《工業(yè)生產(chǎn)過程與管理》煤炭及石油工業(yè)

煤炭及石油工業(yè)3.1煤炭生產(chǎn)3.1.1煤炭的開采1．煤炭資源狀況2．煤炭的分類3．煤田和井田4.煤田的采掘方式5.采煤方法6.礦井安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)世界煤炭可采儲量為9842.11億噸，主要集中在美國（25%）、俄羅斯（15.9%）、中國（11.6%）和澳大利亞（9.2%）。此外，印度、德國、南非三個國家共占13.9%。從產(chǎn)量來看，2020年年底全球煤炭產(chǎn)量77.42億噸，其中中國產(chǎn)量占比達(dá)到51%、美國占比6.3%、澳大利亞占比6.2%、俄羅斯占比5.2%、印度占比7.3%。從供需角度來看，中國、日本、印度和韓國是煤炭主要進(jìn)口國家，而印度尼西亞、澳大利亞、蒙古國、俄羅斯是主要的煤炭出口國。(1)世界煤炭資源(2)中國煤炭資源中國煤炭資源豐富，中國煤炭探明可采儲量應(yīng)在2000億噸以上，資源量可達(dá)3萬億噸。其中，無煙煤和煙煤5094.91億噸，次煙煤和褐煤4747.20億噸，未來20年，隨著美國、中國對煤炭的潔凈技術(shù)的研究與開發(fā)，需求必然會增加。截至2020年底，全國煤礦已減少到4700處以下，每礦產(chǎn)能提高到110萬噸。我國的煤炭主要分布在西北、華北、東北、西南幾個集中地帶，其中昆侖山、秦嶺、大別山一線以北集中了中國90%的煤炭儲量，其中華北和西北集中了煤炭儲量的2/3。山西、陜西、內(nèi)蒙古更是全國產(chǎn)煤重心。在漫長的地質(zhì)演變過程中，煤田受到多種地質(zhì)因素的作用。由于成煤年代、成煤原始物質(zhì)、還原程度及成因類型上的差異，再加上各種變質(zhì)作用并存，致使中國煤炭品種多樣化，從低變及程度的褐煤到高變質(zhì)程度的無煙煤都有儲存。按中國的煤種分類，其中煉焦煤類占27.65%，非煉焦煤類占72.35%。中國煤炭資源雖豐富，但勘探程度較低，經(jīng)濟(jì)可采儲量較少。在經(jīng)勘探證實的儲量中，精查儲量僅占30%，而且大部分已經(jīng)開發(fā)利用，煤炭后備儲量相當(dāng)緊張。(3)我國煤礦的生產(chǎn)狀況截止2020年，全國原煤產(chǎn)量39億噸，同比增長1.4%，原煤生產(chǎn)增速有所回落。數(shù)據(jù)顯示，“十三五”期間，全國累計退出煤礦5500處、退出落后煤炭產(chǎn)能10億噸/年以上；2020年全國30萬噸/年以下煤礦數(shù)量及產(chǎn)能較2018年下降均超40%。在淘汰落后產(chǎn)能的同時，全國煤炭供給質(zhì)量顯著提高，截至2020年底，全國煤礦數(shù)量減少到4700處，全國煤礦平均單井規(guī)模由每年35萬噸增加到每年110萬噸，增長214.3%。從產(chǎn)煤地區(qū)看，煤炭生產(chǎn)開發(fā)進(jìn)一步向大型煤炭基地集中。2020年，14個大型煤炭基地產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的96.6%，比2015年提高3.6個百分點。2020年，全國規(guī)模以上企業(yè)煤炭產(chǎn)量38.4億噸，同比增長0.9%，有8個省區(qū)原煤產(chǎn)量超過億噸，其中，山西、內(nèi)蒙古原煤產(chǎn)量高達(dá)10.63億噸、10.1億噸，占全國規(guī)模以上企業(yè)原煤產(chǎn)量的比重分別為27.66%、26.04%。2.煤炭的分類（1）按煤化程度分類：泥炭（草炭）、褐煤、煙煤、無煙煤（2）按工業(yè)使用的要求進(jìn)行分類：無煙煤、貧煤、瘦煤、焦煤、肥煤、氣煤、弱粘煤、不粘煤、長焰煤和褐煤（3）按供銷條件的分類：原煤、塊煤、洗精煤3.煤田和井田(1)煤田:是指處于地殼沉積巖層中的大面積含煤地帶。(2)井田(礦田):為了合理、經(jīng)濟(jì)地開發(fā)煤田，通常將一個煤田劃分為若干部分，由若干個礦井開采。劃給一個礦井開采的部分叫做井田(或礦田)。礦井是煤田開發(fā)的基層單位。4.煤田的采掘方式圖3-1煤炭主要開采方式煤礦露天開采礦井開采平峒開拓斜井開拓豎井開拓5.采煤方法

