洁净煤技术

前    言
本书是高等学校“十三五”规划教材，系统阐述了洁净煤技术领域基本知识、概念和方法。本书内容包括洁净煤技术发展概况、洁净煤技术综述、煤的结构与性质、煤的气化技术、煤的液化技术、碳素制品、煤气化联合循环发电与多联产。本书既可作为高等学校能源动力、化工、矿物加工、环境等相关专业师生的教学用书，又可作为洁净煤技术领域工程技术人员的参考资料。
我国《国民经济和社会发展“十三五”规划纲要》指出，加大洁净煤技术研究开发力度，通过示范广泛推广应用。《煤炭工业发展“十三五”规划》提出，发展和推广洁净煤技术是保证我国能源安全和可持续发展的战略选择。在大力推广成熟技术的基础上，积极开发与引进先进技术，加快推动洁净煤技术产业化。改造和建设选煤厂；发展配煤一条龙服务体系；完善水煤浆制备和应用技术；大力发展煤层气产业；推进煤液化和气化技术的开发应用。实施综合经营战略，促进矿区可持续发展。
 当前，我国正处于工业化快速发展阶段，制造业的兴起，对能源的需求不断增加。目前我国的能源现状仍为富煤贫油，煤产量位居世界，以煤炭为主的能源状况在未来相当长的时间内不会改变。煤开发利用造成的环境污染日趋严重，尤其是产煤大省更显突出；另外，随着煤的超强开采，优质煤资源逐渐减少。因此，大力发展洁净煤技术，提高煤资源的合理开发、洁净、高效利用，减少因燃煤造成的污染，引起社会各界越来越多的关注。
 本书根据洁净煤技术的发展现状和推广应用实际，按照本科教育的针对性和技术性特点编写，主要内容包括煤转化技术、煤气化联合循环发电技术及煤的碳素制品等，并引入了典型的煤洁净利用和加工转化的工程示例，以培养学生的创新精神，提高创业能力和增强环保意识。
本书由王文举教授编著，太原理工大学王建成教授担任主审。在本书的编写过程中得到了本科生齐博阳、郝晓倩、夏智、杨康、文小坤和王禹杰等人的协助，在此一并表示感谢。
由于洁净煤技术涉及的专业面广、跨度大，发展日新月异，限于作者的学识水平和能力，书中难免存在不足之处，恳请读者批评指正。

作  者

本书是高等学校“十三五”规划教材，系统阐述了洁净煤技术领域基本知识、概念和方法。本书内容包括洁净煤技术发展概况、洁净煤技术综述、煤的结构与性质、煤的气化技术、煤的液化技术、碳素制品、煤气化联合循环发电与多联产。

本书是高等学校“十三五”规划教材，系统阐述了洁净煤技术领域基本知识、概念和方法。本书内容包括洁净煤技术发展概况、洁净煤技术综述、煤的结构与性质、煤的气化技术、煤的液化技术、碳素制品、煤气化联合循环发电与多联产。

王文举，出生于1987年7月，性别男，山西省运城市闻喜人，现职称教授，2009年6月毕业于天津大学化学工艺专业，学历博士，现主要从事洁净煤技术、太阳能光热转化、电能转化与存储、智能材料等方向的研究。目前论文被SCI收录(或SCI源刊录用)50余篇(一区、二区30余篇)，SCI总被引频次600余次，H-index=14，被引次数为60余次。目前已经以第1作者获得国家发明专利授权6项。

