时间：2022-02-16 03:13:18
关键词:焦炉煤气 净化脱硫 催化转化 催化剂 氢碳比
中图分类号:TQ53 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(a)-0119-01
1焦炉煤气
1.1 焦炉煤气的组成与杂质含量
一般焦炉煤气的主要成份为H2、CO、CH4、CO2等,各成份所占比例如表1所示。
同时也含有一些杂质如表2所示。
1.2 焦炉煤气的利用
焦炉煤气是极好的气体燃料,同时又是宝贵的化工原料气,焦炉煤气被净化后可以作为城市燃气来使用,从其成份上来看也是制造甲醇、合成氨、提取氢气的很好的原料。
2焦炉煤气制甲醇的基本工艺流程
如图1所示,为焦炉煤气制造甲醇最基本的工艺流程,净化与转化在整个焦炉煤气制甲醇流程中的关键技术。
3焦炉煤气的净化工艺
焦炉气的净化总的来说有三大步骤:(1)焦炉气经过捕捉、洗涤、脱酸蒸氨等化工过程,将有害的物质脱除到甲醇合成催化剂所要求的精度,进入焦炉气柜;(2)脱硫,分无机硫的脱除和有机硫的脱除,具体的方法根据系统选择工艺方案而改变;(3)焦炉煤气的深度净化,在精脱硫后再深度脱除氯离子和羰基金属,防止其对甲醇合成催化剂的毒害。
脱硫工艺技术方案:(1)几乎全部的无机硫和极少部分的有机硫能够在焦化厂化产湿法脱硫时脱掉;(2)绝大部分的有机硫的脱除采用的是干法脱除,具体的有分为4种:吸收法、水解法、热解法和加氢转化法,其中水解法和加氢转化法在国内外化工工艺上用的最为普遍。
4焦炉煤气的烷烃转化技术
目前具体的方法有:蒸汽转化工艺、纯氧非催化部分氧化转化工艺、纯氧催化部分氧化转化工艺。
4.1 蒸汽转化工艺
其原理类似于天然气制甲醇两段转化中的一段炉转化机理,不过考虑到焦炉煤气的甲烷含量只有天然气的1/4,所以在焦炉煤气制造甲烷的实际工艺选择中,该方法一般不被采用。
4.2 纯氧非催化部分氧化转化工艺
从理论上分析,该工艺具有以下几个优点:(1)该工艺能够生成的合成气比较接近于最佳氢碳比;(2)合成甲醇时循环气中含有的惰性气比例较小,便于节能减排;(3)该工艺在转化时没有催化剂要求,所以对原料气要求不是太严格,焦炉煤气转化前不需要进行深度脱硫净化;(4)非催化部分氧化转化工艺大大简化了脱硫净化过程,而且脱硫精度高,降低了原料气净化成本,转化过程中排放硫化物对环境的二次污染明显降低,是将来焦炉煤气净化与转化的发展方向。
但是由于技术上的问题,到目前为止尚没有非催化部分氧化转化工艺的商业化应用的先例,因此不采用纯氧非催化部分氧化转化工艺。
4.3 纯氧催化部分氧化转化工艺
降低转化温度,加入蒸汽参与烷烃转化,加入催化剂加快转化反应速度,这就是纯氧催化部分氧化转化技术。
如果原料气的总硫体积分数超标,可在催化部分氧化转化后接着串接氧化锌脱硫槽,使原料气从氧化锌脱硫槽中流过,促使合成气的总硫体积分数达标。与非催化部分氧化法相比,该转化工艺,燃料气和氧气的消耗不高,而且转化炉结构比较简单,造价相比而言较低,其规模化商业应用业绩显著,在目前焦炉煤气烷烃转化方案中应用最为广泛。
5合成气的氢碳比调整
如果新鲜合成气中氢碳比与理论值偏离较大,氢碳比过小时,容易发生副反应,同时催化剂易衰老;如果氢碳比过大时,单耗增加,这两种情况都需要调整。大量的实践和数据表明:新鲜合成气氢碳比调整在2.05～2.15之间最为理想,其合成效率高、原料的利用率最合理。从焦炉煤气各组分资源合理利用和成本角度考虑,通常采用补碳的方式来进行合成气的氢碳比调整的。具体实施时,有应该结合甲醇厂可利用的资源来选择“CO2补碳法”或“煤制气补碳法”。
6合成气中二氧化碳含量的确定
合成甲醇时,CO、CO2都与H2发生反应,所以,CO2也是有效原料气的一种。在合成甲醇过程中,适量的CO2能有效降低反应热,有助于保持铜系催化剂的高活性,催化剂的使用寿命被有效延长,同时还能够抑制副反应的发生,避免CO氧化为CO2,有效防止催化剂结碳;不过CO2的量如果过高,会降低甲醇产率。大量的理论研究和实践表明,控制合成气中CO2的体积分数在3%～6%之间甲醇产率的较高。
7甲醇合成与精馏工艺技术
7.1 甲醇合成工艺
根据合成压力,可以将甲醇的合成工艺分为高压、中压和低压法三种,焦炉煤气制甲醇合成技术全部为低压法。目前,国内外有多种低压法甲醇合成工艺,其原理大同小异,不同之处主要在于甲醇反应器的结构、反应热移走及回收利用方式、催化剂性能。
7.2 甲醇精馏工艺(粗甲醇精馏工艺流程)
甲醇精馏工艺如图2所示,粗甲醇的精馏采用由预精馏塔、加压精馏塔、常压精馏塔组成的三塔精馏系统。
关键词 煤制烯烃；石化工业；乙烯；下游产品；加工技术
中图分类号TQ53 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2014）106-0196-02
众所周知，丙烯和乙烯均是相当关键的有机化学工业原料，其中，乙烯工业更是评估一个国家石化工业发达程度的重要指标。近些年来，我国丙烯、乙烯工业取得了日新月异的发展，生产能力持续提高。然而，仍无法满足国内不断增长的市场需求，事实上，就当前来看，我国丙烯、乙烯的产生量仅占同期消费总量的一半多，与此同时，随着国际石油价格的与日俱增，采用石脑油裂解的办法生产出丙烯、乙烯的陈旧方式也面临着极大地挑战。目前，我国石油、天然气的资源总量稀缺，煤炭资源则比较丰富，丙烯、乙烯的生产能力暂无法达到使用需求的客观状况为煤制烯烃的发展提供了相对大的余地。在石油高价及日趋短缺的情形下，不失时机地加快煤制烯烃的发展，进而争取得到代替石油的化工原料，适当延展产业链，提升产品的综合附加值，对于维护我国能源安全有着深远意义。
1 煤制烯烃产业的发展现况简析
毋庸置疑，相较于石油资源，我国煤炭资源的总量更加庞大，1000m以内的煤炭储量达1万亿吨，占全球总储量的三分之一强，可开采总量超过1800亿吨。异常丰富的煤炭储量为我国煤化工的持续发展提供了扎实的原料来源，煤制烯烃产业势必成为能源规划的关键性方向，同时也是石化工业取得振兴的关键所在。现如今，我国正不断探索以煤制烯烃为中心环节的煤化工发展道路，取得了事半功倍的效果。国内众所科研院所均将煤制烯烃的研究纳入重点课题。经过多年扎实攻关，并汲取和借鉴国际上现有的MTO工艺，我国成功研发出新一代煤制烯烃的工艺路线，相较于传统工艺技术，其转化CO的成功率已达95%，节省50%～75%的运行与投入成本。
现如今，我国正在传统煤制烯烃工艺技术的前提下继续开发新一代甲醇制取煤制烯烃新技术，经由技术性能的日臻完善和优化，甲醇制取烯烃工艺技术得到了再次创新的机会。全新一代工艺技术每吨的烯烃产品耗费甲醇原料量同比下降了15%以上，凸显成本性和经济性。
另外，在煤制丙烯技术方面，我国也取得了相应的突破，截至目前，我国已研制成功世界领先的并具有自主知识产权的新一代MTP技术，国际首套流化床工业试验装置成功启动，其转换甲醇的概率高达99.9%，丙烯的选择性已突破67%。煤制烯烃科研示范项目的顺利完成，均表明我国已具备了相当成熟的煤制烯烃工业化技术，并且开启了国际高碳能源低碳化途径发展的新纪元，必定为煤制烯烃产业的跨越式发展奠定雄厚的基础。
2 煤制烯烃的工艺路线及产品特征
2.1煤制烯烃的工艺路线
以煤炭资源为原料并经甲醇制取低碳烯烃的工艺生产流程主要包含：原料煤同源自于空分单元的纯氧在仪器中会产生化学反应，进而生成粗合成气，一部分的粗合成气会经由CO转变后和尚未变换过的粗合成气进行混合，直入气体的净化单元。除去粗合成气内的一氧化碳和硫化氢等气体，紧接着再进入甲醇的合成单元产生甲醇，甲醇会在甲醇制烯烃设备中完成转换反应，顺利产生含有低碳烯烃成分的混合气体，经过多级别压缩后直入轻烯烃的回收单元中产生丙烯、乙烯，同时，随机产出混合的C5+和C4等产品。
2.2煤制烯烃的产品特征
相较于石脑油裂解产生烯烃的裂解气，甲醇制取低碳烯烃的产品气具备如下特征：甲烷和氢气的含量均低于10%，这样便能加速分隔乙烯；丙烯、乙烯的含量较高，通常甲醇制烯烃产品中的丙烯、乙烯含量均在70%以上；所含炔烃量相对较少；混合的C4+不包含丁二烯和甲苯等芳烃；不包含硫化氢；所生成的物质中包含较少的二甲醚和甲醇等含氧化合物。
依照上面煤制烯烃的产品特征，需选用恰当的产品气分离工艺技术，以制取得到聚合级别的丙烯、乙烯以及C5、C4等不同产品，为下游产品的后续加工供应充足的原料资源。
3 煤制烯烃下游产品的加工技术举例
3.1丙烯的加工技术要点
丙烯是国际消费量位居于乙烯之后的一类关键的基础性化工原料，2011年，我国丙烯生产能力突破1350万吨，而当年丙烯的消费量则达到1900万吨，并且截止现在，丙烯的产量及消费量仍呈现逐年递增的态势。丙烯在化学工业上的主要用途在于生产丙烯酸、异丙苯和丙烯腈等多种有机原料。依照煤制烯烃合成气及项目产品丰富的特征，应当重点顾虑到借助于丙烯制造异丙醇、聚丙烯及丁辛醇等产品。
以聚丙烯为例，截止到2012年底，聚丙烯已成为消费量仅次于聚乙烯的应用最为普遍的一类树脂，在吹膜、喷丝、涂覆等方面均有较高的应用价值，2010年，全球聚丙烯的产量已突破5200万吨，相应地，我国聚丙烯的产量及消费量也在逐年增长。聚丙烯的加工工艺有本体法、淤浆法和气相法等，淤浆法已被逐渐停用，目前占据优势地位的是本体法和气相法，比较有代表性的气相法工艺有Novolen工艺等，该工艺借由两个串联或并联的搅拌釜反应器，反应温度高达70℃～85℃，压强在2.1 MPa～3.1MPa，可产出无规共聚、均聚产品，工艺特征是能用共聚反应器制造均聚物。
3.2 混合C4的加工技术
