谈煤的综合利用 [复制链接]

第7版()
专栏：科学知识

谈煤的综合利用
汪寅人
煤是一种储量极为丰富的地下资源，全世界煤的储量估计为二十万亿吨左右，每年总共开采数量约二十多亿吨，是世界上年产量最高的矿产物。从一个国家的煤炭开采数量及其加工利用方法上，便可看出这个国家的工业和科学技术水平。煤的宝贵不仅在于它的热能，更可贵的是煤本身就是高分子化合物，它蕴藏着直接或间接与各种工业和日常生活有关的多种原料。
煤的动力和化学的综合利用
煤的燃料—化学（或动力—工艺）综合利用就是把煤
中所有的能量和各种化学产品（有机物和无机物），在同
一工艺流程中加以回收和利用。例如将火力发电站所需燃
煤进行综合利用时，除发电外，可同时生产一系列的液体燃料、化学产品和煤气等，并可利用灰渣制造水泥等建筑材料和提取其它有价值的无机物质。像苏联三十万瓩设备容量的发电站，年耗长焰煤约二百三十万吨，采用综合利用工艺流程后，可得焦油八万多吨，年产煤气四亿立方米。每年从焦油中提取汽油五千吨，轻重柴油三至四万吨。电厂的烟灰和炉灰均可回收利用，从烟灰中可提取半导体原料锗及炭黑，炉灰可作建筑材料原料，细灰可制二百号电站水泥，用蒸汽吹炉渣可制造矿渣石棉等。一般来说，发电厂煤经综合利用后，可降低电能及其它生产成本三分之一至二分之一。
用热加工方法把煤转化成各种不同热值的可燃气体，可提高煤的使用价值，是有效的煤综合利用方法之一。特别是高压气化方法的建立，大大提高低级煤（泥煤、褐煤）和劣质煤（高灰分煤）的经济价值，使这些原在工业应用上受到限制的煤，可变成优质燃料和重要化工原料。
煤的完全气化法（即通过低温干馏再将半焦和焦油全部气化）和煤层地下气化，也都是综合利用较好的方式。前者可制造高热值煤气，后者可使不适于开采的煤层（薄的、高灰分的煤层）得到利用。地下气化所得煤气可作工业燃料和发电用，并可回收部分焦油和化学产品。此法已在我国某些矿区开始试验和获得初步成功，是有发展前途的煤炭——动力——化学综合利用的新方法。
煤作为冶金和化学原料的综合利用
煤的高温干馏（1000℃左右）是发展较早的煤加工工业，主要产品冶金焦炭是钢铁工业不可缺少的重要原料。因此对焦炭质量要求很严格，除必须含有高度碳素、很低灰分和极少硫、磷外，还必须质地坚硬、耐压耐磨和有较多气孔率。所以对原料煤的选择、机械加工（洗选、破碎）、配比以至加工过程的操作，也要求很严。
在煤质选择方面，首先要求具有良好结焦性，这是决定高温焦炭的结构、裂纹、强度以及气孔率和可燃性等主要因素，也就是煤在加热过程中转化成胶体状态时所反映的物理化学性质之一。其次必须采用适宜的选煤方法，降低煤中有害杂质（灰分、硫、磷等），相对的可提高原煤固有的结焦性，使炼成焦炭不致影响炼铁生产效率和钢铁质量。
在近代高温炼焦炉中，一般都采用配煤方法，目的在保证产品质量与符合技术经济指标。因此拟订配煤方案和炼焦操作规程时，除必须考虑焦炭质量能否满足使用要求外，还需要考虑如何能增产更多化学产品，达到综合利用的最好方式。
高温焦油和焦炉煤气都是高温干馏的副产品，经加工精制后可得到多种液体燃料及苯、酚、萘、蒽、吡啶、氨水等化学产品和高热值煤气。从氨水中可回收稀有元素锗，从煤气中可分离出大量氢（60％左右）和提取乙烯等合成工业原料气。这些化学产品都是制造肥料、农药、医药、炸药、染料、塑料、合成橡胶、合成纤维等的重要原料。
煤的炼油、炼焦和生产化学品的综合利用
用泥煤、褐煤或不粘、弱粘烟煤在外热式、内热式或内外并热式的干馏炉内，进行低温（550—650℃）干馏，可获得较大量低温焦油（约为高温焦油的2—3倍），强度较低但活性良好的半焦和含有大量甲烷的高热值煤气。低温干馏的液体产品、经加工精制后，可炼制成多种人造石油（汽油、煤油、柴油等）和石腊、润滑脂等有价值产品以及重要化工原料酚。用加氢方法，可使低温焦油转化成轻油以炼制航空用汽油、煤油等，比用煤直接加氢液化容易处理。
