煤氣化的科學(xué)發(fā)展

中國礦業(yè)大學(xué) 張斌

1 煤炭企業(yè)科學(xué)發(fā)展煤氣化意義重大

1.1 我國煤氣化發(fā)展空間大

日前，中國煤炭工業(yè)協(xié)會會長在“中國能源戰(zhàn)略與‘十二五’能源發(fā)展論壇”上表示，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，目前全國煤礦總產(chǎn)能已超過36億t，煤炭產(chǎn)能過剩的矛盾越來越突出。在過去4年間，煤炭采礦業(yè)固定資產(chǎn)投資累計(jì)完成8 685億元，比“十五”期間凈增加6 280億元。預(yù)計(jì)今年全國煤炭產(chǎn)量將達(dá)33億t。同時指出，目前煤炭行業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，發(fā)展方式粗放的問題依然嚴(yán)峻。

由于煤炭總體產(chǎn)能過剩，競爭激烈，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化。

1.2 煤氣化前景看好

近幾年，煤炭企業(yè)的銷售收入大幅度提升，一批煤炭大集團(tuán)相繼出現(xiàn)。但煤炭是初級產(chǎn)品，處于產(chǎn)業(yè)鏈的最上游，僅靠單純的粗放式發(fā)展，煤炭企業(yè)難以做大做強(qiáng)。其有效的途徑是進(jìn)行資源的合理優(yōu)化利用。

目前我國新型煤化工處于大發(fā)展的前夜，各主要品種均存在明顯的發(fā)展障礙，但部分品種近期有望實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。具體而言，煤制烯烴、煤制乙二醇和煤制天然氣等煤氣化產(chǎn)品的發(fā)展前景要好于煤制油等新型煤基清潔能源。

2 煤氣化技術(shù)逐漸成熟

煤氣化技術(shù)是將煤和氧、水蒸氣等反應(yīng)，轉(zhuǎn)化為氫和一氧化碳等合成氣的技術(shù)。煤氣化技術(shù)歷經(jīng)百余年發(fā)展，目前世界主要煤氣化工業(yè)裝置從固定床，流化床到氣流床有Lurgi、HTW、Texaco、Shell和Prenflo。雖然我國煤氣化技術(shù)總體水平與國外有一定差距，但最近 20年在國家各種攻關(guān)計(jì)劃下，如“973”“863”項(xiàng)目的支持下，中國科學(xué)院山西煤化所和華東理工大學(xué)等單位分別在流化床和氣流床煤化技術(shù)開發(fā)方面都取得了階段性成果。并且，我國成功的引進(jìn)和開發(fā)了一些新的煤炭熱解和氣化技術(shù)：“七五”開發(fā)的褐煤固體熱載荷新法干餾和灰熔聚氣化技術(shù)以及U-gas氣化技術(shù)，這都為煤氣化的進(jìn)一步發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

煤氣化技術(shù)主要分為：

等離子體煤氣化制合成氣：煤的離子體高溫氣化始于20世紀(jì)60年代，俄羅斯、波蘭科學(xué)家研究了利用該技術(shù)制備合成氣的影響因素及在工業(yè)化后的優(yōu)勢。俄羅斯科學(xué)院于 1994年使用一臺組合型電弧反應(yīng)器進(jìn)行了三種褐煤的水蒸氣熱等離子體化實(shí)驗(yàn)研究，獲得煤的氣化率為 90.5%~95%，氣體產(chǎn)品中合成氣占84.7%~85.7%。塔吉克斯坦共和國科學(xué)院研究開發(fā)的高溫等離子體氣化工藝，可使煤氣成本比普通氣化制得的煤氣低10%。

焦?fàn)t煤氣轉(zhuǎn)化為合成氣技術(shù)：焦?fàn)t煤氣中含有優(yōu)質(zhì)的含氫量高的氣體燃料，可用部分氧化法轉(zhuǎn)化富氫的焦?fàn)t氣為合成氣，在高溫炭中轉(zhuǎn)化，則可生成優(yōu)質(zhì)合成氣。這樣既充分利用了資源，又解決了污染問題。

煤氣凈化技術(shù)：在氣化過程中，F(xiàn)、Cl、As、Se、Hg和Pb等微量有害氣體元素將隨氣相產(chǎn)物的產(chǎn)生而釋放，可用濕法脫硫、化學(xué)吸收、物理吸收、高溫煤氣熱脫硫等凈化技術(shù)，除去酸性氣體，保護(hù)設(shè)備和環(huán)境。

煤氣化工藝指標(biāo)：

最終，250例患者被納入研究，其中，男135例，女115例，年齡60～87歲。對同意入組接受隨訪檢查的患者，檢查費(fèi)用由本課題組承擔(dān)。辛伐他汀組84例，年齡（71.2±7.6）歲，其中男性47例；阿托伐他汀組89例，年齡（70.3±7.0）歲，其中男性49例；瑞舒伐他汀組77例，年齡（70.6±6.8）歲，其中男性39例。三組不同用藥方案老年患者的基線資料，包括性別、年齡、體質(zhì)指數(shù)、吸煙量、冠脈血管病變支數(shù)、冠心病種類、用藥情況、入院時non-HDL-C、入院時LDL-C等指標(biāo)，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05），資料均衡，具有可比性。

