煤气化技术及其发展趋势探讨

王清臣 (中铝山东有限公司，山东 淄博 255000)

0 引言

根据国家有关研究机构的权威数据统计，近10年来，天然煤是我国重要的消耗能源。煤炭在促进国民经济和社会发展，始终发挥着十分重要的主导作用，成为人民生产生活必需品。近年来，随着我国经济、社会各领域的快速稳定发展，大型煤炭等不可再生能源的实际需求和数量逐年自然增长，特别是大规模煤炭的小规模勘探和开采规模越来越大。今后我国煤气化工程技术产业发展的主要技术趋势之一是继续发展和推广使用新型清洁能源技术。

1 气化技术概述

煤炭气化主要是指煤炭经过适当处理，在一定的压力和温度下通过氧化剂转化为气体后脱硫脱碳所产生的一氧化碳气。在19世纪50年代，德国的西门子兄弟发明了一种叫做德士古气化炉的炉具，它是第一个使用煤块生产煤气的炉。后来，中国相继引进了这种高新技术。20世纪90年代，鲁南化肥厂开发生产了1:1的四气化炉，拥有自主研发的国家知识产权。目前该先进技术在我国多种化肥工业中得到广泛应用，并取得了较好的社会效益和经济效益。煤炭洁净电化处理工程技术及其应用，可有效地实现我国煤炭资源的清洁高效综合利用。根据2005年中国石油气化设备制造技术的分类，目前我国气化床主要有三种类型：固定床、气流床和流化床架[1]。至于炉型的使用，可细分为炉内炉、德士古炉灰炉、间歇气化炉。首先介绍德国汝奇公司开发的固定式机床电气控制技术。设备在技术上是稳定和成熟的。它不仅是全球信息技术发展的一个早期阶段，也是一个初步阶段。虽然这项技术适合生产城市使用的天然气，而且热值很高，但不适合合成气的生产。其次介绍流化床气化。这项技术主要以烘箱为代表。恩德气化炉主要采用温克勒煤气炉模型，广泛应用于合成氨气中的煤气和液化气体的开发和生产。最后，对气流床的电气化制造技术进行详细的讨论。从国外资料看，德国未来能源公司的美国煤浆技术和来自通用电气公司的新型煤泥技术是这两种技术的主要应用代表。从国内的角度来看，多元浆液气化技术和四个喷嘴是该技术的主要代表。加热技术的工作原理是将气化煤粉加热转移到煤气炉，在燃烧和加热后完成反应。该技术具有气化炉与煤之间相对速度低、煤粉通过气流分离的特点。目前气流化床炉主要有两种类型，一种是煤粉气化炉，另一种为常压床气化炉。

2 煤化工技术的发展现状分析

根据不同石化技术的应用特点，煤化工技术可分为新型煤化学技术和替代传统煤技术两类。传统的煤层气化学方法在现代钢铁加工、冶炼和现代农业机械制造等许多领域得到了广泛的应用。传统的小型煤化工与新型煤化学的巨大差异，主要体现在生产和销售过程，与销售产品的生产条件有很大的差异。在生产和销售过程中，可以销售多种副产品，如煤炭、甲醇、烯烃、油、煤和天然气。在煤炭市场需求和煤炭产品规模较大的实际情况下，利用目前市场上供应充足的褐煤和粉煤，可以大大提高企业的经济效益，使企业在能源和水资源的综合供应方面有更稳定的经济保障。在我国绿色社会主义经济快速健康发展的大背景下，煤炭燃烧换热新技术已发展成为国家级企业战略资本储备的新工艺，也是国家重点扶持的绿色能源支柱产业。目前，我国炼焦新技术可细分为焦炭精炼、煤气化、焦煤三种技术。

焦煤熔炼技术主要是指不适合特定工业煤种的新型焦化技术。芳香分子是焦化相关工业产品的主要非有机分子结构。它们周围有许多小分子和物质侧链。在整个裂解过程中，分子从液态胶体转变为气态。大多数不经历裂解和高熔点的分子仍然可以保持胶态的固态。气体类胶凝在气液物质与其他固体液体物质相互渗透的裂解过程中形成。随着外界温度的升高，液态和固态气体逐渐消失。经过一段时间的缓慢收缩和固体焦炭颗粒的快速膨胀，其内部成分将逐渐包含许多裂纹和气孔。在这种高温化学环境下，焦炭炼制油和焦化油所产生的焦化化学反应和热解反应可以用来获得多种化工产品，如焦煤气、焦油、化学焦粉等。

2.1 煤炭是我国目前最重要、最成熟的有色化学工业之一

本系列产品广泛应用于我国钢铁设备制造业。通过对焦炭市场供需状况的分析，发现近年来我国市场价格和规模需求分别受非黑色钢和焦化产品价格的影响。2008年国际金融危机后，我国经济增长放缓，煤炭、钢铁等长期需求原料市场出现萎缩，中国焦煤行业的快速发展也造成了一些经济障碍，但在这种环境下，相关煤炭行业可以继续加快煤业结构优化，许多落后企业可以乘机退出煤炭市场。

