粉煤灰与煤粉、锅炉渣与气化炉渣和粉煤灰的关系

1 煤化工行业主要污染物来源

煤化工发展的同时伴随产生废水、废气和废渣，直接影响我国的资源水体、生态环境和居民生活。

1.1 煤化工废水来源

煤气化过程中洗涤水和冷凝水是煤化工废水的主要来源，具体的来源包括以下几个部分：原料煤制气工段产生的洗涤水和水蒸气伴随煤气从造气炉中排放出来，形成原料废水；在进行煤气净化的过程中产生的冷凝水；在水冷器热交换过程中，从循环水中产生的废水。废水中含有大量有毒有害成分，除了残余的有机物以外，还有硫、氯、氮等元素，这些元素在在气化时会转化为硫化物、氰化物、氨和氯化物等。

1.2 煤化工废气的来源

煤化工废气主要来源于煤气炉制气过程中产生的吹风气，合成氨尾气排放的驰放气，产品生产过程中产生的废气，锅炉制取水蒸气产生的烟气，都可能产生煤化工废气。进行煤原料准备的过程会产生大量的煤尘，煤原料从煤矿运送到车间的过程中，由于交通运输碰撞，前期预处理，装卸环节等会产生大量的煤尘，这些煤尘扩散到环境中，对环境造成污染和危害。主要污染物为二氧化硫、氮氧化物、烟尘、一氧化碳、硫化氢、氨气等。

1.3 煤化工废渣的来源

煤气炉制气过程中产生废渣的主要来源，在造气生产环节中会产生包括粉煤灰、造气炉渣等废渣；锅炉燃煤后产生的粉煤灰和炉渣。另外在进行煤气化和煤精制的过程中，需要加入催化剂参加反应，由于催化剂多次反应后造成的活性下降，产生的废催化剂等危险废物。

如果是煤制气，也就是煤炭气化，剩下的物质是煤中的灰分，与常见的石头或土壤成分差不多。虽然乱堆乱放或随意丢弃也会污染环境，但不算危废。

如果是炼焦，会产生焦炉煤气，是炼焦时产生的副产品，主要产品是焦炭。除了会产生焦炉煤气外，还会产生另外一种副产品，就是煤焦油。煤焦油的成分十分复杂，其中大多数成分有毒有害，还能燃烧，如果随意倾倒的话，无疑属于危废。

不过煤焦油不会随意丢弃，因为它也是一种宝贵的化工原料，能够继续加工成许多种类的化工产品。

煤汤阴气化渣特点

煤汤阴气化渣包括粗渣和细渣。

粗渣---即浆化煤炭颗粒在气化炉高温高压条件下经熔融、激冷、凝结等流程，并由气化炉底部排渣锁斗排出的含水渣，残碳量随煤种、气化炉种类、气化炉操作条件波动较大，一般在10％-30％，粒径集中分布在16目至4目之间，产生量约占气化渣排量的80％ 。

细渣-----即通过气化炉顶部由粗煤气气流携出并经初步洗涤净化、沉淀得到的含水渣，残碳量较高，一般可达30%以上，粒径均小于16目，其中约三分之一小于200目，产生量约占气化渣排量的20％ 。

共性：煤气化渣无论是粗渣还是细渣均含有丰富的二氧化硅、氧化招、氧化铁，三者含量之和可达70％以上，满足ASTM的F类粉煤灰标准，具有一定的火山灰活性。此外煤气化渣还含有氧化钙、氧化镁、二氧化钛等无机物。

煤气化细渣的特性

1.煤泥（细渣）的细度范围是10-90微米（相当于170-1250目），比较细，含水40-65%。煤气化细渣灰分容易黏附,但灰分和残炭之间并不发生灰熔融聚合,残炭以絮状无定型形态存在,并不和灰分形成小球体。

2.大量的气化煤泥筑坝存放，渗透污染地下水，占用大量的土地，形成了一个很大的危险源和污染源。

3.风干后的干细粉随风飞扬，严重污染大气环境。

4.煤泥的燃烧与含碳低热值超细粉的燃烧有很大的相似性，燃烧的难度大。因碳颗粒是半焦性质，高温燃烧过一次，无挥发分，而且相对热值又比较低，因而不能单独燃烧

5.加到其它锅炉内又因碳颗粒细，炉内停留时间太短，比重较轻易随烟气流动，几乎全部随烟气带走，燃烧难度很大。

6.含残炭量高严重影响煤气化细渣的处理和应用.

