煤氣化—煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)

楊正亮

摘 要：煤氣化是現(xiàn)代煤化工發(fā)展的龍頭技術(shù)，是發(fā)展現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)。目前煤炭高效利用需要開發(fā)的重大技術(shù)包括：大容量高效低成本的制氧技術(shù)，加壓高效煤氣化技術(shù)，石油替代的路線，高效熱工循環(huán)技術(shù)，碳捕捉與碳貯存技術(shù)。這些技術(shù)對煤化工的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。文章主要對煤氣化-煤炭高效清潔核心技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：煤炭；高效利用；煤氣化技術(shù)

煤是一定地質(zhì)年代的植物埋藏在水底或泥沙中，處于空氣不足的條件下，在漫長的地質(zhì)年代中經(jīng)歷復(fù)雜的生物化學(xué)和物理化學(xué)變化，逐步形成的固體可燃礦物。從化學(xué)組成的角度看，煤中主要元素有碳、氫、氧、氮、硫以及灰分，煤灰組成極為復(fù)雜，以礦物質(zhì)為主，不同區(qū)域、不同年代的煤，其元素組成也有很大的區(qū)別。煤炭是我國的基礎(chǔ)能源和戰(zhàn)略原料，高效清潔的利用煤炭資源，對促進(jìn)國家的生態(tài)文明建設(shè)有著重要的作用。

一、煤炭氣化概述

煤氣化是指煤在一定的高溫、壓力下與氧氣、水蒸氣等進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，將煤中的碳、氫、氧轉(zhuǎn)化成CO、H2為主要組成的混合氣體的過程，同時(shí)伴隨著煤渣（或煤灰）的產(chǎn)生。

煤氣化與煤燃燒不同，燃燒是煤中可燃的碳、氫等元素與氧氣進(jìn)行完全燃燒反應(yīng)的過程，目的主要利用煤炭蘊(yùn)涵的化學(xué)能，或者說燃燒是利用熱能為主。而煤氣化目的是利用煤中的C、H元素，生成可以進(jìn)一步加工利用的氣體，即CO和H2。與煤燃燒相比，煤氣化具有高效、清潔的優(yōu)點(diǎn)，例如可通過后續(xù)成熟技術(shù)將硫化氫轉(zhuǎn)化為硫磺。

二、氣流床煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究

973項(xiàng)目緊緊圍繞大型氣化技術(shù)適應(yīng)多種含碳固體原料（如圖1）、向近零排放（如圖2）發(fā)展的客觀需求，以“超濃相粉體輸送、高黏高濃度漿料制備與輸送-高溫、高壓、高效清潔氣化-復(fù)雜多相反應(yīng)產(chǎn)物處理-大規(guī)模氣化系統(tǒng)集成優(yōu)化”為研究主線，服務(wù)于“多種含碳固體原料的大規(guī)模高效清潔氣化技術(shù)”這一長遠(yuǎn)目標(biāo)，確定以下研究重點(diǎn)：高壓條件下超濃相氣固兩相流流動規(guī)律及穩(wěn)定控制機(jī)理；低階煤及其他含碳固體原料制備高濃度漿體的技術(shù)基礎(chǔ)；高溫、高壓下煤等固體含碳物質(zhì)氣化的化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)及有害元素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律；高溫、高壓下氣化爐內(nèi)多相混合、熱質(zhì)傳遞過程及湍流多相流動條件下熔渣流動機(jī)理及復(fù)雜傳熱過程基本規(guī)律；復(fù)雜多相反應(yīng)產(chǎn)物處理中涉及的氣-液-固三相流動、傳遞與分離規(guī)律研究；大規(guī)模氣化過程的數(shù)值模擬與氣化系統(tǒng)集成優(yōu)化方法。

三、我國氣流床煤氣化技術(shù)的發(fā)展

（一）多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)。多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)是我國首套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型煤氣化技術(shù)，多噴嘴對置水煤漿氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從大型化向超大型化的跨越。該技術(shù)具有碳轉(zhuǎn)化率高、易于大型化、運(yùn)行穩(wěn)定安全等優(yōu)勢。

（二）SE粉煤加壓氣化技術(shù)。氣流床煤氣化是當(dāng)今國際上最先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一，SE粉煤加壓氣化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了高效穩(wěn)定運(yùn)行，達(dá)到了良好的工藝技術(shù)指標(biāo)。其工藝流程如下：原煤除雜后送入磨煤機(jī)破碎，同時(shí)由經(jīng)過加熱的低壓氮?dú)鈱⑵涓稍铮苽涑龊细衩悍鄞嬗诹蟼}中。料倉中的煤粉先后在低壓氮?dú)夂透邏旱獨(dú)獾妮斔拖?，通過氣化噴嘴進(jìn)入氣化爐。氣化劑氧氣、蒸汽也通過氣化噴嘴進(jìn)入氣化爐，并在高溫高壓下與煤粉進(jìn)行氣化反應(yīng)。出氣化爐的高溫合成氣經(jīng)激冷、洗滌后并入造氣車間合成氣管線。

（三）煤氣化技術(shù)的突破方向。氣流床、流化床和熔渣池煤氣化技術(shù)由于其技術(shù)特征，決定了煤氣的溫度和氣化反應(yīng)的溫度相當(dāng)接近。其中熔渣池煤氣化、氣流床煤氣化技術(shù)煤氣溫度等于甚至高于氣化溫度，流化床氣化溫度略低于氣化溫度。固定床煤氣化技術(shù)煤氣溫度大大低于氣化反應(yīng)溫度，因此固定床煤氣化技術(shù)可以取得相對于其他煤氣化技術(shù)更高的冷煤氣效率和有效能效率。

四、結(jié)語

目前，我國煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)均進(jìn)入了國際先進(jìn)行列，部分技術(shù)還處于國際領(lǐng)先水平。煤氣化技術(shù)的發(fā)展，有力支持了我國現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)的推動下，相信通過技術(shù)人員的不懈努力，將來我國會出現(xiàn)更多具有原創(chuàng)性的煤氣化新技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]王輔臣，代正華.煤氣化-煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)[J].化學(xué)世界，2015，01：51-55.

[2]管西龍，朱艷艷，劉殊麗.煤炭的高效清潔利用技術(shù)進(jìn)展[J].氮肥技術(shù)，2015，04：40-43.