甲醇制烯烃的整个过程中会附加产生接近5.5%的混合C4，与用石脑油裂解的办法制取乙烯不同，该混合C4不包含丁二烯，所含异丁烯的总量十分低，主要组成成分为丁烯-2、丁烯-1，经由加工将其转化成丙烯、乙烯或者另外具有高附加值的产品，进而削减煤制烯烃项目的成本。当前用到的技术工艺有烯烃裂解技术和烯烃歧化技术等。歧化反应主要是利用催化剂把烯烃混合物转换成新的烯烃混合物，例如2-丁烯、乙烯发生歧化反应之后会生成2分子的丙烯。
3.3乙烯的加工技术要点
毋庸置疑，乙烯是全世界范围内最为关键、最大的基础性有机化学工业原料，预计到2015年和2019年，全世界乙烯的产量将突破17000万吨和17500万吨。在2012年全球乙烯的消费比例中，聚乙烯耗费乙烯达到6900万吨，占耗费总量的60%以上。我国乙烯的下游产品主要乙二醇、苯乙烯和环氧乙烯等。
煤制烯烃行业的乙烯在后加工后以环氧乙烯、乙二醇和聚乙烯为最大消费量。作为我国消费总量最大的合成树脂基础化工原料，聚乙烯在我国的消费量呈现连年攀升的态势。当前，聚乙烯的合成工艺主要包含低压聚乙烯工艺和高压聚乙烯工艺，聚乙烯应用最为普遍的加工工艺有低压法、高压法和中压法三种。
4 结论
综上所述，无论从环保经济，还是技术可靠性方面来看，煤制烯烃产业的发展前景十分明朗。为此，国家需积极扶持煤制烯烃工艺技术，注重创新其下游产品加工工艺，以满足日益增加的市场需求。
关键词： 煤气化 传统教学方式 情景教学法
前言
煤化工生产为连续化的大规模生产，工艺流程长、设备庞大、自动化程度高，需具有一定专业技能的操作工进行作业。从确保生产稳定、安全、高效、节能、环保等方面考虑，企业不允许实习学生动手操作。另外，煤化工生产装置投资费用高，近期不可能在学校建立真正的生产实训基地。由于以上原因，在真正的生产场所锻炼并提高学生的职业能力、操作技能、通用能力等是有一定难度的。
1.煤气化课程传统授课方式
1-煤气发生炉2-燃烧室3-洗气箱4-废热锅炉5-洗气塔6-料斗7-烟
如图1所示，采用传统教学方式，间歇式煤气化生产合成氨原料气-半水煤气工艺的介绍以煤气发生炉为核心，按照设备顺序逐一介绍各设备的结构、工作原理、作用及操作控制要点等，然后将整个工艺流程连贯起来介绍原辅材料的输入和产品的输出等过程。［1］
传统教学方式存在的主要问题是：学生读图能力较差，对设备结构及工作原理不了解；学生对原料来源、性质、状态及预处理过程不清楚，对产品的去向不清楚；大多数学生对工艺流程图的理解难度较大。针对上述问题，笔者尝试在煤气化生产工艺中采用情景教学法。
2.情景教学法的应用
情景教学法是教师根据课程内容所描绘的情景，设计形象鲜明的画面或动画、视频短片等，辅之以详细的解说，使学生仿佛置身其间，如临其境；师生在此情此景之中进行着的一种情景交融的教学活动。因此，情景教学法对培养学生的学习兴趣，启迪思维，开发智力等方面有独到之处。
采用情景教学法，一般来说，可以通过“感知―理解―深化”三个教学阶段来进行。
2.1 感知――创设画面，引入情境，形成表象。
如图2所示，首先介绍气化原料，即：焦炭、块煤、型煤等，并设置问题：三种不同原料各自的特征是什么？有何共同点？为什么国内现在多数氮肥企业采用型煤制气？［2］
多数学生不知道型煤是什么，怎样加工而成的。此时，可进一步引入一些图片或视频短片介绍型煤加工工艺，如图3所示。
接着介绍煤气化制合成氨原料气的气化剂：空气和水蒸气，以及气化剂的供给方式。
水蒸气自蒸汽总管来，空气则通过高压离心通风机输送，如图4所示。
将型煤加入煤气发生炉，然后交替通入空气和水蒸气进行气化反应，制造合成氨原料气-半水煤气，煤气发生炉结构示意图及工作原理如图5所示。
由于煤气化容易产生气-固夹带现象，影响后续工序的正常生产，因此多数氮肥企业在煤气发生炉出口增设了旋风分离器，以替代传统工艺流程中的燃烧室，如图6所示。
经气-固分离并回收煤气显热后，半水煤气进入洗气塔进行冷却、净化。
洗气塔一般采用填料吸收塔，为了让学生了解塔内的气液传质情况，此时播放一段填料塔气液吸收的视频录像，并提供填料塔结构图和物料进出口示意图，如图7所示。
半水煤气经除尘、回收热量、洗涤冷却后，送气柜储存，供下一工序使用，图8是气柜的外形图和工作原理图。
2.2 理解――深入情景，理解流程。
在介绍完煤气化工艺流程中的原料、产品及主要设备后，此时再引导学生结合课本上所学习到的知识，理论联系实际思考前面提到的相关问题，并逐一解决。
原料：采用型煤，可以将大量粉煤加工成型，原料适应范围更广，原料成本更低，企业经济效益更好。采用水蒸气和空气为气化剂，主要完成以下两个化学反应：
C(g)+O2(g)=CO2(g)-Q1
目的：提高炉温，蓄积热量，为制气作准备。
C(g)+H2O(g)=CO(g)+H2(g)+Q2
目的：大规模制气。
气体净化：半水煤气经旋风分离器除尘、水膜除尘并降温，为下一工序脱硫作准备。
能量回收：废热锅炉回收煤气显热，副产低压饱和蒸气并返回煤气发生炉作为气化剂，以降低制气成本。
产品输出：半水煤气送气柜储存供下一工序使用。
2.3 深化――再现情境。
煤气化生产合成氨原料气-半水煤气的过程，是一个典型化工产品的制造过程，主要包含以下两个单元过程。
①化学反应单元过程――煤气化过程。
②化工单元操作过程――流体输送（如空气及煤气的输送、洗涤水的输送）、传热（废热锅炉回收余热）、非均相物系的分离（旋风分离器气-固分离）、传质（洗气塔）等。
将上述单元过程设备按照情景教学法介绍的先后顺序，重新绘制工艺流程示意图如图9所示。
3.运用情景教学法的注意事项
设计情景是情景教学法的关键，情景设置，直接影响着情景教学法的教学实效。因此创设情景时应注意以下几点：
3.1有趣味性：通过图片、动画或视频短片等多种形式调动学生学习兴趣。
3.2有针对性：必须紧扣教材重点、难点。
3.3有诱发性：引导学生将画面与问题和书本理论联系起来，培养创造性思维。
3.4有代表性：是学生在学习中普遍关注却又不易弄懂的问题，能揭示学生的思维误区。
3.5有典型性：容易发现或捕捉到材料与理论之间的内在联系，具体材料能深刻、透彻、全面地说明理论。
参考文献：
关键词：煤气 剩余输送能力 减速管
一、引言
我厂三回收系统于1987年建成投产，配套三焦4.3m焦炉，粗苯、硫铵等化产品回收工艺已于2005年停产拆除，仅保留鼓风冷凝系统继续运行。由于处理能力小，投产时间长，设备及工艺技术严重落后，部分设备如电捕、卧式焦油氨水分离器等检修频繁，安全管理工作难度大，运行成本高，在5#干熄焦配套工程回收系统投产后，我厂煤气鼓风机的输送能力有所提升，因此可以考虑将三回收系统的鼓冷工序停止运行，降低生产成本，并拆除系统设备，减少设备维护工作并优化岗位人员结构。
二、系统停产的可行性分析
将三鼓冷系统完全停止运行并拆除，主体思路是将焦炉煤气输送负荷重新分配。三焦荒煤气由一、五风机共同负责输送，二风机输送一部分五焦荒煤气，三系统焦油氨水由一或五回收系统进行处理。此外还需考虑循环氨水系统的供给及三焦焦油氨水如何处理等问题，因此需对各方面数据进行分析。
1.煤气负荷数据分析
停止三回收煤气风机的运行，前提条件是其他各系统的煤气风机的剩余输送能力必须大于三回收煤气风机的输送能力，对相关系统煤气风机数据进行分析，数据见表1。
三、工艺优化方案
1.煤气系统改造方案
2.循环氨水系统改造方案
对循环氨水及焦油氨水回水工艺的改造方案，可以由三个方案进行选择。
2.1自流式回水工艺
根据现有工艺情况，三焦循环氨水由一回收单独供给，焦油氨水回水接入一回收刮渣机，工艺连接方式如图1。相关数据分析如下：
2.1.1三焦2#炉吸煤气管最东端管中心标高1：11.751
2.1.2三焦3#炉吸煤气管最西端管中心标高2：11.586
2.1.3三冷凝吸煤气管三通处管中心标高3： 11.586-28×0.01515=11.162
2.1.4三焦1#炉吸煤气管最西端标高4：11.100
2.1.5一冷凝刮渣机滤筒减速机平台标高5：9.525
由于现有工艺条件限制，回水管坡度无法继续放大，此工艺方案的优点是改造后工艺与一冷凝现有系统设计工艺一致，无需增加大型设备，投资小，后期管理简单。缺点是安装施工难度大，对接时间较长，对接作业时可能会对焦炉设备产生不利影响，引发集气管拉裂等问题。回水管管道坡度小，回水流动加速度小，大块渣可能会堵塞管道。
2.2设置中间槽的回水工艺
在三冷凝气液分离器附近区域安装两个焦油氨水中间槽，设置焦油氨水中间泵，三焦焦油氨水回水用泵送至一系统、五系统共同处理，工艺连接方式如图2。
工艺优化后，在实际生产中有三个主要问题可能会对生产管理造成影响。
2.2.1循环氨水中间槽及中间泵容易堵焦油渣。由于循环氨水泵进口流体为自流式流动，一旦出现停电或者泵跳闸的情况，极易在泵进口管段凝结油渣，堵塞流体流动。
2.2.2循环氨水中间槽液位监控难度大。循环氨水中间槽的介质为混合物，密度变化大，因此远程液位计监控到的液位准确度差，而且介质中含焦油、焦油渣等易堵塞管道的介质，易影响远程液位计的准确监控。
2.2.3一、五刮渣机负荷增加后，除渣效果差。经改造后，一、五刮渣机的生产负荷均有所提升，且循环氨水中间泵送来的混合液流速快，使得槽内的渣难沉降，一、五系统的除渣效果可能会受影响。设计中采取以下方式予以避免：
2.2.3.1循环氨水中间泵扬程设计40m，减少介质出管余压，并采用变频调节，在确保流量足够的前提下降低管道压力。
2.2.3.2进口管从刮渣机顶部接入，设置变径，出口介质流向与刮渣机液面平行，避免刮渣机内溶液翻滚，如图3所示。
参考文献
[1]何建平、李辉，《炼焦化学产品回收技术》，冶金工业出版社，2008，第二版.
