傅 叢，白向飛，丁 華，陳文敏

(1.煤炭科學技術研究院有限公司 煤化工分院，北京 100013；2.煤炭資源高效開采與潔凈利用國家重點實驗室，北京 100013)

中國是世界產煤、耗煤和儲煤大國，如2018年一次能源生產總量達37.7億t標準煤，其中生產原煤36.8億t，產煤量最大的內蒙古、山西和陜西三省區(qū)原煤產量分別達到9.26億t、8.93億t、6.23億t[1]，同時進口煤約2.8億t。到2012年底，已探明在2 000 m以淺的煤炭資源量達5.9萬億t，其中已查明資源儲量一萬數千億t。除煤炭儲量低于美俄兩國而居世界第三外，我國煤炭和焦炭產量及用煤量均居世界首位，如2018年焦炭產量達4.38億t，占世界焦炭產量的2/3以上。煤炭總儲量已占全國化石能源的94%以上，而石油和天然氣的總資源量占比不足6%。預計2025年煤炭消費需求約28億～29億t標準煤，占能源消耗總量的50%～52%，因此煤炭在相當長的時間內依然是我國最重要的能源資源[2]。

煤炭的組成結構十分復雜，系以有機質為主并有不同數量礦物質和水分的固體礦物燃料和原料。煤的性質不僅隨煤化程度的不同而變化，同時還與煤的形成時代、成煤原始物質、沉積環(huán)境以及化學介質的不同而異。此外，即使同一礦井煤的不同煤層之間的性質有時也會發(fā)生很大的差異，如受巖漿熱液接觸變質影響的淮北地區(qū)某些煤層既有煉焦煤也有貧煤甚至天然焦出現；貴州水城礦區(qū)發(fā)現同一煤層在東段和西段的煤類有明顯的不同，阜新長焰煤中也發(fā)現有天然焦；某些深層變質的礦區(qū)(如峰峰礦區(qū))在成煤過程中由于地殼發(fā)生激烈的變動以致發(fā)生煤層倒轉現象，導致上部煤層的變質程度反而比下部煤層更高的反常狀況出現，由此可見我國產煤性質的復雜性。

在我國每年消耗35億t以上的商品煤中，有60%以上用于發(fā)電和熱電廠供熱，工業(yè)鍋爐和窯爐以及民用占20%左右；有8億t以上煤炭作為煤化工用煤，其中每年用煉焦煤6億t以上[3]，但在使用過程中無論作動力用煤或化工用煤均須確保其高效潔凈利用。不同工業(yè)用途對煤的基本特性要求也有所不同，為此對生產的原煤需經洗選以脫除大部分的灰分和硫分以及磷、砷、氯、氟、汞等多種微量有害元素，另外還應根據煤炭用途的不同而實現深度脫硫、脫硝及盡量減少粉塵和煙氣對大氣的污染，真正實現煤炭清潔高效利用和節(jié)能減排等目標。因而在煤炭清潔高效利用、節(jié)能減排中的重點領域，其主攻方向為解決發(fā)電等動力用煤的脫硫、脫硝和減少粉塵等有害物質以及溫室氣體CO2的排放，而對煉焦及氣化、煤制油等煤化工領域的清潔高效利用和節(jié)能減排工作也同樣需加強治理和解決。因而，如能充分了解我國各種不同煤的基本性質，可為煤炭價值梯級利用、清潔高效利用與節(jié)能減排工作提供科學的基礎資料。

我國涉及動力用煤及煤化工領域的煤炭資源與質量評價標準體系相對較為完善，現有50多項國標及行標涉及煤質管理、煤質評價及煤炭基礎標準[4-6]。其中，煤質管理標準涵括管理標準與產品標準，前者包括《商品煤質量評價與控制技術指南》(GB/T 31356—2014)、《商品煤質量抽查和驗收方法》(GB/T 18666—2014)、《商品煤標識》(GB/T 25209—2010)、《商品煤雜物控制技術要求》(GB/T 31087—2014)等，后者包括《商品煤質量 發(fā)電煤粉鍋爐用煤》(GB/T 7562—2018)、《商品煤質量 鏈條爐用煤》(GB/T 18342—2018)、《商品煤質量 水泥回轉窯用煤》(GB/T 7563—2018)、《高爐噴吹用煤技術條件》(GB 18512—2008)、《商品煤質量 褐煤》(GB/T 31862—2015)、《商品煤質量 民用型煤》(GB/T 34170—2017)等。煤質評價標準目前主要包括灰分、硫分、發(fā)熱量、磷、氯、砷、氟、汞等煤炭質量分級國家標準以及煤的熱穩(wěn)定性、固定碳、黏結指數、揮發(fā)分、全水分分級等行業(yè)標準。

