导航:首页 > 化学知识 > 煤炭如何通过化学途径高效利用
煤炭如何通过化学途径高效利用
发布时间：2022-09-24 15:27:45A. 从煤炭获得高效洁净燃料有哪些途径
煤炭洁净加工的主要任务是提高商品煤质量。进一步加强选煤新技术的开发，特别应针对高效降灰、脱硫以及省水型或干法选煤技术，重点放在动力煤洗选上。通过技术改造和工艺与设备简化充分发挥现有洗煤厂的生产能力，降低洗精煤生产成本，增加原煤入洗率，改善商品煤质量，提高煤炭洗选的经济效益。
大力推广动力配煤技术，为各类煤炭用户提供品种对路、质量稳定的燃料或原料，提高各种用煤设备的效率，节约煤炭，减轻污染，提高效益。
继续开发高效、廉价的粘煤粘结剂，提高型煤设备的工作性能和使用寿命，加强推广使用工业与民用燃料型煤以取代大量原煤直接散烧，同时研究开发和推广使用新型燃煤炉具。
适当发展水煤浆技术，在进一步研究开发制浆及相关技术、提高水煤浆的质量和使用性能的同时，继续进行水煤浆代油燃烧的示范和推广工作。
煤炭高效利用的主要任务是改善煤炭的终端消费结构，进一步加大研究开发和技术推广力度，加强煤炭向洁净二次能源（电力、燃料气、燃料油）的就地转化，强化以获取化工原料或产品（气态、液态、固态）为目的的深度加工。
首先要下大力气提高燃煤效率，降低燃煤污染。在电站锅炉技术方面，加快大型燃煤技术与设备引进后的消化吸收和国家化进程；对中型技术与设备进行适当的技术改造，特别是建立、健全配套的环保设施；逐步淘汰规模较小的技术和设备。在工业锅炉和工业窑炉方面，不断进行
技术创新和进步，逐步淘汰能耗高、污染重的炉窑，积极推广普及燃用动力配煤和型煤。在民用燃煤方面，普及燃用型煤，推广使用新型节能、环保炉具，有条件的地方鼓励
其以燃气取代燃煤。
B. 如何让煤炭综合利用
1.把煤先制造成焦炭，在这个过程中可以提取很多副产品，比如水煤气，硫磺,棕榈油，芳香烃等。
2.而且制造成的焦炭比原煤有更好的用途，燃烧更充分，燃烧值更大，制作焦炭不影响煤作为燃料使用。在焦炭当作燃料使用的过程中，热能还可以综合利用，比如，利用废热采暖，生产热水，温室用热等。
3.焦炭当作燃料，燃烧后的灰也有很好的用途，比如当作肥料，建筑材料，制造水泥的原料等。
C. 煤的气化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径之一．（1）在25℃、101kPa时，H2与O2化合生成1mol H2O（g）放
（1）在25℃、101kPa时，H2与O2化合生成1molH2O（g）放出241.8kJ的热量，其热化学方程式为：H2（g）+
| 1 |
| 2 |
已知：①C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5kJ/mol
②CO（g）+
| 1 |
| 2 |
③H2（g）+
| 1 |
| 2 |
根据盖斯定律，①-③-②得C（s）+H2O（g）=CO（g）+H2（g）△H=+131.3kJ?mol-1，
故答案为：H2（g）+
| 1 |
| 2 |
（2）①CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）的平衡常数k=
| c(CO2)×c(H2) |
| c(CO)×c(H2O) |
故答案为：
| c(CO2)×c(H2) |
| c(CO)×c(H2O) |
②令参加反应的CO的物质的量为nmol，则：
