《工业生产过程与管理》煤炭及石油工业

煤炭及石油工业3.1煤炭生产3.1.1煤炭的开采1．煤炭资源状况2．煤炭的分类3．煤田和井田4.煤田的采掘方式5.采煤方法6.矿井安全生产及环境保护世界煤炭可采储量为9842.11亿吨，主要集中在美国（25%）、俄罗斯（15.9%）、中国（11.6%）和澳大利亚（9.2%）。此外，印度、德国、南非三个国家共占13.9%。从产量来看，2020年年底全球煤炭产量77.42亿吨，其中中国产量占比达到51%、美国占比6.3%、澳大利亚占比6.2%、俄罗斯占比5.2%、印度占比7.3%。从供需角度来看，中国、日本、印度和韩国是煤炭主要进口国家，而印度尼西亚、澳大利亚、蒙古国、俄罗斯是主要的煤炭出口国。(1)世界煤炭资源(2)中国煤炭资源中国煤炭资源丰富，中国煤炭探明可采储量应在2000亿吨以上，资源量可达3万亿吨。其中，无烟煤和烟煤5094.91亿吨，次烟煤和褐煤4747.20亿吨，未来20年，随着美国、中国对煤炭的洁净技术的研究与开发，需求必然会增加。截至2020年底，全国煤矿已减少到4700处以下，每矿产能提高到110万吨。我国的煤炭主要分布在西北、华北、东北、西南几个集中地带，其中昆仑山、秦岭、大别山一线以北集中了中国90%的煤炭储量，其中华北和西北集中了煤炭储量的2/3。山西、陕西、内蒙古更是全国产煤重心。在漫长的地质演变过程中，煤田受到多种地质因素的作用。由于成煤年代、成煤原始物质、还原程度及成因类型上的差异，再加上各种变质作用并存，致使中国煤炭品种多样化，从低变及程度的褐煤到高变质程度的无烟煤都有储存。按中国的煤种分类，其中炼焦煤类占27.65%，非炼焦煤类占72.35%。中国煤炭资源虽丰富，但勘探程度较低，经济可采储量较少。在经勘探证实的储量中，精查储量仅占30%，而且大部分已经开发利用，煤炭后备储量相当紧张。(3)我国煤矿的生产状况截止2020年，全国原煤产量39亿吨，同比增长1.4%，原煤生产增速有所回落。数据显示，“十三五”期间，全国累计退出煤矿5500处、退出落后煤炭产能10亿吨/年以上；2020年全国30万吨/年以下煤矿数量及产能较2018年下降均超40%。在淘汰落后产能的同时，全国煤炭供给质量显著提高，截至2020年底，全国煤矿数量减少到4700处，全国煤矿平均单井规模由每年35万吨增加到每年110万吨，增长214.3%。从产煤地区看，煤炭生产开发进一步向大型煤炭基地集中。2020年，14个大型煤炭基地产量占全国总产量的96.6%，比2015年提高3.6个百分点。2020年，全国规模以上企业煤炭产量38.4亿吨，同比增长0.9%，有8个省区原煤产量超过亿吨，其中，山西、内蒙古原煤产量高达10.63亿吨、10.1亿吨，占全国规模以上企业原煤产量的比重分别为27.66%、26.04%。2.煤炭的分类（1）按煤化程度分类：泥炭（草炭）、褐煤、烟煤、无烟煤（2）按工业使用的要求进行分类：无烟煤、贫煤、瘦煤、焦煤、肥煤、气煤、弱粘煤、不粘煤、长焰煤和褐煤（3）按供销条件的分类：原煤、块煤、洗精煤3.煤田和井田(1)煤田:是指处于地壳沉积岩层中的大面积含煤地带。(2)井田(矿田):为了合理、经济地开发煤田，通常将一个煤田划分为若干部分，由若干个矿井开采。划给一个矿井开采的部分叫做井田(或矿田)。矿井是煤田开发的基层单位。4.煤田的采掘方式图3-1煤炭主要开采方式煤矿露天开采矿井开采平峒开拓斜井开拓竖井开拓5.采煤方法