1 發(fā)電等動力用煤對煤質的基本要求

我國動力煤的平均灰分在20%～25%左右，主要由于我國煤層的平均灰分較高且機械化采煤(如綜采放頂煤)時又混入大量矸石，此外動力煤洗選比例和洗選深度遠不及工業(yè)發(fā)達國家，后者入洗比例高達90%～95%以上且洗煤灰分比我國約低5%。為盡量減少燃煤排放的有害物質對大氣的污染，需增加我國動力煤的入洗比例及提高洗選效率。對于動力用煤，較為重要的煤質指標包括發(fā)熱量、揮發(fā)分、灰分、硫分、煤灰熔融性和灰成分、結渣性和灰黏度等[7，8 ]，此外還應采用安全、經濟、效率、環(huán)境指標對動力煤煤質進行綜合評價[9]。

GB/T 18666—2014《商品煤質量抽查和驗收方法》規(guī)定了商品煤抽查及驗收時的方法提要、檢驗項目、煤質評定等內容，其中原煤、篩選煤和其他洗煤(包括非冶煉用精煤)檢驗發(fā)熱量(或灰分)和全硫，冶金用精煤檢驗全水分、灰分、全硫等，質量評定時其灰分、發(fā)熱量、全水分、全硫等測定需滿足GB/T 18666—2014規(guī)定的相應允許差。

煤炭質量分級標準主要包括灰分、硫分、揮發(fā)分、發(fā)熱量、黏結指數、氯、磷、砷、氟、汞等分級范圍，其中給出動力煤不同級別灰分、硫分的含量范圍值。如GB/T 15224.1—2010規(guī)定Ad(%)范圍，即特低灰煤(SLA):≤10.00，低灰煤(LA):10.01～18.00，中灰煤(MA):18.01～25.00，中高灰煤(MHA):25.01～35.00，高灰煤(HA):>35.00～50.00；GB/T 15224.2—2010規(guī)定St,d(%)范圍，即特低硫煤(SL):≤0.50，低硫煤(LS):0.51～0.90，中硫煤(MS):0.91～1.50，中高硫煤(MHS):1.51～3.00，高硫煤(HS):>3.00。

1.1 發(fā)電煤粉鍋爐用煤

GB/T 7562—2018《商品煤質量 發(fā)電煤粉鍋爐用煤》中對發(fā)電煤粉鍋爐用煤產品等級和技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標識、運輸及儲存等進行相應規(guī)定，對發(fā)電煤粉鍋爐用煤產品按揮發(fā)分進行類別劃分、按發(fā)熱量和全硫進行質量等級劃分，以“類別+發(fā)熱量等級+全硫等級”的形式表示。其中產品類別包括以下4種:發(fā)電煤粉鍋爐用無煙煤(Vdaf≤10.00%)、發(fā)電煤粉鍋爐用低揮發(fā)分煙煤(10.00%20.00%)、發(fā)電煤粉鍋爐用褐煤(Vdaf>37.00%)，分別簡稱為FD-WY、FD-LVYM、FD-MHVYM、FD-HM；上述4個類別的發(fā)電煤粉鍋爐用煤分別有4、4、5、3個發(fā)熱量等級，與其相對應的技術指標要求共16個；全硫(St,d，%)指標有5個等級:S1級≤0.5，S2級>0.50～1.00，S3級>1.00～1.50，S4級>1.50～2.00，S5級>2.00～2.50，即發(fā)電煤粉鍋爐入爐煤通常要求St,d≤1.50%，St,d>2.00%的煤只能適量配入，而某些地區(qū)對電煤要求St,d<1.00%；發(fā)電煤粉鍋爐用無煙煤和各級煙煤要求Ad≤35%，而發(fā)電煤粉鍋爐用褐煤通常要求Ad≤30%，其他指標包含Asd≤40 μg/g、Hgd≤0.600 μg/g等。

在發(fā)電煤粉鍋爐用無煙煤以揮發(fā)分較高的WY3為適宜，且以配入一定比例的Vdaf>10%～20%的貧煤或貧瘦煤時其經濟效益更佳。至于其他煤種的發(fā)電煤粉鍋爐幾乎均需進行配煤燃燒以滿足大型電廠用煤量和質量的需要。若單種煤洗選后的硫分或揮發(fā)分和灰熔融性等指標還達不到電廠、工業(yè)鍋爐或窯爐的需求，則可進一步采用動力配煤的方法盡量達到或接近鍋爐設計煤種(或校核煤種)的要求以提高燃燒效率和鍋爐的出力，從而達到節(jié)能減排的要求。如神東不黏煤雖灰分低、硫分低、熱值較高且揮發(fā)分也適合于動力用煤，但因其煤灰中的CaO和Fe2O3及K2O等堿性成分較高，因而其灰熔融性軟化溫度較低，在固體排渣鍋爐以及氣化爐中易結渣而難以正常排渣，據此采用了高灰熔融性的保德礦氣煤(低硫及較高熱值)在黃驊港進行配煤，配煤后可滿足國內外用戶對動力煤的要求，并能遠銷日本和韓國及歐洲等地區(qū)。

