煤氣化—煤炭高效清潔利用的核心技術

楊正亮

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

關鍵詞：煤炭；高效利用；煤氣化技術

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

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、水蒸氣等進行化學反應，將煤中的碳、氫、氧轉化成CO、H2為主要組成的混合氣體的過程，同時伴隨著煤渣（或煤灰）的產生。

煤氣化與煤燃燒不同，燃燒是煤中可燃的碳、氫等元素與氧氣進行完全燃燒反應的過程，目的主要利用煤炭蘊涵的化學能，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、清潔的優點，例如可通過后續成熟技術將硫化氫轉化為硫磺。

二、氣流床煤氣化技術的基礎研究

973項目緊緊圍繞大型氣化技術適應多種含碳固體原料（如圖1）、向近零排放（如圖2）發展的客觀需求，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-復雜多相反應產物處理-大規模氣化系統集成優化”為研究主線，服務于“多種含碳固體原料的大規模高效清潔氣化技術”這一長遠目標，確定以下研究重點：高壓條件下超濃相氣固兩相流流動規律及穩定控制機理；低階煤及其他含碳固體原料制備高濃度漿體的技術基礎；高溫、高壓下煤等固體含碳物質氣化的化學反應基礎及有害元素遷移轉化規律；高溫、高壓下氣化爐內多相混合、熱質傳遞過程及湍流多相流動條件下熔渣流動機理及復雜傳熱過程基本規律；復雜多相反應產物處理中涉及的氣-液-固三相流動、傳遞與分離規律研究；大規模氣化過程的數值模擬與氣化系統集成優化方法。

三、我國氣流床煤氣化技術的發展

（一）多噴嘴對置水煤漿氣化技術。多噴嘴對置水煤漿氣化技術是我國首套具有自主知識產權的大型煤氣化技術，多噴嘴對置水煤漿氣化技術實現了從大型化向超大型化的跨越。該技術具有碳轉化率高、易于大型化、運行穩定安全等優勢。

（二）SE粉煤加壓氣化技術。氣流床煤氣化是當今國際上最先進的煤氣化技術之一，SE粉煤加壓氣化技術實現了高效穩定運行，達到了良好的工藝技術指標。其工藝流程如下：原煤除雜后送入磨煤機破碎，同時由經過加熱的低壓氮氣將其干燥，制備出合格煤粉存于料倉中。料倉中的煤粉先后在低壓氮氣和高壓氮氣的輸送下，通過氣化噴嘴進入氣化爐。氣化劑氧氣、蒸汽也通過氣化噴嘴進入氣化爐，并在高溫高壓下與煤粉進行氣化反應。出氣化爐的高溫合成氣經激冷、洗滌后并入造氣車間合成氣管線。

（三）煤氣化技術的突破方向。氣流床、流化床和熔渣池煤氣化技術由于其技術特征，決定了煤氣的溫度和氣化反應的溫度相當接近。其中熔渣池煤氣化、氣流床煤氣化技術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。固定床煤氣化技術煤氣溫度大大低于氣化反應溫度，因此固定床煤氣化技術可以取得相對于其他煤氣化技術更高的冷煤氣效率和有效能效率。

四、結語

目前，我國煤氣化技術的基礎研究和技術開發均進入了國際先進行列，部分技術還處于國際領先水平。煤氣化技術的發展，有力支持了我國現代煤化工產業的發展。在科學技術的推動下，相信通過技術人員的不懈努力，將來我國會出現更多具有原創性的煤氣化新技術。

參考文獻：

[1]王輔臣，代正華.煤氣化-煤炭高效清潔利用的核心技術[J].化學世界，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進展[J].氮肥技術，2015，04：40-43.