(1)煤礦非機(jī)采型:在回采工作面的回采工藝過程中，落煤、裝煤、運煤三個主要工序沒有或沒有完全實現(xiàn)機(jī)械作業(yè)。落煤多用炮采，生產(chǎn)率較低，安全性也較差。

(2)煤礦機(jī)采型:機(jī)械化采煤用于煤層比較穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造不太復(fù)雜的回采工作面。采用滾筒采煤機(jī)或刨煤機(jī)落煤，用可彎曲刮板運輸機(jī)輸送，用金屬支架、液壓支架和金屬鉸接頂梁進(jìn)行采空區(qū)頂板支護(hù)，安全性和生產(chǎn)效率都能得到很大提高。這些方法進(jìn)一步整合就出現(xiàn)了綜合機(jī)械化采煤技術(shù)。6.礦井安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)

所謂煤礦安全生產(chǎn)，一般主要是指防瓦斯、防塵、防水和防火。而瓦斯、煤塵、水和火是煤礦四大災(zāi)害，必須引起人們的高度重視。

（1）防瓦斯。礦井瓦斯是井下煤層和圍巖中的各種有害氣體的總稱，其主要成分是甲烷。瓦斯具有燃燒與爆炸性，對生產(chǎn)威脅很大。在礦井內(nèi)引起瓦斯爆炸的主要原因，一是有一定的濃度，二是有高溫火源，三是有足夠的氧氣。由此可知，預(yù)防瓦斯爆炸的主要措施是防止瓦斯積聚(控制瓦斯含量小于5%)和防止井下有明火出現(xiàn)。因此礦井必須相應(yīng)采取有效的通風(fēng)，嚴(yán)禁吸煙，電機(jī)和電器設(shè)備應(yīng)符合防爆規(guī)程，并加強放炮、瓦斯檢查等安全生產(chǎn)制度，建設(shè)健全的防火、防爆設(shè)施等。同時還要采取措施，提高煤炭生產(chǎn)過程中釋放出的甲烷的利用率。

6.礦井安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)

（2）防塵。礦塵是指生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的煤塵和巖塵。礦塵不僅危害身體，易引起塵肺等職業(yè)病，而且煤塵濃度增加到一定程度，遇火能引起燃燒爆炸。因此礦井必須遵守國家規(guī)定的安全標(biāo)準(zhǔn)，使礦塵控制在安全范圍內(nèi)。同時應(yīng)采取加強通風(fēng)、放炮噴霧、裝巖灑水、沖洗巖帶、佩戴口罩等措施，預(yù)防職業(yè)病發(fā)生。（3）防火。當(dāng)井下有外源火種，如吸煙、電火花、爆炸等，會引起火災(zāi)。另外煤炭還會發(fā)生自燃。防火措施主要有：正確選擇開拓開采方法；用密閉墻將易發(fā)生火災(zāi)的采區(qū)隔絕；主要巷道與峒室采用不燃性材料，并設(shè)滅火用具、消防水管系統(tǒng)；嚴(yán)格貫徹井下防爆、防火安全等規(guī)定。6.礦井安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)

