煤气化技术的研究与进展
煤气化技术的研究与进展
《东北电力技术》1996年第12期煤气化技术的研究与进展东北电力学院(132012) 张化巧 姜秀民 张靖波 孙键摘 要 文中回顾了煤气化技术的产生及发展过程,阐述了它的应用前景,详细介绍了煤气化技术的发展现状及存在的问题,同时也包括我国学者在这方面的贡献,指出了目前尚待解决的问题和发展方向,最后说明了我国开发这方面研究工作的重要意议。
关键词 煤气化 煤气化技术 流化床1 煤气化技术的产生及应用1.1 煤气化技术的产生煤气化是用气化剂将煤及其干馏产物中的有机物最大限度地转变为煤气的过程。
早在18世纪末期,人们就由煤中获得了煤气,19世纪初形成煤气生产的产业部门。
煤的制气技术从19世纪中叶得到发展,20世纪20年代,出现了煤的多种气化工艺。
1922年,常压流化床粉煤气化的温克勒炉获德国专利,1926年投产。
后来德国又作了增加二次风等方面的改进,提高反应温度和反应空间,并称之为高温温克勒炉。
1955年,第一台加压固定床鲁奇气化炉在德国投产。
1940年,奥地利建成了第一台焦化与气化相结合的两段炉。
1939～1944年期间,第一台常压气化气流床研制成功。
40年代后期,美国开发出气流床气化的德士古气化炉。
20世纪中期,由于丰富的天然气资源通过公用的管线输送广泛地分配到各处,这样由煤所生产的煤气量逐渐减少,一些已建成的煤气化炉也纷纷停产,煤气化技术的发展受到抑制。
20世纪70年代中期,由于注意到石油和天然气储量的日益减少,人们又对煤的气化产生了强烈的兴趣。
70年代初,美国又开发出U-G AS气化炉。
此外,比较成功的煤气化方法还有西屋法、D ow法,Shell法等。
我国自80年代起开始这一领域的研究工作,发表了许多文献。
中科院煤化所于80年代初开始的灰熔聚法流化床气化的研究,目前已进入半工业化试验阶段。
1.2 气化产物的用途煤气化是将煤中可燃物完全转化为气体产物,这些气体产物的潜在用途是:a. 生产天然气的代用品;b. 用作以后生产乙醇、汽油、塑料等的合成气;c. 用作发电的气体燃料;d. 用作生产工业蒸汽和工业用热的气体燃料。
煤炭地下气化理论与技术研究进展
㊀第４８卷第１期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４８㊀Ｎｏ １㊀㊀２０２０年１月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ｊａｎ.２０２０㊀移动扫码阅读刘淑琴ꎬ梅㊀霞ꎬ郭㊀巍ꎬ等.煤炭地下气化理论与技术研究进展[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０２０ꎬ４８(１):９０－９９ ｄｏｉ:１０ １３１９９/ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２０ ０１ ０１２ＬＩＵＳｈｕｑｉｎꎬＭＥＩＸｉａꎬＧＵＯＷｅｉꎬｅｔａｌ.Ｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉ￣ｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０ꎬ４８(１):９０－９９ ｄｏｉ:１０ １３１９９/ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２０ ０１ ０１２煤炭地下气化理论与技术研究进展刘淑琴ꎬ梅㊀霞ꎬ郭㊀巍ꎬ戚㊀川ꎬ曹㊀頔(中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院ꎬ北京㊀１０００８３)摘㊀要:煤炭地下气化作为一种煤炭原位化学采煤方法ꎬ被列为国家«能源技术革命创新行动计划(２０１６ ２０３０年)»之煤炭无害化开采技术创新战略方向ꎮ从理论研究和技术开发２个方面ꎬ综述了煤炭地下气化技术的发展进程ꎮ系统阐述了煤层燃空区扩展规律及影响因素㊁热开采条件下煤层覆岩运移规律相关理论研究进展ꎮ以工艺路线为主线ꎬ概述了煤炭地下气化技术的发展历程ꎬ介绍了工艺路线特点㊁气化井连通方式㊁气化炉构型㊁气化炉运行模式以及典型工程案例ꎮ现代煤炭地下气化工艺路线是在可控后退注入点(ＣＲＩＰ)气化工艺基础上ꎬ集成现代钻井技术㊁先进的石油装备及井下测量技术而形成ꎬ其气化炉主要由长距离定向钻井构成ꎬ通过地面远程可控多介质集成注入装备及探测装备ꎬ实现煤层火区的精准控制ꎬ以及气化参数的实时调控ꎮ该工艺用于深部煤层原位开发具有显著优势ꎬ需在对示范项目综合评估的基础上ꎬ有序推进深部煤炭地下气化产业化进程ꎮ关键词:煤炭地下气化ꎻ深部煤层ꎻ气化工艺ꎻ气化炉构型中图分类号:ＴＤ８４㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:０２５３－２３３６(２０２０)０１－００９０－１０ＰｒｏｇｒｅｓｓｏｆｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙＬＩＵＳｈｕｑｉｎꎬＭＥＩＸｉａꎬＧＵＯＷｅｉꎬＱＩＣｈｕａｎꎬＣＡＯＤｉ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｃａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＭｉｎｉｎｇａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ(Ｂｅｉｊｉｎｇ)ꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００８３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｓａｎｉｎ－ｓｉｔｕｃｈｅｍｉｃａｌｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｍｅｔｈｏｄꎬｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ(ＵＣＧ)ｉｓｌｉｓｔｅｄａｓｔｈｅｓｔｒａｔｅｇｉｃｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆｉｎｎｏｃｕｏｕｓｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｔｈｅＡｃｔｉｏｎＰｌａｎｏｆｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＥｎｅｒｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｖｏｌｕｔｉｏｎ＆Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ(ｆｒｏｍ２０１６ｔｏ２０３０)ｉｎＣｈｉｎａ.ＴｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆＵＣＧｆｒｏｍｔｗｏａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ.ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｒｅｌａｔｅｄｔｏＵＣＧｃａｖｉｔｙｇｒｏｗｔｈａｎｄｉｔｓｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓꎬａｎｄｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍｏｖｅｒｂｕｒｄｅｎｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｍｉｎｉｎｇａｒｅｓｙｓｔｅｍａｔｉｃａｌｌｙｄｅｓｃｒｉｂｅｄ.ＴａｋｉｎｇｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｒｏｕｔｅａｓｔｈｅｍａｉｎｌｉｎｅꎬｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｕｍｍａｒｉｚｅｓｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＵＣＧｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｒｏｕｔｅꎬｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｏｆｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｅｌｌｓꎬｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｇａｓｉｆｉｅｒꎬｏｐｅｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｏｆｇａｓｉｆｉｅｒａｎｄｔｙｐｉｃａｌｆｉｅｌｄｔｅｓｔｃａｓｅｓ.ＴｈｅｍｏｄｅｒｎＵＣＧｉｓｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｒｅｔｒａｃｔｉｏｎｉｎｊｅｃｔｉｏｎｐｏｉｎｔ(ＣＲＩＰ)ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬｗｈｉｃｈｉｎｔｅｇｒａｔｅｓｍｏｄｅｒｎｄｒｉｌｌｉｎｇｔｅｃｈ￣ｎｏｌｏｇｙꎬａｄｖａｎｃｅｄｐｅｔｒｏｌｅｕｍｅｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄｄｏｗｎｈｏｌｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ.Ｔｈｅｇａｓｉｆｉｅｒｉｓｍａｉｎｌｙｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｌｏｎｇ－ｄｉｓｔａｎｃｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓ.Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｒｅｍｏｔｅｃｏｎｔｒｏｌｌａｂｌｅｍｕｌｔｉ－ｐｈａｓｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｊｅｃｔｉｏｎ＆ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬｔｈｅｐｒｅｃｉｓｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｃｏａｌｓｅａｍｆｉｒｅｆａｃｅａｎｄｔｈｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅｃｏｎｔｒｏｌｏｆｏｐｅｒａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃｏｕｌｄｂｅｒｅａｌｉｚｅｄ.Ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｈａｓｏｂｖｉｏｕｓａｄｖａｎｔａｇｅｓｉｎｉｎ－ｓｉｔｕｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎｏｆｄｅｅｐｃｏａｌｓｅａｍｓꎬｈｏｗｅｖｅｒꎬｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｉｎｄｕｓｔｒｉａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｄｅｅｐＵＣＧｏｒｄｅｒｌｙｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｉｌｏｔｐｒｏｊｅｃｔ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻｄｅｅｐｃｏａｌｓｅａｍꎻｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓꎻｇａｓｉｆｉｅｒｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ收稿日期:２０１９－１２－１５ꎻ责任编辑:代艳玲基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１４７６１８５)作者简介:刘淑琴(１９７２ )ꎬ女ꎬ山西吕梁人ꎬ教授ꎬ博士ꎮＥ－ｍａｉｌ:１３９１０５２６０２６＠１６３.