气中的溶解气高达1500万立方米, 相当于45万吨的原油产量, 折合人民币13亿, 并且, 随着原油产量的增长, 这个数据还会增加。天然气资源集中分布在塔里木、四川、鄂尔多斯、东海陆架、柴达木、松辽、莺歌海、琼东南和渤海湾九大盆地，
7、占全国的80。,（2）伴生气综合利用目前, 对石油伴生气的利用途径主要为生产、生活燃料和作为化工原料。陕北延长油田2005 年原油产量838.24 万吨, 初步估算, 油田伴生气产量约为10000万m3 以上。其中仅永宁和西区两个采油厂开发利用了一部分伴生气。永宁双河集中站, 投资兴建了伴生气综合回收利用装置, 将回收的伴生气首先提取石油液化气, 再提取轻质油, 剩余的干气用于发电。年利用伴生气约为900万m3, 日产液化气3吨、轻质油2.5吨、干气12000m3, 发电约300万kwh。基本实现了伴生气的梯级利用和综合利用, 目前可以说是伴生气资源成功利用的典范。,3.1.3 其他油气伴生资
8、源的综合利用我国在陆上油田的勘探开发过程中, 陆续发现了一系列具有利用价值的油气伴生资源。在油气伴生资源的综合利用技术方面, 国内已具备一定基础, 并对一些伴生资源进行了综合利用的工业化试验。近期产业化的重点是: 结合资源特点, 利用油气伴生的高矿化度富钾卤水生产氯化钾和钾肥, 副产硼酸、溴素和碳酸锂等产品; 加快对油气伴生的铀资源加工利用。,3.2 煤碳资源的综合利用在中国的能源资源分布中，煤炭占73.4% ,水力占22.2% ,石油天然气占4.4%。中国的煤炭储量居世界第一位，根据我国煤多油少的特点，提高煤炭资源综合利用程度，大力发展煤化工对我国经济社会发展具有重要的战略意义。煤炭综合利用
9、包括两个方面的内容, 即煤转化和煤伴生矿物的利用。,3.2.1 煤转化 （1）煤气化煤气化可以生产洁净能源。煤气化工艺过程主要包括煤炭气化和煤气净化两部分, 粗煤气经净化脱除了粉尘和硫氧化物等, 可以根据需要生产工业或民用燃料气, 如合成天然气、IGCC 的气源以及供燃料电池的燃料。 IGCC（Integrated Gasification Combined Cycle）：整体煤气化联合循环发电系统，是将煤气化技术和高效的联合循环相结合的先进动力系统。它由两大部分组成，即煤的气化与净化部分和燃气-蒸汽联合循环发电部分。,IGCC示意图,1）生产氢气或合成气 目前氢气主要是由煤、天然气(CH4)
10、 以及石油(烃) 为原料和水蒸气在高温下气化、重整或烃类部分氧化转化生成。 煤气化可以生产合成气(CO+H2), 一碳化工过程就是指利用合成气合成液体燃料、烯烃、石蜡, 合成含氧化合物醇类、醋酸、醋酐、二甲醚、甲酸、甲酸甲酯等。,2）生产甲醇或二甲醚 目前我国甲醇生产能力与国外一样，处于快速扩张期。到2005年底，国内单塔30万吨以下的甲醇生产技术已经成熟，生产装置约200套，生产能力970万吨年。在建规模约757万吨/年，约占总数的83%。城市理想汽车用的清洁燃料-煤制二甲醚产品，现在约有50万吨年煤制二甲醚的生产能力，其中山东久泰化工科技公司现拥有能力达到20万吨年的生产线，是国内目前最大
11、的生产线。,（2）煤液化煤的液化是把“脏”的煤转化成既可高效洁净利用, 又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体烃类为主要产品的技术。通过煤炭液化, 不仅可以生产汽油、柴油、L PG(液化石油气)、喷气燃料, 还可以提取BTX (苯、甲苯、二甲苯) , 也可以生产制造乙烯的原料。,煤液化分为“煤的直接液化”和“煤的间接液化”两大类：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。煤的直接液化：是煤在适当的温度和压
