水煤浆气化技术的发展及应用选择

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摘 要：文章讨论了煤化工气化原理及气化技术的发展趋势，并探讨了各种水煤浆加压气化技术的特点及优缺点，并得出结论：我国煤种很多，一种气化方式只适用某种特定的煤种，气化技术的选择应因煤制宜，目标产品不同也应采用不同的气化技术。
关键词：水煤浆气化技术；发展趋势；应用选择
引言
煤炭是世界上分布最广储量最多的化石能源，是世界经济和社会发展的重要动力支柱，在未来几十年内，煤炭将仍是世界主要能源之一，煤炭是21世纪中国经济快速发展的重要支柱，占有不可取代的地位。我国在煤炭综合利用中存在着方法单一、利用效率低、污染严重等问题，这对环境保护和经济社会的可持续发展产生了巨大威胁[1-3]。因此，积极发展洁净煤技术，从而解决中国油气短缺等能源安全问题，满足国民经济发展对能源的需求，对中国经济社会的可持续发展具有十分重要的意义。
1 煤气化原理及发展趋势
1.1 煤气化的原理
煤的气化反应是指气化剂（空气、水蒸气、富氧空气、工业氧气以及其相应混合物等）与碳质原料之间以及反应产物与原料、反应产物之间的化学反应。在气化炉内，煤炭要经历干燥、热解、气化和燃烧过程[5]。
1.1 湿煤中水分蒸发的过程：
1.2 热解（干馏）是煤受热后自身发生的一系列物理化学变化过程。一般来讲，热解的形式为：煤 煤气（CO2，CO，CH4，H2O，H2，NH3， H2S）+焦油+焦炭
1.3 气化与燃烧过程。仅考虑煤的主要元素碳的反应，这些反应如下：
a.碳-氧间的反应；
b.碳-水蒸气间的反应；
c.甲烷生成反应；
需要指出的是，以上所列诸反应为煤气化和燃烧过程的基本化学反应，不同过程可由上述或其中部分反应以串联或平行的方式组合而成。
1.2 煤气化技术的发展趋势
现代煤炭气化技术发展趋势如下[4]：
1.2.1 气化压力向高压发展。气化压力由常压、低压（98%，比Texaco水煤浆气化装置高2%-3%；比煤耗、比氧耗比Texaco水煤浆气化工艺低7%。
水煤浆水冷壁气化技术
水煤浆水冷壁气化技术是在清华大学、北京达立科公司和山西阳煤丰喜集团合作开发的“非熔渣-熔渣分级气化技术”基础上进行的技术改进和创新，是我国具有自主知识产权的创新技术。2011年水煤浆水冷壁气化炉在山西阳煤丰喜肥业集团首次投料成功，标志着我国自主研发的水煤浆水冷壁气化技术跻身世界先进行列，为大型煤化工企业的煤气化技术提供了新的选型。
作为清洁能源利用技术，水煤浆水冷壁气化技术解决了长期来煤炭利用过程中的环境污染问题和多煤种的选用问题，从而为后石油时代的来临做了相当实际的技术准备。但企业在进行煤气化技术改造时不能盲目，要全面考虑问题。水冷壁炉只适合灰熔点高于1300℃的煤，这样的煤制浆性能才好。
3 气化技术选择
Texaco 气化技术的主要优点：对煤种适应性比较宽；单炉生产能力大；煤气质量好；甲烷含量低。主要缺点： 烧嘴运行周期短，由于水煤浆在较高线速下（约30m/s） 对金属材质的冲刷腐蚀，水煤浆气化喷嘴常面临喷口磨损问题；炉衬采用耐火砖存在成本高、寿命短的问题。
Destec气化炉适合于生产燃料气而不适合于生产合成气。主要缺点： 二次水煤浆停留时间短，碳转化率较低； 设有一个庞大的分离器，以分离一次煤气中携带灰渣与二次煤浆的灰渣与残炭。
多喷嘴对置式水煤浆气化炉虽然有有效气氛高、炭转化率高，比煤耗、比氧耗低等优点，但也存在着不足之处，如：回流区过小、气化炉对负荷调节的适应性较差等。
水冷壁气化炉最大的优势，就是扩展了水煤浆气化炉的煤种适应性，对灰熔点超过1350℃的煤也能使用水煤浆气化技术，但水冷壁炉与热壁炉仍各有千秋。热壁炉有保温材料，其保温性能好，外部热损失小，转入煤气中的热量更多，冷煤气效率会更高。因此，对于高活性、低灰分的煤，仍应考虑热壁炉。
4 结束语
每种技术都有自己的优点，也有自己的缺点，各水煤浆气化技术孰优孰劣，很难有定论。煤本身具有复杂性和特殊性，因此煤气化过程中存在许多无法克服的矛盾，如：追求煤转化能效率高，则气化温度要低，但煤结构中存在大量苯环，这些苯环需高温打破，高温意味着高能耗，同时需要空分装置提供纯氧，因此会带来投资高、热损失大、能效低等问题，这些问题都是由煤的特性决定的。针对解决单一问题、追求单向指标而开发的技术，很容易误导煤化工企业，这些技术往往强调其单项指标，而割裂了整体性，误导企业对技术的选取和对煤气化技术的认识。
参考文献
[1]陈俊峰.煤气化技术的发展现状及研究进展[J].广州化工，2012.40（5）：31-33.
[2]吕玉坤，豆中州，赵锴.整体煤气化联合循环（ICCC）发电技术发展与前景[J].应用能源技术，2010（10）：36-39.
[3]武利军，周静，刘璐等.煤气化技术进展[J].洁净煤技术，2002.8（1）：31-34.
[4]许世森等.大规模煤气化技术[M].北京：化学工业出版社，2006，1.
[5]贺永德.现代煤化工技术手册[M].北京：化学工业出版社，2004，1.