（4）防水。礦井水災(zāi)發(fā)生原因較多，例如地面洪水灌入井下；斷層或裂縫把河流或含水層與井下接通；采掘過程中遇到積水等。防水措施主要有：井口高于當(dāng)?shù)貧v年最高洪水水位；地面修筑防洪堤壩或排水溝；在水體下采煤時應(yīng)有專門的技術(shù)措施。當(dāng)掘進(jìn)巷道接近水區(qū)時，要先探后掘，先將水放出來；應(yīng)設(shè)防水煤柱，使水與采區(qū)隔離等。

（5）通風(fēng)。礦井通風(fēng)一方面把地面新鮮空氣不斷地送入井下，另一方面把井下的瓦斯和污濁空氣不斷地排出地面。礦井通風(fēng)系統(tǒng)是礦井的生命線，出現(xiàn)問題往往導(dǎo)致災(zāi)難性后果，所以一定要安全可靠，通常要設(shè)立備用系統(tǒng)。6.礦井安全生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)

（6）矸石管理和采空區(qū)防塌陷。煤礦區(qū)開采過程中，要挖出相當(dāng)多的廢碎石，還要遺棄大量矸石(約占采煤量的1/10)。不僅占用土地，而且堵塞河道、污染環(huán)境。矸石中的硫化物緩慢氧化發(fā)熱，如散熱不良或未隔絕空氣就會自燃，甚至爆炸。矸石淋水、溶水對周圍地表水和地下水會造成污染。此外，采空區(qū)還會引起地表塌陷，采動還會不同程度地牽涉巖坡、水系、地上地下建筑物的穩(wěn)定和安全。產(chǎn)煤區(qū)土建施工時，經(jīng)常遇到先期采煤挖開的小坑道需要填埋補救。這些影響長遠(yuǎn)的問題均需及早加強管理。3.1.2煤炭加工與利用

1.煤炭粗加工

煤炭加工主要是去除灰分、提高質(zhì)量、改變形狀、以便于用戶使用。主要包括煤的篩分、揀矸、洗選加工與水煤漿的加工、煤的氣化及液化。煤的洗選方法主要有：（1）重力選煤法（2）浮選（3）磁選（4）電選（5）揀選（6）化學(xué)選

2．煤的汽化技術(shù)

煤的汽化就是以煤為原料，以空氣或氫氣和蒸汽為汽化介質(zhì)，在一定高溫下，煤中可燃物質(zhì)（C、H）經(jīng)過不完全氧化過程，轉(zhuǎn)化為含有CO、H2、CH4等可燃的混合氣體——煤氣。煤在隔絕空氣的情況下受熱分解，產(chǎn)生焦油、笨類和煤氣，最后剩下焦炭，這一過程稱為干餾或炭化。3.1.2煤炭加工與利用

3.煤的液化技術(shù)煤炭液化技術(shù)是把固體煤炭通過一種化學(xué)加工過程，使其成分轉(zhuǎn)化而成為其他液體化工產(chǎn)品（例如液態(tài)油或烴類化學(xué)燃料，如液態(tài)汽油、柴油等化工產(chǎn)品或其他化工原料）的一種技術(shù)。3.1.2煤炭加工與利用

3.煤的液化技術(shù)

3.1.2煤炭加工與利用

3.3.2煤的轉(zhuǎn)化技術(shù)1．煤的汽化技術(shù)

2．煤的液化技術(shù)4.潔凈煤技術(shù)

（1）以洗選為源頭的煤炭加工技術(shù)（2）以煤的汽化為先導(dǎo)的煤炭轉(zhuǎn)化技術(shù)3.1.3煤炭生產(chǎn)過程常見事故風(fēng)險與防范措施

煤礦自然災(zāi)害，主要有瓦斯和煤塵爆炸、突然透水、大面積冒頂、井下火災(zāi)和礦塵危害五大災(zāi)害。其特點是突發(fā)性和嚴(yán)重性，災(zāi)害發(fā)生時往往造成人員傷亡。除上述“五大”災(zāi)害以外，隨著礦井開采深度不斷增加，采空區(qū)面積隨著增大，沖擊地壓的危險也將會更加突出，沖擊地壓又稱巖爆，常伴有煤巖體拋出，巨響及氣浪等現(xiàn)象。它具有很大的破壞性，也是煤礦的重大災(zāi)害之一，煤礦應(yīng)采取有效措施防范采空區(qū)大面積冒頂引發(fā)地表塌陷，使地表水透入井下造成的水害。3.2石油工業(yè)