(1)煤矿非机采型:在回采工作面的回采工艺过程中，落煤、装煤、运煤三个主要工序没有或没有完全实现机械作业。落煤多用炮采，生产率较低，安全性也较差。

(2)煤矿机采型:机械化采煤用于煤层比较稳定，地质构造不太复杂的回采工作面。采用滚筒采煤机或刨煤机落煤，用可弯曲刮板运输机输送，用金属支架、液压支架和金属铰接顶梁进行采空区顶板支护，安全性和生产效率都能得到很大提高。这些方法进一步整合就出现了综合机械化采煤技术。6.矿井安全生产及环境保护

所谓煤矿安全生产，一般主要是指防瓦斯、防尘、防水和防火。而瓦斯、煤尘、水和火是煤矿四大灾害，必须引起人们的高度重视。

（1）防瓦斯。矿井瓦斯是井下煤层和围岩中的各种有害气体的总称，其主要成分是甲烷。瓦斯具有燃烧与爆炸性，对生产威胁很大。在矿井内引起瓦斯爆炸的主要原因，一是有一定的浓度，二是有高温火源，三是有足够的氧气。由此可知，预防瓦斯爆炸的主要措施是防止瓦斯积聚(控制瓦斯含量小于5%)和防止井下有明火出现。因此矿井必须相应采取有效的通风，严禁吸烟，电机和电器设备应符合防爆规程，并加强放炮、瓦斯检查等安全生产制度，建设健全的防火、防爆设施等。同时还要采取措施，提高煤炭生产过程中释放出的甲烷的利用率。

6.矿井安全生产及环境保护

（2）防尘。矿尘是指生产过程中所产生的煤尘和岩尘。矿尘不仅危害身体，易引起尘肺等职业病，而且煤尘浓度增加到一定程度，遇火能引起燃烧爆炸。因此矿井必须遵守国家规定的安全标准，使矿尘控制在安全范围内。同时应采取加强通风、放炮喷雾、装岩洒水、冲洗岩带、佩戴口罩等措施，预防职业病发生。（3）防火。当井下有外源火种，如吸烟、电火花、爆炸等，会引起火灾。另外煤炭还会发生自燃。防火措施主要有：正确选择开拓开采方法；用密闭墙将易发生火灾的采区隔绝；主要巷道与峒室采用不燃性材料，并设灭火用具、消防水管系统；严格贯彻井下防爆、防火安全等规定。6.矿井安全生产及环境保护

（4）防水。矿井水灾发生原因较多，例如地面洪水灌入井下；断层或裂缝把河流或含水层与井下接通；采掘过程中遇到积水等。防水措施主要有：井口高于当地历年最高洪水水位；地面修筑防洪堤坝或排水沟；在水体下采煤时应有专门的技术措施。当掘进巷道接近水区时，要先探后掘，先将水放出来；应设防水煤柱，使水与采区隔离等。

（5）通风。矿井通风一方面把地面新鲜空气不断地送入井下，另一方面把井下的瓦斯和污浊空气不断地排出地面。矿井通风系统是矿井的生命线，出现问题往往导致灾难性后果，所以一定要安全可靠，通常要设立备用系统。6.矿井安全生产及环境保护

（6）矸石管理和采空区防塌陷。煤矿区开采过程中，要挖出相当多的废碎石，还要遗弃大量矸石(约占采煤量的1/10)。不仅占用土地，而且堵塞河道、污染环境。矸石中的硫化物缓慢氧化发热，如散热不良或未隔绝空气就会自燃，甚至爆炸。矸石淋水、溶水对周围地表水和地下水会造成污染。此外，采空区还会引起地表塌陷，采动还会不同程度地牵涉岩坡、水系、地上地下建筑物的稳定和安全。产煤区土建施工时，经常遇到先期采煤挖开的小坑道需要填埋补救。这些影响长远的问题均需及早加强管理。3.1.2煤炭加工与利用

