煤炭洗选的原理

我自己烧过木炭，必须用湿的木头，因为如果是干木头，旺火就把木头烧光了，哪里还剩下什么木炭呢，都差不多成灰了。但是如果用湿的木头，原理就像地壳下煤矿挖出来的煤炭一样，都是天然的树木在地壳下经过若干年后形成的。所以一定要是湿的的木头，湿的木头天然的里面含有植物油和水，在经过火烧不会火焰太旺，在水蒸气烟熏和植物油的共同作用下而形成质量较好的木炭。

气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料外，还可以采用天然气、重质石油组分等为原料），进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。

煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干燥、燃烧、热解和气化四个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的一部分。煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解水等），同时煤粘结成半焦。煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。

主要反应有：

1、水蒸气转化反应

C+H2O=CO+H2-131KJ/mol

2、水煤气变换反应

CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol

3、部分氧化反应

C+0.5 O2=CO+111KJ/mol

4、完全氧化（燃烧）反应

C+O2=CO2+394KJ/mol

5、甲烷化反应

CO+2H2=CH4+74KJ/mol

6、Boudouard反应

C+CO2=2CO-172KJ/mol

中文名煤及煤的形成

物质煤

国家中国

煤是亿万年前大量植物埋在地下慢慢形成的

快速

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煤的形成煤是地壳运动的产物。远在3亿多年前的古生代和1亿多年前的中生代以及几千万年前的新生代时期，大量植物残骸经过复杂的生物化学、地球化学、物理化学作用后转变成煤，从植物死亡、堆积、埋藏到转变成煤经过了一系列的演变过程，这个过程称为成煤作用。一般认为，成煤过程分为两个阶段泥炭化阶段和煤化阶段。前者主要是生物化学过程，后者是物理化学过程。泥炭化阶段第一阶段泥炭化阶段是植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗骸在微生物参加下不断分解、化合和聚积，在这个阶段中起主导作用的是生物地球化学作用。低等植物经过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭，因此成煤第一阶段可称为腐泥化阶段或泥炭化阶段。煤化阶段煤化阶段包含两个连续的过程：第一个过程，在地热和压力的作用下，泥炭层发生压实、失水、肢体老化、硬结等各种变化而成为褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在组成上也发生了显著的变化，碳含量相对增加，腐植酸含量减少，氧含量也减少。因为煤是一种有机岩，所以这个过程又叫做成岩作用。第二个过程，是褐煤转变为烟煤和无烟煤的过程。在这个过程中煤的性质发生变化，所以这个过程又叫做变质作用。地壳继续下沉，褐煤的覆盖层也随之加厚。在地热和静压力的作用下，褐煤继续经受着物理化学变化而被压实、失水。其内部组成、结构和性质都进一步发生变化。这个过程就是褐煤变成烟煤的变质作用。烟煤比褐煤碳含量增高，氧含量减少，腐植酸在烟煤中已经不存在了。烟煤继续进行着变质作用。由低变质程度向高变质程度变化。从而出现了低变质程度的长焰煤、气煤，中等变质程度的肥煤、焦煤和高变质程度的瘦煤、贫煤。它们之间的碳含量也随着变质程度的加深而增大。温度对于在成煤过程中的化学反应有决定性的作用。随着地层加深，地温升高，煤的变质程度就逐渐加深。高温作用的时间愈长，煤的变质程度愈高，反之亦然。在温度和时间的同时作用下，煤的变质过程基本上是化学变化过程。在其变化过程中所进行的化学反应是多种多样的，包括脱水、脱羧、脱甲烷、脱氧和缩聚等。压力也是煤形成过程中的一个重要因素。随着煤化过程中气体的析出和压力的增高，反应速度会愈来愈馒，但却能促成煤化过程中煤质物理结构的变化，能够减少低变质程度煤的孔隙率、水分和增加密度。成因分类煤的成因分类主要分为由高等植物生成的腐殖煤和由低等植物生成的腐泥类，以及由上述两类混合形成的腐殖腐泥煤和腐泥腐殖煤以及残殖煤5大类。其中以腐殖煤在地球上的比例最多，约占全部煤的95%以上。各类煤的基本特性如下。腐殖煤古代高等植物死亡后，其残骸堆积在空气不太充足的低地沼泽中，产生不完全的氧化分解作用（称为半败作用），随后，由于死亡植物残骸的不断堆积，它们完全与空气隔绝而氧气停止进入，这时植物残骸依靠本身含有的氧而发生厌氧细菌的分解作用，从而开始脱水、去羧基（-COOH），放出二氧化碳、水及甲烷等气体，使残骸的碳含量相对增高，氧和氢含量则逐渐减少，形成了一种凝胶状的物质，这种物质称为泥炭。随着地壳的下沉，堆积在沼泽中的泥炭就逐渐被黏土、砂石等物质的堆积而形成了岩层。