ｃｏｍ０㊀引㊀㊀言煤炭地下气化可实现煤层原位清洁转化ꎬ具有安全性好㊁投资少㊁效益高㊁污染少等技术优势ꎬ现阶段优先适用于深部煤层㊁不可采煤层以及不经济开采煤炭资源的开发利用ꎬ被列为国家«能源技术革命创新行动计划(２０１６ ２０３０年)»之煤炭无害化开采技术创新战略方向ꎮ０９刘淑琴等:煤炭地下气化理论与技术研究进展２０２０年第１期１８８８年ꎬ前苏联著名的化学家门捷列夫在世界上第一次提出煤炭地下气化的设想ꎬ２５年后ꎬ英国化学家拉姆赛利用盲孔炉地下气化获得成功ꎬ自此ꎬ在全球范围内拉开了煤炭地下气化技术研究的帷幕ꎮ２０世纪３０ ６０年代ꎬ前苏联的煤炭地下气化技术研究达到顶峰ꎬ并初步实现了地下煤气化生产空气煤气的工业化应用ꎬ之后由于大量天然气的发现而逐步放弃研究ꎮ２０世纪７０年代至８０年代末期ꎬ美国在现场实践的基础上提出了关键性的技术变革ꎬ之后由于替代能源使用而对煤炭地下气化技术暂时封存ꎮ２１世纪以来ꎬ随着国际能源紧缺ꎬ煤炭地下气化技术在世界范围内重新受到关注并得到快速发展ꎬ通过引入石油工程手段实现大规模地下建炉和气化过程的精准导控ꎬ以煤层水平井和连续管移动注气技术应用为基础的现代煤炭地下气化技术日益成熟ꎮ笔者从理论研究和技术路线２个方面ꎬ综述了煤炭地下气化技术的发展进程ꎻ总结了燃空区扩展和热开采条件下煤层覆岩运移规律相关理论研究进展ꎮ以工艺路线为主线ꎬ概述了煤炭地下气化技术的发展历程ꎬ分析了深部煤层地下气化的优势ꎬ并展望了其发展与应用前景ꎮ１㊀煤炭地下气化理论研究１.１㊀燃空区(或反应面)扩展及影响因素煤炭地下气化燃空区(或反应面)的扩展规律是气化过程稳定控制的科学基础ꎮ燃空区的几何形状和扩展速率主要取决于燃烧反应面在通道内的传播速率ꎬ而燃烧反应面的传播是通过气化剂与煤壁的反应实现的ꎮ煤层的燃烧是一个表面反应ꎬ通过该反应不断消耗煤炭ꎮ燃烧速率不仅受化学反应速率的限制ꎬ也受氧气向通道壁的扩散速率的限制ꎮ此外ꎬ由于煤结构的非均质性和各向异性ꎬ不同方向上传递性质(扩散性和热传导性)㊁弹性强度(破裂的阻力)性质存在差异ꎬ从而导致燃烧速率在不同方向上存在差异ꎬ即燃空区在不同方向上具有不同的扩展速率ꎬ最终决定燃空区的形状ꎮ模型试验研究表明ꎬ氧气流速对空腔形状具有显著影响ꎮ在低流速下ꎬ反应被限制在腔内的一个小区域内ꎬ显示为球状ꎮ在高流速下ꎬ氧气流速影响燃空区在轴向和径向方向的扩展ꎬ空腔形状为典型的泪滴形状[１－２]ꎬ并且气化剂组成对燃空区形状影响较小[３]ꎮ文献[４－５]建立了薄煤层地下气化燃空区发育模型以及通道气化模型ꎬ如图１所示ꎬ假设煤层气化分为２个区域ꎬ由煤灰包围着的进气口的低渗透区域和靠近气化通道壁面的高渗透性区域ꎮ图１㊀通道气化模型Ｆｉｇ.１㊀Ｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌ笔者依托我国首个钻井式褐煤地下气化现场试验基地ꎬ通过氡测量法及钻孔探测进行了燃空区调查ꎬ对获取的煤㊁岩㊁焦㊁渣样品进行了全面地分析与表征ꎬ在此基础上绘制了燃空区综合形貌图(以主气化通道为对称轴的半球图)如图２所示ꎬ径向扩展约１７ｍ[６]ꎮ图２㊀燃空区探测形貌Ｆｉｇ.２㊀Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｐｒｏｆｉｌｅｏｆｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎｃａｖｉｔｙ在连通直井模拟气化试验研究中ꎬ发现垂直井间距㊁气化剂组成㊁气化速率㊁注入气的温度㊁气化压力等都会影响燃空区的扩展ꎮ燃空区的体积和轴向长度随着井距的增加而单调减小ꎬ径向长度(即高度和宽度)随井距的增加而增加ꎮ燃空区的体积㊁径向长度㊁轴向长度随着气化剂流速和操作时间的增加单调增加[７－８]ꎮ此外ꎬ煤的剥落能力也是影响燃空区扩展的重要因素ꎮ除了诸如深度㊁不均匀性等参数之外ꎬ煤的剥落能力也取决于煤中的灰分和水分ꎬ空腔扩展速率随着水分和灰分的增加而增加[９－１０]ꎮ煤的密度㊁煤的导热系数㊁初始渗透率[１１]㊁孔隙率㊁煤化程度也会影响空腔的大小ꎬ褐煤煤层中燃空区的扩展速度要高于次烟煤燃空区的扩展速度[１２]ꎬ而高的煤层孔隙率可以显著促进燃空区的径向扩展[１３－１４]ꎮ结合可控后退注入点(ＣＲＩＰ)工艺提出的轴对称的燃空区截面的物理模型如图３所示[１５]ꎮ该模型展示了燃空区的垂向发展状态ꎬ在向上发育的过１９２０２０年第１期煤炭科学技术第４８卷图３㊀基于ＣＲＩＰ工艺的燃空区模型Ｆｉｇ.３㊀ＣａｖｉｔｙｍｏｄｅｌｂａｓｅｄｏｎＣＲＩＰｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ程中发生了类似地面填充床的反应ꎮ反应后产生的多孔气化灰渣残留在通道底部ꎬ腔顶部和灰层之间为气体的自由流动区ꎮ燃空区的形状近似矩形ꎬ随着两侧煤壁的热破裂与气化过程而扩展ꎮ在此模型基础上ꎬＳＡＴＥＥＳＨ等[１６]采用ＣＦＤ软件模拟了垂直井注气条件下大尺度煤块气化过程燃空区的三维发育情况ꎬ得到了燃空区的三维几何尺寸ꎬ侧视图和俯视图如图４所示ꎮ文献[１７－１９]提出了二维准稳态气化通道扩展模型ꎬ该模型考虑了煤层壁面的燃烧现象㊁热解现象㊁煤层壁面的气化反应㊁气相组分的扩散迁移㊁气化通道内的热量交换以及煤层顶板岩石的垮落等情况(图５)ꎮ此模型比较全面地反映了煤炭地下气化过程基本的物理化学现象ꎮＨ 燃空区的高度ꎻＷ 以注气井为中心时燃空区的最大扩展宽度ꎻＦＬ 注气点向产气井方向扩展的长度ꎻＢＬ 注气点向产气井相反方向扩展的长度图４㊀模拟燃空区扩展模型Ｆｉｇ.４㊀ＳｔｉｍｕｌａｔｅｄｃａｖｉｔｙｅｘｐａｎｓｉｏｎｍｏｄｅｌＰＡＲＫ等[２０]利用非稳态的一维模型对地下煤气化过程早期燃空区发育情况进行的研究表明ꎬ气化初期ꎬ燃烧区(或燃空区)的发育主要取决于注入气体中氧气的含量ꎬ同时受到煤炭自身反应活性的影响ꎮ当火焰位于燃空区内壁时ꎬ燃空区扩展速率是由气化剂中的氧含量决定的ꎮ而当火焰从燃空区内壁分离之后ꎬ燃空区扩展速率主要取决于煤的自身气化性质ꎮ煤中的灰分会一定程度上影响煤层壁面的传质过程ꎮ水分的存在会消耗大量的热量用于蒸发ꎬ而水蒸气又极易与碳发生还原反应而有利于煤层壁面的扩展ꎮ１ 壁面与燃空区燃烧ꎻ２ 壁面与燃空区气化ꎻ３ 壁面热解ꎻ４ 壁面干燥ꎻ５ 产气流动ꎻ６ 热辐射ꎻ７ 强制对流传热ꎻ８ 煤层ꎻ９ 气化剂流动与扩散图５㊀综合地下气化模型Ｆｉｇ.５㊀Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄｃｏａｌｇａｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ㊀㊀二维轴对称计算流体力学(ＣＦＤ)模型对燃空区状况的研究[２１]表明ꎬ当在煤层底部通入含氧气化剂时ꎬ灰渣层上方空间气体的流动与分布取决于燃烧过程中形成的温度场及压力场情况ꎮ合理的注气量可以使煤气具有最大的化学能ꎮ而当在燃空区上方通入气化剂时ꎬ会使生成的可燃组分发生燃烧反应ꎬ导致生成的煤气热值比较低而气体温度比较高ꎮ该模型综合反映了燃空区物料平衡和热量传递过程ꎮ三维ＣＦＤ模型也被用于模拟ＵＣＧ过程ꎮ在此模拟中ꎬＵＣＧ过程被分为２个不同的阶段ꎮ在第１阶段ꎬ以注气井附近的煤为研究对象ꎬ燃空区向垂直方向扩展ꎬ到达覆盖层ꎬ然后进入第２阶段ꎬ此时空腔水平向生产井方向扩展或生长ꎮ所建立的模型综合了煤的反应动力学㊁传热传质过程㊁渗透率以及热效率的影响ꎬ能较好地预测产气成分㊁产气热值和空腔扩展速率[２２]ꎮ为了简化模型ꎬＤＡＧＧＵＰＡＴＩ等[７]开展了一项统计研究ꎬ利用不同研究人员的数据研究了腔体的２９刘淑琴等:煤炭地下气化理论与技术研究进展２０２０年第１期形状和尺寸ꎮ发现煤在气化过程中ꎬ空腔随时间的增大而增大ꎬ形成了时间的本征方程函数ꎮ根据所提出的方程ꎬ利用ＣＯＭＳＯＬ软件对化学反应进行模拟ꎬ建立了腔体体积检测模型ꎮ此外ꎬＢＨＵＴＴＯ等[２３]采用ＣＦＤ模拟方法ꎬ结合停留时间分布(ＲＴＤ)对空腔进行了评价ꎬＵＣＧ腔作为理想反应器的简化网络ꎬ模拟结果反映了腔内的速度分布ꎮ１.２㊀热开采条件下煤层覆岩运移规律研究与传统采煤过程相比ꎬ煤炭地下气化过程煤层顶板岩石要受到高温作用的影响ꎬ温度最高可达１０００ħ[２４]ꎮ岩体温度场变化时ꎬ其热物理性质如强度㊁弹性模量㊁导热系数㊁比热容等不再是常数ꎬ而是与温度有关的函数ꎮ温度升高会使顶板发生热膨胀ꎬ热膨胀在顶板内部诱发热应力并形成热应力场[２５]ꎮ反之ꎬ当岩体应力场发生变化时ꎬ与固体变形有关的热特性也发生变化[２６]ꎮ顶板的力学性质在温度场和热应力场共同作用下ꎬ表现出不同于传统采煤的应力场演化过程ꎮ因此ꎬ研究煤炭地下气化覆岩运移规律ꎬ不能忽略气化高温作用的影响ꎮ目前ꎬ国内外众多学者针对煤炭地下气化的覆岩运移做了大量研究ꎮ主要可分为３类:不同种类岩石的热物理或力学性质研究ꎬ覆岩热－力耦合模型的建立及数值模拟ꎬ覆岩温度场和裂隙场的演化规律试验研究及数值模拟ꎮ１)岩石的热物理或力学性质研究ꎮＬＵＯ等[２７]通过覆岩热导率试验研究ꎬ预测覆岩的温度场ꎬ同时利用数值分析软件对不同温度下的岩石热导率进行估算ꎬ借助ＣＯＭＳＯＬ软件ꎬ结合热传导模型进行地下气化覆岩温度场数值分析ꎬ结果表明:岩石导热系数随温度的升高而降低ꎬ且各种岩石表现出相似的行为ꎮ一定的温度下ꎬ每种岩石的导热系数不尽相同ꎮ数值模拟可以获得气化过程煤层覆岩内的温度分布规律ꎬ发现岩石中的温度随着气化炉的高度和方向而变化ꎬ不同类型岩石的温度梯度不同ꎮ秦本东等[２８－３０]开展了石灰岩和砂岩的高温力学特性试验ꎬ研究了受热条件下ꎬ石灰岩和砂岩的热应力变化过程ꎮ研究表明ꎬ岩石矿物成分组成影响热应力对温度的响应ꎮ为保证高温过程中岩石工程的稳定性和安全性ꎬ并解决煤炭地下气化过程中气化炉围岩的维护问题ꎬ秦本东等[２９]采用高温电热炉加热的方法ꎬ研究了煤层顶板石灰岩在高温及双向约束条件下产生的热膨胀应力的变化规律ꎮ结果表明:石灰岩的膨胀应力随温度的增加逐渐增大ꎬ且高温过程中石灰岩膨胀应力的变化与其内部微观结构变化密切相关ꎮＬＵＯ等[３１]研究了实时加热过程中内蒙古泥岩的高温力学特性ꎮ研究发现ꎬ泥岩的热膨胀系数随温度升高呈线性增加的趋势ꎮ此外ꎬ温度的增加导致热应力升高ꎬ温度低于２００ħ和超过６００ħ时ꎬ温度的变化对峰值应力具有显著影响ꎬ弹性模量与峰值应力具有相似的变化规律ꎮ温度升高ꎬ泥岩的弹性变形逐渐减少ꎬ而塑性变形则缓慢增加ꎬ且岩性变硬ꎬ笔者将以上变化归因于泥岩矿物成分在高温下的晶态变化ꎮ文献[３２]利用各向同性弹塑性连续方法对煤炭地下气化泥岩顶板进行了热－力耦合模拟研究ꎬ结果发现ꎬ温度对泥岩顶板的应力分布具有显著的影响ꎮ２)覆岩热－力耦合模型研究ꎮＬＡＯＵＡＦＡ等[３３]在假设岩石是热弹塑性介质的前提下ꎬ建立了地下气化顶板裂隙扩展的有限元失活模型ꎬ利用Ｍｏｈｒ－Ｃｏｕｌｏｍｂ失稳准则判断ꎬ对热源位置及燃烧强随时间和空间变化条件下的煤层顶板热固耦合过程进行了研究ꎮ结果发现ꎬ受温度作用影响ꎬ在煤层气化反应区围岩中产生了热应力ꎬ引发热弯曲和弹塑非稳定ꎮ利用拉普拉斯变换和反演方程对煤层燃烧源移动条件下的顶板温度场扩展过程研究表明[３４]ꎬ当围岩边界温度由于ＵＣＧ火焰工作面热源的定向运动呈线性下降时ꎬ围岩温度随时间先升高后降低ꎬ温度曲线的峰值逐渐减小ꎬ其位置从边界向围岩内部移动ꎮ利用ＡＢＡＱＵＳ软件建立的一个三维热－力耦合模型[３５]ꎬ可用于预测地下空腔的传热㊁应力分布和随之而来的地表沉降结果ꎬ发现由于气化过程中产生了空腔ꎬ煤层上方的应力集中没有明显增加ꎬ约为１０％ꎬ所以在该研究背景下ꎬ由地下燃空区引起的地表沉降量可以忽略不计ꎬ在未来的工作中ꎬ可以进一步完善ꎬ结合矿床周围的断层分布ꎬ评估地质断层中的合成气泄漏风险ꎮ基于ＣＲＩＰ气化工艺建立了热－力耦合模型ꎬ通过与单一力学模型进行对比ꎬ发现由于高温作用ꎬ在深６００ｍ煤层顶板的抗压强度可以达到６３.