1.2 整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電技術用煤

綜合整體煤氣化技術、煤氣凈化技術與高效燃氣循環(huán)發(fā)電技術的整體煤氣化聯合循環(huán)發(fā)電技術(IGCC)，可大幅提高發(fā)電效率，同時又能解決燃煤污染排放控制的問題，其將是我國今后發(fā)展的方向之一。該系統(tǒng)的廢棄物較少且可用于生產硫酸、單體硫、甲醇、汽油及尿素等副產品，其灰渣也可用于建筑業(yè)和生產水泥。目前已在多個國家建廠并運營，所用燃料多以煤炭為主，所采用的氣化技術包含了氣流床(shell、GE)、流化床(HTW)和液態(tài)排渣移動床氣化(BGL)爐，發(fā)電規(guī)模均超30萬KW，可獲得較好的經濟效益和社會效益。

關于IGCC技術對煤質的要求，則需根據其所采用的氣化爐類型的不同而異。如魯奇氣化爐、流化床的溫克勒爐均多用不黏煤、長焰煤和褐煤為原料，氣流床氣化如Shell氣化爐多用煙煤，用褐煤時需脫水至16%以下，也可使用無煙煤。該技術對硫分無特別要求，因其脫硫率在98%以上，NOx排放量為常規(guī)電廠的15%～30%，CO2排放量可減少35%以上。

1.3 其他工業(yè)鍋爐與窯爐用煤

1.3.1工業(yè)鍋爐用煤

據統(tǒng)計，我國工業(yè)鍋爐和窯爐總量達50多萬臺，分布在建材、冶金、化工、機械等各行各業(yè)，年用煤量達3.5億t以上，平均效率約為60%，比國際先進水平約低15%，年向大氣排放二氧化硫600萬t以上，煙塵超過800萬t，CO2排放量更高，對煤炭高效潔凈利用的壓力極大。其中鏈條爐排鍋爐的用煤量約占現役鍋爐的60%以上，適用的煤種十分廣泛，除了熱值低的褐煤以及年老無煙煤(Vdaf≤6.50%的WY1和WY2)不甚適合外，其余所有煙煤和年輕無煙煤(WY3)均可使用。

《商品煤質量 鏈條爐用煤》(GB/T 18342—2018)規(guī)定了鏈條爐用煤產品質量等級和技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則等，將其用煤劃分為塊煤和混煤2個品種，并按發(fā)熱量和全硫指標對鏈條爐用煤產品進行質量等級劃分，以“品種+發(fā)熱量等級+全硫等級”的形式表示，產品編碼方式按“LT-品種中文縮寫-Q-S”進行。在鏈條爐用煤產品目錄中共計24個品類，其中鏈條爐用塊煤、混煤各占12個。鏈條爐用煤要求St,d≤1.50%，Qner,ar≥16.72 MJ/kg，并按Qnet,ar指標(≥22.99 MJ/kg、≥20.90 MJ/kg、≥18.81 MJ/kg、≥16.72 MJ/kg)分為5 500、5 000、4 500、4 000共4個發(fā)熱量等級，按St,d≤0.5%、0.5%

1.3.2水泥回轉窯用煤

《商品煤質量 水泥回轉窯用煤》(GB/T 7563—2018)規(guī)定了其產品質量等級和技術要求、試驗方法等，并按發(fā)熱量和全硫指標對產品進行等級劃分，以“發(fā)熱量等級+全硫等級”的形式表示，產品編碼方式為“SN+Q+S”，共計9個品種。水泥回轉窯用煤按Qnet,ar指標(≥24.24 MJ/kg、≥22.99 MJ/kg、≥20.90 MJ/kg)分為5 800、5 500、5 000共3個等級，按St,d≤0.5%、0.5%

1.4 高爐噴吹及燒結礦等冶金用動力煤

在高爐煉鐵中能部分替代焦炭的高爐噴吹用煤，從20世紀60年代始幾乎均采用無煙煤制粉后進行噴吹，主要有太西、陽泉和北京等地無煙煤供鞍鋼、本鋼等使用，灰分、硫分特低的太西無煙煤對焦炭的置換比可約達1.20。21世紀后，因解決了煙煤易爆炸的問題，因此低灰、低硫、低煤階的神東礦區(qū)等不黏煤也已用作噴吹用煤，而寶鋼等許多企業(yè)均采用無煙煤和煙煤的混合噴吹技術，從而擴大了噴吹用煤的資源。潞安的低灰、低硫貧煤和貧瘦煤由于熱值高、硫磷含量低、HGI值又高，其噴吹的經濟效益遠高于低階煙煤，且該高變質煙煤還基本不具有爆炸性。目前，永城、神火等低硫、高熱值無煙煤3號的洗精煤正大量用于噴吹。