中國石油產(chǎn)量1949年時只有7萬噸，另有頁巖油5萬噸。石油產(chǎn)地集中在西北玉門。新中國成立70多年來，石油工業(yè)取得了巨大進(jìn)步，為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。。我國已成為全球第二大石油消費國。全國原油產(chǎn)量1949年僅為12萬噸，2018年達(dá)到1.9億噸，增長1574.9倍，年均增長11.3%。到2020年我國原油對外依存度將達(dá)到60%。而汽車所消耗的燃油將占到石油消耗總量的1/3。石油中含碳80%～90%，氫10%～14%，其他元素占1%左右。它是幾千種碳?xì)浠衔铮ê喎Q為烴類）組成的混合物。將石油加熱升溫，某些組分就由液態(tài)變成氣態(tài)而蒸餾出來（稱為餾分），隨著溫度的不同，分餾產(chǎn)物亦有所不同。各地采出來的原油成分不同，性狀各異。外觀上，由無色到黑色，由水樣液體到柏油狀固體都有，相對密度也不一樣。因此對加工、運輸過程和使用范圍影響很大。3.2石油工業(yè)

3.2.1石油的勘探與油藏工程1．石油的勘探：為開發(fā)油氣田，必須對油氣井進(jìn)行尋找、發(fā)現(xiàn)

和評價。這樣一個連續(xù)過程，稱為石油勘探。2．油藏工程：油藏是由儲油巖石和其巖隙間所含流體兩者構(gòu)成的統(tǒng)一體。3.2.2石油的開采

1.油田開采（1）劃分開發(fā)層系;（2）選擇采油方法：①自噴開采，②激產(chǎn)開采，③機(jī)械開采。（3）合理安排井網(wǎng)布局；（4）井場布置。（2）海上鉆井裝置海洋鉆井裝置與陸地鉆井裝置的區(qū)別是：前者由于鉆深井和超深井，為便于向海底下沉特殊井口設(shè)備，多采用大直徑轉(zhuǎn)盤和可移動轉(zhuǎn)盤；同時為適應(yīng)波浪引起的船體(平臺)升降運動，減少對鉆桿柱的彎曲，采用具有萬向鉸接補心的轉(zhuǎn)盤。

（1）海洋鉆井特點海洋石油開采與陸地石油開發(fā)有很多不同，它受風(fēng)、海底土質(zhì)條件、海水、波浪、雨襲、海流及冰等諸多因素的影響。不論是鉆井裝置還是鉆井工藝都有其特殊性。2.海洋鉆井采油（3）海上鉆采作業(yè)工藝流程鉆井作業(yè)的程序為：①下放井口盤。②張緊導(dǎo)向繩，第一次開鉆打?qū)Ч芫巍＂巯路庞谰脤?dǎo)向架和導(dǎo)管固井。④第二次開鉆，打表管井段。⑤下表層套管并固井。⑥下放防噴器和隔水管組。⑦第三次開鉆，進(jìn)行正式鉆井作業(yè)。

3.2.3石油的運輸1.中國石油儲備中國國土遼闊，油品消費日增?，F(xiàn)在，中國40％左右的油靠進(jìn)口，到2020年，這個數(shù)字將達(dá)到60％以上。但中國原油和成品油的儲存能力很小，不能適應(yīng)各種情況的變化。中國正在有計劃地建立自己的戰(zhàn)略石油儲備，從長遠(yuǎn)來說，肯定會與國際接軌，達(dá)到90天規(guī)模的石油儲備能力。

2.石油運輸特點與方式（1）石油運輸?shù)奶攸c:

1）石油運輸?shù)囊髞碜杂谑蜕a(chǎn)地和世界石油消費地的分離。

2）運輸成本在原油成本中占相當(dāng)大的比重。

3）石油運輸?shù)耐枰囟ǖ娜萜?，由此推動了管道運輸?shù)陌l(fā)展，但技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的剛性限制了管道的普遍應(yīng)用。

4）油輪運輸和管道運輸是石油運輸?shù)闹饕绞?，如果需要大量運輸石油，應(yīng)使兩者結(jié)合起來。（2）石油運輸?shù)姆绞?