１ＭＰａꎬ而单一力学模型的抗压强度为５９.２ＭＰａ[３６]ꎮ３)覆岩温度场和裂隙场的演化规律ꎮ以某煤炭地下气化现场的工程地质条件为背景ꎬ基于岩石损伤理论建立了温度－应力耦合方程和温度－应力耦合条件下燃空区扩展的数值计算模型ꎬ并对煤层燃烧过程中燃空区覆岩温度场和裂隙场的演化规律进行了数值模拟ꎮ数值模拟结果表明:煤层燃烧引起的高温在燃空区覆岩中的传导和影响范围约为１９ｍꎻ燃空区覆岩的最大断裂带发育高度约为２８ｍꎬ且在燃空区中间位置处的岩层裂隙发育最为丰富[３７]ꎮ根据煤炭地下气化场实际地质结构ꎬ考虑３９２０２０年第１期煤炭科学技术第４８卷高温对燃空区上覆岩层物理力学特性的影响ꎬ唐芙蓉等[３８]采用ＲＦＰＡ建立模型ꎬ分析煤炭地下气化过程随燃空区扩展的覆岩运移规律及 三带 分布特征ꎮ研究发现:煤炭地下气化开采条件下ꎬ燃空区上覆岩层出现明显的 三带 特征ꎮ随燃空区扩展ꎬ燃烧煤壁前方形成剪应力集中区ꎬ由下向上发展成拱形分布ꎮ煤壁前方形成应力增高区ꎬ煤层支承压力增高系数为２.０~２.３ꎮ随着燃空区进一步扩展ꎬ上覆岩层的移动范围及下沉量逐步增大ꎮ同一时刻距离煤层越近的顶板ꎬ其垂直位移越大ꎮ上覆岩层位移下沉曲线基本呈对称分布ꎮＷＯＬＦ等[３９]建立了煤层燃烧与顶板力学相互作用的二维数学模型ꎬ对高温作用下的煤层顶板力学特性进行了分析ꎬ发现在实际的非均质渗透条件下ꎬ离煤燃烧前沿最近的碎石带和断裂带分别充当了进气和排气通道ꎬ是深部煤层燃烧的主要通道ꎮ赵明东[４０]研究了温度对煤层顶底板不同岩性岩石热物理性质的影响ꎬ包括密度㊁比热容㊁导热系数等ꎬ建立了热物理参数随温度变化的拟合方程ꎬ建立ＣＯＭＳＯＬＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ温度场概念模型ꎬ并基于各种岩石热物理参数随温度变化的曲线方程和温度场控制方程模拟了煤炭地下气化过程的温度场分布ꎮ研究发现ꎬ在初始燃烧阶段ꎬ煤层内的高温燃烧区范围很小ꎬ之后随燃烧区移动及热量累积ꎬ温度以热传导的方式向围岩四周扩散ꎮ当燃烧长度达到接近１００ｍ时ꎬ燃空区起始端煤壁的温度接近于岩层的初始温度２０ħꎬ而煤层顶板２０.５ｍ范围内温度大于２０ħꎬ煤层底板２３.１ｍ的范围内温度大于２０ħꎮ２㊀煤炭地下气化技术进展纵观煤炭地下气化技术１００多年的发展历程ꎬ国内外先后试验了不同的气化井连通方式㊁不同的气化炉构型和气化炉运行方式ꎮ按煤炭地下气化技术路线的进展ꎬ总结如下ꎮ２.１㊀基于连通直井的固定点气化工艺连通直井气化的基本单元包括两口钻入煤层的直井ꎬ注入井和生产井ꎮ气化剂注入和煤气排出均采用垂直钻孔ꎬ注气点位于垂直注气井的底部(图６)ꎮ垂直井的连通主要通过增强煤层自然渗透率来实现ꎬ常用的方法有爆炸压裂㊁反向燃烧㊁电力贯通和水力压裂ꎮ其中ꎬ反向燃烧连通实践应用的成功率较高ꎮ由于煤层渗透率的空间变化ꎬ反向燃烧连通通常会在煤层中形成多条不规则的通道ꎬ有利于气化面的径向扩展ꎮ在正常生产前ꎬ需要首先完成垂直井的连通ꎬ因此适用于高渗透性煤层ꎬ且垂直钻孔的距离受限(不超过３０ｍ)ꎮ由于采用垂直钻孔进行注气ꎬ随着燃空区的增大和煤层内注气点位置的提高ꎬ氧气与煤层的接触条件变差ꎬ燃烧及气化强度不断下降ꎬ调控手段就显得十分局限ꎮ该工艺主要针对浅部煤层ꎬ目前完成的试验煤层深度均小于３００ｍꎮ实际生产过程中ꎬ通常由垂直进气孔和出气孔组合ꎬ构成气化炉群ꎮ这种工艺特别适用于较大倾角的煤层ꎬ通常煤层倾角需大于６０ʎꎮ煤层低点连通注气井ꎬ煤层高点连通生产井ꎬ气化过程可以实现煤层边气化边冒落ꎬ形成类似地面填充床的煤气化模式ꎬ气化剂与煤接触较为充分ꎬ有利于气化过程的稳定运行ꎮ图６㊀连通直井气化单元示意Ｆｉｇ.６㊀ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＵＣＧｕｎｉｔｂｙｌｉｎｋｅｄｖｅｒｔｉｃａｌｂｏｒｅｈｏｌｅｓ该炉型发展后期也采用造斜井(定向钻井的基本形式)连通注气井和生产井ꎬ即形成开放的连通通道(图７)ꎮ采用这种结构能够增大注气井和生产井的距离ꎬ从而使得单个气化炉转化更多的煤炭ꎬ同时有利于控制注气点处于煤层底部ꎬ提高气化开采率ꎬ便于多个气化炉同时运行ꎮ图７㊀引入水平通道的连通直井气化炉Ｆｉｇ.７㊀Ｃｏｎｎｅｃｔｅｄｖｅｒｔｉｃａｌｗｅｌｌｇａｓｉｆｉｅｒｗｉｔｈｉｎｔｒｏｄｕｃｉｎｇｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃｈａｎｎｅｌ连通直井气化工艺路线由前苏联开发ꎬ并在美国的早期煤炭地下气化试验中应用ꎬ也曾在澳大利４９刘淑琴等:煤炭地下气化理论与技术研究进展２０２０年第１期亚林克能源公司的钦奇拉项目中进行实践ꎮ前苏联从１９３３年开始ꎬ先后建设了不同规模大小的４０多座地下气化站ꎬ至１９９１年共气化１８００万ｔ煤炭ꎬ主要生产空气煤气ꎬ累计煤气产量３９０亿ｍ３ꎬ平均热值３.８１ＭＪ/ｍ３ꎮ代表案例为乌兹别克斯坦安格林气化站ꎬ该气化站于１９６１年开始运行至今ꎬ是目前世界上运行时间最长的联通直井气化站ꎮ气化原料为褐煤ꎬ煤层厚度从１.６ｍ到２２ｍꎬ埋藏深度１１０~２００ｍꎬ属缓倾斜煤层ꎮ煤的灰分为１６％ꎬ热值１５.２９ＭＪ/ｋｇꎬ煤层顶板岩石为高岭土ꎮ目前年产气量３.６~３.８亿ｍ３ꎬ煤气热值３.３５~４.１８ＭＪ/Ｎｍ３ꎬ主要用于掺混重油燃烧发电ꎮ美国于２０世纪７０年代中期至８０年代末ꎬ在学习前苏联气化经验的基础上进行了多次连通直井现场试验ꎮ１９７６年ꎬ美国在ＨｏｅＣｒｅｅｋ进行的连通直井现场试验ꎬ目标煤层为低灰高水分次烟煤ꎬ平均煤层厚度７.５ｍꎬ埋深１００ｍꎬ发热量１８.９３ＭＪ/ｋｇꎮ该试验首先采用爆破压裂㊁反向燃烧等技术建立气化通道ꎮ其中ꎬ运用爆破压裂方式连通未能使目标煤层达到适宜的渗透率ꎬ而且气化过程难以控制ꎬ未达到预期效果ꎮ反向燃烧方式通常形成多条不规则通道ꎬ易造成目标煤层后期气化不完全ꎬ煤炭资源浪费较为严重ꎮ后期采用定向钻井顺利连通注入和生产直井ꎬ进行了采用不同垂直井实现移动注气的试验以及煤层二次点火试验ꎬ为ＣＲＩＰ工艺创新奠定了基础ꎮ同时首次注入氧气 水蒸气作为气化剂生产合成气ꎬ合成气热值最大达９.