與焦炭類似，噴吹煤要求低灰、低硫、低磷、低水分、高哈氏可磨性指數，但絕對干燥煤在制粉和運輸過程中易產生粉塵爆炸。噴吹用煤中煙煤的Y值最高應小于10 mm，對低階煙煤還需進行爆炸性試驗，以供配煤噴吹中不同煤種的配比提供參考。

對噴吹用煤需測的項目及要求詳見《高爐噴吹用煤技術條件》(GB/T 18512—2008)，該標準規(guī)定了高爐噴吹用煤的類別、技術要求、試驗方法和檢驗驗收依據，其類別包括無煙煤、貧煤、貧瘦煤、氣煤(Y<10 mm)、長焰煤、不黏煤和弱黏煤。其中高爐噴吹用無煙煤的灰分(Ad，%)要求為“Ⅰ級≤8.00，Ⅱ級>8.00～10.00，Ⅲ級>10.00～12.00，Ⅳ級>12.00～14.00”，硫分(St,d，%)要求為“Ⅰ級≤0.30，Ⅱ級>0.30～0.50，Ⅲ級>0.50～1.00”，HGI值要求為“Ⅰ級>70，Ⅱ級>50～70，Ⅲ級>40～50”,鉀和鈉總量(%)要求為“Ⅰ級≤0.12，Ⅱ級>0.12～0.20”；即高爐噴吹用無煙煤最低要求St,d≤1.00%、Ad≤14.00%。該標準已于2018年立項修訂，屆時其指標結合實際應用進行相應調整。

MT/T 1030—2006《燒結礦用煤技術條件》規(guī)定了燒結礦用煤的類別為無煙煤，粒度≤50 mm，FCd>80.00%，Ad<15.00%，St,d≤1.00%，Mt<10.0%。燒結礦要求煤的發(fā)熱量越高越好，如太西煤和永城、神火、陽泉等年輕無煙煤(WY3)經洗選后的高熱值煤是良好的燒結礦用煤，以此代替小于10 mm的焦炭可使煉鐵企業(yè)提高經濟效益。YB/T 421—2014《鐵燒結礦》規(guī)定燒結礦的質量評價與檢驗指標主要包括化學成分、轉鼓指數、篩分指數、低溫還原粉化指數、還原指數等，其中優(yōu)質燒結礦的轉鼓指數(+6.3 mm)≥78.00%，篩分指數(-5 mm)≤6.00%，抗磨指數(-0.5 mm)≤6.50%，低溫還原粉化指數(+3.15 mm)≥68.00%，還原指數(RD)≥70.00%。

2 煉焦用煤對煤質的基本要求

煉焦是世界上最先開發(fā)的煤化工項目，至今已有數千年的歷史。由于焦炭的用途不同而常分為高爐煉鐵用冶金焦、主要用于化鐵爐燃料的鑄造焦、用于造氣的氣化焦、用于冶煉鐵合金的鐵合金焦等多種。GB/T 23251—2009《煤化工用煤技術導則》中闡述了煉焦用原料煤包括主要煉焦煤煤種和輔助煉焦煤煤種，前者包括氣煤、1/3焦煤、氣肥煤、肥煤、焦煤、瘦煤等較強黏結性的煤，后者主要包括弱黏煤、貧瘦煤等弱黏結性煤及41號長焰煤、不黏煤、貧煤或無煙煤，但輔助煤種的配比一般在10%以下；煉焦用煤的灰分、全硫、磷分及黏結指數等指標應符合GB/T 397《煉焦用煤技術條件》。

不同用途的焦炭在配煤煉焦時對煤質的要求有所不同，如冶金焦要求冷、熱強度高，灰分、硫分及磷含量低，其入爐煤的干基灰分以低于10%為宜，焦炭塊度至少大于25 mm，而4 000 m3以上大型高爐的焦炭塊度應在40 mm以上。鑄造焦為專門用于化鐵爐熔鐵的焦炭，對焦炭塊度以>60 mm為佳，氣孔率和反應性要低，鑄造焦入爐煤Ad≤9.50%、St,d≤1.00%、Pd≤0.150%為宜。氣化焦要求焦炭的反應性好，但可用耐磨強度(M10)較差、氣孔率大的小塊焦。對不同用途的焦炭，可通過合適的配煤方案生產以滿足其要求。此外，對焦爐的爐型選擇，則可根據當地煤源的揮發(fā)分和黏結性的不同而選擇頂裝焦爐或搗固焦爐。而我國由于低階煉焦煤的產量和儲量均較多，因而不少地區(qū)均在大力推廣搗固煉焦以有利于提高焦爐的產能及焦炭的強度，其在配煤時可使用55%左右的氣煤與1/3焦煤，比頂裝焦爐的配入量增高20%左右。