1.煤炭粗加工

煤炭加工主要是去除灰分、提高质量、改变形状、以便于用户使用。主要包括煤的筛分、拣矸、洗选加工与水煤浆的加工、煤的气化及液化。煤的洗选方法主要有：（1）重力选煤法（2）浮选（3）磁选（4）电选（5）拣选（6）化学选

2．煤的汽化技术

煤的汽化就是以煤为原料，以空气或氢气和蒸汽为汽化介质，在一定高温下，煤中可燃物质（C、H）经过不完全氧化过程，转化为含有CO、H2、CH4等可燃的混合气体——煤气。煤在隔绝空气的情况下受热分解，产生焦油、笨类和煤气，最后剩下焦炭，这一过程称为干馏或炭化。3.1.2煤炭加工与利用

3.煤的液化技术煤炭液化技术是把固体煤炭通过一种化学加工过程，使其成分转化而成为其他液体化工产品（例如液态油或烃类化学燃料，如液态汽油、柴油等化工产品或其他化工原料）的一种技术。3.1.2煤炭加工与利用

3.煤的液化技术

3.1.2煤炭加工与利用

3.3.2煤的转化技术1．煤的汽化技术

2．煤的液化技术4.洁净煤技术

（1）以洗选为源头的煤炭加工技术（2）以煤的汽化为先导的煤炭转化技术3.1.3煤炭生产过程常见事故风险与防范措施

煤矿自然灾害，主要有瓦斯和煤尘爆炸、突然透水、大面积冒顶、井下火灾和矿尘危害五大灾害。其特点是突发性和严重性，灾害发生时往往造成人员伤亡。除上述“五大”灾害以外，随着矿井开采深度不断增加，采空区面积随着增大，冲击地压的危险也将会更加突出，冲击地压又称岩爆，常伴有煤岩体抛出，巨响及气浪等现象。它具有很大的破坏性，也是煤矿的重大灾害之一，煤矿应采取有效措施防范采空区大面积冒顶引发地表塌陷，使地表水透入井下造成的水害。3.2石油工业

中国石油产量1949年时只有7万吨，另有页岩油5万吨。石油产地集中在西北玉门。新中国成立70多年来，石油工业取得了巨大进步，为国民经济发展做出了重大贡献。。我国已成为全球第二大石油消费国。全国原油产量1949年仅为12万吨，2018年达到1.9亿吨，增长1574.9倍，年均增长11.3%。到2020年我国原油对外依存度将达到60%。而汽车所消耗的燃油将占到石油消耗总量的1/3。石油中含碳80%～90%，氢10%～14%，其他元素占1%左右。它是几千种碳氢化合物（简称为烃类）组成的混合物。将石油加热升温，某些组分就由液态变成气态而蒸馏出来（称为馏分），随着温度的不同，分馏产物亦有所不同。各地采出来的原油成分不同，性状各异。外观上，由无色到黑色，由水样液体到柏油状固体都有，相对密度也不一样。因此对加工、运输过程和使用范围影响很大。3.2石油工业

3.2.1石油的勘探与油藏工程1．石油的勘探：为开发油气田，必须对油气井进行寻找、发现

和评价。这样一个连续过程，称为石油勘探。2．油藏工程：油藏是由储油岩石和其岩隙间所含流体两者构成的统一体。3.2.2石油的开采

1.油田开采（1）划分开发层系;（2）选择采油方法：①自喷开采，②激产开采，③机械开采。（3）合理安排井网布局；（4）井场布置。（2）海上钻井装置海洋钻井装置与陆地钻井装置的区别是：前者由于钻深井和超深井，为便于向海底下沉特殊井口设备，多采用大直径转盘和可移动转盘；同时为适应波浪引起的船体(平台)升降运动，减少对钻杆柱的弯曲，采用具有万向铰接补心的转盘。