７８ＭＪ/ｍ３ꎮ１９９７年ꎬ澳大利亚林克能源公司开展钦奇拉煤炭地下气化项目ꎬ前期分别在１㊁２号气化炉采用联通直井气化工艺ꎬ反向燃烧连通进出气井ꎬ采用空气作气化剂ꎬ１９９９年１２月首次产出空气煤气ꎬ并持续生产了２年ꎮ２.２㊀可控后退注入点(ＣＲＩＰ)气化工艺可控后退注入点(ＣＲＩＰ)气化工艺基本单元由长距离煤层水平钻孔和垂直钻孔构成ꎬ注气井为煤层水平井ꎬ生产井为垂直井或水平井ꎬ注气井沿煤层底部钻进并与生产直井对接连通ꎮ注气井内下放注气管ꎬ气化过程采用注入点可控后退ꎬ即在水平钻孔内集成点火装置ꎬ当气化空腔扩大到无法维持化学反应条件ꎬ引起煤气质量下降时ꎬ一个气化周期完成ꎬ然后将注气点后撤ꎬ重新在新鲜煤层中点火形成新的气化过程ꎬ如图８所示ꎮ气化周期不断重复进行ꎬ沿煤层水平形成多个气化空穴ꎮ注入点沿注气井的一次受控后退就是一个ＣＲＩＰ操作ꎮＣＲＩＰ工艺的核心在于通过水平移动注气解决了垂直钻孔注气后期ꎬ由于氧气向通道壁面扩散速率下降以及煤气与通道内自由氧燃烧引起的煤气质量下降问题ꎮＣＲＩＰ工艺尝试运用的水平定向钻井技术比使用垂直井技术更有优势ꎬ该工艺通过增加煤层内水平段长度ꎬ提高气化单元的煤炭覆盖量ꎮ此外ꎬ相对于连通直井气化工艺ꎬ水平井可以将气化剂如氧气的注入控制在煤层底部ꎬ从而有效提高了煤炭资源利用率ꎮ图８㊀ＣＲＩＰ地下气化工艺示意Ｆｉｇ.８㊀ＣｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｏｆＣＲＩＰＵＣＧｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ该工艺的案例为美国洛基山１号地下气化试验ꎬ美国规模最大㊁最成功的ＵＣＧ试验ꎮ于１９８６年开始钻井和地面建设ꎬ１９８７年１１月经点火启动进入稳定运行ꎬ之后进行了注入氧气 水蒸气的气化试验ꎮ试验持续９３ｄ稳定气化ꎬ生产出高品质合成气ꎮ煤炭气化效率㊁煤气热值及连续稳定气化时间均优于连通直井气化工艺ꎮ先后进行了３次ＣＲＩＰ操作ꎬ形成４个气化空腔ꎮＣＲＩＰ工艺的设计将顶板岩层对气化效率的影响降低到最小ꎮ气化初期ꎬ注入点附近被周围煤层包围ꎮ随着气化的进行ꎬ燃空区开始向上和向前发展ꎬ顶板煤层和围岩暴露出来ꎮ暴露出来的顶板引起能量损耗ꎬ导致煤气质量下降ꎮ当煤气质量下降到一定值后ꎬ开始执行ＣＲＩＰ的后退操作并进入下一个注气点ꎮ在新的注气点ꎬ点火器烧熔注气套管ꎬ与暴露出来的新鲜煤层进行反应ꎬ随着注入氧气在煤层壁面与燃空区的分布量保持相对恒定ꎬ将产生一个相对持续的稳定运行过程ꎮ每一个气化周期ꎬ随着时间的推移ꎬ气化区空腔的体积增长率急剧下降ꎬ大约７０％的空腔体积在气化炉运行的前１０ｄ形成ꎮ假定空腔体积增长是由对流热量传递机理形成ꎬ随着通道截面逐渐变大ꎬ煤气流量降低ꎬ空腔增长变得相当缓慢ꎮ与连通直井气化工艺相比ꎬＣＲＩＰ工艺的显热损失显著减小ꎬ同时其他的热损失(包括气态产物的地层逸散)也明显降低ꎮＣＲＩＰ工艺同时能够解决推进式气化造成的通道及钻孔焦油堵５９。
《煤气化灰渣热处理资源化利用》札记
《煤气化灰渣热处理资源化利用》阅读随笔目录一、内容简述 (3)1. 煤气化技术的发展与应用 (3)2. 灰渣处理的现状与挑战 (5)3. 资源化利用的重要性与意义 (6)二、煤气化灰渣的基本特性 (7)1. 灰渣的成分分析 (9)2. 灰渣的物理性质 (10)3. 灰渣的化学性质 (11)三、煤气化灰渣热处理技术 (12)1. 热处理原理及方法 (13)a. 灰渣焚烧 (15)b. 灰渣热解 (16)c. 灰渣气化 (17)2. 热处理工艺流程 (18)a. 预处理工艺 (19)b. 热处理工艺 (21)c. 后处理工艺 (22)四、煤气化灰渣资源化利用途径 (23)1. 建筑材料 (24)a. 灰渣混凝土 (25)b. 灰渣砖 (27)2. 陶瓷与耐火材料 (28)3. 化肥工业原料 (29)4. 路面基础材料 (31)5. 膨胀蛭石与硅酸钙绝热材料 (32)五、煤气化灰渣热处理资源化利用的挑战与对策 (34)1. 技术难题与瓶颈 (35)2. 成本控制与经济效益 (37)3. 政策支持与标准规范 (38)六、案例分析 (39)1. 国内外煤气化灰渣热处理资源化利用的成功案例 (40)2. 案例分析与经验借鉴 (40)七、展望与建议 (42)1. 技术创新与研发方向 (43)2. 政策引导与产业升级 (44)3. 企业合作与市场化运作 (45)八、结语 (47)1. 煤气化灰渣热处理资源化利用的前景展望 (48)2. 对未来研究的展望 (49)一、内容简述《煤气化灰渣热处理资源化利用》主要围绕煤气化过程中产生的灰渣的处理与资源化利用进行阐述。
此书内容深入剖析了煤气化灰渣的性质、成分及其处理现状，详细探讨了如何通过热处理技术实现灰渣的资源化利用。
书中不仅介绍了相关理论知识，还结合实践案例，展示了灰渣资源化利用的实际操作与效果。
通过对此书的阅读，我深感其在能源利用与环境保护之间的平衡中发挥了重要作用。
煤化工技术发展现状及其新型技术研究
煤化工技术发展现状及其新型技术研究摘要：煤化工技术是将煤作为原料进行加工转化的技术领域，其在能源利用和化工产品生产方面具有重要意义。
本文通过综述煤化工技术的发展现状及其新型技术研究，分析了其对于减缓气候变化、提升能源安全和促进经济可持续发展的潜力。
同时，文章还讨论了煤化工技术面临的挑战与机遇，并指出了未来煤化工技术研究的方向。
关键词：煤化工技术；发展现状；新型技术；研究引言：煤炭资源是中国重要的能源物质，而煤炭的高碳含量也使得其成为主要的温室气体排放来源之一。
因此，煤化工技术的研究和发展对于实现低碳经济转型、减缓气候变化具有重要意义。
当前，国内外学者和工程技术人员在煤化工技术领域开展了大量的研究工作，取得了一系列重要进展。
然而，仍存在许多关键技术难题尚待解决，需要我们持续努力进行深入研究和探索。
1煤化工技术相关内容1.1煤化工技术及煤化工新技术介绍煤化工是利用煤作为原料进行化学转化和加工的技术领域。
煤化工技术能够将煤转化为燃料、化工产品和材料等，为能源资源的综合利用提供了重要途径。
煤化工新技术是指基于传统煤化工技术的改进和创新，以实现更高效、低污染和可持续发展为目标。
