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1、焦化煤气发电姓名：刘陈班级:08应化一班学号：08005037 摘要：中国是世界焦炭产量最大的国家，但每年在炼焦过程之中浪费了大量的焦化煤气，如果能够积极利用这一资源，每年可以节约数千万吨标准煤。焦化煤气发电是一种比较便捷的综合利用方式，本文主要研究相应的技术设备应用，以及应该采取的配套政策。 关键字：焦化煤气利用 煤气发电 热电联产 中国是全世界最大的焦炭生产国，每年估计有2亿吨左右的优质煤炭用于生产焦炭，仅山西一省的不完全统计，每年炼焦消耗煤炭就超过9,000万吨。尽管今年中国限制了焦炭出口，但全年预计出口总量仍然将超过1,300万吨，中国焦炭的出口量直接影响着世界市场。根据炼焦炉型和煤质
2、不同的条件，每吨原煤转化为焦炭时可以产生300400立方米，热值当量1,5004,500大卡/立方米的焦化煤气，全国每年在炼焦中伴生600800亿立方米的焦化煤气，粗略估算折合约250350亿立方米的天然气，超过西气东输工程的热值总量，相当3,0004,000万吨标准煤。 煤焦化又称煤炭高温干馏。以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。为保证焦炭质量，选择炼焦用煤的最基本要求是挥发分、粘结性和结焦性；绝大部分炼焦用煤必须经过洗选，以保证尽可能低的灰分、硫分和磷含量。选择炼焦作煤时，还必须注意煤在炼焦过程中的膨胀
3、压力。用低挥发分煤炼焦，由于其胶质体粘度大，容易产生实高膨胀压力，会对焦炉砌体造成损害，需要通过配煤炼焦来解决。产品和用途:煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油煤气和化学产品3类。（1）焦炭。炼焦最重要的产品，大多数国家的焦炭90%以上用于高炉炼铁，其次用于铸造与有色属冶炼工业，少量用于制取碳化钙、二硫化碳、元素磷等。在钢铁联合企业中，焦粉还用作烧结的燃料。焦炭也可作为制备水煤气的原料制取合成用的原料气。（2）煤焦油。焦化工业的重要产品，其产量约占装炉煤的3%4%，其组成极为复杂，多数情况下是由煤焦油工业专门进行分离、提纯后加以利用（3）煤气和化学产品。氨的回收率约占装炉煤的0.2%0.4%，常以硫
4、酸铵、磷酸铵或浓氨水等形式作为最终产品。粗苯回收率约占煤的1%左右。其中苯、甲苯、二甲苯都是有机合成工业的原料。硫及硫氰化合物的回收，不但为了经济效益，也是为了环境保护的需要。经过净化的煤气属中热值煤气，发热量为17500kj/Nm3左右，每吨煤约产炼焦煤气300400 m3，其质量约占装炉煤的16%20%，是钢铁联合企业中的重要气体燃料，其主要成分是氢和甲烷，可分离出供化学合成用的氢气和代替天然气的甲烷。焦炭的主要用途是炼铁，少量用作化工原料制造电石、电极等。煤焦油是黑色粘稠性的油状液体，其中含有苯、酚、萘、蒽、菲等重要化工原料，它们是医药、农药、炸药、染料等行业的原料，经适当处理可以一一加
5、以分离。对照图2-2和2-3(煤的结构模型)，煤焦油中所含环状有机物可以说是煤的“碎片”。此外还可以从煤焦油中分离出吡啶和喹啉，以及马达油和建筑和铺路用的沥青等。从煤焦油里分离鉴定的化合物已有400余种。从炼焦炉出来的气体，温度至少在700以上，其中除了含有可燃气体CO，H2，CH4之外，还有乙烯(C2H4)，苯(C6H6)，氨(NH3)等。在上述气体冷却的过程中氨气溶于水而成氨水，进而可加工成化肥；苯等芳烃化合物不溶于水而冷凝为煤焦油；乙烯等沸点高的气体，根据煤气的不同用途酌情处理。 在目前生产焦炭的工艺流程中，绝大多数的项目没有回收利用焦化煤气，不是采取火炬头排空燃烧，就是直接放散。不仅造
