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三、现有煤炭转化技术及其问题
目前煤炭的转化主要有三种方式:直接燃烧、气化和液化。其过程简图如图4所示。
1.煤炭燃烧
我国煤炭利用的主要形式为直接燃烧,约占总用煤量的80%。而煤直接燃烧的一半左右用于中小燃煤设备,其问题之一为热效率低,如工业炉窑的热效率中有40%左右,而工业及供暖锅炉的热效率也仅为60%左右。问题之二为对环境的污染极其严重。由于小型燃煤设备上没有污染物排放控制手段,其排放量要比大型燃烧设备高得多。大型燃煤设备如电站锅炉的转换效率比小型设备高。目前发达国家煤发电的效率可达45%以上,而我国的煤发电效率只有30%左右,而且其污染物如SO2、NOx、CO等的治理措施还有待解决。由此可见,解决煤炭直接燃烧的问题是煤洁净高效转换的首要问题。从理论上看,将煤炭直接燃烧产生热能来利用的最大缺陷在于该过程将高品位能降至极低品位的热能来利用。如同用高温高压蒸汽来供暖。而目前煤炭利用的现状即在近期内以燃烧为主的局面不可能有大的变化,因此,现有燃烧设备的改进是提高效率、降低污染的一个方向。同时,对于新设备应采用新的转化技术,逐渐改变煤炭利用的现有格局。
2.气化
煤炭气化是利用固体煤来产生气体燃料或产品的过程,与煤的直接燃烧相比,气化具有较大的优越性。首先,在转化过程中燃料的品位不仅没有降低,而且略有升高。所产生的气体不仅可以作为燃料还可以作为化工原料。其次,与固体煤相比,气体燃料在燃烧过程中其燃烧效率高,污染低,可作为民用燃料。然而,完全气化过程需要较苛刻的条件,即较高的温度,同时半焦的完全气化需要较长的时间,加上在高温气氛下半焦的失活,造成不完全气化。其结果是气化炉的结构复杂、造价高。
为解决这些问题,目前各国正在对整体煤气化联合循环(IGCC)发电技术进行深入的研究(如5所示)。该技术的商业化可望提高煤炭的转化效率。但目前煤气的高温净化这一关键技术问题还没有得到完全解决。同时,我国目前的燃气轮机还需要依赖进口。因此,该项技术不能完全符合我国的基本国情。
3.液化
煤炭液化是通过化学加工转化为液体产品,包括液体燃料和化工原料的过程。煤炭液化可以通过二种方法来实现:直接液化和间接液化。
煤炭的直接液化是使煤在高压、高温条件下,通过加氢使煤中的有机成份直接转化为液体燃料和化工原料(如图4中所示)。直接液化具有液体转化率高的优点,但由于其产率依赖于煤的结构,煤种适应性较差。同时,其过程在高压、高温条件下加氢进行,苛刻的总体操作条件使产品的成本提高。目前还无法与相似石油化工产品相竞争。
煤炭间接液化是将煤气化后,再经过催化合成为液体产品。煤炭的间接液化的优点在于其煤种适应性较宽,操作条件较温合,同时,硫、氮和灰等污染先驱物可在气化过程中脱除。但该过程包括气化和合成二个过程,即先将煤中的高碳成分降成一碳,然后再合成为高碳液体。故其总效率低、产品的选择性差。
由以上分析可以看出,对于作为混合体的煤进行单一转化方法处理具有如下问题:
●转化效率低
●转化后产品品位下降
●污染物治理量大
●工艺条件苛刻
●相对投资高
因此,应根据煤炭的结构来开发煤的洁净高效转化新技术。
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