對煉焦用煤均須采用洗選后精煤以滿足低灰、低硫和低磷等基本要求。精煤(浮煤)的黏結指數、膠質層指數、基氏流動度、奧阿膨脹度以及煤巖顯微組分中的鏡質體反射率和鏡質組、殼質組、惰質組等成分更是必不可少的主要測試項目。浮煤的元素分析和揮發(fā)分產率還可預測高溫煤焦油和煤氣及氨等副產品產率。對頂裝焦爐入爐煤的平均Vdaf以26%～32%左右、Y值以17 mm～20 mm為佳。若Vdaf較低且Y值過大則煉焦時會產生較大的膨脹壓力而影響焦爐使用壽命，同時易造成推焦困難。Y值過低，則焦炭的冷熱強度均會降低而使其質量不能滿足要求。此外，對煉焦煤中的堿性成分(K2O、Na2O)以不大于0.12%為佳。

3 現代煤化工用煤對煤質的要求

我國現代煤化工產業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模并已邁入“十三五”產業(yè)化升級示范階段[10]，主要包括煤制油(直接與間接液化)、煤制甲醇轉烯烴(乙烯、混合戊烯)、煤制混合芳烴及石腦油、乙二醇、二甲醚、天然氣等項目，但不同的煤化工項目對煤質的要求也常有明顯的不同。即煤質對不同氣化工藝均有不同程度的影響，不同的氣化裝置對不同的煤質具有一定的適應性[11-22]，通過采取符合設計煤種或較核煤種要求的煤類使煤質與氣化技術具有匹配性[23-25]，從而確?，F代煤化工項目正常運行。完善的煤化工用煤技術標準體系應涵括基礎、煤炭資源評價、用煤技術條件和用煤管理等4類標準[26，27]，其中現代煤化工用煤技術條件標準包括GB/T 23251—2009《煤化工用煤技術導則》、GB/T 23810—2009《直接液化用原料煤技術條件》、GB/T 9143—2008《常壓固定床氣化用煤技術條件》、GB/T 29721—2013《流化床氣化用原料煤技術條件》、GB/T 29722—2013《氣流床氣化用原料煤技術條件》等。

3.1 煤直接液化對煤質的要求

中國煤的直接液化技術目前處于世界領先水平[28-30]，如神華集團煤制油的直接液化示范工廠自2008年底投產運行以來，已生產合格的石腦油和柴油等目標產品，產能已達100萬t/a以上。今后計劃擴展為年產油品及化學品230萬t的大型液化廠，為我國的能源戰(zhàn)略安全提供堅實的基礎。

煤直接液化最適合的煤種是褐煤、長焰煤和氣煤及儲量較少的氣肥煤。從經濟效益和社會效益考慮，均要求采用洗選后的精煤，其洗中煤可用于發(fā)電及工業(yè)鍋爐的燃料。因此，根據GB/T 23810—2009《直接液化用原料煤技術條件》規(guī)定，用煤的揮發(fā)分Vdaf>35.00%，褐煤、煙煤的全水分應分別不大于35.00%、16.00%，氫碳原子比應大于0.75(計算時不限煤的基準)，1級、2級惰質組含量分別≤15.00%、15.01%～45.00%，1級、2級灰分Ad≤8.00%、8.01%～12.00%，HGI>50，Rmax<0.65%，而對硫分無嚴格要求，因煤中硫鐵礦對煤直接液化有一定的助催化作用。

對于直接液化用煤的選擇，首先需經實驗室的高壓釜試驗[30]，其煤的轉化率和液化率等指標均達到要求時才能進一步進行放大試驗并評估確定。對褐煤作為直接液化原料時，雖其液化時的壓力和溫度均比低階煙煤降低，但褐煤的氧含量高達20%～30%以上，因此液化時的氫耗較大，煤中氧均被加入的氫氣化合成無用的水分而影響液化產品的產量，同時生產成本提高。所以從經濟上分析，采用年輕褐煤如云南省Vdaf>60%的年輕褐煤1號并不合算，故一般以長焰煤作為液化用煤較為合適，其次是Vdaf>40%的氣煤。如我國淮南儲量和產量均較大的氣煤經高壓釜試驗也適用于直接液化用煤，生產時僅需適當調高壓力和溫度即可。

