劉俊然
(河北旭陽焦化有限公司,河北保定073000)
煤清潔利用新途徑
——煤焦二氧化碳?xì)饣?/p>
劉俊然
(河北旭陽焦化有限公司,河北保定073000)
探討了煤焦二氧化碳?xì)饣に囇芯楷F(xiàn)狀及其作為煤清潔利用途徑的優(yōu)勢(shì)。目前,還沒有單獨(dú)用純二氧化碳參與煤焦大規(guī)模氣化的研究。該工藝可以減少大氣中二氧化碳,是一種煤清潔利用的手段,具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。
煤焦;氣化;碳資源;煤清潔利用;二氧化碳利用
煤炭清潔利用指在煤炭利用過程中,提高煤的利用率,減少污染,尤其是二氧化碳污染,使煤作為一種能源得以最大限度的利用,而將釋放的污染控制在最低水平,達(dá)到煤的高效清潔利用的技術(shù)[1]。
傳統(tǒng)的煤氣化過程一般以空氣、氧氣、水蒸氣為氣化劑氣化生成一氧化碳,反應(yīng)活性高[2-4]。過去很少有二氧化碳作氣化劑的報(bào)道。用二氧化碳作氣化劑氣化煤焦,實(shí)現(xiàn)碳資源的有效利用,是一種減輕溫室效應(yīng),煤清潔利用的新途徑。本文主要分析煤焦二氧化碳?xì)饣に囎鳛槊呵鍧嵗猛緩降膬?yōu)勢(shì)及其工藝的研究現(xiàn)狀。
煤氣化技術(shù)是一種高效的煤利用技術(shù)。鑒于我國(guó)能源發(fā)展的現(xiàn)狀,很多學(xué)者認(rèn)為,實(shí)行以煤氣化為核心的煤基多聯(lián)產(chǎn)技術(shù),充分利用煤氣化過程的各種資源,是煤炭清潔高效利用的可行手段[5,6]。煤基多聯(lián)產(chǎn)是以煤渣油為原料經(jīng)氣化后成為合成氣(CO、H2),凈化以后先通過反應(yīng)器合成化工產(chǎn)品,剩下的尾氣再去燃燒發(fā)電,實(shí)現(xiàn)電力、化工、熱、氣的聯(lián)產(chǎn),把煤炭氣化、煤氣凈化與聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)(IGCC)結(jié)合在一起,在發(fā)電的同時(shí),聯(lián)產(chǎn)液體燃料等多種高附加值的化工產(chǎn)品、城市煤氣等。
綜上所述,煤氣化技術(shù)是一種清潔高效的煤利用技術(shù),煤焦二氧化碳?xì)饣膊焕?。煤焦水蒸氣氣化后的氣體(CO、H2)可以進(jìn)入化工產(chǎn)業(yè)鏈或發(fā)電,或?qū)O經(jīng)過蒸汽重整變?yōu)槎趸己蜌錃饣旌蠚怏w,再將二氧化碳與氫氣分離,得到純凈的氫氣、二氧化碳?xì)怏w,再將氫氣、二氧化碳加以利用合成化肥等產(chǎn)品[5,6]。這在工藝上兜了圈子才得到純凈物——?dú)錃狻⒍趸?。若采用二氧化碳為氣化劑,在保持此氣化工藝?yōu)點(diǎn)的同時(shí),產(chǎn)物中沒有氫氣產(chǎn)生,直接得到純凈的一氧化碳,可將其直接作為化工原料。
研究者主要從不同的原煤種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)壓力、二氧化碳的氣速、煤焦粒度和采用不同催化劑等方面研究了二氧化碳?xì)饣磻?yīng)機(jī)理和其對(duì)反應(yīng)活性的影響。
原煤種類:不同的原煤種類有不同的氣化活性,不同煤種所含礦物質(zhì)、孔結(jié)構(gòu)、煤階、顯微組分含量不同,從而導(dǎo)致氣化活性不同。Van Heek、張林仙等發(fā)現(xiàn)煤中礦物質(zhì)有催化作用[2,7],此反應(yīng)主要發(fā)生在大于1.5nm的微孔表面[2];煤的煤階(煤化程度)對(duì)此反應(yīng)的反應(yīng)性也有較大影響,煤階越低,反應(yīng)性越好[9,20];煤的顯微組分包括鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組和惰質(zhì)組,各種顯微組分有不同的氣化活性,所以不同的煤類因其含有顯微組分含量不同而有不同的氣化活性。Franciszek認(rèn)為它們的反應(yīng)性排序?yàn)椋虹R質(zhì)組>原煤>殼質(zhì)組>惰質(zhì)組[21]。
煤熱解過程:Zolina、Alvarez、Megaritis等學(xué)者研究了煤熱解過程(熱解終溫、升溫速率、停留時(shí)間)對(duì)反應(yīng)的影響[11-13],認(rèn)為煤熱解過程主要影響了煤焦的結(jié)構(gòu),從而影響下一步的煤焦氣化過程。