半焦是低温干馏固体产物，因干馏温度较低，尚未充分分解，故仍含有一定量的挥发物。燃烧性能良好，化学活性较高，是理想的气化原料。具有一定强度的半焦块可代替冶金焦在小高炉内使用，更适宜于作为民用无烟燃料。半焦粉除可制作成型燃料外，也可替代部分瘦煤作炼焦配煤，以增高冶金焦炭机械强度。
低温煤气产量较低，但热值很高，可供作工业或民用燃料，含有大量甲烷，可加工制取氢、乙炔、甲醇、甲醛、炭黑等重要化工原料。
特别是在采用流化干馏新技术后，扩大了弱粘结性高挥发分粉煤的利用范围，不仅可用以大量干馏以配合动力工业，而且在采用热压成型新炼焦方法后，更可使原来不适于炼焦用的烟煤，也能直接炼成冶金焦炭。这种分段炼焦新方法，将使低、高温二段干馏统一在一个工艺流程，是炼焦方法的一大革新，可扩大炼焦用煤来源，为煤综合利用开辟更加广阔途径。
在一定的温度（300°—500℃）和压力（200—700大气压）条件下，通过催化作用，对变质程度较浅的原料煤进行加氢，可直接制成人造石油。在加氢过程中，煤首先经过热溶阶段，溶体性质近乎石油裂化残留物，加氢后转变为中沸点油，后者在气相中加氢转化为轻质油。最终主要产品是高质量汽油以及酚、氨水等化工原料。
目前我国煤综合利用的情况
解放以来，我国对煤的合理和综合利用做了很多工作。各地产煤性质一般都有初步了解，煤质研究资料积累很多，进行了大量煤分类研究工作，并已制定统一的“中国煤分类（以炼焦用煤为主）方案”。一般加工技术，如高、低温干馏，加氢，气化合成等，都已建有工业基地和培养出很多技术力量。在大跃进和技术革命运动中，很多新创的简易干馏炉型，如堆式炉、方形炉、红旗炉、东风炉、萍乡炉等，已在各地普遍建立。一些近代的加工技术，如流化干馏、两段炼焦、加压气化、中压合成、地下气化等，都开始建立或已初步掌握。这些事实为普遍发展我国煤综合利用工业创造了十分有利的条件。
发展煤综合利用的主要途径
为了贯彻发展煤综合利用技术政策，用有效方法将煤进行加工，不直接燃烧，是合理利用的第一步。根据我国目前情况，民用燃煤数量占很大比重。用低温干馏方法，生产无烟燃料以供民用，便可得到初步加工，进一步生产人造石油和化工原料便可扩大利用范围。根据各地煤质情况，以各种简易干馏炉型和副产加工设备，发展地方性小型煤综合利用工业，可减轻运输负担，解决当地所需部分动力原料和化学肥料。这是我国目前应继续发展的方向，也是为将来提高综合利用技术的基础。
近代的大型煤综合利用工业，可使煤炭资源潜力得到更大发挥。由于水力和机械化采煤日益发展，粉煤产率亦愈将增多，因此粉煤加工处理将成为突出问题。用先进的流化技术或固体热载体方法，不仅可干馏大量粉煤，还可用热压焦方法制得冶金焦炭。这不但解决采煤和加工方法上的矛盾，更重要的可解决我国煤质不平衡问题，扩大炼焦用煤来源。加压气化和有机合成工业关系密切，需要迅速建立，以提高我国一般煤的使用价值。我国西南和东北等地区蕴藏大量优质褐煤，是综合利用的理想对象。建立以褐煤分段炼焦为主的综合利用工业基地，是发展当地煤炭、冶金、石油、化工、动力等工业的有利途径。
除以上值得注意的主要技术发展方向外，为探索更有效和合理的加工新方法，深入研究我国各地煤的组成结构和性质，是十分必要的基础工作。例如用氧化、氢化、水解等方法研究煤的组成，可以寻找新化学加工方法以生产更多化学产品。用物理或其它方法研究煤的结构，也可能解决加工过程中某些理论和技术问题，还可进一步验证各种煤的工艺特性，为阐明煤的干馏、成焦、气化等机理提供依据。