1.2煤化工新技术的研究方向煤化工新技术的研究方向主要包括以下几个方面：(1)煤的气化技术：研究如何更有效地将煤转化为气体燃料或化工原料，提高气化反应的产率和选择性，减少能耗和环境污染。
(2)煤直接液化技术：研究如何通过催化剂的作用，将煤直接转化为液体燃料或化工产品，提高液化反应的效率和产物质量。
(3)煤间接液化技术：研究如何利用煤制备合成气，再通过催化剂的作用将合成气转化为液体燃料或化工原料，提高液化反应的选择性和适应性。
煤炭衍生材料的开发利用技术：研究如何将煤转化为高附加值的材料产品，如纤维素材料、碳材料等，拓宽煤的利用领域和价值。
1.3发展煤化工新技术的必要性发展煤化工新技术具有重要的战略意义和必要性。
首先，我国是世界上煤炭资源最丰富的国家之一，煤炭资源储量大、分布广，具有巨大的经济潜力和战略价值。
大型煤气化技术的研究与发展
大型煤气化技术的研究与发展一、本文概述随着全球能源需求的不断增长和环境保护压力的日益加大，煤气化技术作为一种高效、清洁的能源转换方式，正逐渐受到广泛关注。
大型煤气化技术作为煤气化领域的重要分支，其在提高能源利用效率、降低污染物排放以及推动煤炭行业可持续发展等方面具有显著优势。
本文旨在对大型煤气化技术的研究与发展进行全面综述，探讨其技术原理、发展历程、应用领域以及未来发展趋势。
文章将简要介绍煤气化技术的基本原理及其发展历程，阐述大型煤气化技术相较于传统煤气化技术的优势。
文章将重点分析大型煤气化技术的关键技术，包括气化炉设计、气化剂选择、气化过程优化等方面，以及这些技术在提高煤气化效率和降低污染物排放方面的作用。
接着，文章将探讨大型煤气化技术在不同领域的应用情况，如化工、电力、城市燃气等，并分析其在实际应用中的优缺点。
文章将展望大型煤气化技术的未来发展趋势，包括技术创新、产业升级以及环境友好型煤气化技术的研发等方面，以期为推动大型煤气化技术的进一步发展和应用提供参考。
二、大型煤气化技术的分类和原理大型煤气化技术是一种重要的能源转换技术，能够将煤炭、生物质等固体燃料转化为气体燃料，如合成气、煤气等。
这种技术广泛应用于化工、电力、钢铁等领域，是实现煤炭清洁高效利用的关键手段。
大型煤气化技术主要可以分为固定床气化、流化床气化、气流床气化以及熔融床气化等几类。
固定床气化是最早开发的气化技术，其主要原理是将煤块或焦炭置于气化炉内，由上至下逐步气化。
此过程中，煤块与气化剂（如氧气、水蒸气、二氧化碳等）发生反应，生成煤气。
固定床气化技术的主要优点是设备简单、操作稳定，但气化效率相对较低，且对于煤质要求较高。
流化床气化技术则通过引入气化剂使床层中的固体燃料呈流态化，从而增加气化反应的接触面积，提高气化效率。
流化床气化炉内温度分布均匀，对煤质要求较低，且能适应较大的煤粒度范围。
然而，流化床气化技术存在设备磨损严重、灰渣含碳量高等问题。
煤制气技术的发展与应用研究
煤制气技术的发展与应用研究煤作为我国最重要的矿产资源之一，其在能源、化工、冶金、建材等领域的应用广泛。
其能源利用的关键是实现煤的清洁高效利用，而煤制气技术正是实现这一目标的重要手段之一。
本文将从煤制气技术的发展历程、技术原理、应用现状和未来发展方向等方面进行探讨。
一、煤制气技术的发展历程煤制气技术的起源可追溯至19世纪中叶，当时在欧洲国家和美国已经开始大规模地应用。
经过近百年的发展，煤制气技术经历了多次技术革新和重要进展。
1949年新中国成立后，煤制气技术成为我国发展煤化工产业的重要支撑。
从20世纪50年代到70年代，我国采用气化炉、还原炉等多种设备生产煤气，其中，节能型气化炉曾在引进和消化吸收基础型气化炉的基础上，使煤制气技术实现了跨越式发展。
80年代以来，我国煤制气技术进入了新阶段。
随着气化技术的不断完善和改进，煤制气工艺现代化程度不断提高，新煤气化工艺如流化床气化技术、1 000 t/d以上煤气化工示范工程等相继建设并成功运行。
二、煤制气技术的原理和分类煤制气技术是指将煤炭通过气化反应转化为可燃性气体的一种技术。
其主要分为固定床气化、流化床气化和床层氧化等多种工艺，其中固定床气化流程如下：首先将煤炭破碎、粉碎，经过煤粉干式输送后进入气化炉内，经过一系列化学反应，产生一氧化碳、氢等可燃气体，并在气化过程中释放出的热量维持反应。
反应结束后，气体通过各种设备进行净化、加压、输送等处理以及后续的利用，如合成氨、合成甲醇和合成柴油等。
三、煤制气技术的应用现状目前，我国的煤制气技术有较广泛的应用。
在能源方面，煤制气技术已广泛应用于城市燃气、发电、工业锅炉等领域。
根据统计，我国煤制气产业已从2011年的3,000亿立方米增长到2019年的4,800亿立方米，其市场规模已达到数千亿元。
在化工领域，煤制气技术被广泛应用于合成氨、甲醇、合成油等领域。
同时，随着环保意识的不断提升，我国还将进一步加快煤制气技术的绿色化、高效化和智能化进程。
煤化工技术应用及研究进展 孙铁梁
煤化工技术应用及研究进展孙铁梁摘要：煤作为能源型国家战略性资源，煤化工技术的发展关系到国民生计、国家经济建设。
大力开发煤化工是民之所向，大势所趋。
近几年，在国家战略方针的推行下我国现代煤化工技术已基本形成雏形并部分已投入运行，具有一定的工业化规模。
今后我们应顺应趋势，加快煤化工大型化、精细化发展的步伐。
鉴于此，本文对煤化工技术的应用及研究进展进行了分析探讨，仅供参考。
关键词：煤化工技术；应用；进展一、煤化工技术的发展现状分析依照不同种类煤化工的技术特点，可以将煤化工分为新型煤化工与传统煤化工两种。
传统型煤化学通常应用于钢铁冶炼与农业生产等领域。
传统型煤化工与新型煤化工的区别主要体现在生产过程中与销售对象条件上的差异，新型煤化工生产过程中可以同时得到甲醇、烯烃、油以及天然气等副产品。
在产品市场需求规模较大的情况下，使用市场供应比较丰富的褐煤为原料，可以起到提升经济效益的作用，使能源资源的供给有更加稳定的保障。
在我国社会经济高速发展的大背景下，新型煤化技术已经成为一项国家级战略储备技术，同时也是国家重点支持的能源产业。
当前我国新型煤化技术依照生产产品种类的不同可以分为煤液化技术、煤气化技术与炼焦技术三种。
