煤气化发展技术概述

煤气化发展技术概述

煤气化技术是新型煤化工的基础和关键，煤气化技术的选择应用对煤化工项目综合能效和运行稳定性起至关重要的作用。本文介绍煤气化技术的种类，概述了固定床、流化床、气流床等煤气化技术。

标签：煤气化；固定床；流化床；气流床

0 引言

煤气化技术是高效清洁利用煤炭资源的重要方法之一。现代煤化工以煤制油、煤制天然氣、煤制烯烃、煤制甲醇和煤制乙二醇等为主，煤气化技术也是诸多煤化工产业的龙头，其生产的合成气是煤化工产业下游的重要原料。

1 煤气化原理

煤的气化是指煤与气化剂作用，进行各种化学反应，把煤炭转化为燃料煤气或合成气的过程。煤气化过程是一个热化学过程，是以煤或煤焦为原料，以氧气（或空气）、水蒸气等作气化剂，在高温加压条件下通过化学反应将煤或焦炭中的可燃部分转化为气体。

2 煤气化技术的发展及分类

根据反应原料在气化炉内部反应时的运动形式和气化炉构造的不同，可将气化技术分为三类：固定床气化、流化床气化和气流床气化。

3 当前煤气化技术概述

3.1 固定床气化技术

固定床气化技术也称移动床气化技术，是世界上最早开发和应用的气化技术。固定床一般以块煤或焦煤为原料，煤（焦）由气化炉顶部加入，自上而下经过干燥层、干馏层、还原层和氧化层，最后形成灰渣排出炉外，气化剂自下而上经灰渣层预热后进入氧化层和还原层。

固定床气化的局限性是对床层均匀性和透气性要求较高，入炉煤要有一定的粒（块）度（6～50mm）和均匀性。煤的机械强度、热稳定性、黏结性和结渣性等指标都与透气性有关，因此，固定床气化炉对入炉原料有很多限制。

3.2 流化床气化技术

气化剂由炉底部吹入，使细粒煤（粒度小于6mm）在炉内呈并逆流反应，该技术通常称为流化床气化技术。煤粒（粉煤）和气化剂在炉底锥形部分呈并流

运动，在炉上筒体部分呈并流和逆流运动，固体排渣。

并逆流气化对入炉煤的活性要求高，同时，炉温低、停留时间短会带来碳转化率低、飞灰含量高、残碳高、灰渣分离困难、操作弹性小等问题。具有代表性的炉型为常压Winkler炉和加压HTW炉、山西煤炭化学研究所灰熔聚技术炉型等。

3.3 气流床气化技术

气流床气化技术采用粉煤或煤浆的进料方式，在气化剂的携带作用下，两者并流接触，煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应。为弥补停留时间短的缺陷，必须严格控制入炉煤的粒度（小于0.1mm），以保证有足够大的反应面积，灰渣以液态形式排出气化炉。气流床的主要特点是气化温度高、强度大、煤种适应性相对较强、气化指标好。但由于在高温下反应，存在出气化炉的气体显热高、冷煤气效率低、原料消耗高等缺点。

3.4 新型煤气化技术

第三代新型煤气化技术包括煤的催化气化、加氢气化、地下气化、等离子体气化、太阳能气化和核能余热气化等技术，这些技术大多处于实验室研究或中试研究阶段，其中以煤催化气化技术最为引人注目和重视，国内外均在投入巨资进行研究开发。

煤的催化气化是煤在固体状态下进行反应，催化剂与煤粉按照一定比例均匀混合，煤表面分布的催化剂通过侵蚀开槽作用，使煤与气化剂更好地接触并加快气化反应。与传统的煤气化相比，煤催化气化技术可明显降低反应温度，提高反应速率，改善煤气组成并提高煤气收率。催化气化生成的合成气对于甲烷合成工艺可缩短工艺流程，提高工业生产的经济性。

目前，有关煤催化气化技术的难点在于催化剂，催化剂的价格与回收以及产生二次污染等问题一直制约着煤催化气化的工业化进程。

4 结语

各种工业化的气化技术都有其优势和缺陷，就煤的适应性和下游加工产品两方面因素来考虑，没有一种气化工艺技术能解决所有问题，其主要原因是煤的非均质化特点，其次是目标产品的要求不同。煤气化技术的选择应该是煤的性质-气化技术-下游产品的匹配优化结果。各种单一的煤气化技术还在不断创新和进步，各种技术相互取长补短。未来不同技 术 相互借鉴会形成各种单元技术组合的煤气化技术，来适应不同煤种要求的最佳化匹配要求，以提高煤的资源利用效率。

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