目 录 
第1章 绪论 1 
1.1 洁净煤技术发展概况 1 
1.2 洁净煤技术综述 1 
1.2.1 洁净煤气化技术 2 
1.2.2 洁净煤液化技术 2 
1.2.3 洁净煤发电技术 3 
1.2.4 煤的碳素制品技术 3 
第2章 煤的结构与性质 5 
2.1 煤结构单元核心部分的结构 5 
2.2 煤结构单元外围部分的结构 10 
2.2.1 含氧官能团 10 
2.2.2 煤中的含硫官能团和含氧官能团 11 
2.2.3 烷基侧链 11 
2.2.4 桥键 12 
2.3 煤中不同显微组分的化学结构特点 12 
2.3.1 镜质组的结构单元 12 
2.3.2 镜质组的结构模型和结构特点 12 
2.3.3 稳定组和丝质组的化学结构 14 
第3章 煤气化技术 16 
3.1 概述 16 
3.1.1 煤气化的定义和实质 16 
3.1.2 煤气化的基本原理 17 
3.1.3 煤气化的分类 18 
3.1.4 影响煤气化效果的几个因素 20 
3.1.5 煤气的种类 21 
3.1.6 煤气化的基本工艺流程 22 
3.2 移动床气化法及其典型气化炉 23 
3.2.1 常压移动床气化法概述 23 
3.2.2 典型的常压移动床气化炉 25 
3.2.3 加压移动床气化法概述 27 
3.2.4 典型的加压移动床气化炉 28 
3.3 流化床气化法及其典型气化炉 29 
3.3.1 流化床气化法概述 29 
3.3.2 典型的流化床气化炉介绍 30 
3.4 气流床气化法及其典型气化炉 32 
3.4.1 气流床气化法概述 32 
3.4.2 典型的气流床气化炉 33 
3.5 其他气化法 36 
3.5.1 熔融床气化法 37 
3.5.2 煤的地下气化法 38 
3.6 煤气的净化和加工 39 
3.6.1 脱除酸性气体 39 
3.6.2 CO变换 41 
3.6.3 煤气甲烷化 42 
3.6.4 物理净化方法 43 
第4章 煤液化技术 48 
4.1 煤液化的意义和相关概念 48 
4.2 煤直接液化技术 49 
4.2.1 煤直接液化的基本原理 49 
4.2.2 煤直接液化的一般工艺过程 50 
4.2.3 几种典型的直接液化工艺 51 
4.2.4 煤直接液化技术的关键因素 58 
4.2.5 直接液化产物的特点 60 
4.2.6 我国的煤直接液化技术 61 
4.3 煤间接液化技术 61 
4.3.1 FT合成的基本原理及工艺 62 
4.3.2 几种煤间接液化的典型工艺 66 
4.3.3 煤间接液化技术的产物特点 70 
4.4 煤制备其他液体燃料 70 
4.4.1 煤制甲醇的典型工艺 70 
4.4.2 甲醇转化成汽油 72 
4.4.3 煤制二甲醚的典型工艺 73 
第5章 碳素制品 75 
5.1 碳素制品的性质、种类、用途和发展 75 
5.1.1 碳素制品的性质 75 
5.1.2 碳素制品的种类和用途 76 
5.1.3 碳素制品的发展 76 
5.2 电极炭 77 
5.2.1 原材料及其质量要求 77 
5.2.2 石墨化过程 79 
5.2.3 电极炭生产的工艺过程 81 
5.2.4 碳电极和不透石墨材料 82 
5.3 活性炭 84 
5.3.1 活性炭的孔结构和表面性质 84 
5.3.2 活性炭的制造方法 86 
5.3.3 活性炭的吸附特点 89 
5.4 碳分子筛 89 
5.4.1 碳分子筛的分离原理和特点 90 
5.4.2 碳分子筛的制备 91 
5.4.3 变压吸附 92 
5.5 碳素纤维 95 
5.5.1 碳素纤维的种类和性能 95 
5.5.2 沥青基碳素纤维的制造 96 
5.5.3 碳素纤维的应用 98 
第6章 煤气化联合循环发电与多联产 99 
6.1 IGCC的工艺流程 99 
6.2 IGCC的效率及其影响因素 99 
6.2.1 ηc对ηt的影响 100 
6.2.2 ηgb对ηt的影响 100 
6.2.3 ηe对ηt的影响 100 
6.2.4 Hbp对ηt的影响 100 
6.3 IGCC系统中的关键技术 101 
6.3.1 煤气化技术 101 
6.3.2 煤气净化技术 101 
6.3.3 燃气轮机技术 101 
6.3.4 余热回收技术 101 
6.4 IGCC用煤气化技术 102 
6.4.1 IGCC对煤气化技术的要求 102 
6.4.2 IGCC用的主要煤气化技术 102 
6.5 IGCC技术的优缺点 103 
6.6 IGCC技术的发展现状 104 
6.7 IGCC技术的发展前景 106 
6.8 煤气化湿空气涡轮循环发电（IGHAT）技术 107 
参考文献 109

本书是高等学校“十三五”规划教材，系统阐述了洁净煤技术领域基本知识、概念和方法。本书内容包括洁净煤技术发展概况、洁净煤技术综述、煤的结构与性质、煤的气化技术、煤的液化技术、碳素制品、煤气化联合循环发电与多联产。

王文举，出生于1987年7月，性别男，山西省运城市闻喜人，现职称教授，2009年6月毕业于天津大学化学工艺专业，学历博士，现主要从事洁净煤技术、太阳能光热转化、电能转化与存储、智能材料等方向的研究。目前论文被SCI收录(或SCI源刊录用)50余篇(一区、二区30余篇)，SCI总被引频次600余次，H-index=14，被引次数为60余次。目前已经以第1作者获得国家发明专利授权6项。