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煤炭是我国具有资源优势的能源和化工原料,据预测,以煤为主的能源结构在2050年以前难有大的改变。经过多年的探索实践,众多专家就煤化工相关技术的发展提出了一些新思路,并就煤化工企业如何选择新型煤气化技术提供了一些新思考,可谓费尽“新”思。或许这些技术在目前还不具备实现工业化的条件,也可能还不够完善和成熟,但在煤化工蓬勃发展的今天,这些“火花”未来很有可能燎原。本报记者将这些新想法荟萃成文,与读者分享。
《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006~2020)》将煤气化技术列为重要研究方向。“973”计划项目首席科学家、华东理工大学教授王辅臣指出,煤的燃烧以利用其热量为主,污染控制困难;煤气化则是利用其中的碳、氢等元素,实现能量梯级利用,污染控制相对容易。煤气化技术一是做合成气,这是现代煤化工的基础;二是制氢气,目前中石化、中石油的很多炼厂都改用煤制氢,以降低成本;三是作为燃气,用于工业、民用、IGCC发电等;四是用于还原炼钢(铁)。
“老”技术煤气化独挑大梁
技术现状——竞相发展
近10年来,我国煤气化技术开发明显加快,相继开发成功清华气化炉、多喷嘴对置式水煤浆气化炉、航天加压粉煤气化炉、两段式干粉煤气化炉以及灰熔聚流化床粉煤气化炉等煤气化技术,形成了与国外技术竞相发展的局面。
多喷嘴对置式水煤浆气化炉采用四喷嘴对置设计,不存在短路物流现象,高效节能、碳转化率高等优点。
清华水冷壁气化炉:解决了水煤浆气化技术的煤种限制和高能耗点火问题,具有气化炉操作温度不再受耐火砖的限制,可以使用灰熔点更高的煤作为原料,煤种适应性更宽,覆盖了褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶。
两段式干煤粉加压气化炉创新采用两室两段多喷嘴反应、分级气化,有效气含量可达90%以上,碳转化率可达99%,而且煤种适应性好。
HT-L航天粉煤加压气化炉:汇集了水煤浆及粉煤气化技术的优点,有效气含量可达90%以上,碳转化可达99%,单位氧耗低,对煤种要求低,而且设备全部实现了国产化。
灰熔聚流化床粉煤气化炉已先后完成系列中试、低压工业应用,并迈向加压技术示范。该工艺为解决劣质无烟煤气化难题提供了新的技术路径,达到国际领先水平。
发展趋势——装置大型化
王辅臣指出,装置大型化是煤气化技术发展的主要趋势,也是相关产业发展的需要。气流床技术符合装置大型化的要求,碳转化率较高,目前这方面的技术进展最多。
“相关技术发展也需要大型煤气化技术。”他举例说,对一个500万吨/年的煤间接液化制油装置,按每年需2500万吨原料煤计算,则需3000吨/天的气化装置25台左右。假如煤气化装置规模小,则所需装置数量多,操作、管理也很麻烦。
他同时指出,拓展原料适应性是大型煤气化技术发展的内在要求,掌握煤气化过程中污染物的迁移转化机理、实现煤气化技术的近零排放也是必然要求。尤其是微量有害元素(如镉、汞等)的影响不容忽视,如一些地方的煤进对炉壁的腐蚀十分严重,需要花费极大的精力和时间去解决。
王辅臣表示,煤种适应性强、气化指标先进、气化炉与喷嘴寿命长、气化炉启动迅速的煤气化技术,是市场迫切需要的。
对于正在开发的一些新的煤气化技术,王辅臣认为从长远来看前景不错,但目前还需要做很多工作。例如,对地下煤气化技术就有两个必须解决的问题:一是如何实现稳定控制,二是如何监控、控制煤焦油对环境(水)的影响。而对催化气化技术,如何开发廉价催化剂、如何与合成天然气耦合则是两个不可忽视的问题。
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