[2]肖瑞华，《炼焦化学产品生产技术问答》，冶金工业出版社，2007.1，第一版.
[3]陈敏恒，丛德兹，《化工原理》上、下册，化学工业出版社，2004.7，第二版.
关键词：乙二醇合成 变压吸附 深冷分离
一、引言
目前乙二醇工艺路线主要分为石油路线和非石油路线，而我国富煤少油的能源结构决定了非石油路线合成乙二醇的重要性[1]。
乙二醇合成技术的主要工艺路线[1，2]如下图：
图1可知，在乙二醇合成工艺中CO和H2作为原料气在不同工段分别使用。表1给出了常见乙二醇合成技术专利商对CO和H2原料气的要求。通常乙二醇合成所需原料气来自煤气化工艺，首先通过煤气化将原煤转化为煤气，表2给出了常见气化技术净化煤气的组分。气化煤气经过变换、冷却、净化送出气化界区。此时，送出气化界区的合成气为脱除H2S和CO2的净煤气，其组分见表2[3]。由此可见，合成气在进入乙二醇合成工段之前必须经过合成气分离工段，将合成气中各组分。
进行分离。各种气化技术中，碎煤加压气化技术的合成气成分相对复杂，其分离工艺也相对复杂，本文将以碎煤加压气化合成气为原料探讨合成气的分离技术。
二、气体分离技术介绍
目前合成气分离技术主要有深冷分离和变压吸附[4，5]。
深冷分离
深冷分离应用广泛的是部分冷凝，其利用合成气各组分冷凝点的差别，使混合气在-165℃～-210℃的低温下，令某一组份或几个组份冷凝液化，其他组份保持气态，从而分离各组分。深冷分离可同时制得二种以上高纯度气体，流程简单、装置占地少，操作简便，工艺成熟可靠。但是必须脱除原料气中水和CO2，使其含量小于1ppm，否则在低温下堵塞管道。另外，目前该工艺技术需引进。
变压吸附
变压吸附是采用吸附剂对混合气中不同组分的吸附能力差异，通过吸附脱附分离不同的组分，以变压吸附制氢应用最多。混合气中各组分在吸附剂上的吸附能力主要决定于吸附剂的选择性和组分的分子结构。吸附剂的选择性决定于采用的吸附剂，当前吸附剂种类较多，特种吸附剂也有较多工业应用，如甲烷专用吸附剂、CO专用吸附剂等。常见气体的吸附能力强弱顺序为：H2
三、合成气分离技术探讨
表3为某煤种经过碎煤加压气化、变换冷却、低温甲醇洗得到的净化合成气组分及其沸点。
表4所示的净化煤气即是送入分离工段进行分离以满足表1中乙二醇合成原料气要求的合成气，原则上可采用深冷分离或变压吸附进行分离。
对于深冷分离法，由于CO2沸点过高，深冷分离过程中会产生 “结冰”现象，造成管道或换热器等堵塞，造成安全隐患，首先需采取一定的措施进一步脱除。合成气其余组分为CO、H2、烃类、N2、Ar，H2沸点最低且和CO、N2的沸点差距较大，可优先作为不凝气氛分离，并可得到组分纯净的H2；烃类和Ar作为沸点较高的组分可以在控制温度的条件下以液体状态分离出系统，得到的LNG也可以达到《液化天然气一般特性（GB/T 19204-2003）》的技术规格中的要求；但是CO的沸点和N2及CH4沸点太接近，通过深冷分离得到的CO产品气中N2和CH4的含量较高，不能满足乙二醇合成的要求。另外，实际工艺模拟结果显示深冷分离所得的H2产品气和CO产品气均不能达到乙二醇合成工艺要求，均需在深冷分离工艺之后分别增加相应的变压吸附提纯工艺。
对于变压吸附分离，根据选择的吸附剂不同以及不同组分分子在吸附剂上的吸附能力的不同进行分离。H2在任何吸附剂上吸附能力均很低且组分中H2含量最高，首先从合成气中分离可以降低后续工艺、设备的能力。然后主要组分烃类和CO吸附能力相对接近，完全分离较为困难，可选用对CO具有高选择性打的吸附剂优先分离CO，然后剩余富甲烷气体通过深冷得到LNG；或选用对烃类具有较高吸附能力的吸附剂优先分离烃类，烃类通过深冷得到LNG，剩余富CO通过CO吸附剂分离得到纯净的CO产品气。优先分离CO需要选择对CO具有高选择性打的吸附剂，成本较高。另外，由于N2、Ar及少量CO的存在，此时富甲烷气体气量大于经过提纯得到的烃类气体，此时进行深冷制取LNG需要较多的冷量。因此，首先提纯CH4并深冷制取 LNG，之后再进一步变压吸附提纯CO的方案具有更多的合理性。
经过分析可知，对于碎煤加压气化所得净化合成气的分离，无论是深冷分离还是变压吸附，仅用单一的气体分离方法均不能达到最终的分离结果。对比深冷分离+变压吸附和变压吸附+深冷分离两种不同路线，深冷分离+变压吸附路线在深冷分离之后还需增加相当于变压吸附+深冷分离处理能力的变压吸附装置，其在工艺合理性及投资上均不具备优势，因此变压吸附+深冷分离更具有合理性。
四、结论
本文选择典型的碎煤加压气化所得净化合成气作为分离对象，分析力深冷分离和变压吸附两种气体分离方法，发现单一的分离方法并不能达到最终的分离结果。同时，通过讨论和比较认为变压吸附+深冷分离工艺合理、投资有优势，因此变压吸附+深冷分离更具有合理性。
参考文献
[1]周张锋，李兆基，潘鹏斌，林凌，覃业燕，姚元根； 煤制乙二醇技术进展； 化工进展； 2010（11）.
[2]王建平，杨文书，吕建宁； 合成气经草酸酯制乙二醇技术进展； 化工进展； 2009（07）.
[3]陈菊枝，洪献春； 煤炭气化技术； 化学工程与装备； 2011（04）.
（4）魏玺群，陈健； 变压吸附气体分离技术的应用和发展； 低温与特气； 2002（03）.
[关键词]哈密地区煤炭；洗选工艺；全级入选；
中图分类号：TD94 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0197-01
0 绪论
哈密地区位于新疆东部，是国家“疆电东送”、“疆煤东运”战略的重要能源基地，拥有三道岭、沙尔湖、大南湖、巴里坤西部、三塘湖、淖毛湖、野马泉七大藏煤区，探明煤炭储量约2000亿t，远景储量超过5708亿t，分别占中国和新疆预测资源量的12.5%、31.7%，居全疆第一位。哈密地区煤炭成煤时代以侏罗纪为主，其次是早白垩世、石焦二叠纪，煤种以长焰煤、不粘煤、褐煤为主，另有少量焦煤、肥煤。煤质具有挥发分、高发热量、高反应活性、低灰、低硫、低磷的特点，是优质的动力发电用煤、中低温干馏和工业气化用煤。
1 哈密煤炭洗选加工的必要性
（1）稳定煤质的需要。哈密煤炭一般是筛分后直接销售给电厂、兰炭厂、制气厂等。但随着煤炭资源整合，各煤矿采用综采后原煤含矸量增加，而兰炭厂和电厂对煤质要求比较稳定，许多煤矿生产的原煤已不能满足客户的要求，因此需要通过洗选加工为用户提供质量稳定的产品。
（2）环保的需要。由于煤中有一些有害元素，如硫、磷、氯、氟等，通过洗选加工可以减少煤中的有害元素的含量，从而减少煤炭在气化、液化的过程中产生的有害气体，达到保护环境的目的。
（3）提高经济效益的需要。通过洗选加工可以为客户提供质量稳定合格的产品，提高煤炭在低温干馏和工业气化过程中的产气率和产油率，还可以减少无效运输，增加企业经济效益[1]。
2 哈密煤炭洗选工艺及存在的问题
目前，哈密地区建设的选煤厂洗选加工工艺主要采用块煤动筛跳汰排矸和块煤重介浅槽排矸。动筛跳汰[2]排矸主要适用于矿井原煤块煤排矸，分选下限>25mm，对入料粒度和稳定性要求比较高，且单台处理能力较低；块煤重介浅槽[3]排矸具有处理能力大、分选精度高、设计分选下限低（可达13mm以下）的特点，是目前最常见、应用最广泛的动力煤分选工艺。但是，由于哈密地区主要以高内水的不粘煤、褐煤为主，因此选前分级效率低、效果差，为保证系统的正常运行，在实际生产往往达不到设计下限[4]，通常将分选下限上调到25mm以上，25mm以下的末煤不分选。以上两种煤炭洗选工艺均为块煤排矸降灰。受矿井采煤层、开采方式的影响，块煤比例仅为30%左右，因而60%以上的末煤未经洗选直接与分选的块煤进行掺配，导致产品质量波动较大，产品质量完全取决于原煤煤质质量的好坏。
3、哈密地区煤炭洗选工艺的选择
选煤方法的选择主要取决于原煤的可选性。一般说，跳汰工艺具有分选精度较高，生产技术成熟，易于管理，生产成本低等特点，是易选煤的首选工艺。笔者认为，鉴于哈密地区广阔的兰炭生产用煤、固定床气化用煤、发电粉煤锅炉用煤市场，采用0～100mm全粒级入选、旋流器高频筛回收粗煤泥、细煤泥浓缩压滤混掺转筒烘干器工艺，如图1 所示，通过合理的调配选煤产品粒级和质量，完全可以达到 “全级入选，提高质量，增加效益”的目的。
3.1 精煤粒度等级的确定
根据《常压固定床煤气发生炉用煤标准》（GB/T9143-2008）可知，煤气发生炉用煤适宜的粒度范围为13～100mm；《兰炭用煤技术条件》（GB/T25210-2010）中对兰炭生产用煤的粒度要求为13～50mm或13～80mm；《发电粉煤锅炉用煤技术条件》（GB/T7562-1998）对发电用煤粒度要求为0～50mm；《高炉喷吹用无烟煤技术条件》（GB/T18512-2008）对高炉喷用煤要求为0～25mm。
0～100mm全粒级入选工艺，选出的50～100mm块煤可作为常压固定床煤气发生炉的理想原料；选出的13～50mm块煤作为兰炭生产用煤的理想原料；选出的0～13mm可作为洗精煤面可以作为发电粉煤锅炉及高炉喷用原料，实现了 “全级入选，提高质量，增加效益”的目的。
3.2 中煤的利用
选出的中煤其本身含有一部分精煤，可将中煤进行破碎再洗选，以提高洗煤回收率。也可将破碎后的中煤混配部分精煤，使其低位发热量达到3500kcal/kg，可满足哈密地区大量工矿企业自备电厂链排锅炉的生产用煤要求。
3.3 粗煤泥的利用
分选出的粗煤泥多为综采过程中产生的0～3mm的粉煤，这部分粉煤
灰分很高，经洗选所得粗煤泥性能接近粉煤灰，根据《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596-2005），粗煤泥经转筒烘干及再破碎后，其指标达到了作为拌制水泥混凝土和砂浆时所用掺合料的Ⅱ级粉煤灰，指标达到水泥生产过程中作活性混合材料的Ⅰ级粉煤灰。鉴于哈密地区新近投产的新天山水泥厂的多家水泥生产企业，粗煤泥的市场是广阔的。
3.4 煤泥的利用
分选出的煤泥经转筒烘干后，可作为哈密地区针状焦、型煤企业的优质辅煤，也可作为高炉喷吹用原料。
4 结语
综上所述，针对哈密地区煤炭资源的概况，分析了哈密地区煤炭洗选的必要性，鉴于哈密地区广阔的电力用煤、兰炭生产用煤、工业气化用煤市场及洗煤副产品市场，笔者认为对哈密地区煤炭洗选工艺应选择0～100mm全粒级入选、旋流器高频筛回收粗煤泥、细煤泥浓缩压滤混掺转筒烘干器工艺，并对精煤的粒度分级、中煤及煤泥的产销提出了建议。
参考文献：
[1] 娄德安.府谷煤炭洗选加工工艺分析[J].2011年全国选煤技术交流会论文集，2011（108）.
