魯奇加壓氣化用型煤工業(yè)應用研發(fā)展望

焦多瑞（伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧835000）

在大力倡導綠色低碳技術的時代背景下，煤氣化技術的應用能夠比較有效地實現(xiàn)煤炭清潔轉(zhuǎn)化利用。在氣化途徑中，可以實現(xiàn)煤炭向清潔氣體產(chǎn)品的高效轉(zhuǎn)化。以魯奇加壓氣化技術為例，這一技術的熱效率高、氧氣消耗低，能夠更加高效的合成甲烷氣體和一氧化碳氣體。在實際技術開發(fā)過程中，無煙塊煤是良好的魯奇加壓氣化材料。但是隨著我國煤炭市場供需格局的發(fā)展變化，企業(yè)未降低成本，必須尋找更加經(jīng)濟的氣化原料，而廉價粉煤成型后能夠發(fā)揮與無煙塊煤相一致的效果。

1 型煤生產(chǎn)

1.1 生產(chǎn)技術

在生產(chǎn)型煤的過程中，其生產(chǎn)技術主要由煤料的性質(zhì)和型煤的應用場景而決定。所以至今已經(jīng)衍生出多種粉煤成型技術。總的來說，在型煤生產(chǎn)過程中，都是以成型溫度為標尺，按這一參數(shù)對行為的生產(chǎn)技術進行劃分，又可以大致劃分為熱壓成型技術和冷壓成型技術，前者主要是通過快速加熱促使粉煤發(fā)揮自身的黏結(jié)性能，這樣粉煤就能夠在極短的時間內(nèi)產(chǎn)生數(shù)量不匪的膠質(zhì)體并在適當壓力的作用下被壓制成型。總的來說熱壓型煤主要是對原料煤的黏結(jié)性具有較高的要求，黏結(jié)性過高可能會導致型煤在壓力作用下產(chǎn)生大幅度的變形，而黏結(jié)性太低則會導致型煤的強度不符合相應要求。而后者對于作用溫度同樣具有較高的要求，在室溫或遠低于煤料產(chǎn)生膠質(zhì)體的溫度下，在適應壓力作用的情況，將煤料直接壓制成型。和高壓成型技術截然不同，冷壓成型對于煤料的黏結(jié)性要求不那么嚴苛，而且主要作用條件取決于煤料的塑性和彈性，經(jīng)過實驗表明，煤在冷壓成型作用下的成型特性和塑性成正比，和彈性成反比。比如說，在日常生活中比較常見的泥炭等年輕煤種塑性較高，在冷壓作用下能夠直接被壓制成型。以德國黑水泵公司的經(jīng)典操作為例，其將成功壓制的褐煤煤磚專用于魯奇氣化爐的工業(yè)生產(chǎn)中，取得了較好的成效。而對于彈性較好、塑性較差的煤來說，其很難被壓密實，所以不太適用冷壓成型的方法。

1.2 型煤黏結(jié)劑

在整個作用流程中，黏結(jié)劑的主要作用是借助煤粉顆粒而表現(xiàn)出良好的冷熱性能。結(jié)合我國現(xiàn)階段的行為年階級研發(fā)情況來說，少增加或不增加型煤灰分的制備方式已經(jīng)成為一種常態(tài)，這也符合了其生態(tài)性和經(jīng)濟性的要求，并能夠在一定程度上改善煤的品質(zhì)。有機型黏結(jié)劑和無畸形黏結(jié)劑在現(xiàn)階段的行業(yè)發(fā)展中都應用廣泛，而通過對二者的融合更能夠發(fā)揮不同黏結(jié)劑的價值優(yōu)勢，實現(xiàn)多重優(yōu)點型煤的制造。

2 魯奇加壓氣化用型煤研發(fā)

2.1 魯奇氣化用型煤的研發(fā)進展

針對適用于魯奇氣化粉煤成型的相關技術，諸多的學者與研究人員已經(jīng)進行了大量的研究工作。其中以田亞鵬學者為首的團隊通過義馬長焰煤為基礎原料，在添加經(jīng)過改進的專業(yè)復合黏結(jié)劑后生產(chǎn)出了冷強度等各項指標性能十分優(yōu)良的氣化型煤。田斌、許德平等學者帶領團隊以親水有機高分子原料為黏結(jié)劑成功制備氣化用型煤，并且成功通過小型實驗設備實現(xiàn)了魯奇爐加壓運行工況的模擬，并成功考察了型煤的氣化以及渣塊特征。曹敏等學者則通過開發(fā)新工藝以及新型黏結(jié)劑，成功以晉城無煙煤為基礎原料制成高強防水氣化型煤。王東升等學者也通過自主研發(fā)的復合添加劑成功通過新疆長焰煤制備出高強度型煤。并且通過實驗表明了型煤具有十分理想的冷壓強度、熱強度和浸水強度。王峰帶領的學者團隊則成功的在添加膨潤土、腐殖酸和小麥淀粉作為黏結(jié)劑后，采用伊犁長焰煤和尼勒克氣煤為原料制備出氣化型煤。除此之外，多家企業(yè)也進行了工業(yè)試燒工作，對氣化型煤進行大力研發(fā)。