12、力下, 催化加氢裂化(热解、溶剂萃取、非催化液化等) 生成液体烃类及少量气体烃, 脱除煤中氮、氧和硫等杂原子的深度转化过程。已开发了多种煤的直接液化工艺,可用于煤的洁净转化和定向转化技术的完善和提高。,3.2.2 煤伴生资源的综合利用 （1）石煤的综合利用石煤是一种低热值煤炭资源, 是在浅海环境下由藻类等低等生物形成的高变质的腐泥无烟煤, 不仅可利用其热能, 还因其伴生较丰富的V2O5,为其开发利用提供了物质基础。浙江石煤含碳量一般在20%以下, 发热量1.4kJ/kg10kJ/kg, 灰分和硫分分别在70%和3%以上。与石煤伴生的金属元素有镍、铝、钒、铜等,其中钒的含量较高,有的石煤矿点的V
13、2O5 品位超过5% 。,石煤主要赋存在我国东南沿海地区, 尤以浙江省居多。当地的许多科技工作者先后开发了燃用石煤的沸腾锅炉和石煤沸腾炉灰提钒新技术。石煤也可以作为生产水泥的燃料和原料, 石煤烧制水泥, 不仅节约能源, 而且不用粘土, 生产的水泥因含有利于烧成的硼、钒等元素不易粉化、强度高。,1）从石煤发电烟灰中提钒（多钒酸铵）,石煤中V2O5品位0.89%, 烟灰中V2O5品位1.13%, 水溶钒转化率7.1%, 水浸出率91.3%, 沉钒率97.7%, 红钒总回收率62.5%, 直收率59.2 %, 红钒含V2O596.3%,2）钠化焙烧-水浸直接提钒,石煤中V2O5 品位0.81%, 焙
14、烧转化率64%,回收率97%, 水浸出率91%,沉钒率97%, 碱溶回收率98%, 铵盐沉钒率97%,热解收率99%, V2O5总回收率51%(粉状), 精钒产品W(V2O5)98%,流程特点：工艺技术比较成熟,投 资少,上马快,设备简单,适合于因地制宜的 小规模生产等优点,但石煤用量大(提取1t V2O5约需300t石煤)、热能利用低、总回收率低,3）氧化焙烧-酸浸-萃取工艺,石煤V2O5 品位0.88%; V2O5 浸出率76.1%; 洗涤效率98.1%; 萃取率98.4%; 反萃取率99.4%; 沉钒率98.8%; 热解V2O5 收率98.0%; V2O5 总收率70.7%; 精钒产品纯
15、度99.24%; 吨钒石煤消耗量160.7t ;,（2）煤矸石的综合利用煤矸石是赋存于煤层顶底板或夹层中的岩石,它是多种矿岩无机物和少量可燃有机物组成的混合物。我国历年煤矸石的积存量已达40亿t。煤矸石可以直接用于矿井充填、露天矿回填、填海造地、筑路筑坝、复田造林等。制作建材如水泥、轻骨料、砖瓦、混凝土砌块等也可以大量使用煤矸石。煤矸石的热能可以采用沸腾床锅炉燃烧或气化得以利用, 但燃烧时产生的粉尘和SOx必须加以处理, 否则会造成二次污染。高铝煤矸石(Al2O3含量40%)可以用于制造聚合铝、耐火铝土等。,（3）粉煤灰的综合利用粉煤灰是火力发电厂的煤粉经过燃烧之后, 具有山灰活性的微细粉末。
16、我国自20 世纪50 年代起开展对粉煤灰的研究,已在许多领域大规模应用。根据利用量与技术水平,可将粉煤灰综合利用的项目分为以下3类 :1）高容量低技术利用,如粉煤灰回填、筑堤、灌浆等;2）中容量中等技术利用,主要是在建筑材料方面的利用,如用作水泥原料、混合材等;3）低容量高技术利用,主要指具有较高经济效益的高新技术,如金属与矿物的分选等。,粉煤灰的基本性质,粉煤灰的典型化学成分,（4）伴生矿物的回收与煤共(伴) 生的矿产资源种类繁多, 如高岭岩(土)、膨润土、硅藻土、高铝粘土、非晶质石墨、石灰岩、白云石、铁矿石、石膏、陶土等, 其中最具有开发价值的有: 高岭岩(探明储量超过16亿t)膨润土( 探明储量超过8亿t , 占全国探明储量的48.30% )硅藻土(探明储量超过10亿t, 约占全国探明储量的71% )高铝粘土(探明储量超过13亿t)非晶质石墨(探明储量约5000万t),