1）海運—油輪運輸;

2）管道運輸;

3）河運;

4）鐵路運輸;

5）公路運輸。3.2.4石油的加工

1.概述基本的加工工藝為：常壓蒸餾、減壓蒸餾、催化裂化、催化重整、加氫裂化、延遲焦化、煉廠氣加工、石油產(chǎn)品精制等。

石油化工包括以下三大生產(chǎn)過程：基本有機(jī)化工生產(chǎn)過程，有機(jī)化工生產(chǎn)過程，高分子化工生產(chǎn)過程。2.煉油基本工藝和方法（1）石油加工的基本方法

1）蒸餾；2）裂解；3）重整與異構(gòu)化；4）烷化與聚合；5）溶劑萃取；6）脫蠟（2）煉油工藝過程

1）一次加工——首先把原油蒸餾分為幾個不同的沸點范圍(即餾分)，稱為一次加工。

2）二次加工——將一次加工得到的餾分再加工成商品，叫二次加工。（3）煉油設(shè)備及裝置

1）流體輸送設(shè)備

2）加熱設(shè)備

3）換熱設(shè)備

4）傳質(zhì)設(shè)備

5）反應(yīng)設(shè)備

6）容器3.煉油廠類型與生產(chǎn)安全

（1）煉油廠的類型①燃料型煉油廠;②燃料—潤滑油型煉油廠;③燃料—化工型煉油廠（2）煉油廠的安全生產(chǎn)煉油廠的安全至關(guān)重要。防火和防煤氣是煉油廠生死存亡的大事。如發(fā)生事故往往會使整個車間瞬間毀掉，直接造成重大人員傷亡和投資毀損。因此在設(shè)計、管理、工藝、操作和預(yù)防措施上嚴(yán)格防范是十分必要的。

3.2.5石油生產(chǎn)過程常見事故風(fēng)險與防范措施

1．火災(zāi)爆炸事故由于石油工業(yè)的原料和產(chǎn)品以液態(tài)、氣態(tài)組分為主，大都具有易燃易爆性、毒性和腐蝕性，且生產(chǎn)工藝連續(xù)性強，工藝操作環(huán)境常為高溫高壓（或低溫低壓）等復(fù)雜條件，因此在石油化工等工業(yè)生產(chǎn)過程容易因物料輸送泄漏、意外點火，反應(yīng)條件失控以及人員誤操作等情況而發(fā)生火災(zāi)、爆炸事故。而預(yù)防發(fā)生火災(zāi)爆炸事故的具體措施主要有：在危險場所應(yīng)嚴(yán)格控制火源的進(jìn)入；防止爆炸性混合氣體的形成，切斷爆炸傳播途徑；配備相應(yīng)的消防器材，設(shè)置防火安全裝置、自動報警系統(tǒng)及通風(fēng)設(shè)備；嚴(yán)防生產(chǎn)設(shè)備的“跑、冒、滴、漏”等。2．泄漏事故石油化工安全事故中泄漏事故的發(fā)生主要是由于承載物品的容器出現(xiàn)破裂、管道及閥門失靈或由運輸工具造成，最終造成毒化學(xué)品或毒液出現(xiàn)點狀、線狀以及平面式泄漏，從而危害周圍人員及環(huán)境。而預(yù)防發(fā)生泄漏事故的具體措施有：職工要熟悉生產(chǎn)工藝流程和設(shè)備，了解、掌握泄漏產(chǎn)生的原因和條件；按照相關(guān)規(guī)范，對石油及化工產(chǎn)品儲罐安裝配置泄漏檢測和冒頂報警裝置；定期對裝置進(jìn)行全面檢修，