泥炭在上覆岩层的压力作用下又发生了压紧、失水、胶体老化、硬结等物理和物理化学作用，使覆盖泥炭的化学组成也发生了不断的变化，最后变成了碳含量更高、氧和氢含量更低而致密度更高的褐煤。褐煤在岩层压实下又经过高温（200℃左右）、高压（几千至几万大气压）作用下而逐渐演变成烟煤和无烟煤。地球上真正由高等植物形成的腐殖煤由泥盆纪开始。世界的煤炭资源中有95%以上为腐殖煤。腐殖煤的原始成煤物质为高等植物中的纤维素、半纤维素和木质素等的主要成分，它们是在植物死亡后逐渐形成的。腐泥煤由细胞中含有大量原生质的古代菌藻类低等植物和浮游生物死亡后堆积在湖沼、海湾等水体底部的缺氧环境中，经过腐败作用和物理作用及物理化学作用（即煤化作用）后转变而成的煤。腐泥煤在自然界很少，它常以薄层状或透镜状夹于腐殖煤中。腐泥煤的挥发分高，如相当于褐煤阶段的腐泥煤的挥发分（干燥无灰基）常高达80%-95%左右，而由腐殖煤形成的褐煤的挥发分一般只有40%-65%左右。腐泥煤的主要特点是呈灰黑色，结构较均一，致密块状，硬度和韧性都较大，同时光泽暗淡，具贝壳状断口，且氢含量高、焦油产率也高。这一类煤包括了藻煤、胶泥煤和藻烛煤。腐殖煤泥煤和腐泥腐殖煤腐殖腐泥煤是以古代低等植物和高等植物一起作为原始成煤物质而形成的煤。它是一种介于腐泥煤与腐殖煤之间而以腐泥煤为主的过渡型煤，这一类煤包括烛煤和藻烛煤，其外观多呈灰黑色或灰色，致密而坚硬，其中烛煤的韧性较大，贝壳状断口，块状结构。在显微镜下常见较多的小孢子和黄色或橙黄色的腐泥基质。其氢含量、焦油率和挥发低于腐泥煤而高于腐殖煤。当煤中的腐殖成分高于腐泥成分时就叫做腐泥腐殖煤，其各种性质接近于腐殖煤。残殖煤亦称“树皮煤”或“树皮残殖煤”，它是由古代高等植物死亡后，其残骸中的树皮、蜡、树脂、孢子、花粉等对化学等对化学物质比较稳定的一些组分经过生物化学、物理和物理化学作用后形成的煤。其特点是挥发分、氢含量、焦油产率等都比相同煤化度的腐殖煤高。中国江西的乐平鸣山矿、桥头丘矿和浙江长广等矿区的煤都属于残殖煤。由于这些煤在显微镜下常可见到大量黄色或红色的树皮，故也称树皮残殖煤。煤的组成煤的元素组成：C、H、O、N、S、P 6种煤中的矿物质：按来源分为：原生矿物质（成煤植物本身）次生矿物质（成煤过程混入）外来矿物质（采煤过程混入）按性质分为：[1]粘土类矿物：高岭石Al4[Si4O10](OH)8、水云母K21Al2[(Si2Al)4O10](OH)2·nH2O[2]硫化物类矿物：黄铁矿FeS2、白铁矿FeS2[3]碳酸盐类矿物：方解石CaCO3等[4]氧化物类矿物：石英SiO2[5]硫酸盐类矿物：石膏CaSO4·2H2O煤的工业分析：水分、灰分、挥发分、固定炭煤的元素分析：C、H、O、N、S

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煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

图见：

http://www.cct.org.cn/cct/upinstrimg/200310301232321.gif

气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。

不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。

煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：

1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。

4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。

以上均为地面气化，还有地下气化工艺。

煤炭气化技术广泛应用于下列领域：

1）作为工业燃气 一般热值为1100－1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。

2）作为民用煤气 一般热值在3000－3500大卡，要求CO小于10％，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。

3）作为化工合成和燃料油合成原料气 早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。

化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50％以上来自煤炭气化合成工艺。

4）作为冶金还原气 煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。

5）作为联合循环发电燃气 整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省 加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。

6）作煤炭气化燃料电池 燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。

7）煤炭气化制氢 氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。

8）煤炭液化的气源 不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。