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
开始（mol）：0.10.1 0 0
变化（mol）：n n n n
平衡（mol）：0.1-n0.1-nn n
由于反应前后气体的体积不变，可以用物质的量代替浓度计算平衡常数，故
| n×n |
| (0.1?n)×(0.1?n) |
| 0.05mol |
| 0.1mol |
乙与甲相比，乙中增大水的物质的量，平衡向正反应方向移动，CO的转化率增大，故CO转化率：乙＞甲；
丙与甲相比，乙中水、CO的物质的量为甲中的2倍，等效为再甲的基础上压强增大一倍，平衡不移动，转化率不变，故CO转化率：丙=甲；
故答案为：50%；＞；=；
③通过改变温度，使CO的平衡转化率升高，则平衡向正反应方向移动，该反应正反应为放热反应，故应降低温度，故答案为：降低．
D. 为了节约资源,减少浪费,应该如何使煤得到充分利用
燃煤锅炉节能系列
燃煤锅炉节能改造技术综述 详细分析燃煤锅炉能源浪费和损失的环节，提出有针对性的节能技术解决方案，目的就是提高燃煤的燃烧效率和回收高温烟气余热资源。
链条锅炉均匀分层给煤装置 正转链条炉排锅炉原有的斗式给煤装置，使块、末煤混合堆实在炉排上，阻碍锅炉进风，影响燃烧。将斗式给煤改造成分层给煤，使用重力筛选器将原煤中块、末煤自下而上松散地分布在炉排上，有利于进风，改善燃烧状况，提高煤炭的燃烧率，减少灰渣含碳量，可获得5%～20%的节煤率。项目投资很少，节能效益很好，回收很快。
燃煤锅炉热管式省煤器 燃煤锅炉烟气排放温度普遍高达200℃以上，既污染了环境，又浪费了宝贵的烟气余热资源。利用热管换热技术，可有效回收这部分受污染的烟气余热资源，用来预热锅炉给水，变废为宝，实现节能效益5～12%，同时彻底解决锅炉尾部低温腐蚀、积灰、堵灰难题，使排烟温度降低到120℃烟气酸露点的极限温度，回收更多的烟气余热资源，项目的经济效益和社会效益非常显着。
热管式空气预热器 针对燃煤锅炉高温排烟热损失，利用热管换热技术，可有效回收这部分受污染的烟气余热资源，用来预热锅炉助燃空气，变废为宝，实现节能效益8～15%，同时彻底解决锅炉尾部低温腐蚀、积灰、堵灰难题，使排烟温度降低到120℃烟气酸露点的极限温度，回收更多的烟气余热资源，项目的经济效益和社会效益非常显着。
膜法富氧助燃节能装置 利用膜分离技术，提高助燃空气中氧的含量，使煤炭燃烧的更加充分，同时，降低空气过剩系数，减少燃烧后的烟气排放量，提高火焰温度和降低排烟黑度，实现节能5%～15%，提高锅炉出力10%以上。
高温远红外辐射节能涂料 可直接喷涂在燃煤锅炉水冷壁管、过热器管、省煤器管的表面，形成一层坚硬的陶瓷釉面硬壳，起到保护炉体、延长炉龄、有效辐射炉膛内远红外热能，显着提高炉膛内的热传递效果，减少黑烟排放，节约燃料消耗5～35%。项目投资不多，效果很好，非常适合燃煤锅炉使用。
全自动高效激波吹灰器 锅炉积灰结焦将严重降低热效率，因此除灰势在必行。利用激波发生技术，震荡、撞击和冲刷锅炉过热器、空预器、省煤器表面的积灰结焦，使其破碎脱落。因清灰效果好、吹灰彻底、不留死角、运行成本极低、投资效益很高的特点，全自动高效激波吹灰器深受用户欢迎，是燃煤锅炉除灰的最佳选择，必将取代其它传统吹灰设备，在锅炉清灰节能方面具有广阔的发展前景。