2.2 研究問題分析

在魯奇加壓氣化用型煤工業(yè)的發(fā)展過程中，阻礙研發(fā)進程的主要有以下三方面的要素：

2.2.1 缺乏理論基礎

經(jīng)過大量的研究，顯示粉煤成型的作用原理其實簡單來說就是煤與煤、煤與黏結(jié)劑分子間力的作用。一般情況下，粉煤成型需要經(jīng)過慣性變形和黏彈塑性變形兩個階段過程，每一個相應過程都會為粉煤施加不同的作用力，這一現(xiàn)象還無法用現(xiàn)階段的理論知識給出準確解釋。而且，專家學者將黏結(jié)劑與粉煤間的作用力主要歸納為固體橋聯(lián)聯(lián)結(jié)力、靜電吸引力、液體橋聯(lián)聯(lián)結(jié)力，以此來解釋粉煤冷壓成型。但是實際上型煤質(zhì)量是否滿足魯奇氣化的要求還取決于酶的機械性質(zhì)、表面特性及彈性等因素，這也側(cè)面印證了現(xiàn)階段對魯奇加壓氣化用型煤的理論支撐不足，很難尋找多變量復雜系統(tǒng)的最優(yōu)解。

2.2.2 專有質(zhì)量參數(shù)標準缺失

結(jié)合我國的型煤質(zhì)量參考指標來說，其不具備全面的標準，現(xiàn)階段比較受到認可的是常壓固定床氣化用型煤質(zhì)量行業(yè)標準，但是這一標準體系并不是針對魯奇氣化型煤而確立的。在常壓型煤質(zhì)量體系中，領域中比較常用的參數(shù)并不能夠真正映射出魯奇氣化過程對型煤質(zhì)量的要求，就比如說“落下強度”、“冷抗壓強度”和“熱穩(wěn)定性”，作為某種衡量標準而言，具有較強的局限性。所以，為了進一步完善型煤質(zhì)量的指標，“冷態(tài)浸水強度”、“熱態(tài)浸水強度”、“熱態(tài)耐磨強度”等概念被相繼提出，但是其實效性還有待商酌，魯奇氣化型煤的研發(fā)工作還處于摸索階段。

2.2.3 型煤試燒操作經(jīng)驗缺乏

型煤和塊煤具有比較顯著的性質(zhì)差異，通過對其在反應活性、碎裂特征方面的差異分析，推斷出在工業(yè)燃燒過程中要對方案和方法等進行必要調(diào)整，但是我國現(xiàn)階段對于試燒操作的經(jīng)驗還比較貧乏，數(shù)據(jù)失準成為一種頻發(fā)現(xiàn)象。

3 技術研發(fā)方向

在我國的魯奇加壓氣化用型煤工業(yè)發(fā)展進程中，“黏結(jié)劑+冷壓成型”的形式一般被認作是粉煤成型的最佳方式。采用該技術實現(xiàn)型煤氣化，工作的難點主要聚焦在研制黏結(jié)劑的方面?？陀^來說，我國現(xiàn)階段對這一工作重難點的突破還處于瓶頸，短期內(nèi)難以取得顯著進展。面對這種情況，相關行業(yè)的人員唯有借助更換粉煤成型的工藝來填補黏結(jié)性能不足的弱項這一發(fā)展方案。具體來說，可以采用“有黏結(jié)劑冷壓成型+高溫碳化”對魯奇氣化用型煤進行工藝創(chuàng)新。之所以提出這種方法，主要是煤顆粒的大分子結(jié)構(gòu)在作用過程中發(fā)生了明顯的變化，最終形成了和塊狀煤結(jié)構(gòu)比較相似的穩(wěn)定化學鍵。所以說，型煤的物理化學性能從宏觀維度上來看與塊煤比較相近，其性能都比較優(yōu)良。正由于這種性質(zhì)，水蒸氣并不會作為型煤質(zhì)量的干擾因素，所以，現(xiàn)階段的工藝水平能夠滿足實驗的基本要求，并推動氣化爐工作的有效開展，黏結(jié)劑的作用便顯得不那么重要。但是，相關研究人員必須深刻意識到碳化過程的引入雖然會降低黏結(jié)劑的成本，但同時會提高生產(chǎn)成本，在接下來的研究中必須找準抵消型煤生產(chǎn)成本上漲的發(fā)展方向。

4 結(jié)語

綜上所述，近些年來，魯奇加壓氣化用型煤工業(yè)在我國呈現(xiàn)出良好的發(fā)展趨勢。在此基礎上，相關領域的技術人員應該盡可能推動黏結(jié)劑加冷壓成型工藝像有黏結(jié)劑冷壓成型加碳化過程工藝的轉(zhuǎn)變，降低其成本，開發(fā)性能更加優(yōu)良的黏結(jié)劑。