1、.煤炭氣化技術的進展摘 要： 煤炭氣化技術是我國煤炭高效潔凈利用的關鍵技術，本文主要闡述了煤炭氣化技術的基本原理、過程和發展概況，以及在總結我國多年來研究開發煤氣化工藝技術的基礎上，對該技術的發展趨勢以及發展煤炭氣化的必要性進行了相關介紹。關鍵詞： 煤炭氣化； 工業應用； 發展現狀； 發展趨勢； Abstract： Coal gasification technology is the key technology of efficient and clean use of coal in our country, this paper describes the basic principl

2、e, process and development of coal gasification technology, and based on the summary of our country for many years research and development of coal gasification technology, the necessity of the development trend of the technology and development of coal gasification was introduced.Key words： Coalgas

3、ification; Industrial application; Development Status; development trend;引言煤炭氣化是指以煤或以煤焦為原料，以氧氣(空氣，富氧或純氧)、水蒸氣或氫氣等作氣化劑，在一定溫度和壓力下通過化學反應將固體煤或煤焦中的可燃部分轉化為氣體燃料的熱化學過程。本文就煤炭氣化技術及發展趨勢作簡要介紹。煤炭在我國能源生產與消費結構中一直占主導地位。煤炭的開發和加工利用已經成為我國環境污染物排放的主要來源。因此，發展潔凈煤技術、提高煤炭利用率是我國能源發展戰略的必然選擇。作為潔凈、高效利用煤炭的先進技術之一的煤炭氣化技術是我國能源領域重點發展

4、對象，是煤炭化工合成、煤炭直接間接液化、IGCC技術、燃料電池等高新潔凈煤利用技術的先導性技術和核心技術。煤炭氣化技術分為地面氣化和地下氣化2種。筆者根據自己掌握的煤化工基礎理論，結合多年積累的煤氣化工作實踐經驗，著重從工程應用角度對煤氣化的發展道路作初步探討，并提出參考性意見。1 煤的氣化原理及氣化工藝11 煤炭氣化的基本原理及過程在氣化爐內，煤炭經歷了干燥、干餾、氣化和燃燒等幾個過程。干燥：原料煤進人氣化爐后受熱，大約在200C煤孔中吸附態或吸藏的氣體及水分首先被脫除。干餾：干餾是脫除揮發分過程，當干燥煤的溫度進一步提高，煤中的揮發物從煤中逸出。氣化過程的基本反應：經干餾后得到的半焦與氣流

5、中的H2O，CO：，H2：等反應，生成可燃性氣體等產物，其主要反應有碳與水蒸氣的反應，碳與二氧化碳的反應，甲烷生成反應，變換反應。燃燒：經氣化后殘留的半焦與氣化劑中的氧進行燃燒。由于碳與水蒸氣、二氧化碳之間的反應都是強烈的吸熱反應，因此氣化爐內要保持高溫才能維持吸熱反應的進行。煤中硫、氮的反應：除了以上反應外，氣化過程同時還有s、N等雜原子發生的反應，其反應會引起腐蝕和環境污染，因此須經凈化工藝將其脫除。12 煤炭氣化工藝煤炭氣化工藝按照不同的分類標準有多種分類方法，本文只介紹其中兩類。按煤炭是否需要開采分類：按該標準分為地面氣化和地下氣化，地面氣化。煤的地面氣化是指原料煤炭預先開采出來，在地

6、面氣化爐內進行氣化反應生成煤氣的過程，目前開發應用的絕大多數屬于地面氣化；地下氣化。煤炭地下氣化是通過在地下煤層中直接構筑“氣化爐”，通入氣化劑，有控制地使煤炭在地下進行氣化反應，使煤炭在原地自然狀態下轉化為可燃氣體并輸送到地面的過程。地下氣化的基本特征：煤層不發生移動，但氣化過程中各氣化反應區的位置和燃空區狀態時刻都在變化；地下氣化進行到一定程度后，對于較薄煤層，氣化劑只能在與煤壁接觸的單一表面上反應，另外三個表面為頂板，底板及反應完的灰渣和頂板塌陷物，因此沒有地面氣化爐金屬外殼似的密閉層，氣體會在空間中擴散； 由于氣化反應過程和加熱過程的不均勻性及加熱過程范圍擴大，反應過程產生的熱量不僅隨

7、氣流帶向出口方向，同時也通過熱輻射、對流、傳導等過程將熱量傳至煤層縱向的深部，并沿煤層深度形成溫度梯度，煤層溫度不同，其所發生的反應也不同。因此在煤層縱深方向上可分為：燃控帶，焦化帶，干流帶，干燥帶，煤層自燃帶。與地面氣化相比，地下氣化最大的技術瓶頸是不可視和不可控，因受煤層賦存條件復雜、測溫技術難以實現、氣化過程穩定性較差、氣化強度低等多種因素的影響，目前地下氣化還處于示范開發階段。按煤和氣化劑在氣化爐中的流體力學狀態分類：氣化方法可分為三大類， 固定床氣化法。固體氣化原料在高溫下與氣化劑發生氧化還原反應，產生以H 、CO和CH 為有效氣體的煤氣，氣化爐內原料床層相對穩定或隨著原料的消耗緩慢