蒸汽喷射式热泵 就是利用高压蒸汽抽吸低压蒸汽或凝结水闪蒸汽，经过混合扩压，形成中压蒸汽，满足生产工艺所需，达到充分利用工业废热蒸汽资源的目的，是一种高效节能设备。利用蒸汽喷射式热泵可以取消热力管网中的减温减压器，充分回收企业原来不能再利用的低压蒸汽和闪蒸汽，设备投资回收期半年左右。
蒸汽锅炉密闭式高温凝结水回收系统 针对过去开式回收凝结水所存在的闪蒸汽浪费、凝结水再次被氧化、热能回收率不高的缺陷，在详尽调查用汽设备热负荷的前提下，通过更换先进疏水阀，平衡回收管网压力，增设凝结水回收装置，可以实现高温凝结水的密闭式回收，节约锅炉燃料15%～30%，回收95%的纯净凝结水，其项目投资回收期不超过壹年。
板式换热机组 针对纺织印染化工等企业排放的60℃～80℃的废水（液）、废气（汽）余热资源，利用高效板式换热技术回收这部分的热能，免费生产热水，实现废物资源利用，彻底解决厂区冬天热雾弥漫，夏天热浪逼人的污染环境。
工业锅炉节能改造
为了与发电用大型锅炉相区别，中国把容量在65吨/时以下为工业生产供热、为建筑物供暖的锅炉称之为工业锅炉。据1998年工业普查统计，全国工业锅炉保有量为52万台、120万蒸吨，其中70%是蒸汽锅炉，其余是热水锅炉，年耗燃料约4亿吨标准煤。工业锅炉型式各异，主要是层燃锅炉（正传链条炉排锅炉多达总数的60%以上），它们的热效率普遍较低，低于80%者居大多数，高效低污染宽煤种的循环流化床锅炉为数很少。
由于种种原因，如结构设计不合理，制造质量不良，辅机配套不协调，可用煤种与设计不符，运行操作不当等，都会造成锅炉出力不足、热效率低下和输出参数不合格等问题，结果是能源消耗量过大，甚至不能满足生产要求。对于半新以下的锅炉，采取技术改造措施解决问题，经济合理；对于接近寿命期的锅炉，则以更新为佳；究竟采取何种措施，应以技术先进、成熟，经济合理为原则，由于中国锅炉的以上问题比较普遍，所以，节能潜力很大，约达4000万吨标准煤。由于在用的工业锅炉正转链条炉排锅炉居多数，当前推广应用的节能改造技术，大部分是针对正转链条炉排锅炉的。各种技改措施分述如下
给煤装置改造
中国的层燃锅炉都是燃用原煤，其中占多数的正转链条炉排锅炉，原有的斗式给煤装置，使得块、末煤混合堆实在炉排上，阻碍锅炉进风，影响燃烧。将斗式给煤改造成分层给煤，即使用重力筛选将原煤中块、末自下而上松散地分布在炉排上，有利于进风，改善了燃烧状况，提高煤的燃烧率，减少灰渣含碳量，可获得5%—20%的节煤率，节能效果视改前炉况而异，炉况越差，效果越好。投资很少，回收很快。
燃烧系统改造
对于正转链条炉排锅炉，这项技术改造是从炉前适当位置喷入适量煤粉到炉膛的适当位置，使之在炉排层燃基础上，增加适量的悬浮燃烧，可以获得10%左右的节能率。但是，喷入的煤粉量、喷射速度与位置要控制适当，否则，将增大排烟黑度，影响节能效果。对于燃油、燃气和煤粉锅炉，是用新型节能燃烧器取代陈旧、落后的燃烧器，改造效果也与原设备状况相关，原状越差，效果越好，一般可达5%—10%。
炉拱改造
正转链条炉排锅炉的炉拱是按设计煤种配置的，有不少锅炉不能燃用设计煤种，导致燃烧状况不佳，直接影响锅炉的热效率，甚至影响锅炉出力。按照实际使用的煤种，适当改变炉拱的形状与位置，可以改善燃烧状况，提高燃烧效率，减少燃煤消耗，现在已有适用多种煤种的炉拱配置技术。这项改造可获得10%左右的节能效果，技改投资半年左右可收回。
④锅炉辅机节能改造