[2] 杨俊利.我国动力煤分选技术的研究与开发[J].选煤技术，2002（5）.
一、两种制气工艺简述
1.腐殖酸钠煤棒制气工艺
除去原料煤质量的影响，主要从煤棒特性、入炉风量、入炉蒸汽量和时间比例上去讨论腐殖酸钠煤棒制气工艺。
1.1 腐殖酸钠煤棒的特性
气孔率大，煤棒入炉经干燥、干馏后，煤棒内的水分蒸发形成多孔结构，有利于与气化剂接触，反应活性好。
1.2 入炉风量的选择
入炉风要做到“短、大、高”三个条件。
1.3 蒸汽量的选择
总蒸手轮一般不做特别调节，约开18cm。
1.4 时间比例
制取水煤气时选择较短的循环时间：130S
1.5 腐殖酸钠煤棒在实际生产中如何根据以上所述去选择适宜的工艺指标，以指导实际生产。
1.5.1 确定上、下吹蒸汽手轮开度
根据上述理论，预先给定蒸汽手轮开度。
1.5.2 确定各步序时间
1.5.3 按上述指标生产后，一定注意观察上、下行温度和灰仓温度。
1.5.3.1根据气体成分分析，大致确定下蒸汽量和风量是否相配。
1.5.3.2观察上行温度、下行温度和灰渣情况
2.腐殖酸钠煤球制气工艺
除去原料煤质量的影响，主要从煤球特性、入炉风量、入炉蒸汽量和时间比例上去讨论腐殖酸钠煤球制气工艺。
2.1 腐殖酸钠煤球的特性
挤压成型，粒度均匀，热稳定差易破碎，整体透气性好，床层蓄热能力差，控制炉上温度难度大，炉下成渣性差。
2.2 入炉风量选择
由于床层蓄热能力差，透气性好，所以总的入炉风量要比煤棒炉还大。
2.3 入炉蒸汽用量
依据生产经验，煤球的反应活性要较煤棒差，所以气化层温度要高，以保证煤球彻底反应。
2.4 时间比例
2.5 腐殖酸钠煤球在实际生产中如何根据以上所述去选择适宜的工艺指标，以指导实际生产。
2.5.1 确定入炉风量
2.5.2 确定上、下吹蒸汽手轮开度
2.5.3 确定各步序时间
2.5.4 按上述指标生产后，一定注意观察上、下行温度和灰仓温度。
2.5.4.1根据气体成分分析，大致确定下蒸汽量和风量是否相配。
2.5.4.2观察上行温度、下行温度和灰渣情况
二、分析对比，总结调节要点，指导生产
1.为什么同型煤的煤棒和煤球工艺条件却不同？
相同的入炉风量，对于两种不同的煤种来说，其气化层的厚度确不一样。煤棒炉的气化层厚度H1要小于煤球炉的气化层厚度H2。
上吹蒸汽量要强而短、下吹蒸汽量要弱而长，吹风过后气化层温度集中。
煤球炉整体阻力小，风透过率大，加之活性差，所以气化层高度H2较宽，但温度低。根据此特点，在选择煤球炉的工艺条件时就要注意，以气化层温度达到T2为目标，尽可能增加入炉风量。
所以，同属于型煤的范围，其工艺条件却不相同。
2.在大致确定好入炉风量和入炉蒸汽量的前提下，如何细微调整炉况以求达到最佳状态。
3.日常如何调整，才能稳定炉况
稳定炉况意味着低耗，炉况的长期不稳定是造成消耗增加的根本原因。这有许多因素造成，最主要的：
① 原料煤质量
② 蒸汽压力、温度和入炉风量
③ 人为因素
在原料不稳定，设备状况不良的情况下，卡住一定指标显然不能满足生产需求，这就需要相关人员及时、准确把握各种情况以求稳定炉况，下面从温度上说明具体如何操作：
① 控制反应的循环数，应在计算值的附近上、下保持在2个循环之内。
② 寻找合适的上行温度，稳定上行温度。用炉条机控制循环次数以达到合适的下行温度。
例如：现在烧煤球的温度指标为，上行350℃、下行280℃～300℃、灰仓温度不超过200℃
若在规定的循环数内还没达到或超过各项温度指标，则证明炉况已发生变化，此时就应及时小幅度调整，避免问题积累，造成炉况恶化。
① 上行温度高，下行温度低，灰仓温度低，炉条转数高，可以基本判定是负荷过重的表现。
② 上行温度、下行温度和灰仓温度都高，说明负荷过轻，气化层紊乱。
③ 上行温度低、下行温度高，说明气化层靠下。若下灰时有大疤块，则说明下吹量过大，造成气化层下移。
④ 局部温度过高，查看原料煤质量，原料煤质量过差会导致局部阻力增大，造成炉况的恶化，可以适当降低负荷；
⑤ 注意突变的情况，在这里主要是指蒸汽温度，蒸汽温度突然降低就得适当减少蒸汽量或增加吹风量以稳定炉温，同时适当降低下行温度，增加渣层的厚度，尽量充分预热蒸汽，减少含水量。
⑥ 灰渣情况，要求成渣率高，返焦低。。
⑦ 当炉内状况基本稳定时，产气量差、气体成分差可以认为是炉内热量不足。
⑧ 在调整蒸汽和风量的配比时，要注意：
㈠ 热量过剩时，上、下吹蒸汽手轮同时开启。
㈡ 上行温度上升缓慢，吹风阻力大（查看电流值），增加吹风量的同时，也得增加上吹蒸汽量。
㈢ 产气量不好的情况下，若上行温度偏高，可以增加蒸汽用量，但下吹蒸汽量要比上吹蒸汽量大。
三、总结
1.无论是煤棒，煤块还是煤球，无论粒度大小，它们的共同点是若要气化反应顺利进行，前提是入炉风量一定要达到。
2.原料煤质量一定要稳定。
3.蒸汽量比例的适宜，保证反应顺利进行。
4.粒度小的入炉煤，或型煤，一定要做好防流工作。
5.勤观察炉温，循环数，勤调整。
1化工专业英语教材改革的方案
与基础英语相比，专业英语的教学内容大都不固定，但目前专业英语的教材有限[5]。目前我校采用的是由化学工业出版社出版的大学英语专业阅读教材编委会组织编写的《化学工程与工艺专业英语》[6]，比较欠缺清洁能源生产方向的高质量有针对性的教材，因此化工专业英语的教材的改编和建设成为此课程教学改革中的关键。教与学的方法在一定程度上取决于教材内容[7]。然而目前没有关于清洁能源生产方向的专业英语教材，也没有与煤化工或者石油加工方向的教材，只有中国石化出版社出版的与石油化工类相关的教材—《石油加工专业英语》，教材涉及的加工工艺都比较旧，教材的前沿性不够强。因此，目前迫切需要一本涵盖最新加工工艺和学科前沿的清洁能源生产方向的专业英语教材。对于化工专业主要的基础课程，比如《化工原理》，《化工热力学》，《化工设备设计基础》，《化学反应工程》与化工专业英语的结合，对化工专业课程《石油炼制工程》，《洁净煤技术》，《天然气加工工程》，《化工工艺学》，《化工分离工程》，《化工流程模拟机优化》等课程中涉及到到典型生产和加工工艺以及化工流程模拟软件的介绍，与专业英语课程进行整合并进行内容上的优化，以编写适应实际化工清洁能源生产的专业英语教材，为即将走出学校步入社会的化学工程与工艺专业的毕业生奠定一定的基础。在此基础上加入一些原版英文的科技报告及科技简报，对提高学生的专业阅读和写作水平有很大的帮助，也可以加入一些科技英语写作初步入门的材料，专业英语不同于大学基础英语，内容更多地侧重于阐述化工专业的理论知识、学科发展，典型工艺和新工艺、前言工艺技术水平的发展等。化工专业英语涉及大量的化工领域的专业性词汇，在新教材中此归结为化工工程项目、工艺流程、化学物质及特性、化工设备和管道工程等五部分。这样，分成具体的模块来展开词汇的讲解，专业性更强，有利于学生的对于专业词汇的掌握。从教材的主体内容来说，教材主体内容分成以下四个重要的模块：化工专业基础模块，化工专业模块，流程模拟软件简介和化工科技英语写作。其中，化工专业基础模块主要结合物理化学，化工热力学，化学反应工程和化工原理，介绍化工生产中的典型单元操作的基本原理和主要设备；化工专业模块，主要结合现修的专业课程，介绍煤化工(煤制甲醇、煤制烯烃、煤制天然气等)、煤层气综合利用、清洁油品生产、生物质能转化、稀土洁净化生产以及其它加工业等领域的基础知识和典型的工艺流程，迫在内容上更加丰富，能够体现出现代化工行业在各个方面的发展特色和基本概况，能够带领学生更细致体会化工专业发展前沿，有助于培养学生的工程实践意识和专业素质。
2化工专业英语教学实践改革的方案——专题报告教学模式
在教材中完善的同时，及时更新化工专业英语的教学大纲和课程教授内容的PPT制作。在此主要强调PPT的模块式教学，将课程的教授分成八个系列专题报告，每一个专题可以论述一个具体领域的概况，便于学生更全面地认识化学工程与工艺专业究竟是一个怎么样的行业。结合学生已修过的《化工热力学》、《化工原理》、《分离工程》、《洁净煤技术》、《化工设计》、《石油炼制工程》专业课，尤其是煤化工(煤制油、煤制天然气、煤制甲醇、煤制烯烃)、煤层气综合利用、清洁油品生产、生物质能转化、稀土洁净化生产等领域发展，列举出各个领域中典型的工艺进行介绍，可以更加深刻理解各个工艺过程。比如，专题报告五主要介绍聚丙烯聚丙烯产品的特点和用途，生产工艺的具体流程和特点，以及催化剂的特性。专题报告教学模式(图2)的教学更能提高学生对于前言工艺和典型的认识和熟悉，为学生步入社会和工作岗位奠定一定的基础。
3科技论文写作的初步入门
通常情况下，科技英语论文文章结构严谨，文体形式多样化，如论文、论述、实验报告、教材、专利、说明书等，文章尊重客观事实，多以叙述原理，描述自然现象为主，用词严谨、理论推导多、表达明确、逻辑性强。为此，从化工领域的期刊中(比如，Industrial&EngineeringChemistryResearch.，AIchE，Energy&Fuel等)中选取几篇文章，每篇论文的大体框架基本为题目、作者及地址、摘要、前言、实验部分、结果与讨论、结论、致谢、参考文献等九个部分，然后进行阅读讲解，着重介绍阅读过程中如何迅速把握论文的重点，哪些需要精读，哪些需要略读，在此基础上才能有效提高阅读论文的效率。在熟练阅读的基础上，针对以上的论文框架，展开具体每个部分应该怎样去写，并进行举例说明。每讲完一部分，需要给出一个题目，要求同学们一起来讨论并给出一个具体的写作方案，这些全部都要求学生在课堂上完成，这样便于及时消化内容，达到趁热打铁的效果。在学期末组织学生模拟参加一次国际学术会议，将课上的同学分成几个大组，各组的学生可以在课下利用课余时间搜集一些针对化工领域的相关材料，亲自动手组织和编写材料，制作PPT，并与其它组的学生进行交流和讲解，这样既能使学生及时了解当今世界最新科技动态，又能将本人在专业领域研究的新成果和新思路直接与同行进行交流。这样也可以打破传统的以教师为主的劣势，充分发挥学生的主观能动性和团队协作能力，从读、写、讲上突破自我，更加适应专业英语对于化工专业人才的培养。
4结语
化学工程与技术的发展的同时也为化工专业英语教学提出了一定的挑战。为了让专业英语教学适应这一实际情况，我们有必要在目前的教学实践的基础上，结合学生们的基本状况，不断完善教学内容、模式和教材的不断更新，充分调动学生的主观能动性，寻求更好的方法来不断引导学生，更好地掌握运用专业英语进行学术和工作交流的能力，为将来继续学习深造或者步入化工行业的学生打好坚实的基础。
作者：梁倩卿 王亚雄 赫文秀 郎中敏