8、向下移動。固體原料由氣化爐頂加入，灰渣從氣化爐底排除，氣化劑由爐底通過爐柵送人爐內，生成的煤氣由爐頂導出； 流化床氣化法。采用010 mm的小顆粒煤作為氣化原料，氣化劑為蒸氣空氣或蒸氣氧氣，氣化劑自下而上經過床層。依據原料的力度分布和濕度，控制氣化劑的流速，使床內原料煤全部處于流化狀態，在劇烈攪動和回混中，煤粒和氣化劑充分接觸，進行化學反應和熱量傳遞。利用碳燃燒放出的熱量，使煤粒干燥干餾和氣化。流化床氣化爐內，主要進行的是碳的燃燒反應，二氧化碳的還原反應，水蒸氣分解反應，水煤氣變換反應。通過上述化學反應生成的煤氣夾帶大量細小微粒(其中70為灰渣和部分未反應完全的碳粒)由爐頂離開氣化爐，部分密度

9、較重的渣粒由爐底排出； 氣流床氣化法。氣化劑(氧氣和水蒸氣)夾帶著煤粉或煤漿，通過特殊噴嘴送人爐膛內，在高溫輻射作用下，氧煤混合物瞬間被點燃，并迅速燃燒，燃燒使煤粒干餾并且使干餾產物分解，同時煤焦被氣化，生成CO和H 等組成的煤氣和熔渣的氣化過程。氣流床氣化的顯著優點是煤種適應性強，原料煤的粘結性，機械強度，熱穩定性等對氣流床氣化過程幾乎沒有影響。它還具有氣化溫度高，強度大，煤氣不含焦油等優點。但由于氣流床氣化要求使用盡可能細的煤粉(70 到80煤粒200網目)，故需要龐大的制粉設備，同時為回收煤氣中的余熱及灰塵也需要復雜的余熱回收及除塵設備，因此設備投資較高 J。2煤炭氣化技術主要應用于下列

10、領域2.1 化工合成原料氣。隨著原料氣合成化工和碳一化學技術的發展，以煤氣化制取合成氣，進而直接合成各種化學產品的路線已經成為現代煤化工的基礎，主要產品有合成氨、尿素、F-T 合成燃料、甲醇、二甲醚等。化工合成氣主要對煤氣中的CO、H2等成分有要求。目前國內生產化工合成原料氣所采用的煤氣化技術，以國產的常壓固定床水煤氣發生爐為主，同時引進了部分先進的氣化爐，如Lurgi 加壓固定床氣化爐、Texaco 加壓氣流床氣化爐、Shell加壓氣流床氣化爐等。中國合成氨產量的60%以上、甲醇產量的50%以上來自煤炭氣化合成工藝。2.2 工業燃氣。采用常壓固定床氣化爐和流化床氣化爐，均可制得熱值為4.59

11、-5.64MJ/m3（1100-1350kcal/m3）的煤氣，用于鋼鐵、機械、衛生、建材、輕紡、食品等部門，用以加熱各種爐、窯，或直接加熱產品。目前，用于生產工業燃料氣的煤氣化技術主要是常壓固定床混合煤氣發生爐，全國約有)4000臺常壓固定床氣化爐在運行。2.3 民用煤氣。一般熱值在12.54-14.63MJ/m3(3000-3500kcal/m3)，要求CO小于10%，除焦爐煤氣外，用直接氣化也可得到，采用魯奇爐較為使用。與直接燃煤相比，民用煤氣不僅可以明顯提高用煤效率和減輕環境污染，而且能夠極大地方便人民生活，具有良好的社會效益與環境效益。出于安全、環抱及經濟等因素的考慮，要求民用煤氣中

12、的H2、CH4及其他烴類可燃氣體含量應盡量高，以提高煤氣的熱值；要求有毒成分CO的含量應盡量低。2000年，中國統計665個城市的燃氣普及率已達84.2%，用氣人口總數達1.76億，其中應用液化石油氣（LPG）的占66.5%，使用天然氣的占14.6%，使用人工煤氣（ 包括焦爐煤氣和各種氣化爐煤氣）的占22.4%。2.4 冶金還原氣。煤氣中的CO和H2具有很強的還原作用。在冶金工業中，利用還原氣可直接將鐵礦石還原成海綿鐵；在有色金屬工業中，鎳、銅、鎢、鎂等金屬氧化物也可用還原氣來冶煉。因此，冶金還原氣對煤氣中的CO含量要求，在中國冶金和有色金屬行業得到大量應用。2.5 聯合循環發電燃氣。整體煤氣