燃煤锅炉的主要辅机——鼓风机和引风机的运行参数与锅炉的热效率和耗能量直接相关，用适当的调速技术，按照锅炉的负荷需要调节鼓、引风量，维持锅炉运行在最佳状况，一方面可以节约锅炉燃煤，又可以节约风机的耗电，节能效果是很好的。
5层燃锅炉改造成循环流化床锅炉
循环流化床锅炉是煤粉在炉膛内循环流化燃烧，所以，它的热效率比层燃锅炉高15—20个百分点，而且可以燃用劣质煤；由于可以使用石灰石粉在炉内脱硫，所以，不但可以大大减少燃煤锅炉酸雨气体2的排放量，而且其灰渣可直接生产建筑材料。这种改造已有不少成功案例，但它的改造投资较高，约为购置新炉费用的70%，所以，要慎重决策。
⑥旧锅炉更新
这项改造是用新锅炉替换旧锅炉，包括用新型节能型锅炉替换旧型锅炉，用大型锅炉替换小型锅炉，用高参数锅炉替换低参数锅炉，以实现热电联产等，如用适当台数大容量循环流化床锅炉替换多台小容量层燃锅炉，实现热电联产。由于可以较大幅度提高锅炉的能源效率，所以节能效益可观，投资回收期较短，长则4-5年，短则2-3年。
⑦控制系统改造
工业锅炉控制系统节能改造有两类，一是按照锅炉的负荷要求，实时调节给煤量、给水量、鼓风量和引风量，使锅炉经常处在良好的运行状态。将原来的手工控制或半自动控制改造成全自动控制。这类改造，对于负荷变化幅度较大，而且变化频繁的锅炉节能效果很好，一般可达10%左右；二是对供暖锅炉的，内容是在保持足够室温的前提下，根据户外温度的变化，实时调节锅炉的输出热量，达到舒适、节能、环保的目的。实现这类自动控制，可使锅炉节约20%左右的燃煤。对于燃油、燃气锅炉，节能效果是相同的，其经济效益更高。
工业锅炉节能改造的以上各项内容实施后，效果均为较大幅度地减少煤炭或其它化石燃料的消耗，所以，均可大幅度的减少温室气体2的排放量，有利于缓解全球气候变暖，同时也减少酸雨气体2和总悬浮颗粒物的排放量，有益于改善地区的生态环境
E. 高中化学关于煤的综合利用
煤的气化就是把煤转化为可燃性气体的过程。在高温下煤和水蒸气作用得到CO、H2、CH4等气体，生成的气体可作为燃料或化工原料气。
煤的液化是把煤转化为液体燃料的过程。在一定条件下，使煤和氢气作用，可以得到液体燃料，也可以获得洁净的燃料油和化工原料。煤气化生成的CO和H2（水煤气）在经过催化合成也可以得到液体燃料。用水煤气还可以合成液态碳氢化合物和含氧有机化合物。
煤干馏是将煤隔绝空气加强热，使其发生复杂的变化，得到焦炭、煤焦油、焦炉气、粗氨水、粗苯等。从煤干馏得到的煤焦油中可以分离出苯、甲苯、二甲苯等有机化合物。利用这些有机物可移制得染料、化肥、农药、洗涤剂、溶剂和多种合成材料。
F. 煤的气化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径之一．（1）在250C 101kPa时，H2与02化合生成1mol H2O（g）放
（1）在250C101kPa时，H2与02化合生成1molH2O（g）放出241.8kJ的热量，其热化学方程式为H2（g）+
| 1 |
| 2 |
①C（s）+O2（g）═CO2（g）△H=-393.5kJ/mol
②CO（g）+
| 1 |
| 2 |
③H2（g）+
| 1 |
| 2 |
依据盖斯定律①-②-③，得到焦炭与水蒸气反应的热化学方程式，C（s）+H2O（g）?CO（g）+H2（g）△H=+131.3KJ/mol；
故答案为：H2（g）+
| 1 |
| 2 |