煤是一种脏的固体化石燃料，其常规转化过程，尤其指燃烧过程，会形成CO2等温室效应气体、粉尘、NOx、SO2等大体污染物和重金属导致的水污染，所以对环境的影响很大。因此，人们试图以气化、液化等技术来改变煤中每一种元素的转化途径和最终命运，以减少全过程总排放量。

煤的气化过程通常在800摄氏度以上，产生富含H2，CO和CH4 的燃气。液化则在中温区（400-600摄氏度）进行，生产出成分极其复杂的液体燃料，需要进一步转化和提纯才能变成所需的产品（燃料和化工产品）。此外，煤气化的初级产品也可以通过F-T合成（Fischer-Tropsch Synthesis）进一步转化为液体产品。因为在煤的气化和液化过程中会生成CO2、CH4等温室效应气体，和H2S等污染气体，还有需要处理的污水、固体废渣等，因此转化过程不可能是完全清洁的，也会留下环境足迹。从这个意义上讲，煤的气化和液化都不可能是完全清洁的过程。然而，如果和直接燃烧相比，这些转化过程都提供了机会，使很多污染物（比如H2S，NH3， HCl和很多重金属成分）在过程中间被脱除，因此其最终产品和这些产品的进一步利用是相对清洁的。经过气化或液化的中间转化后，煤利用的全寿命周期的总环境足迹减小。在这个意义上，煤的气化和液化转化过程是相对清洁的。

所有化石能源都无法成为绝对的清洁能源。可再生能源中，只有太阳能、风能、潮汐等接近零排放。水电因为对地表环境和生态的影响，只是相对的清洁能源。

煤加氢液化一般在450－480℃加压下分段进行的。先是少数最活泼的键发生较快的热断裂，产生较大的有机碎片。然后是比较牢固的键断裂，产生较小的碎片。共价键的热断裂产生数量不等的自由基，它们可通过加氢而稳定化。氢的来源可以是氢气或能提供氢原子的溶剂（称为供氢溶剂）。这是一个十分缓慢的反应过程，反应的结果是使产物由沥青类转化为油类，为提高油类的产率，需要更苛刻的条件（较高的温度和压强，较长的停留时间），其间可能发生的反应包括加氢、脱水、杂环开环失杂原子和桥结构的断裂。因此，是一难以进行、费用较高的过程。

气化就是水煤气(一氧化氮和氢气)

煤炭燃烧既是化学变化也是物理变化。

因为产生了新的物质，同时煤炭的状态发生了改变。

煤炭燃烧时，氮不产生热量，在高温下转变成氮氧化合物和氨，以游离状态析出。硫、磷、氟、氯和砷等是煤炭中的有害成分，其中以硫最为重要。

煤炭燃烧时绝大部分的硫被氧化成二氧化硫，随烟气排放，污染大气，危害动、植物生长及人类健康，腐蚀金属设备；当含硫多的煤用于冶金炼焦时，还影响焦炭和钢铁的质量。所以，“硫分”含量是评价煤质的重要指标之一。