（1）海洋钻井特点海洋石油开采与陆地石油开发有很多不同，它受风、海底土质条件、海水、波浪、雨袭、海流及冰等诸多因素的影响。不论是钻井装置还是钻井工艺都有其特殊性。2.海洋钻井采油（3）海上钻采作业工艺流程钻井作业的程序为：①下放井口盘。②张紧导向绳，第一次开钻打导管井段。③下放永久导向架和导管固井。④第二次开钻，打表管井段。⑤下表层套管并固井。⑥下放防喷器和隔水管组。⑦第三次开钻，进行正式钻井作业。

3.2.3石油的运输1.中国石油储备中国国土辽阔，油品消费日增。现在，中国40％左右的油靠进口，到2020年，这个数字将达到60％以上。但中国原油和成品油的储存能力很小，不能适应各种情况的变化。中国正在有计划地建立自己的战略石油储备，从长远来说，肯定会与国际接轨，达到90天规模的石油储备能力。

2.石油运输特点与方式（1）石油运输的特点:

1）石油运输的要求来自于石油生产地和世界石油消费地的分离。

2）运输成本在原油成本中占相当大的比重。

3）石油运输的往往需要特定的容器，由此推动了管道运输的发展，但技术和经济的刚性限制了管道的普遍应用。

4）油轮运输和管道运输是石油运输的主要方式，如果需要大量运输石油，应使两者结合起来。（2）石油运输的方式:

1）海运—油轮运输;

2）管道运输;

3）河运;

4）铁路运输;

5）公路运输。3.2.4石油的加工

1.概述基本的加工工艺为：常压蒸馏、减压蒸馏、催化裂化、催化重整、加氢裂化、延迟焦化、炼厂气加工、石油产品精制等。

石油化工包括以下三大生产过程：基本有机化工生产过程，有机化工生产过程，高分子化工生产过程。2.炼油基本工艺和方法（1）石油加工的基本方法

1）蒸馏；2）裂解；3）重整与异构化；4）烷化与聚合；5）溶剂萃取；6）脱蜡（2）炼油工艺过程

1）一次加工——首先把原油蒸馏分为几个不同的沸点范围(即馏分)，称为一次加工。

2）二次加工——将一次加工得到的馏分再加工成商品，叫二次加工。（3）炼油设备及装置

1）流体输送设备

2）加热设备

3）换热设备

4）传质设备

5）反应设备

6）容器3.炼油厂类型与生产安全

（1）炼油厂的类型①燃料型炼油厂;②燃料—润滑油型炼油厂;③燃料—化工型炼油厂（2）炼油厂的安全生产炼油厂的安全至关重要。防火和防煤气是炼油厂生死存亡的大事。如发生事故往往会使整个车间瞬间毁掉，直接造成重大人员伤亡和投资毁损。因此在设计、管理、工艺、操作和预防措施上严格防范是十分必要的。

3.2.5石油生产过程常见事故风险与防范措施

1．火灾爆炸事故由于石油工业的原料和产品以液态、气态组分为主，大都具有易燃易爆性、毒性和腐蚀性，且生产工艺连续性强，工艺操作环境常为高温高压（或低温低压）等复杂条件，因此在石油化工等工业生产过程容易因物料输送泄漏、意外点火，反应条件失控以及人员误操作等情况而发生火灾、爆炸事故。而预防发生火灾爆炸事故的具体措施主要有：在危险场所应严格控制火源的进入；防止爆炸性混合气体的形成，切断爆炸传播途径；配备相应的消防器材，设置防火安全装置、自动报警系统及通风设备；严防生产设备的“跑、冒、滴、漏”等。2．泄漏事故石油化工安全事故中泄漏事故的发生主要是由于承载物品的容器出现破裂、管道及阀门失灵或由运输工具造成，最终造成毒化学品或毒液出现点状、线状以及平面式泄漏，从而危害周围人员及环境。而预防发生泄漏事故的具体措施有：职工要熟悉生产工艺流程和设备，了解、掌握泄漏产生的原因和条件；按照相关规范，对石油及化工产品储罐安装配置泄漏检测和冒顶报警装置；定期对装置进行全面检修，