3.2 煤間接液化對煤質的要求

煤間接液化需先將煤通過氣化工藝制成以一氧化碳和氫氣為主的合成氣，再通過專用的催化劑在一定溫度和壓力下合成人造石油及化學產品和部分其他副產品。煤的種類直接影響煤炭間接液化工藝的選擇、設計和實施[31]，其所需的煤種隨著氣化爐的不同而有所不同。如移動床氣化造氣一般多采用塊煤，但其中的魯奇氣化爐對入爐煤的粒度要求為5 mm～50 mm碎煤，而入爐煤的實際粒度范圍越窄其經濟效益越佳。對褐煤的粒度可偏向于13 mm～25 mm或25 mm～50 mm，對年老煙煤粒度范圍以5 mm～13 mm左右為佳，以有利于提高氣化的經濟效益。如我國山西潞安礦區(qū)用貧煤和貧瘦煤的一體化煤清潔利用示范項目已于不久前正式生產出第1桶煤基合成油。神華寧煤集團年產400萬t的間接液化項目也于2018年建成投產，以當地的低灰低硫的不黏煤為原料，其中氣化的爐型采用氣流床氣化技術生產，其油品的合成工藝采用高溫漿態(tài)狀技術，比南非的間接液化技術更為先進，且合成催化劑由國內獨立自主研發(fā)而成。

此外，兗礦在榆林市榆橫化工園區(qū)也已建成投產初期規(guī)模為100萬t/a的間接液化廠。神華榆林1 000萬t/a、神華新疆320萬t/a的間接液化廠也正在規(guī)劃中。間接液化的投資比直接液化廠大且經濟效益暫不及直接液化廠，但其優(yōu)點是適應煤種范圍廣，幾乎從褐煤、煙煤和無煙煤均可作為間接液化的原料煤,灰分越低其經濟效益越好。

3.3 煤氣化技術對煤質的基本要求

用煤制甲醇、二甲醚、合成氨、烯烴、乙二醇、天然氣(以甲烷為主)等關鍵技術是均需先將煤通過不同類型氣化爐制成合成氣(以CO和H2為主)、再用不同的催化劑生產不同的煤化工產品。目前國內外采用的氣化爐型主要為移動床、流化床、氣流床和熔融床4種，但熔融床雖在國內多部門的協(xié)作攻關下仍有關鍵問題未能攻克，因而目前國內外還未有此類大規(guī)模的氣化爐投入生產，因此目前主要采用的氣化技術主要是前3種氣化爐。

(1)移動床氣化爐采用的原料是塊煤或碎煤(5 mm～50 mm)，均要求St,d≤1.5%，Ad≤25%,熱穩(wěn)定性和落下強度均應大于60%，黏結指數GR.I≤50，無煙煤、煙煤、褐煤的水分(Mt)分別要求小于6.00%、10.00%、20.00%，煤灰熔融軟化溫度:ST≥1 250℃，但對于Ad≤18%的煤，ST可放寬至≥1 150℃；無煙煤作為氣化用煤時，塊煤粒度不宜過大，塊煤粒度對煙煤以(25～50)mm或(13～25)mm為宜。

(2)按GB/T 29721—2013要求，流化床氣化爐因其氣化溫度較低而氣流速度較高，故要求使用低階的褐煤、長焰煤和不黏煤等反應性好的煤。流化床氣化爐在建國后就從原蘇聯引進(Winkler爐)，如吉化就以舒蘭、營城等褐煤和長焰煤為氣化原料煤，蘭化以甘肅窯街和阿干鎮(zhèn)的長焰煤、不黏煤作為氣化原料煤，流化床氣化的用煤粒度以(5～8)mm左右的小粒度煤為宜。GB/T 29721—2013中規(guī)定流化床氣化用煤的全水分(Mt)、灰分(Ad)均應不大于40%，黏結指數GR.I≤50，全硫(St,d，%)分成Ⅰ級(≤1.00)、Ⅱ級(>1.00～2.00)、Ⅲ級(>2.00～3.00)，一般要求煤的St,d<2.00%。Ad≤40%、ST≥1 150℃、GR.I≤50的煤均可使用。

(3)GB/T 29722—2013中規(guī)定了氣流床氣化用原料煤的技術要求、試驗方法、質量檢驗等。氣流床氣化爐包括用濕煤(水煤漿)的GE氣化爐和用干煤粉(粒度小于0.10 mm的煤粉占85%以上)的shell型氣化爐，其對煤質的要求詳見GB/T 29722—2013《氣流床氣化用原料煤技術條件》。①Shell型氣化爐對煤種要求不嚴，原則上從褐煤、煙煤和無煙煤甚至高硫、高灰煤均可采用，但從經濟效益考慮，顯然用低灰、低硫煤更合算。對入爐煙煤的灰分應小于25%、HGI>40，若Ad≥30%則會嚴重影響氣化爐的經濟效益。在實際生產中若以褐煤為原料則爐溫可適當下調，使用無煙煤為原料時其反應溫度適當提高。由于其采用液態(tài)排渣，故對煤灰的流動溫度(FT)值也盡量要求低于1 450 ℃。②GE氣化爐也為液態(tài)排渣爐，故要求熱壁爐的煤灰流動溫度(FT)不超過1 350 ℃，冷壁爐可放寬至≤1 450 ℃，否則氣化時需添加石灰石等助熔劑使FT值降至1 350 ℃以下，故其氣化溫度一般在1 350 ℃～1 500 ℃，即要求氣化溫度大于煤灰的FT值50 ℃～150 ℃，所以以采用西北及華北地區(qū)低FT的不黏煤、弱黏煤和長焰煤為佳。 ③在參考GE氣化爐的基礎上多噴嘴對置式水煤漿氣化爐也被國內有關單位開發(fā)，其相應示范廠的氣化壓力為4.0 MPa，氣化溫度與GE爐類似，投入量1 150 t/d，碳轉化率達98%以上，有效成分(CO+H2)約為85%，可生產甲醇、氮肥或同時進行發(fā)電；要求水煤漿濃度在55%以上、Ad≤25%。基于氣流床氣化原理的國內航天氣化爐(HT-L)也采用干煤粉為原料，在高溫高壓下快速氣化并采取液態(tài)排渣，因此也以低灰熔融煤為宜，若采用晉城等高灰熔融性無煙煤則需添加一定量的石灰石為助熔劑。