[关键词]焦炉气；利用；研究进展
中图分类号：TQ522.61 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）34-0321-02
焦炉气是炼焦过程中产生的副产品，随着钢铁及炼焦行业的发展，焦化产业产生的焦炉气也逐渐增多，这不仅对环境的污染较大，而且也是对资源的浪费。近年来，国家提高焦化产业准入门槛，要求焦炉气必须合理回收利用，能否变废为宝。因此研究焦炉气的综合利用具有重大的现实意义。
1 焦炉气的组成及利用现状
焦炉气是炼焦过程中产生的可燃气体，主要分为粗煤气和净煤气。典型焦炉气的主要成分是氢气、甲烷，CO以及C2以上不饱和烃、CO2，另外还含有少量的H2S、COS、CS2、噻吩、硫醇、萘、苯等成分。焦炉气用途广泛，我国焦化产业每年产生焦炉煤气在数百亿立方米以上，大多数都无法充分利用，造成资源浪费了及环境污染，因此焦炉气的有效利用对于节能减排具有重要意义。本文主要从焦炉气生产甲醇、制合成气、制天然气及用于煤的热解和液化四个方面综述了焦炉气的综合利用。
2 焦炉气制甲醇
2.1 焦炉气合成甲醇的意义
甲醇作为一碳化工的基本原料，不仅可以用来生产烯烃、二甲醚等化工产品，而且自身还是一种清洁燃料。随着中国经济的不断发展，对甲醇的需求快速增长，甲醇的价格也逐渐上涨。用相对廉价的焦炉气制甲醇能降低甲醇的生产成本，具有重大的经济价值。
2.2 焦炉气合成甲醇的主要工艺及技术
根据所用催化剂的不同，焦炉气合成甲醇分为高压和低压两种工艺流程，低压法应用居多[1]。
焦炉气在合成甲醇过程中包括一系列的工艺技术。首先是焦炉气中硫的脱除及净化，随着环境污染的加重，人们对有害物质的排放进行了严格的规定，特别是硫氮等有害元素，它们不仅对大气造成严重的污染，而且对合成甲醇有副作用。目前，焦炉气的脱硫主要有湿法脱硫和干法脱硫，现代企业一般先采用NHD湿法脱硫，脱出大部分的无机硫和有机硫，使总硫
其次是焦炉气中CH4的转化，甲烷转化方法主要有蒸气转化法和催化部分氧化法。该工艺具有诸多优点：（1）工艺流程和设备构造简单，材料经济。（2）氧化反应的反应热提供给烃类蒸气转化反应，不需要外部提供热量，减少能耗。（3）预热反应过程中不易产生积碳。（4）焦炉气转化前的饱和塔，不仅节约了蒸气用量，而且使冷凝液得到合理的利用。
最后是甲醇合成及精馏，甲醇一般合成依靠低压甲醇合成催化剂，操作压力根据反应装置及生产规模而定，一般在7MPa左右，反应器一般采用转化率高、压缩功耗低的绝热等温混合型管壳式低压合成反应器[3]。甲醇的精馏可选用塔精馏或三塔精馏。两塔精馏工艺投资成本少，但是能耗相对较高，而三塔精馏工艺投资高但是能耗相对较低。因此规模大的装置一般采用三塔精馏工艺。实际生产中应综合考虑各个因素合理采取的精馏工艺。
3 焦炉气制合成气、天然气
3.1 焦炉气制合成气
焦炉气富含CH4和H2，变换为合成气是焦炉气合理利用的有效途径之一。焦炉气在组成上与天然气蒸汽转化工艺中一段变换的气体组成基本一致[4]，因此，天然气蒸汽转化工艺中的催化部分氧化工艺可以用于焦炉气转换[5]。焦炉气制合成气主要有非催化部分氧化和催化部分氧化工艺两种，两种工艺既存在联系又存在差别。对于非催化部分氧化工艺中，转化炉是关键的部件之一，在转化炉内存在射流区、回流区和管流区，在射流区内主要发生焦炉气燃烧的反应，在管流区和回流区主要发生焦炉气变换反应。当炉内转化温度达到1200℃时，不会发生CH4的裂解反应，造成析炭现象。长期实践研究发现对于焦炉气非催化部分氧化转化过程中转化压力的不同，氧气与焦炉气存在着一个适宜的体积比，一般0.22～0.28之间。
同非催化部分氧化法相比，焦炉气制合成气催化部分氧化法首先需要在催化剂作用下完成，催化剂一般选用镍基催化剂，以氧化镁/氧化铝作为载体。焦炉气与氧气在催化转化炉内燃烧反应，反应速度极快，其火焰属于湍流扩散火焰，由于完全燃烧反应后，混合气中的氧气耗尽后，部分甲烷未能转化，它们与水蒸气和CO2发生了进一步变换反应。变换过程中为了增加催化床层内的镍催化剂寿命，转化炉内上部温度不宜太高，一般控制在1100～1400℃之间。另外催化部分氧化法需要大量的外加蒸汽，其整体能耗液比较大，而且脱硫工艺也十分复杂。[6]
3.2 焦炉气制天然气
焦炉气制天然气是新兴的焦炉气综合利用技术，主要有两种工艺，一是通过焦炉气甲烷化来制备天然气的甲烷化工艺，二是通过焦炉煤气分离制备天然气的分离工艺。
甲烷化工艺是把焦炉气通过加入水蒸汽、多级串联、气体循环等甲烷化工艺流程，在催化剂存在的条件下合理控制反应温度，实现焦炉气的甲烷化反应。焦炉气中的CO、CO2和H2发生如下反应：
CO+3H2=CH4+H2O（g） -206kJ/mol （1）
CO2+4H2=CH4+2H2O（g） -165kJ/mol （2）
2CO=C+CO2 -173kJ/mol （3）
CH4=C+2H2 750kJ/mol （4）
以上反应中（1）（2）（3）为放热反应，移除多余的热有利于反应的进行，同时（1）比（2）更易进行反应，速度也更快；对于甲烷化反应体积是缩小的，因此反应压力增加有利于反应进行；对于反应（3）和（4）是造成析碳的主要反应，温度高时两个反应会加剧。析碳沉积在催化剂表面容易造成催化剂失活，严重影响焦炉气合成甲烷顺利进行。所以将甲烷化工艺中及时移走反应热或者抑制甲烷化反应深度是非常关键。
分离法制备天然气是通过物理法制备天然气，多采用变压吸附和深冷分离等相结合的手段，然后将 CH4深冷液化或膜分离等处理，储存和运输。杜文广等在[7]发明了一种用焦炉气作为原料生产液化天然气的方法，首先将焦炉气预处理，使其成分中所含的焦油、萘、苯等杂质得到深度净化，再经压缩、脱硫后甲烷化反应，最后深冷分离得到含CH4体积分数85%以上的液化天然气产品。刘新厚等[8]发明了一种利用膜分离与低温精馏从焦炉气中提取氢和甲烷的方法，该方法在膜分离装置中H2与CH4、N2和CO分离后，分离的氢气压缩到2.0～5.0MPa进入液氢装置得液氢。张武等[9]发明了一种焦炉气制取液化天然气的分离设备，之后又对分离工艺优化研究，提出采用低温精馏液化的方法制备液化天然气，他的分离工艺主要包括焦炉气气压缩冷却、在换热器中交换热量、在分馏塔分馏即得到液化天然气。
4 焦炉气气氛下煤的热解和液化研究
4.1 焦炉气下煤热解研究
传统的煤加氢热解工艺是在氢气气氛下对煤进行热解处理。但是H2制造成本高，价格昂贵，加之气体的净化、分离等过程操作费用高、设备投资大，因此煤加氢热解工艺发展受到了限制。长期以来，人们进行了大量的探索，但都未能从根本上解决问题。近些年来，用廉价富含氢气的焦炉气作氢源进行煤的加氢热解显示出优越的效果，不仅大幅度降低了生产成本和投资费用，而且使焦炉气充分合理的利用。
上图是兖州烟煤在焦炉气气氛下的TG/DTG曲线，从图上可以看到煤样在300～500℃出现较大失重峰，450℃左右出现最大失重峰，600～700℃又有一个小的失重峰，这与煤在氢气气氛下热解行为大致是一样的。
研究发现在焦炉气下进行煤的热解具有较好的脱硫和脱氮效果，焦油产率较高，同时得到半焦的特性与氢气气氛下所得到的性质基本一致。在国内廖洪强等[10]对在焦炉气下的煤热解进行了研究，通过在模拟焦炉气（50%CH4+50%H2）气氛下热解产品收率与相当氢压下加氢热解产品收率的比较，发现两者产品收率基本相当，说明甲烷在实验压力（0.1MPa―15MPa）和温度（793K～973K）下相当于惰性气体，对热解反应无影响。在相同压力下，煤-焦炉气共热解转化率分别介于H2和N2气氛下热解产率之间。但该产率高于相当氢压下加氢热解的转化率。在900℃左右，焦炉气气氛下热解焦油产率与纯H2气氛下热解焦油产率相当（压力相同），这说明H2与CH4在高温下存在协合作用。而纯CH4作热解气时，在较高温度下PCX有最大值，说明有甲基取代酚的作用。
4.2 焦炉气下煤直接液化研究
发展清洁高效的煤直接液化技术已成为解决石油短缺的重要途径。但是煤直接液化技术投资成本高，其一次性投资约为同等规模石油加工企业的6-7倍。一些学者也在探讨如何降低煤直接液化的成本，他们主要把重心放在廉价的替代气体的研究，包括焦炉气，甲烷气、合成气、CO和水等用于煤直接液化。但直接将真实或模拟焦炉气应用于煤直接液化的研究并不多，目前研究现状仍停留在对焦炉气中的一个或多个成分对煤直接液化特性或者分析焦炉气气氛下煤的热解特性上。氢气和甲烷是焦炉气中的主要成分，其中氢气占总体积的一半以上，活性氢的含量高。若用焦炉气作为煤直接液化的气氛，甲烷的作用是关键因素之一，但目前甲烷气在煤的热解和液化中的作用无统一认识。
Yang K.等[11]考察了甲烷和甲烷-氢气气氛对Illinosi6号煤的液化反应特性，发现甲烷和氢气在煤的液化中存在协同效应。得到的产品选择性与纯氢气气氛很接近。陈明秀等[12-13]研究发现，在氢气和甲烷混合气体气氛下，澳大利亚Millmeran煤在400℃，Ni-Mo催化剂，无溶剂参与的条件下，反应64h后，随着氢气分压的逐渐升高，油产率增加，油品中C含量及C/H比例升高，油品趋重，他认为这是由于煤分子碎片缩合成大分子碎片导致的。刘霁斌[14]在氢气和甲烷混合气体下进行胜利褐煤的直接液化，发现当H2/CH4的摩尔比大于等于3时，得到的油产率与纯氢气气氛的油产率相差不大。由于焦炉气成分复杂，直接将真实的焦炉气用于煤的直接液化报道较少，对于焦炉气在煤直接液化中的作用还需要深入研究。
H.Yamaguchi等[24]研究发现在380-440℃，杂酚油和循环溶剂，赤泥和硫质量比1：1催化下，进行煤的液化。无催化剂时，无论什么气体，煤的转化率都低于77%，氢耗小于0.2%，作者认为煤液化需要的氢主要来自煤裂解和溶剂，氢气的作用很小。而有催化剂时，氢耗增加，高于无催化剂下，同时纯氢气下的煤转化率和油产率比焦炉气下的高。
分析认为焦炉气及其中的各种成分在煤直接液化中有一定的应用可行性，但是其基础应用研究还有很多需要做的工作，将焦炉气应用于煤直接液化既有现实意义也有理论价值。将真实的焦炉气应用于煤直接液化还处于深入研究阶段，这也是未来焦炉气下煤液化的研究方向。
5 结语
本文综述了焦炉气生产甲醇、制合成气、制天然气及用于煤的热解和液化四种焦炉气合理利用的途径，特别是用于制天然气、煤的热解和液化是解决能源瓶颈的有效途径，具有广泛发展前景，同时显示出更大的经济、环境和社会效益。
参考文献
[1] 刘思明.关于我国煤气化技术进展和升级发展方向的思考[J].化学工业，2013，31（8）：7-19.