6、成了资源的严重浪费，对环境也产生的巨大污染。在山西、陕西和内蒙的一些产焦地区，大气污染已经达到了触目惊心、无法忍受的程度，空气中弥漫着呛人的烟雾和硫化氢的臭味，造成当地呼吸道疾病的蔓延，肺癌发病率持续走高，严重危害到当地人民群众的身体健康，对社会稳定和经济持续发展都构成了极大的威胁。 如何能够有效利用炼焦伴生煤气资源，对于中国的可持续发展是一个非常重要的课题，它不仅仅是治理环境污染，更主要的是节约资源，提高能源利用效率，解决目前的电力、煤炭供应紧张局面，维持国家社会和经济的持续发展。 中国煤炭资源按目前技术经济条件下开采，在生态环境容量所允许的范围内，达到有效供给的满负载开采能力的净有效量仅1
7、,037亿吨，只占探明储量一万亿吨的10。中国煤炭资源供给的基本态势是总量丰富，但有效供给能力明显不足。再加上人口因素，人均实际可利用的煤炭远远低于世界平均水平。2003年中国的煤炭生产能力达到16亿吨，超过2002年的14亿吨，根据预计2004年将超过17亿吨。根据预测，2020年中国需要煤炭约29亿吨，而煤炭工业联合会正在进行的规划研究中到2020年中国煤炭工业可能达到的最大产量为20.522.1吨，考虑环境制约因素和其他限制条件，专家预测中国产煤的最高峰值仅在25亿吨左右。按照现在的开采和利用方式，山西的煤炭只能维持40年，而有关专家认为中国全国的煤炭资源仅能维持60年左右。 一边是资源
8、的大量浪费挥霍和环境的急遽恶化，一边是资源供应的大限即将临至，如果我们把资源耗尽，到那时让我们的孩子们守着一片荒芜的国土将如何面对他们的未来？如果我们现在立即行动也许还能亡羊补牢，国务院发展研究中心已经建议国家将节约资源与环境保护和计划生育共同列入“基本国策”，国务院主持的国家中长期能源发展规划中也确立的“节能优先”的宗旨，要落实这一决策，有效回收利用焦化煤气是一项必不可少的工作。 焦化煤气的利用方向 焦化煤气的利用主要有两个方向：一个是化工原料；另一个是直接作为燃料燃烧发电与供热。用于化工的重要用途也是转换成为甲醇及二甲醚等石油代用燃料，甲醇可以作为发电燃料，但这样做经济上不合适，技术上也是
9、多此一举，所以甲醇的重要用途是交通根据代用燃料。甲醇汽油技术已经成熟，作为石油代替燃料已经开始起到积极的作用。对于甲醇燃料技术的研究和应用，各地政府及企业早在上世纪70年代就已经相继展开，山西省经过长时间的研究测定，将15%的甲醇掺入汽油中使用，不需要增加其他添加剂，也不必采取特殊的工艺技术，以及保护封闭，用不着改造发动机，对于汽车、动力性和环境都没有太大的负面影响。检测显示使用甲醇汽油的汽车，尾气常规排放中一氧化碳和碳化氢浓度平均降低23.2%和28.5%，达到欧洲号排放标准。 根据中国化工信息中心副总工张瑞同志和提供的资料，2003年，山西省在太原、阳泉、临汾、晋城四个市进行了甲醇汽油推广
10、试点工作，全省有48.26万辆车次使用了甲醇汽油，涉及近50种车型，累计消耗甲醇汽油12,192t。在此基础上，山西省政府前不久决定，2004年下半年在全省11个城市推广甲醇汽油，甲醇汽油的用量从2003年的1.2万t增至2004年的3万t。河南驻马店、漯河及黑龙江哈尔滨等地也有类似成功经验。 由于目前世界和国内油价持续居高不下，北京地区93#汽油市场零售价格达到每公升3.66元，为甲醇汽油大踏步进入市场创造了机遇，一些产煤大省和大型焦炭生产企业已经开始积极行动。中石化山西公司销售的M15甲醇汽油比销售国标93#汽油增加121元/t的经济效益。甲醇燃烧值5,426kcl/kg，汽油的燃烧值为1
11、1,000kcl/kg，热值比为1:2，按照热值等价计算法，两者价格比也应为1:2，如果目前车用汽油价格为4元/kg计，甲醇的价格可以达到2,000元/t，销售甲醇汽油的经济性是非常明显的，但是世界燃料油的价格是否会长时间维持在这一高价位还是一个不可预测的问题。 由于煤气转换石油代用燃料的投资比较大，存在一个规模效益问题，所以利用焦化煤气生产石油代用燃料对于大型炼焦企业比较合适，而中国在相当一段时间中焦炭生产占主导地位的还是中、小型炼焦企业，由于规模的限制采用转换石油代用燃料工艺的经济性未必合适。目前，全国出现大范围电力和煤炭供应紧张，焦化煤气更主要的利用方向中不可避免地要直接作为燃料利用，而
