12.煤炭可以做什么?
煤炭,中国古代称“石炭”“乌薪”“黑金”“燃石”等。中国是世界上最早利用煤炭的国家。最早记载煤炭的名称和产地的著作是战国时期的《山海经》。《汉书·地理志》上也记载:“豫章郡出石可燃,为薪。”说明煤炭已用于江西南昌附近人民的日常生活中。
1975年,根据对河南郑州古荥镇冶铁遗址的挖掘,发现当地从西汉中叶至东汉前期,是以煤炭为燃料冶铁的。北魏地理学家郦道元在《水经注·河上》篇中第一次在文献中记载用煤炭冶铁。三国时期的曹操在邺都兴建冰井台,井深50m,贮煤数十万千克。南北朝时我国北方家庭已广泛使用煤炭取暖、烧饭,唐朝时我国南方也广泛使用煤炭了。宋朝时,煤炭在京都汴梁已是家用燃料,庄季裕在《鸡肋篇》云“数百万家,尽仰石炭,无一家燃薪柴火者”即是明证。元朝时,意大利旅行家马可·波罗看到中国用煤盛况,并在他写的《马可·波罗游记》一书中作了记载,致使欧洲人把煤当成奇闻传颂。
明朝时,煤炭已是冶铁的主要燃料。著名科学家宋应星在他的《天工开物》一书中就有关于“冶铁”的记载,提到用煤的约为十分之七。他还记述了当时采煤时以长竹筒伸向井底以排除毒气的方法。
中国宋朝时已用焦炭炼铁,1961年在广东新会县发掘出的南宋炼铁遗址中,除发现有炉渣、石灰石、铁矿石外,还发现焦炭。目前所知,这是世界上用焦炭炼铁的最早实例,说明中国用煤炼焦,比欧洲早了500多年。
希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有《石史》,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。
煤炭被人们誉为黑色的金子,它是18世纪以来人类世界使用的主要能源之一。18世纪末,随着蒸汽机的发明和使用,煤炭被广泛地用作工业生产的燃料,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为29270kJ/kg。而且煤炭在地球上的储量丰富,分布广泛,一般也比较容易开采,因而被广泛用作各种工业生产中的燃料。煤炭又是珍贵的化工原料,在国民经济的发展中起着重要作用。根据其使用目的总结为三大主要用途,即燃烧、炼焦以及煤化工。
煤炭是人类的重要能源资源,任何煤都可作为工业和民用燃料。主要包括如下方面。① 发电用煤,中国约1/3以上的煤用来发电,平均发电耗煤为标准煤370g/(kW·h)左右。电厂利用煤的热值,把热能转变为电能。② 蒸汽机车用煤,占动力用煤3%左右,蒸汽机车锅炉平均耗煤指标为100kg/(104t·km)左右。③ 建材用煤,约占动力用煤的13%以上,以水泥用煤量最大,其次为玻璃、砖、瓦等。④ 一般工业锅炉用煤,除热电厂及大型供热锅炉外,一般企业及取暖用的工业锅炉型号繁多,数量大且分散,用煤量约占动力煤的26%。⑤ 生活用煤,生活用煤的数量也较大,约占燃料用煤的23%。⑥ 冶金用动力煤,冶金用动力煤主要为烧结和高炉喷吹用无烟煤,其用量不到动力用煤量的1%。
把煤炭置于干馏炉中,隔绝空气加热,煤炭中有机质随温度升高逐渐被分解,其中挥发性物质以气态或蒸气状态逸出,成为焦炉煤气和煤焦油,而非挥发性固体剩留物即为焦炭。一般1.3t左右的焦煤才能炼1t焦炭。焦炭多用于炼钢,是钢铁等行业的主要生产原料,被喻为钢铁工业的“基本食粮”。大多数国家的焦炭90%以上用于高炉炼铁,炼铁高炉采用焦炭代替木炭,为现代高炉的大型化奠定了基础,是冶金史上的一个重大里程碑。焦炉煤气是一种燃料,也是重要的化工原料。
煤炭不仅是一种可以用作燃料或工业原料的矿物,也是获得有机化合物的源泉。通过煤焦油的分馏可以获得各种芳香烃;通过煤炭的直接或间接液化,可以获得燃料油及多种化工原料。
近年来,人们为了找到高效、洁净利用煤炭的途径,开发出了多联产技术。多联产技术是以煤气化技术为“龙头”的多种煤炭转化技术,通过优化组合集成在一起,以获得多种高附加值的化工产品和多种洁净的二次能源(气体燃料、液体燃料、电等)。如以煤炭气化为中心,将煤转换成合成气,再将合成气用于联合循环发电,可以获得比常规燃煤发电更高的能源利用效率。多联产、洁净化技术是实现煤基洁净能源的有竞争力的途径。
多联产的原理是将煤气化转为气,不仅可以发电,还可以做出很多宝贵的化工产品,如醋酸、二甲醚、乙醇和甲醇等。多联产相当于把发电和化工两个过程耦合起来,能量利用效率可以提高10%~15%,同时降低了发电成本,实现经济效益的最大化。