[2] 李厚强.焦炉气制甲醇的应用[J].河北化工，2009，32（8）： 36-38.
[3] 王良辉.焦炉气制甲醇方案的比较与选择[J].化肥设计，2004，42（6）： 22-28.
[4] 于遵宏.烃类蒸汽转化[M].北京：烃加工出版社，1989.128-134.
[5] Ib Dybkjcer.Tubular Reforming and Autothermal Reforming of Natural Gas an Overview of Available Processes[J].Fuel Process Technology，1995，42： 85-107.
[6] 王辅臣，代正华，刘海峰等.焦炉气非催化部分氧化与催化部分氧化制合成气工艺比较[J].煤化工，2006，（3）：4-9.
[7] 杜文广，刘守军，程加林等.一种以焦炉煤气为原料生产液化天然气的方法： 中国，200810055168.7[P].2008-10-08.
[8] 刘新厚，姚冠辉.利用膜分离与低温精馏从焦炉煤气中提取氢和甲烷的方法：中国，200810239547.1[P].2010-06-23.
[9] 张武，任小坤，王文川等. 焦炉煤气制取液化天然气的分离工艺和设备：中国，200810135211.0[P].2009-06-24.
[10] Hongqiang Liao， Baoqing Li and Bijiang Zhang.Coal pyrolysis under coke-oven gas and synthesis gas[J].Fuel，1998，77（8）： 847-851.
[11] Yang K， Batts B D， Wilson M A， etc. Reaction of methane with coal[J].Fuel，1997，76（12）：1105-1115.
[12] 陈明秀.Millmeran煤和氢一甲烷混气在高压下反应的液化产品[J].煤炭分析及利用，1995，3：5-9.
【关键词】煤间接液化 费托合成反应 现状 前景
1 煤间接液化技术概论
煤间接液化，是指以煤炭做为原材料，先将其气化为合成气，即一氧化碳和氢气，然后在催化剂的作用下，经过费托合成反应（Fischer-Tropsch），间接液化合成以烃类产品为主的油品的过程。煤间接液化技术从发现到现在，已经经历了近八十年的工业化开发、发展历程。
间接液化技术比直接液化技术的适用范围更广，适宜进行大规模的商业开发。在南非，煤间接液化技术已经发展为大规模产业，其油品、化学品的年产量高达7百万吨。在我国，也已经开展过年产量达到2000吨的煤间接液化技术工业试验，所以具有较好的技术积累，为煤间接液化技术工业化奠定了良好的基础。由于煤间接液化技术的产品具有质量高的特点，所以可以实现与其他产业的联合生产，为其提供质量优异的化工原料。
煤间接液化技术的工艺主要有备煤，煤气化，合成气净化，合成反应，粗油品加工，尾气利用，环保处理、控制等多个系统，其工艺流程叙述为：原料煤经过筛选后通过气化炉气化生成粗煤气，粗煤气再通过低温甲醇洗净化精制成费托反应所需要的H2+CO合成气，合成气在一定压力、温度的条件下进入反应器，通过催化剂的作用在反应器中进行费托合成反应，生成轻质馏分油、重质馏分油、重质蜡、合成水等一系列产物。通过费托反应后的合成产品、尾气再经过换热、分离和收集后大部分气体直接经过加压循环机循环使用，另一部分尾气送脱碳工序脱除CO2后送脱碳油洗工序回收低碳烃，部分气体去火炬。粗产品中的重质蜡，重质馏分油经过在一定的助剂的条件下进行过滤，过滤后和生成的其它反应产物一起送往油品加工工序，在油品加工工序中对粗产品进行裂化、分馏、精制等反应，通过一系列反应加工成最终的成品。
2 费托合成反应的原理分析
费托合成反应是煤间接液化技术的核心内容。它是一氧化碳和氢气在催化剂作用下，产生出以液态烃为主的油产品的一个复杂反应系统。其本质可看做是一氧化碳加氢气和碳链的增长反应。费托合成的基本反应化学式如下：
CO+2H2（-CH2-）n+H2O
ΔHR（227℃） =-165kJ
CO+H2OH2+CO2 ΔHR（227℃）=-39.8kJ
将以上两个化学式合并以后得到如下化学式：
2CO+2H2（-CH2-）n+CO2
ΔHR（227℃）=-204.8kJ
在费托合成反应中，还伴随有醛类和醇类的生成反应，以及碳生产成反应、甲烷化反应等一系列的副反应。
3 我国煤间接液化技术的发展现状
在上个世纪八十年代初，我国山西煤化所（煤炭化学研究所）就开始研究、开发合成油，通过分析国外的MTG工艺以及费托合成工艺，提出了将沸石分子的筛择形作用与传统费托合成相结合，形成新的工艺：MFT（固定床两段法合成）工艺和SMFT（固定床两段法合成）工艺，对于MTF工艺，已逐步完成了一系列试验，包括了工艺的小试、模拟和中试，并获得了较高的油收率、较好的油品性能。在上个世纪九十年代，就完成了SMFT工艺模拟实验以及规模为2000t/ a的煤基合成汽油中间实验，另外，还对由我国自主研发的两类催化剂，分别进行了长达3000小时的运行，并且取得了较理想的结果。在最近十年里，研究所对共沉淀铁系催化剂制造设备、新型浆态床合成反应器等进行了放大开发试验，并在2002年建成了1000t/a合成油品规模的装置，并随后开展了多次运行试验，最终取得了这一阶段的自主知识产权技术成就。
伊泰集团（内蒙古）煤制油项目一期工程在2006年正式开工，到2010年该项目已稳定运行超过5千小时，其整套生产线都处于满负荷的运行状态，日产成品油量达483t。伊泰集团项目运行的成功，标志着我国160kt/a成品油规模的煤间接液化技术的工业化生产的圆满成功。项目的核心技术在2004年通过了相关的技术鉴定，具取得了完全的自主知识产权。另外，项目中使用的费托合成催化剂、浆态床反应器、系统集成、油品精制都是由我国自主开发研制的，并且还获得了40多项国家专利，基本包含了所有煤间接液化的关键技术。伊泰集团的二期工程在2010年完成后，其已达到了1.5Mt/a的生产规模。
4 煤间接液化技术的发展前景
我国经济发展速度的不断加快，势必会带来能源消耗的加剧。随着国际石油价格（平均80美元/桶以上）的不断走高，尽管我国在新油田、新气田的开发力度上有所增强，但还是难以满足国内市场的石油需求，从而使得石油的进口量不断增加，这无疑就增加了我国的外汇花销，进而对我国经济发展产生了负面影响。我国对进口石油的依赖性增加，不仅会对经济产生不良影响，更会对我国的能源安全产生威胁。如果国际局势有所动荡，切断了我国的进口石油供应链，就会对我国经济带来毁灭性打击，甚至会带来社会动荡。因此，寻找稳定自主的能源供应就显得尤为迫切。
我国的能源结构具有少气、缺油、富煤的特点，其中煤炭资源优势尤为突出。作为我国的主要能源，煤炭在推动国民经济发展的同时，也带来了诸多环境问题。我国能源消费中的70%为煤炭，而煤炭中的90%都直接当做燃料消耗掉，这样不仅浪费了资源，还带来了严重的环境污染。为了降低环境污染，实现煤炭的有效利用，运用先进的煤化技术，生产洁净、高效的燃料具有重大意义。
通过以上分析，可以看出煤间接液化技术的应用具有重大的经济意义和战略意义。从煤化技术的发展来看，煤间接液化技术产业化具有非常广阔的市场前景。我国从煤间接液化技术产业化的开始到工业示范厂的建设和运行，已经带来了可观的经济效益和技术效益，并且煤间接液化技术也逐渐成熟起来。随着近年来合成油（百万吨级）商业化进程的加快，已为我国带来了数十亿元的纯利润。据相关估计，在2020年，我国煤间接液化技术产业带来的直接利润将达到150亿元，同时还能为社会提供60万个以上的就业机会。
煤间接液化技术不仅能促进煤炭行业的发展和革新，还能带动相关产业的发展。综上所述，不难看出以煤间接液化技术为主导的煤化工产业将会是一个具有革命性意义的和广阔发展前景的产业。
参考文献
[1] 李守强.煤间接液化技术开发现状及工业前景[J].中国石油和化工标准与质量，2011，31（8）：51
[2] 屈革荣.浅析我国煤间接液化技术开发现状及其发展前景[J].硅谷，2010，（24）：11，15
关键词：煤化工 甲醇 二甲醚
一、煤制甲醇
煤制甲醇[1]已经是相对成熟的工艺路线，煤制甲醇工艺路线的主要差异是造气工序的不同。目前，世界上采用煤为原料的造气技术有鲁奇（Lurgi）的固定床加压气化技术、德士古（Texaco） 、道化学（DOWChemical） 的水煤浆气化技术和西门子（GSP）、壳牌（Shell） 的粉煤气化技术。鲁奇的固定床加压气化技术工业化时间最长，但是由于该技术气化温度较低，生成气中甲烷含量大，不宜用作制甲醇用合成气。德士古炉在我国已有多台使用经验，且90%以上的材料和部件可国产化，因此投资较省。
二、煤制二甲醚