12、生产高品位的电能应该成为直接燃料的主导方向。 焦化煤气中的主要成分是氢气，占体积的4565，如果燃料电池技术能够成熟普及，煤气将是非常理想的氢燃料来源，但是根据目前的发展，燃料电池的普及，以及氢燃料体系的建立也许还需要1020年甚至更长的时间。因此，当前的利用方式还需要立足于现有的成熟技术上，主要是燃气轮机和燃气内燃机，以及正在快速发展普及之中的微型燃气轮机和最传统的蒸汽轮机发电。 焦化煤气中可燃的主要成分中有氢、一氧化碳和甲烷三种物质可以直接作为燃料利用，以内蒙西部地区某焦化厂和山西吕梁地区某焦化厂的焦化煤气成分为例：可以参加燃烧的气体成分比例高达8891，属于非常优质的气体燃料。利用这种优
13、质燃料的主要困难是过虑吸附焦化煤气中的一些不利物质，主要是粉尘、硫化氢、焦油、奈和水。 气体处理是这一资源利用的最大的问题之一，也是一个瓶颈性质的问题，很多动力设备是无法适应焦化煤气中的大量杂质及影响。特别是焦油和奈在高温下，可能在燃料供应管路内结垢，造成管路堵塞问题；水分子和硫化氢化合成为强腐蚀性的硫酸，损害机械设备；在粉尘中可能残存钾、钠或其他重金属，钾钠在高温下可以形成强腐蚀，造成动力系统热部件的损伤，而重金属在高温下可能附着在热部件表面，造成设备功率衰减；燃料中的尘埃会形成动力设备内部积灰积炭，影响设备效率和出力等等。所以，上述问题都需要采取必要措施和工艺加以控制。 我国焦化煤气后处理
14、工艺的研究和实践一直在进行，有多家研究机构、企业能够通过提供合理的工艺设计和设备技术集成，满足各种工艺纯度的处理要求。例如中国科学院山西煤化所，长期以来从事这方面的研究，在世界上处于比较领先的地位。目前，有关机构正在考虑设计生产一些模块化的处理单元，这些单元甚至具备移动性，可以根据需要和动力设备类型进行匹配组合，适应各种需要和变化。 由于焦化煤气的利用在中国还没有形成气候，市场的设备需求有限，所以还不可能形成批量化生产，所以产品价格也难以大幅度降低。而处理设备价格居高不下，也直接影响到利用焦化煤气的普及。 焦化煤气发电目前可以利用的设备主要是最传统的利用锅炉和蒸汽轮机的技术组合；以气体为燃料的
15、燃气内燃机；燃气轮机和微型燃气轮机四种技术选择。这四种技术选择各有优势和不足，用户可以根据项目实际操作情况和现场条件进行选择。 一、锅炉蒸汽轮机：这是一个非常传统的技术，也是大家比较熟悉的工艺方式。它是采用锅炉来直接燃烧焦化煤气，将煤气的热能通过锅炉内的管束把水转换为蒸汽，利用蒸汽推动蒸汽轮机再驱动发电机发电。系统的主要设备是燃气燃烧器、锅炉本体、化学水系统、给水系统、蒸汽轮机、冷凝器、冷却塔、发动机、变压器和控制系统，工艺流程比较复杂。优点是：对于燃料气体要求比较低，只要燃气燃烧器能够承受的气体，一般都可以适应，燃气只需要有限的压力， 因而燃气处理系统投资比较简单；但缺点是：工艺复杂，建设周
16、期比较长，难以再移动，必须消耗大量的水资源，占地比较多，管理人员也比较多，能源利用效率太低，通常不到20。这一技术过去是中国利用焦化煤气的主要技术方式，它可以与燃煤电厂结合，在燃煤锅炉中安装燃气燃烧器，将焦化厂的焦化气直接喷入锅炉燃烧，这种方式最大的优点是可以适应焦化厂间歇性生产的特性，有气少燃煤，无气多燃煤，不会影响电力供应的品质和能力。该技术最大的限制是水，中国水资源极度缺乏，特别是山西、陕西、内蒙等焦炭生产大省，连人畜饮水都有困难，消耗大量的水资源来保障焦化煤气的利用几乎是不可能的，所以要解决中国的焦化煤气资源综合利用，必须考虑其他更加可行的技术解决方案。 二、 燃气内燃机：世界上第一台内燃机就是以煤气为燃料的内燃机，1876年德国商人兼机械师奥托发明了人类第一台以煤气为燃料