扩展资料

煤的组成和种类：

煤含的主要元素是碳，除此之外还有少量氢、氮、硫、氧等元素以及无机矿物质，所以煤并不是只含碳元素。事实上煤是由有机物和无机物所组成的复杂混合物。

可分为无烟煤、烟煤、褐煤、泥煤等。它们的含碳量不同，无烟煤的含碳量较高，泥煤的含碳量较低，当然含碳量不同发热量也就不同，含碳量越高，发热量也越高。

煤燃烧时产生有毒的二氧化硫以及氮的氧化物等，这是“废气”；燃烧完产生的煤灰，这是“废渣”；烟囱中常有难闻液体，这是“废液”。

从煤的成分看其中含有许多有机成分和无机矿物，因此煤除了可以燃烧还可以从中提取化工原料。目前已有实用价值的办法主要有煤的干馏和煤的气化、液化。

参考资料来源：百度百科-煤炭

粉煤灰是煤燃烧所产生的烟气中的细灰(一般是指燃煤电厂从烟道气体中收集的细灰)。

煤渣是从工业和民用锅炉及其他设备燃煤所排出的废渣(主要以燃煤火力发电厂、化肥厂造气炉及北方地区民用锅炉等)。

1、炉渣

又称溶渣。火法冶金过程中生成的浮在金属等液态物质表面的熔体，其组成以氧化物（二氧化硅，氧化铝，氧化钙，氧化镁）为主，还常含有硫化物并夹带少量金属。

炉渣的组分靠加入适量的熔剂（石灰、石英石、萤石等）进行调整。在冶炼过程中通过对炉渣组分和性质的控制，能使脉石和氧化杂质的产物与熔融金属或硫顺利分离，脱除金属中的害杂质，吸收液态金属中的非金属夹杂物不直接受炉气污染，富集有用的金属氧化物；在电炉冶炼中还是电阻发热体。炉渣在保证冶炼操作顺利进行、冶炼产品质量、金属回收率等各方面起着决定性作用，例如炼钢作业中有“炼好渣，才能炼好钢”的说法。

根据冶金过程的不同，炉渣可分为熔炼渣、精炼渣、合成渣；根据炉渣性质，有碱性渣、酸性渣和中性渣之分。许多炉渣有重要用处。

2、粉煤灰的形成

第一阶段，粉煤在开始燃烧时，其中气化温度低的挥发分，首先自矿物质与固体碳连接的缝隙间不断逸出，使粉煤灰变成多孔型炭粒。此时的煤灰，颗粒状态基本保持原煤粉的不规则碎屑状，但因多孔型性，使其表面积更大。

第二阶段，伴随着多孔性炭粒中的有机质完全燃烧和温度的升高，其中的矿物质也将脱水、分解、氧化变成无机氧化物，此时的煤灰颗粒变成多孔玻璃体，尽管其形态大体上仍维持与多孔炭粒相同，但比表面积明显地小于多孔炭粒。

第三阶段，随着燃烧的进行，多孔玻璃体逐渐融收缩而形成颗粒，其孔隙率不断降低，圆度不断提高，粒径不断变小，最终由多孔玻璃转变为一密度较高、粒径较小的密实球体，颗粒比表面积下降为最小。不同粒度和密度的灰粒具有显著的化学和矿物学方面的特征差别，小颗粒一般比大颗粒更具玻璃性和化学活性。

最后形成的粉煤灰(其中80%～90%为飞灰，10%～20%为炉底灰)是外观相似，颗粒教细而不均匀的复杂多变的多相物质。飞灰是进入烟道气灰尘中最细的部分，炉底灰是分离出来的比较粗的颗粒，或是炉渣。这些东西有足够的重量，燃烧带跑到炉子的底部。

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

煤液化是把固体煤炭通过化学加工过程，使其转化成为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。根据不同的加工路线，煤炭液化可分为直接液化和间接液化两大类，煤的液化属于化学变化。

主要反应有：

（1）烃类生成反应

CO+2H2→(-CH2-)+H2O

（2）水气变换反应

CO+ H2O→H2+ CO2

由以上两式可得合成反应的通用式：

2CO+H2→(-CH2-)+ CO2

由以上两式可以推出烷烃和烯烃生成的通用计量式如下：

（3）烷烃生成反应

nCO+(2n+1)H2→CnH2n+2+nH2O

2nCO+(n+1)H2→CnH2n+2+nCO2

3nCO+(n+1)H2O→CnH2n+2+(2n+1)CO2

nCO2+(3n+1)H2→CnH2n+2+2nH2O

（4）烯烃生成反应

nCO+2nH2→CnH2n+nH2O

2nCO+nH2→CnH2n+nCO2

3nCO+nH2O→CnH2n+2nCO2

nCO2+3nH2→CnH2n+2nH2O