綜上所述，我國主要煤化工項目對煤質的要求，即為不同氣化爐對所用煤種的基本要求。

4 蘭炭及電石等煤化工項目對煤質的要求

(1)生產蘭炭對煤質的要求。低階煤經過低溫干餾(約550 ℃)產生低溫焦油和煤氣后剩余的殘留物(半焦)即為蘭炭的生產過程，適合生產蘭炭的煤種包括不黏煤、弱黏煤和長焰煤及熱穩(wěn)定性甚佳的年老褐煤，并需粒度大于13 mm～80 mm的各級塊煤，其灰分、水分、硫、磷等越低越好，如采用強黏結性的氣煤為原料，則低溫干餾過程中會產生煤?；ハ囵そY而影響氣流的暢通，并導致半焦大面積結餅而影響正常出焦,但對Y值小于10 mm的氣煤也可少量配入其它煤種以生產蘭炭。蘭炭可用于氣化、高爐噴吹、煉鐵合金和生產電石及燒結礦作為無煙燃料，可替代無煙煤和焦炭高效潔凈利用[32]，因此對其要求Vdaf≤15%，且經中溫干餾(700～900 )℃生產的Vdaf≤5.00%為最佳；灰分也不宜超過15%，硫分不大于1%，因此用作蘭炭的低階煤最好經過洗選，其用煤的技術要求與試驗方法詳見GB/T 25210—2010。如20世紀80年代針對大同侏羅紀中塊弱黏煤已建立蘭炭生產廠，陜西和內蒙、甘肅等地近期也針對其優(yōu)質的侏羅紀不黏煤和長焰煤陸續(xù)建成蘭炭生產廠。另外，對蘭炭用煤中的Al2O3含量最高不得超過3%，對某些熱穩(wěn)定性較高的年老褐煤經過脫水至Mt≤16%時也可作為生產蘭炭的原料，但應采用洗選后的精煤為宜。

(2)無煙煤生產電石對煤質的要求。電石是高能耗產品，其由無煙煤(或焦炭)和石灰石在電石爐中于1 800 ℃～2 200 ℃高溫下生產而得；生產電石時以石灰石和焦炭或無煙煤為原料，但焦炭的成本太高，故國內電石廠普遍采用無煙煤代替焦炭作為原料。冶煉電石爐分為開啟爐和密閉爐，前者可全部使用無煙煤，后者通?？刹捎?0%焦炭和30%無煙煤作為混合料，其中以最年老的1號無煙煤最佳，因該無煙煤的固定碳最高，揮發(fā)分與焦炭相對接近。電石用無煙煤的干基灰分應小于7%,全水分應低于2%(密閉爐)和5%(開啟爐)，硫分不超過1.50%，磷含量小于0.04%,煤粒級為3 mm～40 mm，真相對密度應分別高于1.45(開啟爐)和大于1.60(密閉爐),故密閉電石爐對無煙煤的質量要求更高?？傊a電石的無煙煤幾乎均需洗選，電石在有機合成方面有廣泛的用途，但由電石生產的乙炔常用于金屬的切割和焊接。

(3)生產炭素材料對無煙煤的質量要求。炭素材料的種類很多，如活性炭、電極糊、炭化硅、人造剛玉、石墨電極、電極板、炭纖維和炭粒砂等均屬炭素材料范圍。其中生產量較大的是煤質活性炭，對原料煤的質量要求也較高，如制造高檔柱狀活性炭時其無煙煤干基灰分以低于3%為佳。太原新華炭素廠曾長期用陽泉無煙煤經處理后生產中低檔活性炭，因此即使用太西無煙煤制造高檔活性炭時也需經洗選才能達到灰分的要求。而中、低檔的活性炭在生產時可使用灰分5%～6%的無煙煤，生產柱狀活性炭時還要求無煙煤的熱穩(wěn)定性好。但新疆黑山礦區(qū)等特優(yōu)質長焰煤也可制作活性炭，其Ad大部在1.7%～3.5%左右，St,d平均低至0.43%，Vdaf>37%～39%以上，GR.I<2且熱穩(wěn)定性甚佳，是極適合于制作柱狀活性炭之用煤。制作活性炭的工藝是先對煤進行炭化后再活化，因而對煤類的要求不高，但對灰分有嚴格要求。