2.2 煤气化

煤气化气体指的是在大气压力与湿度高温的相互作用下,氧化剂与煤的原料炭和煤(其中包括了水蒸汽、氧气以及空气等)可能产生化学作用,原料炭与煤内部所可能包含的有机气体结构物会发生弹性断裂,进而氧化产生一种气态有机小分子,在这一气化过程中混合煤气气体指的也就是处于混合煤气状态下的一种可燃的惰性气体,具体情况包括甲烷、氢气、一氧化碳以及未必能得到充分作用的有机气体。

气体化工的过程主要是一个物理变化过程，过程中的作用通常非常复杂。在相互作用过程中，煤中的有机气体和化学组成将直接从固煤中脱失。高温热解、气体氧化和干分馏后，形成固态。在煤的气化化学反应过程中，作为煤所需各种有机元素的原料可以得到充分的回收利用，有机化工原料也十分丰富。在煤气资源综合利用处理中，天然气复合物处理技术可以有效地去除某些煤炭产品原料中可能没有有效整合的其他固体化学物质，其他可能包含在其中的有机物质也可以通过气体转化为固体化学物。在煤炭气化燃料处理的生产过程中，气床气化炉是最重要的燃料生产设备。

3 发展趋势

3.1 多联产

基于目前煤化气传统生产工艺,引入多元化联产式的系统,可以有效充分利用现有煤炭资源。该管理系统不仅可以将工业生产、电力与利用氢能所能生产出的各种化工产品产量作为能源目标管理产物,在有效控制隔离排放二氧化碳的关键技术支持下即可实现零污染排放这种高效生产工艺也是当前对于我国最为洁净、最为高效的一种化工产品能源管理系统。若该管理系统能够得到更加广泛的企业应用,一方面不仅可以对企业现有化工资源能够进行有效的综合利用,另一方面也甚至可以有效提供利于相关化工企业的社会经济效益。

3.2 智能化生产

当前由于我国已经逐步进入工业信息化发展时代,新型煤化工信息技术不仅可以与各种工业自动化信息技术与各种通信信息技术有机地结合运用,对煤炭生产经营过程中所需要生成的各种重要数据信息进行及时的采集与分析计算,同时由于可以充分利用技术相关的各种数据处理以及软件技术来实现为数据采集处理工作提供有效的技术支持。另外,在各种智能化现场生产管理技术的综合支持下,可以最大程度上有效降低现场生产工作人员的劳动强度与各种清洁能源和水资源的综合使用量。

3.3 Shell气流床煤气化技术

此技术是一项非常先进的煤气化技术,也可以说是第二代气化技术。加压煤泥浆气化过程，如美国德士古公司使用的方法和荷兰壳牌公司的粉煤，都是这种技术的典型例子。这项技术只能在高压或超高温的工作条件下完成。但是现在在工业气化领域中的使用与研究推广此种气化技术还可能存在诸多技术方面的不良问题,比方说一些灰烬残渣由于沾温水的特性反应不强而引发的灰渣堵塞与堆积排渣困难等等问题;气化炉由于氧气消耗强度增大,熔渣堆积失去对冷壁的有效保护而产生气化炉与其他有关加热设备一样腐蚀严重的问题;另外一些就是未经干燥的煤粉因为气化炉在燃灰中所带出的碳量较多,容易损坏导致产生大量合成气体的冷却器从而产生灰渣玷污、沉积以及灰渣堵塞，如陶瓷炉的过滤器,灰渣的含量过高,反性差的干煤粉会使得气化飞灰中的含碳量大大增加,磨粉循环系统与大型燃灰循环系统间的负荷差距增大等等问题[2]。尽管该项工程技术就现在来看,还远远无法在煤气工业应用领域进行大规模深入推广与使用,然而该项工程技术仍然具有使用不受环境限制、超高使用温度、高压的煤气化和低压等很多新的优点,这也是今后我国煤气化工程技术产业发展的主要研究方向与发展趋势。

3.4 对目前传统大型煤气化发电技术里面的几种技术进行投入使用

目前，一些大型新煤化工艺可用于各种新气化工程和技术装备。具体来说，可以对气流床气化技术、流化床气化技术、固定床气化技术同时使用。其主要特点之一是简单的先筛分块煤，10～50 mm块料煤不用干燥就可以直接加压气化。1～10 mm块煤可广泛应用于小流化床中，小于1 mm块煤可用于大气流床的气化处理。筛分后，既可大大降低化工企业块煤原料的加工成本，又可同时结合多种气化工程原料。气流式固定机床电气生产过程中释放的氯甲烷可广泛应用于满足燃气涡轮和干法磨煤机风力发电和气流静态机床的实际需求。该技术也是我国未来气化技术发展的主要技术趋势之一。它可以很容易推广。这主要是由于该技术目前不采用壳体式换气床，以及与气体有关的技术在实际运行中可能遇到的各种安全瓶颈和技术问题。因此，应用技术很容易实现推广，也能够在一定程度上降低燃气设备企业的成本。

4 结语

煤化工废水处理技术对促进我国现代工业洁净能源的高效供应和管理具有重要意义。但是，我国的绿色煤炭产业发展仍然面临着能源总体经济增速放缓、绿色能源消费市场需求旺盛等社会多方面的复杂问题，这必然要求各级政府和主管部门加强对煤化工技术产业的政策支持，促进生产技术和设备的升级。