二甲醚的生产工艺路线很多[2-6]，目前工业上应用的主要是甲醇脱水工艺和合成气直接合成二甲醚工艺。甲醇脱水法先由合成气制得甲醇，然后在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，甲醇脱水法又分为甲醇气相催化脱水法和液相催化脱水法；一步法以合成气（CO+H2）为原料，合成甲醇和甲醇脱水反应在同一反应器中完成，伴随CO的变换反应，多采用双功能催化剂。
1.甲醇脱水生产二甲醚
甲醇脱水法由煤制合成气制得甲醇，然后甲醇在固体催化剂作用下脱水制得二甲醚，甲醇脱水分为气相脱水和液相脱水两种工艺方法。
甲醇气相催化脱水法是目前国内外使用最多的二甲醚工业生产方法。催化剂为ZSM分子筛或γ-Al2O3。反应条件为0.5～1.5MPa，230～400℃。甲醇经汽化，在换热器中与反应器出来的反应产物换热后进入反应器中进行气相催化脱水反应，反应产物经换热后用循环水冷却冷凝。
液相脱水催化剂为硫酸等无机酸。甲醇脱水反应在液相、常压或微正压， 130～180℃下进行。反应产物经加热汽化送出反应器，经冷却后反应物部分冷凝。气相经压缩、液化即得到产品二甲醚。
2.一步法生产二甲醚
合成气一步法合成二甲醚工艺主要有日本NKK公司的液相一步法新工艺、大连化学物理研究所的固相新工艺、美国空气化学品公司浆态床一步法合成二甲醚工艺等。
日本NKK公司的液相一步法新工艺是将脱CO2后的合成气原料用活性炭吸附塔脱除硫化物后换热至200℃进入反应器底部。合成气在反应器内的催化剂与矿物油组成的淤浆中鼓泡，生成DME、甲醇和CO2。出反应器产物经冷却、分馏，分割为DME、甲醇和水。
美国Air products公司成功开发了液相二甲醚新工艺，合成气与循环气混合后一起进入浆相反应器，同时加入少量水以利用水气变换反应调节反应平衡。合成气与循环气混合前用反应的产物预热。换热后的产物送入集油罐脱除所携带的油和催化剂。然后将气流冷却并分离，得到二甲醚和副产甲醇。
中科院大连化物所开发了固定床合成气一步法合成二甲醚新工艺，合成气经压缩后与循环气混合，再与反应产物换热升温后进入反应器，反应压力2.5～4.0MPa，反应温度230～300℃，在金属沸石催化剂作用下反应生成二甲醚、甲醇、水等，经萃取、解吸、提浓得到二甲醚。
三、煤制烯烃
国外通常以石油和天然气为原料采用烃类热裂解路线来生产烯烃，而采用以甲醇替代石脑油作原料，通过MTO、DMTO、MTP 过程生产低碳烯烃（乙烯、丙烯）的技术也具备建设大型工业装置的条件。目前比较成功的主要有美国UOP公司的MTO技术、我国大连化物所的DMTO技术等。
四、煤制油
由于煤和石油都是主要由碳、氢、氮、氧、硫等元素构成的可燃物，只是分子结构不同，化学组成上石油的H/C高于煤，所以要将煤转化成石油要在一定的反应条件下加氢。目前，煤制油主要有直接液化和间接液化2条路线[7-10]。
1.直接液化
在隔绝空气的情况下，将煤加热到430～465℃使煤热裂解，在裂解条件下加入氢气和催化剂，加压到17～30 MPa，生成各种液化油。反应条件不同可以得到不同种类的油品。目前，具有代表性的液化技术有德国两段液化（IGOR） 工艺、美国氢煤法（H-coal） 工艺和日本的NEDOL工艺。理论上3t 煤直接液化可得到1t液体产品，投资回报率较高，但对煤种要求高。
2.间接液化
先将煤进行气化，制成合成气（H2和CO），然后在催化剂的作用下加压合成油品和其他化学品。煤的间接液化技术相对直接液化来说是一项非常成熟的技术，南非SASOL公司运用该技术生产油品已有50多年的历史。约5t 煤间接液化可得到1t 液体产品，工艺路线较长，投资回报率较低，但对煤种要求较低，产品品种较多。
五、煤制天然气
根据工艺流程的不同分为直接甲烷化和间接甲烷化[11-13]。
1.直接甲烷化
煤直接甲烷化是在一定的温度和压力下用煤直接制成富甲烷气。首先将原料煤破碎为一定颗粒大小，然后利用循环载体流将其加入到气化反应器中，利用耐硫碱金属催化剂在CO 或CO2和H2混合的情况下，生成含有CO、H2和CH4的气体。
2.间接甲烷化
间接甲烷化也叫两步法煤制天然气工艺，从气化获得的合成气（H2/CO=3.1～3.3）进入甲烷化反应器，在催化剂的作用下反应生成甲烷产品气体。近年来国内外相关研究单位对甲烷化反应器和催化剂技术上进行了广泛研究，其中德国鲁奇、英国DAVY和丹麦TOPSOE 的甲烷化技术处于领先地位。英国DAVY和丹麦TOPSOE 的甲烷化工艺相似，都是采用固定床反应器串联的甲烷化工艺，DAVY 工艺采用4个反应器串联，前2个为主反应器后2个为补充反应器。TOPSOE采用3个几乎同等功能的串联反应器，工艺条件也接近，压力为3～6MPa，温度为250～700℃。以上几种工艺所用催化剂基本为镍基催化剂，催化剂的选择性较高，CO转化率可达100%，CO2转化率可达99%以上。
[关键词]粉煤灰；碱法工艺；酸法工艺；氧化铝
中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）08-0054-02
引言
粉煤灰是燃煤电厂在煤炭经锅炉燃烧后排出的固体废料，也是我国排放量最大的工业废渣。通常每燃烧1吨煤，产生20～30%的粉煤灰，我国火电厂平均排放灰渣量在25%左右。目前我国年排放粉煤灰约4亿多吨，占全球排放量的约1/3。
我国煤炭资源丰富，煤炭主要用于火电厂发电，我国每年产煤量30多亿吨，我国的粉煤灰资源量巨大，目前全国粉煤灰堆存量估计在25亿吨以上，我国粉煤灰近几年的排放情况如下：
2010年粉煤灰排放量约4亿吨，我国煤炭产量每年在逐步增加，粉煤灰排放量也在逐年增加。预计到2020年时，我国粉煤灰排放量可达5.4亿吨/年。
1 粉煤灰对环境的影响
粉煤灰作为一种工业废渣，如不能及时处理，将会对环境和人类生存造成严重危害，大量堆存的粉煤灰对环境的影响如下：
（1）占用土地及浪费人力和财力资源：据统计资料介绍，每掩埋、堆存1吨粉煤灰，处理费用为15～20元。
（2）污染空气：堆场干燥的粉煤灰，只需四级以上风力，即可将表层灰吹扬到空中20～50m，造成空
气质量恶化。
（3）污染水体：粉煤灰进入水体，使水变浑浊，灰中重金属Pb、Hg、Cd等还会污染水质。
（4）污染土壤：堆场储存的灰或空中飘落的灰，将使土质碱化、板结，影响农作物生长。
（5）浪费资源：粉煤灰中含有大量氧化铝，并富含镓等金属，将粉煤灰当工业废渣堆存，浪费了宝贵的资源。
2 粉煤灰的基本性质
2.1 粉煤灰的化学组成
粉煤灰的化学组成主要由煤炭本身的矿物组成决定，粉煤灰中氧化铝含量通常在15～35%，氧化硅含量在30～50%，另含部分氧化铁、氧化钙、氧化钛等金属氧化物，未燃尽炭在4～10%。通过我公司近几年对全国粉煤灰化学组分的调研，认为其Al2O3含量平均值为27.2%，氧化硅含量平均值为50.2%。
在我国内蒙古、山西一带，其粉煤灰中氧化铝含量通常在38%以上，部分电厂排出的粉煤灰中氧化铝含量在45～53.5%，属于高铝粉煤灰。几乎与铝土矿中的氧化铝含量相当，是铝工业的一种潜在资源。
经初步统计，高铝粉煤灰占粉煤灰总量的25%左右。主要集中在内蒙古南部、山西北部地区，粉煤灰综合利用提取氧化铝，应围绕高铝粉煤灰进行研究，而氧化铝含量低于36%的粉煤灰，可考虑生产建材等其它综合利用途径。
2.2 粉煤灰的矿物组成
粉煤灰是一种高分散的固相集合体，其颗粒形态主要为非晶质的空心微珠、不规则的玻璃体、无定形炭粒及其他不定形矿物，大部分为SiO2、Al2O3的固溶体，另有莫来石、赤铁矿、磁铁矿、钙长石、石英等。各发电厂由于煤质不同、锅炉燃烧条件不同，矿物成分有较大差别。
如A公司煤粉炉粉煤灰矿物组成：莫来石61%，玻璃体25%，刚玉14%。B公司循环流化床粉煤灰的主要物相组成：无定形偏高岭石，莫来石含量仅6～8%，它是由原煤中的主要粘土矿物高岭石在850℃下煅烧而形成，其主要化学组成SiO2、Al2O3及Fe2O3，均具有很好的活性。
2.3 粉煤灰的物理性质
粉煤灰为灰白色粉状物，少数呈黑色。容重较轻：0.5～0.8g/cm3，松散密度：0.48～0.55g/cm3，比重：1.95～2.4g/cm3， 粒度较细：4～40μm。安息角：47～48度，比表面积：9.5～22m2/g，烧失量：5～7%。
3 高铝粉煤灰提取氧化铝的工艺方法
由于我国铝土矿资源贫乏，目前铝土矿进口量已经超过国内铝土矿用量的50%，且矿石价格逐年上涨，矿石品位连年下降，寻找非铝土矿资源生产氧化铝已成为我国氧化铝工业发展的当务之急。
我国内蒙古南部、山西北部地区拥有非常丰富的高铝粉煤灰资源，高铝粉煤灰提取氧化铝的研究，已成为国内煤炭、电力、铝行业的热门研究课题。众多企业、高校、科研单位已投入到此行业的研究中，取得了大量研究成果，有些新工艺已经进入工业化研究阶段。现对各种粉煤灰提取氧化铝的工艺方法进行分析如下：
3.1 石灰石烧结法
（1） 国外石灰石烧结法工艺
自上世纪40年代开始，美国、波兰、苏联等国家对这方面进行过研究。其中对波兰克拉科夫矿业学院的研究，国内资料报导较多。