反應(yīng)溫度、壓力:煤氣化反應(yīng)中,二氧化碳還原反應(yīng)為吸熱反應(yīng),另外煤本身是由數(shù)量不等且不均的芳香環(huán)物質(zhì)組成,溫度的升高增加了煤焦中碳原子的能量。隨著溫度的升高,芳香環(huán)中的碳鍵受熱后斷裂和氣化劑CO2結(jié)合生成CO等產(chǎn)物,溫度越高,碳鍵就越容易斷裂,反應(yīng)程度也就越深,所以從理論上說溫度升高對(duì)反應(yīng)有利。據(jù)此,大部分研究者發(fā)現(xiàn)氣化溫度增高,表觀活化能降低,氣化反應(yīng)活性增加,當(dāng)氣化溫度高于煤焦的灰熔點(diǎn)溫度時(shí),煤焦的反應(yīng)速率就保持在一個(gè)穩(wěn)定值[22-24]。林榮英等研究氣化壓力的影響[14],認(rèn)為加壓也是實(shí)現(xiàn)高效氣化的手段之一。
催化劑:徐繼軍、龐克亮、Wen等一些學(xué)者對(duì)此反應(yīng)的催化劑進(jìn)行研究[15-17],認(rèn)為堿金屬對(duì)反應(yīng)具有催化作用,張濟(jì)宇、林榮英用廉價(jià)堿類催化劑如紙漿黑液,也得到了較好的效果[26-28]。此外,還有金屬?gòu)?fù)合催化劑-鉀鎳催化劑、CaO、MgO和Fe2O3同樣可以作為二氧化碳?xì)饣呋瘎?5]。李朋、周靜等發(fā)現(xiàn)二氧化碳?xì)馑僭龃笥欣诜磻?yīng)進(jìn)行[18,19],同時(shí)發(fā)現(xiàn)煤焦粒度越小,煤氣化反應(yīng)速度越快。
研究者只是研究了煤焦氣化反應(yīng)中的煤焦二氧化碳?xì)饣磻?yīng),對(duì)原煤種類、煤熱解過程、反應(yīng)溫度等對(duì)二氧化碳還原過程的影響有了充分認(rèn)識(shí),但還沒有單獨(dú)用純二氧化碳參與煤焦大規(guī)模氣化的概念。總的來說,該反應(yīng)的活性還是不高,期待經(jīng)過進(jìn)一步研究得以改善。需加強(qiáng)煤焦二氧化碳還原動(dòng)力學(xué)模型和反應(yīng)催化劑的研究,增強(qiáng)反應(yīng)活性,開展工業(yè)放大工作。
綜上所述,煤焦二氧化碳?xì)饣夹g(shù)是一種煤清潔利用手段,具有很好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。目前,此項(xiàng)研究尚不充分和深入,還沒有單獨(dú)用純二氧化碳參與煤焦規(guī)?;瘹饣难芯?,尚需進(jìn)一步探討。
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Explore the New Method of Clean Coal Utilization-Gasification Reaction of Coal Char with Carbon Dioxide
LIU Jun-ran
(Hebei XuyangCokingCo.Ltd.,Baoding073000,China)
Research of the advantage of gasification reaction of coal char with carbon dioxide as the way of clean coal utilization.Research progress of influencing factors on reactivity will be introduced emphatically.It could be new route for cleaner utilization of coal and fewer CO2emissions,which would have satisfactory social and economic benefit.The large-scale gasification ofcoal with pure carbon dioxide still not be carried out.Further research is needed.
coal char;gasification;carbon resource;cleaner utilization ofcoal;utilization ofcarbon dioxide
10.3969/j.issn.1008-553X.2015.03.005
TQ546
A
1008-553X(2015)03-0015-03
2015-01-16
劉俊然(1986-),女,畢業(yè)于河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院,助理工程師,從事合成氨中控技術(shù)工作,18132222193,zhanggao198609@126.com。