13、化聯合循環發電（簡稱IGCC）是先將煤氣化，產生的煤氣經凈化后驅動燃氣輪機發電，再利用煙氣余熱產生高壓過熱蒸汽驅動整齊輪機發電。用于IGCC的煤氣，對熱值要求不高，但對煤氣凈化度，如粉塵及硫化物含量的要求很高。與IGCC配套的煤氣化一般采用固定床加壓氣化（魯奇爐）、氣流床（德士古、Shell氣化爐）氣化、流化床氣化等，煤氣熱值9.20-10.45MJ/m3(2200-2500kcal/m3)左右。2.6 燃料油合成原料氣和煤炭液化氣源。目前煤炭直接液化和間接液化，都離不開先進的煤炭氣化。煤炭氣化為直接液化工業高壓加氫液化提供氫源；在間接化工藝中，煤氣經過變換調節成合適的H2/CO比例送往合成工

14、段，用于合成液體燃料和化工產品。煤炭液化可選的煤炭氣化工藝包括固定床加壓Lurgi氣化、加壓流化床氣化和加壓氣流床的氣化工藝。目前，國內正在考慮建設一批新型化工項目，以煤氣化技術作為“龍頭”，生產的煤氣用于合成二甲醚、合成汽油與柴油等液體燃料以及合成其他多種化工產品，或用于煤炭直接液化制氫。2.7 煤炭氣化制氫。氫氣廣泛用于電子、冶金、玻璃生產、化工合成、航空航天及氫能電池等領域，用氫氣作為燃料，熱值高，燃燒后的產物是水，污染物排放是零。從長遠來看，氫氣是很好的能源載體，可作為分布式熱、電、冷聯供的燃料，實現污染物和溫室氣體的近零排放。目前世界上96%的氫氣來源于化石燃料轉化，煤炭氣化制氫起著

15、很重要的作用。煤炭氣化制氫一般是將煤炭轉化成CO和H2，苫后通過變換反應將CO轉換成H2，將富氫氣體經過低溫分離或變壓吸附及膜分離技術，即可獲得氫氣。3.煤炭氣化技術的發展趨勢煤炭氣化技術眾多，而原料煤供應及煤質也千差萬別，沒有一種氣化技術是萬能的，能完全滿足市場需求。目前，煤炭氣化技術正向著大型化、加壓、煤種適應范圍寬、提高可靠性和可用率、氣化效率高、環境友好等趨勢發展。31 我國的煤氣化工業我國于1885年年11月在上海建成了第一座煤制氣工廠。新中國建立后，煤氣化工業有所發展。2O世紀8O年代以來，我國的煤氣化工業突飛猛進，引進了一批國際上先進的水煤漿煤氣化技術，并在煤化工行業得以應用，基

16、本掌握了水煤漿煤氣化技術的制造和運行技術。在國家“八五”、“九五”攻關和“十五”863等科技計劃的支持下，通過國內企業、科研單位和高校的聯合攻關，已開發了具有自主知識產權的水煤漿加壓氣流床氣化技術、干煤粉加壓氣流床氣化技術和灰融聚流化床氣化技術。其中多噴嘴水煤漿氣化技術已達到1 000 td級規模，干煤粉氣化技術已進行了36 td規模的中試，灰融聚流化床氣化技術達到了百噸級規模，這標志著我國自主的煤氣化技術正在逐步縮小與世界先進水平的差距 。32 煤炭氣化技術的研究趨勢和方向世界各國對傳統煤氣化方法的改進和新氣化方法的開發研究從來沒有停止，研究趨勢和方向可歸納為：設備大型化。目的是提高單爐生產

17、能力，降低成本和投資；操作高溫高壓化。普遍使用氧氣為氣化劑，使操作溫度提高到1 4o0 1 500 ，不僅強化了生產，大幅度提高煤炭利用效率，大幅度降低污染排放，徹底改變煤炭利用高污染、低效率的局面，而且大大提高了碳的利用率，并大大降低三廢的排放。操作高溫高壓化是新氣化工藝的主要特點；煤種廣譜化?？衫妹悍?、劣質煤和粘結性煤，幾乎可以使用各種煤進行氣化；4以煤炭為基礎，以電力為中心。以油、氣代用品為重要任務，積極推進具有戰略意義的高技術研究發展，為傳統產業升級提供技術支持，振興裝備制造業，在高效潔凈煤發電、煤液化、氣化和聯產技術上實現突跛。5.我國煤炭、電力產業、能源裝備制造業發展和升級的關鍵高技術和系統集成技術一煤氣化技術和多產品聯產技術，進行攻關，以取得重大突破。6.工藝潔凈化。注意消除氣化過程中污染物的生成，如含酚廢水、焦油等的生產限制在最低水平 。7.既要重視引進、消化、吸收、國際合作和再創新，又要立足自主研發和技術創新。遠近結合，高起點、快速掌握和發展潔凈煤利用設計技術、制造技術一潔凈燃煤聯合循環、高效超臨界燃煤發電技術和燃煤電站煙氣污染排放控制技術。8.鼓勵創新，產生原刨性成果，探索最終實現近零排放的潔凈煤技術，改進潔凈