波兰克拉科夫矿业学院对粉煤灰提取氧化铝的研究，提出石灰石烧结法工艺，要求粉煤灰中Al2O3≥30%，粉煤灰用石灰石烧结法提取氧化铝后，赤泥用于生产水泥。
1953年建成1万吨/年氧化铝厂，配套10万吨/年水泥厂。
70年代末，波兰又建设了第二个粉煤灰生产氧化铝厂，设计规模：10万吨/年氧化铝，120万吨/年水泥。设计指标如下：
粉煤灰原料中氧化铝含量： 32%
纯碱消耗： 151kg/t-Al2O3
石灰石消耗： 11t/t-Al2O3
粉煤灰消耗： 3.99t/t-Al2O3
煤耗（7000kcal/kg标煤）： 166kg/t-熟料
水耗： 19.8t/t-Al2O3
氧化铝回收率： 70～75%
溶出液中Al2O3浓度： 30g/l
烧结温度： 1300℃
单位产品能耗： >2000kg/t-Al2O3
由于烧结法工艺的局限，粉煤灰中Al2O3含量偏低，许多技术指标是比较差，特别是石灰石配量大，溶出液中Al2O3浓度低，在经济上难以保证获利。目前国内已无该厂的资料报导，该工厂可能经济原因已关闭。
（2） 国内石灰石烧结法工艺
我国从上世纪70年代末开始关注粉煤灰提取氧化铝的技术研究，受波兰的影响，最初关于采用石灰烧结法处理粉煤灰的呼声很高，有关部门也多次组团赴波兰进行技术考察。安徽淮北、淮南煤矿电厂产出的粉煤灰中氧化铝含量在32～35%之间，与波兰粉煤灰中氧化铝含量相近。
1980年，安徽省冶金研究院和合肥水泥研究所在进行粉煤灰提取氧化铝和硅钙渣制做水泥的实验室实验基础上，提出了用石灰烧结、碳酸钠溶出工艺从高铝粉煤灰中提取氧化铝，并将硅钙渣用作生产水泥的原料的综合利用工艺技术路线，该方案于1982年3月通过国家技术鉴定。安徽省电力局在完成“粉煤灰提取氧化铝并生产硅酸钙材料的方法”的实验室中试后，于1989年申请了专利，并在淮阴发电厂进行了中试生产。三年的中试生产表明，此工艺不但能够提取氧化铝，同时还可生产沸石或净水剂等中间产品。但由于原料粉煤灰中氧化铝含量不高、生产过程中碳酸钠的回收率低以及工艺不配套等种种原因，造成生产亏损，项目在运行3年后不得不关闭。
石灰石烧结法的特点：
①优点：
工艺技术成熟，能够产出合格氧化铝产品，并能生产出水泥。
②缺点：
―渣量大，每生产1吨氧化铝产生10t左右的硅钙渣，水泥行业无法消化。硅钙渣堆存则造成更大的环境污染，因为渣量比粉煤灰量增加200%以上。
―熟料溶出过程中由于渣量过大，洗水量随之增大，使溶出液浓度低，碱的回收率降低，循环效率低，造成能耗及原材料消耗高，生产成本高。
―石灰石烧结法能耗高、生产成本高，与现有氧化铝厂普遍采用的拜尔法生产氧化铝工艺比较，没有竞争力。
3.2 预脱硅-碱石灰烧结法工艺
预脱硅-碱石灰烧结法工艺处理高铝粉煤灰提取氧化铝，是在原有石灰石烧结法工艺的基础上进行改进提高。在粉煤灰进入氧化铝生产系统前，先对粉煤灰进行预脱硅处理，粉煤灰中的大量SiO2，在一定条件下与适当浓度的苛性碱反应，生成的硅酸钠溶液用来生产白炭黑、活性硅酸钙或其它硅产品，而预脱硅后的粉煤灰A/S大幅度提高，再用烧结法工艺生产氧化铝。
预脱硅-碱石灰烧结法的特点：
（1）经预脱硅处理后的粉煤灰，A/S大幅度提高，可减少烧结法生料浆的配石灰量，从而大幅度减少烧结法排出的渣量。有利于改善烧结法的技术经济指标。
（2）预脱硅碱液可用于生产白炭黑等硅产品，进一步变废为宝，有利于粉煤灰原料的综合利用。
（3）氧化铝、硅产品生产工艺流程，均能形成闭路循环，技术上可行。
（4）与铝土矿的传统氧化铝生产工艺比较，此方法同样存在能耗高、渣量大、生产成本高等问题。需要继续改进及优化。
3.3 酸法工艺
由于Al2O3为两性氧化铝，它既可以溶于酸，也可以溶于碱，生产氧化铝的方法通常有酸法、碱法两大类之分。
对于传统的碱法工艺来说，原料中的SiO2为主要有害杂质，故对矿石中的SiO2有严格限制，即使采用烧结法工艺，其矿石A/S通常要求4以上，而粉煤灰的A/S通常在1左右，故采用碱法工艺很难突破渣量大、能耗高、成本高的技术难题。
酸法工艺的方法简单、流程短，将高铝粉煤灰与酸按比例混合后，在一定条件下进行反应，生成铝盐溶液，溶液经净化处理后进行蒸发结晶得到纯净的铝盐中间产品，铝盐经焙烧即可得到氧化铝产品，焙烧烟气经制酸后循环使用。
酸法的优点：工艺简单且生产流程短，粉煤灰中的SiO2不溶于酸，不构成氧化铝生产过程中的有害杂质，可以处理A/S很低（如1左右）的原料。生产过程中不加入石灰等其它物质，故渣量小、能耗及原材料消耗低，生产成本较低。
酸法的缺点：铝盐溶液中通常含有铁、钙、镁等杂质，其除杂较难解决，酸对设备及材料腐蚀严重，设备材料选择困难，投资较高，所生产出来的氧化铝产品，化学成分与碱法氧化铝产品类似，但物理性能差别较大，电解铝工艺应配套技改。
氧化铝工业发展史上，由于酸法工艺的以上缺点存在，过去无法解决，使碱法工艺成为生产氧化铝的主流方法。
近20年来，随着材料工业的高速发展，许多新研制的非金属材料、高分子材料在化工、冶金、氯碱工业大量使用，设备及材料防酸腐蚀问题逐步解决，为粉煤灰酸法工艺的发展提供了保障。铝盐除杂难题也随着高分子树脂吸附除杂、膜技术除杂的技术发展而逐步得到解决。
目前，粉煤灰提取氧化铝的研究，其酸法工艺难题随着材料技术的发展正在逐步得到解决，有可能取代传统的碱法工艺，成为粉煤灰提取氧化铝的主要研究方向。下面介绍2种典型的粉煤灰提取氧化铝酸法工艺：
3.3.1 酸碱联合法
酸碱联合法汲取了碱法工艺和酸法工艺的特点，此法主要用于处理A/S较低的原料生产氧化铝研究。其特点是：用酸法除硅、碱法除铁。
经我公司2009年对此工艺方案作详细比较后认为：
（1）此工艺技术基本成熟，可以生产出合格的氧化铝产品。
（2）其工艺流程较长，有2个独立的氧化铝生产系统，必然造成生产工序及设备多、消耗高、投资大、生产成本高，几乎没有经济利用价值。
（3）目前还没有酸碱联合法的应用先例，仅停留在理论及实验室研究阶段。
3.3.2 硫酸铵法
硫酸铵法处理高铝粉煤灰生产氧化铝，也是目前粉煤灰研究的重点工艺技术，目前已有单位将此研究课题从实验室研究扩大到工业性生产研究阶段。
高铝粉煤灰与硫酸铵按一定的比例混合后，进行低温焙烧反应，焙烧得到的熟料经水溶出得到硫酸铝铵溶液和硅渣，经分离洗涤后，硫酸铝铵溶液进行净化处理，再加熟料烧成，产生的氨气分解，得到氢氧化铝中间产品，氢氧化铝焙烧后得到氧化铝产品。分解产生的硫酸铵溶液经蒸发浓缩后循环使用，而生产过程中产生的硅渣可用于生产白炭黑、硅系列产品。
本工艺路线由于引入了硫酸铵，硫酸根离子对设备腐蚀强于碱，故将其归类为酸法工艺。由于酸法除铁及除杂质离子困难，有的研究单位在得到中间产品氢氧化铝后，再采用拜尔法处理，从而得到纯净的氧化铝产品。
硫酸铵法的特点如下：
（1）硫酸铵可以实现闭路循环，生产中产生的氨气也可循环利用。
（2）生产中未添加任何辅助剂，实现了渣量减量化，有利于减少渣对环境的污染。
（3）硫酸铝铵为弱酸性盐，对设备及材料腐蚀不如纯酸法严重，有利于设备及材料选择。
（4）硫酸铝铵溶液除铁等杂质离子较难，若加上独立的拜尔法工艺除铁后，其流程较长，投资较大，生产成本较高。
目前高铝粉煤灰提取氧化铝的研究方法很多，每种方法都有各自的优缺点，目前技术上还未形成统一认识，处于全面研究阶段。除以上列出的5种主要粉煤灰处理方法外，还有选矿法、氟盐法等，至于酸法工艺，也有盐酸法、硫酸法、硝酸法之分，这里就不再一一介绍。
4 结论
（1） 粉煤灰综合利用意义重大，利国利民，既能解决粉煤灰污染环境问题，又能解决我国铝土矿资源不足的问题，功在当代、利在千秋，建议相关部门对各研究单位给予大力支持。
（2） 目前高铝粉煤灰综合利用研究的工艺方法很多，每种方法均有各自的不足。过去几十年国内外主要围绕碱法工艺进行研究，由于碱法工艺本身的局限，使得研究进展缓慢。近年来酸法工艺研究取得了重大进展，建议对酸法工艺研究给与重点关注和支持，酸法工艺路线处理粉煤灰具有较好的发展前景。
参考文献
[1] 周军，董世武，蒋学典，等.火力发电厂除灰设计规程[S].北京：中国电力出版社，2002.
[2] 李春林，熊维F，等.中小型热电联产工程设计手册[M].北京：中国电力出版社，2006.
[3] 王爱勤，张承志.粉煤灰资源在商品砂浆中的科学应用[A].第四届（中国）国际建筑干混砂浆生产应用技术研讨会论文集，2010.
[4] 饶辉凯，曲茵，程家运.粉煤灰综合利用的建议[A].中国化工学会暨第四届全国石油和化工行业节能节水减排技术年会论文集，2011.
[5] 朱君.粉煤灰加气混凝土彻块填充墙抹灰空裂控制[J].建筑设计，2005，34（1）：119-120.
[6] 吴思宇.粉煤灰在高性能混凝土中的应用[J].建筑工程，2009（4）.
[7] 鹿方.高铝粉煤灰提取氧化铝的研究现状[J].有色矿冶，2008，24（5）：25―27.
[8] 韩怀强，蒋挺大.粉煤灰利用技术[M].北京：化学工业出版社，2001.
