煤气化―煤炭高效清洁利用的核心技术

摘 要：煤气化是现代煤化工发展的龙头技术，是发展现代煤化工的基础。目前煤炭高效利用需要开发的重大技术包括：大容量高效低成本的制氧技术，加压高效煤气化技术，石油替代的路线，高效热工循环技术，碳捕捉与碳贮存技术。这些技术对煤化工的发展奠定了坚实的基础。文章主要对煤气化-煤炭高效清洁核心技术进行了分析。

关键词：煤炭；高效利用；煤气化技术

煤是一定地质年代的植物埋藏在水底或泥沙中，处于空气不足的条件下，在漫长的地质年代中经历复杂的生物化学和物理化学变化，逐步形成的固体可燃矿物。从化学组成的角度看，煤中主要元素有碳、氢、氧、氮、硫以及灰分，煤灰组成极为复杂，以矿物质为主，不同区域、不同年代的煤，其元素组成也有很大的区别。煤炭是我国的基础能源和战略原料，高效清洁的利用煤炭资源，对促进国家的生态文明建设有着重要的作用。

一、煤炭气化概述

煤气化是指煤在一定的高温、压力下与氧气、水蒸气等进行化学反应，将煤中的碳、氢、氧转化成CO、H2为主要组成的混合气体的过程，同时伴随着煤渣（或煤灰）的产生。

煤气化与煤燃烧不同，燃烧是煤中可燃的碳、氢等元素与氧气进行完全燃烧反应的过程，目的主要利用煤炭蕴涵的化学能，或者说燃烧是利用热能为主。而煤气化目的是利用煤中的C、H元素，生成可以进一步加工利用的气体，即CO和H2。与煤燃烧相比，煤气化具有高效、清洁的优点，例如可通过后续成熟技术将硫化氢转化为硫磺。

二、气流床煤气化技术的基础研究

973项目紧紧围绕大型气化技术适应多种含碳固体原料（如图1）、向近零排放（如图2）发展的客观需求，以“超浓相粉体输送、高黏高浓度浆料制备与输送-高温、高压、高效清洁气化-复杂多相反应产物处理-大规模气化系统集成优化”为研究主线，服务于“多种含碳固体原料的大规模高效清洁气化技术”这一长远目标，确定以下研究重点：高压条件下超浓相气固两相流流动规律及稳定控制机理；低阶煤及其他含碳固体原料制备高浓度浆体的技术基础；高温、高压下煤等固体含碳物质气化的化学反应基础及有害元素迁移转化规律；高温、高压下气化炉内多相混合、热质传递过程及湍流多相流动条件下熔渣流踊理及复杂传热过程基本规律；复杂多相反应产物处理中涉及的气-液-固三相流动、传递与分离规律研究；大规模气化过程的数值模拟与气化系统集成优化方法。

三、我国气流床煤气化技术的发展

（一）多喷嘴对置水煤浆气化技术。多喷嘴对置水煤浆气化技术是我国首套具有自主知识产权的大型煤气化技术，多喷嘴对置水煤浆气化技术实现了从大型化向超大型化的跨越。该技术具有碳转化率高、易于大型化、运行稳定安全等优势。

（二）SE粉煤加压气化技术。气流床煤气化是当今国际上最先进的煤气化技术之一，SE粉煤加压气化技术实现了高效稳定运行，达到了良好的工艺技术指标。其工艺流程如下：原煤除杂后送入磨煤机破碎，同时由经过加热的低压氮气将其干燥，制备出合格煤粉存于料仓中。料仓中的煤粉先后在低压氮气和高压氮气的输送下，通过气化喷嘴进入气化炉。气化剂氧气、蒸汽也通过气化喷嘴进入气化炉，并在高温高压下与煤粉进行气化反应。出气化炉的高温合成气经激冷、洗涤后并入造气车间合成气管线。

（三）煤气化技术的突破方向。气流床、流化床和熔渣池煤气化技术由于其技术特征，决定了煤气的温度和气化反应的温度相当接近。其中熔渣池煤气化、气流床煤气化技术煤气温度等于甚至高于气化温度，流化床气化温度略低于气化温度。固定床煤气化技术煤气温度大大低于气化反应温度，因此固定床煤气化技术可以取得相对于其他煤气化技术更高的冷煤气效率和有效能效率。

四、结语

目前，我国煤气化技术的基础研究和技术开发均进入了国际先进行列，部分技术还处于国际领先水平。煤气化技术的发展，有力支持了我国现代煤化工产业的发展。在科学技术的推动下，相信通过技术人员的不懈努力，将来我国会出现更多具有原创性的煤气化新技术。

参考文献：

[1]王辅臣，代正华.煤气化-煤炭高效清洁利用的核心技术[J].化学世界，2015，01：51-55.

[2]管西龙，朱艳艳，刘殊丽.煤炭的高效清洁利用技术进展[J].氮肥技术，2015，04：40-43.