煤炭气化论文.doc

浅析煤炭气化技术发展及应用 马江 （中国矿业大学化工学院 江苏 徐州 221008） 摘要：由于煤气化在高效、清洁利用煤炭能源方面有重要作用，国外近20年来煤气化能力得到了强劲的发展，我国煤气化在化工原料气、工业以至民用燃料气等方面也一直占有重要地位。但我国的洁净煤技术总体上还处于起步阶段，煤炭气化工艺的发展还要经历长期的发展过程。 关键词：煤炭、能源、气化技术、气化、应用、发展 引言 煤炭气化是指在特定的设备内，在一定温度与压力下，煤中的有机质与气化剂发生化学反应将与有机质转化为含CO、H2、CH4等可燃气体和N2、C02等非可燃气体的过程。气化炉、气化剂与供给热量是煤炭气化的必备条件。煤气化的产品可作为工业煤气、民用煤气、化工合成和燃料油合成原料气，也可应用于联合循环发电燃气、冶金还原气、煤炭液化气源、燃料电池气源和煤炭气化制氢等。煤炭气化主要有地面煤气化技术和地下煤气化技术。 2l世纪是能源结构多元化时代，煤炭在能源消费结构中的主导地位不会改变。专家估计未来二三十年煤炭需求量将会增加。煤是我国最丰富、最便宜的能源，长期以来保证了我国国民经济的发展、社会的进步和人民生活水平的提高。但是，煤是植物残体经上亿年的地球化学作用生成的有机矿物，除含碳、氢、氧、氮、硫等母体元素外，还含有硅、铝、铁、钙 镁、砷、汞、氯等外部浸染、混杂的矿物质，直接燃烧不仅效率低下而且污染严重，尤其是硫的污染危害非常大。因此，通过煤气化和液化技术进行洁净化处理非常重要。 1 地面煤气化技术 地面煤气化技术有固定床、流化床与气流床三种主要形式。气化工艺开发集中于提高气化压力、提高气化炉容量、扩大煤种适应性、环境友好、提高碳转化率和提高气化效率和液态排渣等。主要应用于化工合成、城市煤气生产及联合循环发电。 从当前国外煤气化技术发展趋势看，大型化、加压、适应多种粉煤、低污染、易净化是煤气化的发展方向。国外新开发的气化炉都采用加压气化工艺，这可提高气化强度，增加单炉的产量，节约压缩能耗，减少带出物损失。 国外现有加压气化炉型主要分为三类：加压固定床气化炉(如Lurgi炉)、加压流化床气化炉(Winkler／HTW，KRW，U—gas)和加压气流床气化炉(Texaco，DOW，Shell，Prenflo)。这三类气化炉各有特点。产业化程度以鲁奇(Lurgi)、德士古(Texaco)最为成熟，都已达到日处理400～1650吨的量级，这些气化炉的发展都以服务于化工产业为先导。鲁奇炉以弱粘结块煤为原料，冷煤气效率最高，但净化系统复杂(焦油处理)；德士古气化炉需以低灰、低灰熔点煤为原料，高温操作，虽气化强度和气体品质较高，但氧耗高、设备投资高；高温温克勒炉(Winkler/HTW)操作温度相对较低，尚只适用于年青烟煤或褐煤。 2 地下煤气化技术 煤炭地下气化是将地下煤炭有控制燃烧、产生可燃气体的一种开发清洁能源与化工原料的新技术。只提取煤中含能组分，而将灰渣等污染物滞留在井下。这种新技术集建井、采煤、转化工艺为一体，大大减少了煤炭生产和使用过程中所造成的环境破坏，并可大大提高煤炭资源的利用率。因此深受世界各国重视。 对于煤炭地下气化技术，在国外主要是俄罗斯在应用，欧美等国在开发。美国的经验指出，地下气化与地面气化生产相同下游产品相比，合成气的成本可下降43％ ，天然气代用品的成本可下降10～18％，发电成本可下降27％ ；前苏联列宁格勒火力发电设计院公布的资料表明，地下气化热力电厂与燃煤电厂相比，厂房空间可减少50％ ，锅炉金属耗量可降低30％ ，运行人数可减少37％l6j。地下气化技术是十分具有诱惑力的。 3 煤炭气化的主要过程 煤的气化是一个热化学过程。按供热情况的不同可将煤的气化过程归纳为若干基本系统对若干主要气化化学反应，根据计算和反应热效应计算，在理论上可获得合理和优化的组合结合气化反应平衡的规律，判断气化过程进行的方向和限度。气化反应不单取决于化学因素 还取决于物理因素，故应综合上述两方面来研究气化反应动力学。这样做有利于气化反应机理的研究和数学模型的建立。虽然由于煤的性质的复杂和变化，现在还不能完全借助于数学模型使气化过程模拟放大，但在工程开发过程中还是可以作为重要参考的。 气化反应既取决于化学因素，又取决于物理——扩散和传热等因素。因此，气化反应动力学应从多方面研究气化反应的速率和历程。 气化过程中的反应既有气体反应物与产物或产物之间的均相反应，又有气、固两相间的非均相反应，而气化反应中很多主要的反应为非均相反应。 在固体(碳)表面上进行的非均相气化反应经历着以下几个阶段: (1)气体反应物向固体(碳)表面转移或扩散。 (2)气体反应物被吸附在固体(碳)表面上。 (3)被吸附的气体反应物在固体(碳)表面起反应而形成中间配