產(chǎn)氣率：氣化單位質(zhì)量原料得到煤氣的體積數(shù)。

有效氣含量及組成：粗煤氣中一氧化碳和氫氣的量。

碳轉(zhuǎn)化率：氣化過程中消耗的總碳量占入爐原料中總碳量的百分?jǐn)?shù)。

冷煤氣效率：衡量煤炭氣化過程能量合理利用的重要指標(biāo)。

我國的煤炭資源特點(diǎn)是煤種多，這為煤氣化技術(shù)的發(fā)展提供了有利條件。但與此同時，各煤炭企業(yè)在引進(jìn)煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)上，必須注意各種煤氣化技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢，考慮當(dāng)?shù)貎?yōu)勢煤炭資源，環(huán)境和承受能力，合理采用煤氣化技術(shù)。

3 煤氣化的應(yīng)用

中國工程院倪維斗院士認(rèn)為，以煤氣化為核心的多聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)是綜合解決我國 21世紀(jì)能源領(lǐng)域面臨的能源供應(yīng)、液體燃料短缺、環(huán)境污染和溫室氣體排放的重要途徑。最近完成的“國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略研究專題報告”針對煤炭利用方面年存在的矛盾明確指出，“必須堅(jiān)持走以煤氣化為基礎(chǔ)的多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”，走一條具有中國特色煤炭潔凈，高效開發(fā)與利用的道路。

3.1 煤基醇醚燃料

由煤通過氣化合成醇醚燃料，是一種成熟而且又十分現(xiàn)實(shí)可行的工業(yè)路線。大量的臺架實(shí)驗(yàn)和一定規(guī)模車隊(duì)運(yùn)行試驗(yàn)已基本證明醇醚燃料可以完全替代石油制品用于機(jī)動車，而且尾氣排放污染降低30%~50%。醚醇燃料的應(yīng)用在山西省進(jìn)行了大規(guī)模試驗(yàn)，取得了良好的結(jié)果，汽車的發(fā)動性能，安全性能均滿足要求，并且進(jìn)行了商業(yè)運(yùn)營。此外，醇醚燃料的合成效益也明顯高于直接或間接加氫液化合成油技術(shù)。

3.2 以煤氣化為起點(diǎn)，做大做強(qiáng)精細(xì)化工產(chǎn)業(yè)

近幾年，中國平煤神馬能源化工集團(tuán)有限責(zé)任公司先后重組幾家大型化工集團(tuán)，并以此為基礎(chǔ)，利用豐富的煤炭資源和富余煤氣，構(gòu)建煤炭—?dú)饣蛩?，甲醇—精?xì)化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展平臺，打造煤氣化產(chǎn)業(yè)。平煤集團(tuán)天宏焦化公司年產(chǎn)煤氣2.5億m3，供應(yīng)城市煤氣6 000萬m3；用煤氣制氫2 400萬m3，年實(shí)現(xiàn)銷售收入2 400萬元；通過投資改造的我國第一套“焦?fàn)t氣非催化轉(zhuǎn)化制成氨原料氣”裝置，實(shí)現(xiàn)了以煤替代煤炭生產(chǎn)合成氨技術(shù)的突破。此外，平煤集團(tuán)以煤炭氣化為起點(diǎn)，形成了煤炭—?dú)饣?xì)化工鏈，在現(xiàn)有80萬t甲醇產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，做好化工產(chǎn)品深加工，生產(chǎn)丙烯腈，解決尼龍化工原料問題。

3.3 煤氣化生產(chǎn)甲醇和電力

雖然IGCC、PFBC技術(shù)都可以清潔有效地將煤轉(zhuǎn)化為電能，但這種工廠耗資巨大，很不經(jīng)濟(jì)。由煤生產(chǎn)甲醇和電力的工業(yè)方法已得到采用魯奇干法排渣、BGL熔融排渣氣化爐的工業(yè)化證實(shí)。實(shí)現(xiàn)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的方法之一是在發(fā)電的同時聯(lián)產(chǎn)甲醇，這樣就可以保證在低峰供電期增加甲醇產(chǎn)量。顯然，由于甲醇產(chǎn)品本身是一種燃料，發(fā)電量較少時整個過程的熱效率是增加的。

4 煤氣化發(fā)展建議

(1)根據(jù)國家要求和目前的實(shí)際情況建立以煤氣化或煤焦化為基礎(chǔ)的多級聯(lián)產(chǎn)基礎(chǔ)研究和科技攻關(guān)項(xiàng)目及示范基地。

(2)大規(guī)模清潔生產(chǎn)醇醚燃料，推廣醇醚燃料汽車的開發(fā)應(yīng)用，建立相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，制定優(yōu)惠政策，激勵經(jīng)營者和消費(fèi)者使用醚醇燃料。

(3)抓好現(xiàn)有的煤氣發(fā)生爐的技術(shù)改造，以低質(zhì)煤替代焦煤或無煙煤，提高造氣原料適用性和氣化效率，同時掌握高效耐硫變換催化劑和一次脫除酸性氣體的技術(shù)，加速引進(jìn)裝置Lurgi爐的建設(shè)與投產(chǎn)，并大力推廣魯奇技術(shù)的應(yīng)用，用它來改造先有城市煤氣系統(tǒng)，大力節(jié)約能源，降低能耗。

5 結(jié)束語

在能源急劇緊張的現(xiàn)代工業(yè)社會，優(yōu)質(zhì)高效能源的開發(fā)具有重大意義。鑒于我國多煤，少氣，少油的現(xiàn)狀，利用煤多級聯(lián)產(chǎn)，開發(fā)煤氣化技術(shù)，將有力緩解我國的能源危機(jī)。我相信，在國家政策的支持下，在科技的推動下，我國的煤利用進(jìn)程將進(jìn)入一個新的層次。