（2）CO可以与H2O（g）进一步发生反应：CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）△H＜0在恒容密闭容器中，起始时n（H20）=0.20mol，n（CO）=0.10mol，在8000C时达到平衡状态，K=1.0，则平衡时，设一氧化碳转化物质的量为x，依据化学平衡三段式列式；
CO（g）+H2O（g）?CO2（g）+H2（g）
起始量（mol） 0.10 0.20 0 0
变化量（mol） x x x x
平衡量（mol）0.10-x 0.20-x x x
K=
| x2 |
| (0.10?x)(0.20?x) |
计算得到x=
| 1 |
| 15 |
容器中CO的转化率=
| ||
| 0.10 |
故答案为：66.7%；
（3）①．vⅠ（N2）=
| 1mol/L |
| 20min |
| 1mol/L?0.62mol/L |
| 15min |
vⅢ（N2）=
| 0.62mol/L?0.5mol/L |
| 10min |
故N2的平均反应速率vⅠ（N2）＞vⅡ（N2）＞vⅢ（N2）；
故答案为：vⅠ（N2）＞vⅡ（N2）＞vⅢ（N2）；
②．由第一次平衡到第二次平衡，氨气是从0开始的，瞬间氮气、氢气浓度不变，因此可以确定第一次平衡后从体系中移出了氨气，即减少生成物浓度，平衡正向移动；
故答案为：正反应方向，从反应体系中移出产物氨气；
③．第三阶段的开始与第二阶段的平衡各物质的量均相等，根据氮气、氢气的量减少，氨气的量增加可判断平衡是正向移动的，根据平衡开始时浓度确定此平衡移动不可能是由浓度的变化引起的，另外题目所给条件容器的体积不变，则改变压强也不可能，因此一定为温度的影响，此反应正向为放热反应，可以推测为降低温度，因此达到平衡后温度一定比第二阶段平衡时的温度低；
故答案为：＞，此反应为放热反应，降低温度平衡向正反应方向移动．
G. 煤的化工利用途径主要有哪些
以煤为原料，经化学加工使煤转化为气体、液体和固体燃料以及化学品的过程。主要包括煤的气化、液化、干馏，以及焦油加工和电石乙炔化工等。 煤化工开端于18世纪后半叶，19世纪形成了完整的煤化学工业体系。
H. 是否可以将煤通过化学手段转化为石油
可以。煤转油是由煤炭气化生产合成气、再经费-托合成生产合成油称之为煤炭间接液化技术。“煤炭间接液化”法早在南非实现工业化生产。南非也是个多煤缺油的国家，其煤炭储藏量高达553.33亿吨，储采比为247年。煤炭占其一次能源比例为75.6%。南非1955年起就采用煤炭气化技术和费-托法合成技术，生产汽油、煤油、柴油、合成蜡、氨、乙烯、丙烯、α-烯烃等石油和化工产品。
煤与石油都是由碳、氢、氧为主的元素组成的天然有机矿物燃料，这是煤能制成油最根本的基础。但它们在外观和化学组成上都有明显差别，其中最明显的差别就是氢、氧含量的不同。煤中氢含量低、氧含量高，氢/碳比低、氧/碳比高。
煤的化学成分中氢含量为5%，碳含量较高，而成品油中氢含量为12%-15%，碳含量较低，且油品为不含氧的液体燃料。这主要是由于煤与石油的分子结构不同。因此，要将煤转化为液体产物，首先要将煤的大分子裂解为较小的分子。而要提高氢/碳比，就必须增加氢原子或减少碳原子。总之，煤液化的实质是在适当温度、氢压、溶剂和催化剂条件下，提高其氢/碳比，使固体的煤转化为液体的油。
I. 煤的气化是高效、清洁地利用煤炭的重要途径．可将煤炼成焦炭，再将焦炭在高温下与水蒸气反应，得到CO和H2
焦炭在高温下与水蒸气反应，得到CO和H2，反应方程式为：C+H2O
|