在炭素材料中對煤質要求最高的是生產石墨電極和電極板等無煙煤，其灰分以降至2%以下為佳，如再經過鹽酸和氫氟酸處理，其干基灰分可降至1%以下。若經1 500 ℃～2 000 ℃溫度下煅燒，還可提高其密度、抗碎強度及導電性，其石墨化程度可達15%～20%。如用太西低灰煤為原料時，仍需先后用搖床2次精選后灰分才能達到要求。但低階煤因碳含量太低而不適于作為生產高檔炭素材料的原料。炭粒砂也需用優(yōu)質無煙煤為原料，灰分應低于2%，煤灰中三氧化二鐵含量要低，對煤的物理性質還有特殊要求，如高硬度、質地均一、塊狀、致密而光亮、低揮發(fā)分。

5 小 結

煤炭除了作為我國的一次能源以外，還廣泛地應用于煤制油、煤制氣、煤煉焦、煤制甲醇、二甲醚、乙二醇、烯烴、芳烴、天然氣、合成氨、活性炭等炭素材料。我國動力用煤及煤化工領域各種不同工業(yè)用途對煤質的基本要求可初步歸納如下:

(1)發(fā)電煤粉鍋爐用煤需符合GB/T 7562—2018《商品煤質量 發(fā)電煤粉鍋爐用煤》中對產品等級與技術要求等相應規(guī)定，對其產品先按揮發(fā)分進行類別劃分，再按發(fā)熱量和全硫指標進行質量等級劃分；IGCC用煤需根據其所采用的氣化爐類型的不同而異，但對硫分無特別要求；鏈條鍋爐、水泥回轉窯用煤須分別符合GB/T 18342—2018、GB/T 7563—2018規(guī)定，發(fā)熱量均需滿足Qner,ar≥20.90 MJ/kg要求，鏈條鍋爐用煤按發(fā)熱量和全硫指標對產品劃分為鏈條爐用塊煤、混煤各12個質量等級品種，水泥回轉窯用煤按發(fā)熱量和全硫指標各3個等級對產品劃分為9個品種；噴吹煤要求低灰、低硫、低磷、低水分、高哈氏可磨性指數、低Y值(煙煤應小于10 mm)且低階煙煤還需測定其爆炸性，對噴吹用煤需測的項目及要求詳見高爐噴吹用無煙煤、煙煤的技術要求(GB/T 18512)。

(2)對煉焦用煤須采用洗選后精煤以滿足低灰、低硫和低磷等基本要求，對頂裝焦爐入爐煤的平均Vdaf以26%～32%、Y值以17 mm～20 mm為佳，對煉焦煤中的堿性成分(K2O、Na2O)以不大于0.12%為佳。對搗固焦爐入爐煤的Vdaf可增至30%以上，Y值可降低至16 mm～18 mm。

(3)不同的煤化工項目對煤質的要求也有明顯的不同，如直接液化用煤須滿足《直接液化用原料煤技術條件》(GB/T 23810—2009)，間接液化所需的煤種隨著氣化爐型的不同而有所不同；魯奇氣化爐對入爐煤的粒度要求為5 mm～50 mm各粒度碎煤，對褐煤的粒度可偏向于13 mm～25 mm或25 mm～50 mm，對年老煤粒度范圍以6 mm～13 mm左右為佳；流化床氣化用煤宜采用5 mm～8 mm左右的小粒度煤，Shell型氣化爐入爐煙煤的灰分應小于15%，若St,d<1%則有利于減少對大氣的污染。GE氣化爐要求煤灰流動溫度FT不超過1 350 ℃，否則需添加助熔劑。

(4)適合生產蘭炭的煤種主要包括不黏煤、弱黏煤和長焰煤等低階煤，并需粒度大于13 mm～80 mm的各級塊煤，其灰分、水分、硫、磷等越低越好，其Vdaf要求不超過15%且以小于5%為最佳，灰分也不宜超過10%，硫分不大于1%。生產電石的無煙煤幾乎均需經過洗選，其無煙煤的干基灰分應小于7%,全水分應低于2%(密閉爐)和5%(開啟爐)，硫分不超過1.50%，磷含量小于0.04%，粒度為3 mm～40 mm，真相對密度應分別高于1.45(開啟爐)和大于1.60(密閉爐)。生產炭素材料的原料以低灰優(yōu)質無煙煤為主，有的產品要求Ad<2%，制備高檔活性炭的煤灰分以3%～<5%為宜，對原煤須進行深度精選才能達到相應的技術要求。