炼焦技术指的是用于特定煤种的煤化技术，芳香族是相关产品主要的机质结构，周围连接官能团大分子与侧链，在高温干馏处理工艺下，大分子在热力作用下被分解，支链产生裂解。
分子在裂解的过程中由液态转变为气态，未裂解与高熔点的大分子则依然维持固态状态，在气状物质与固态物质相渗透的过程中形成胶体。
随着温度的不断升高，液态与气态逐渐消失，固体颗粒由于经历短时间的收缩与膨胀后，所产生的焦炭其内部会含有裂纹与气孔。
在高温环境下，炼焦煤产生结焦反应与热分解反应，进而得到煤气、煤焦油与焦炭等化工产品。
二、常见的煤化工技术1、煤气化技术一般在高温的作用下，煤炭和化学药剂两者之间容易产生反应，我们可以将固体煤炭转化为气体的形式。
国内粉煤气化工艺现状及研究进展
国内粉煤气化工艺现状及研究进展摘要简要总结了国内粉煤气化工艺的现状，重点介绍了国内流化床气化、气流床气化和复合粉煤气化中最具有代表性的工艺流程、优点、存在的问题和国内应用情况，最后展望了我国粉煤气化工艺的意义及发展趋势。
关键词粉煤气化流化床气流床复合我国是以煤炭为主要能源的国家，在众多的煤炭利用方式中，煤气化是最为清洁、高效的工艺，对保障国家能源安全、经济和社会可持续发展具有重大意义。
国内开采的动力煤中平均灰含量约23%，灰熔点在1400℃以上的煤炭约占50%以上。
在一些主要产煤矿区，总储量的20%~40%组煤均为高硫煤。
针对我国煤炭资源自身的特点决定了国内单一气化工艺无法满足我国煤气化市场的需求。
目前煤气化工艺根据原料形态的不同可分为块煤气化、粉煤气化和水煤浆气化等工艺。
块煤气化工艺存在煤种要求高、气化效率低、环境友好性差等缺点；水煤浆气化工艺虽然技术成熟，但对煤种要求比较高，而且该工艺多采用耐火砖使用寿命较短；而粉煤气化工艺具有更广的煤种适应性（可以气化褐煤）、耗能低、碳转化率高、水冷壁寿命长等技术优势，有更好的适用性和竞争力。
我国煤气化技术研发始于20世纪50年代末，虽然国内煤炭资源位于能源的主要地位，但在相当长的一段时间内没有将煤气化工艺的开发放在特别重要的位置。
国内在80年代初引进国外煤气化工艺，并为此支付了高额的工艺设备专利费，同时，随着石油的重质化、劣质化，国内对煤气化工艺的重视程度和需求与日俱增，国家给与煤气化工艺的支持力度也越来越大，国产化大型煤气化工艺和设备打破了国外在先进煤气化工艺的垄断，对国内煤气化、氮肥行业技术革新有重要的现实意义。
1 流化床粉煤气化工艺流化床粉煤气化工艺利用小粒度煤为原料，气化剂同时作为流化剂。
在气化过程中，气固相的接触面大，气化强度高、单炉处理能力大；炉内同时进行干馏及大分子有机物的裂解，使其洗涤水中没有焦油、酚等有机物质；运行比较可靠，负荷变化率较大[1]。
煤气化技术综述
煤气化技术综述1 恩德粉煤气化技术1．1 技术开发恩德粉煤气化技术是在常压温克勒气化技术基础上，经过多次技术改造而逐步发展起来的。
20世纪50年代，朝鲜咸竞北道恩德郡“七·七”化工厂，从前苏联引进两台温克勒气化炉。
60年代末，便对其存在的问题进行了一系列的改造：(1)取消了炉算，改为布风喷嘴向炉内送风，使煤粉得以充分流化，并解决了炉底结渣的问题；(2)在发生炉出口增设了旋风除尘返料装置，减少了气体带出物，提高了碳转化率；(3)将废热锅炉改设在旋风除尘器后面，减轻尘粒对锅炉炉管的磨损，大大延长了废热锅炉的使用寿命和检修期。
经过一系列的革新改造后，运转率可达90％以上，单炉生产能力也逐渐扩大，形成了独具特性的恩德粉煤气化技术。
1．2 技术特点(1)对煤种适应性较宽，可适用于褐煤、长焰煤、不粘或弱粘煤。
对煤的活性和灰熔点有一定要求，对灰分、粒度等要求不高，同固定层炉相比，原料煤种已明显拓宽。
(2)碳转化率高。
炉出口的旋风分离器，可将煤气夹带和含碳颗粒分离出来，并返回气化炉再次气化，从而提高了碳的转化率，可达92％。
(3)气化强度大。
单炉产气量可达4×l04m3／h。
(4)自产蒸汽量大，每10 m3煤气可产5．5t蒸汽(P=0．6MPa)，80％自用，20％外送。
(5)极少产生焦油，煤气中焦油油渣等含量很低，净化系统简单，污染少。
1．3 技术指标(1)操作温度：要低于灰熔点80～120℃，一般为～950℃。
(2)操作压力：炉内压力～14kPa。
(3)气化剂，采用不同气化剂可产生不同组成的煤气。
表1—1 典型煤气组成(4)主要工艺参数①以褐煤为原料，4×10 m3／(h·台)气化炉，生产水煤气，其主要工艺数据见表1—2。
表1—2 主要工艺数据②以河南义马长焰煤为原料，生产的煤气，其主要工艺数据见表1—3。
表1—3 主要工艺数据1．4 技术经济(1)投资：以生产能力4 X 104m3／h炉型为例①气化部分约2 400万元②制氧部分(包括两套4 000m3／h变压吸附装置)约3 600万元，合计：6 000万元(2)煤气成本：以河南义马煤生产半水煤气，按现行价格估算约0．12～0．13元／m3。
煤炭资源的煤炭清洁利用技术
煤炭资源的煤炭清洁利用技术煤炭一直以来都是世界上主要的能源之一。
然而，煤炭的燃烧会产生大量的污染物和温室气体，对环境和人类健康带来了严重的影响。
为了减少煤炭燃烧对环境的负面影响，煤炭清洁利用技术应运而生。
本文将探讨煤炭资源的煤炭清洁利用技术以及其对环境和能源行业的重要意义。
一、煤炭清洁利用技术的概述随着环保意识的增强和能源结构调整的推进，煤炭清洁利用技术逐渐成为了能源领域的研究热点。
煤炭清洁利用技术主要包括煤气化、煤炭液化和煤炭气化等。
这些技术可以有效地降低煤炭的污染物排放，提高能源利用效率。
二、煤气化技术的应用与发展煤气化技术是通过将煤炭加热转化为可燃气体来实现煤炭清洁利用的一种技术。
在煤气化过程中，煤炭中的有机物质会被分解成气体，同时还能产生高温高压下的热力学反应。
煤气化技术的应用已经在煤炭化工、城市燃气供应和发电等领域得到了广泛推广。
三、煤炭液化技术的优势与挑战煤炭液化是指将煤炭转化为液体燃料的过程。
与传统的煤炭利用方式相比，煤炭液化技术具有很多优势。
首先，利用煤炭液化技术可以将煤炭的能量得到充分利用，提高能源利用效率。
其次，煤炭液化技术可以降低煤炭燃烧产生的污染物排放。
然而，煤炭液化技术也面临着一些挑战，如技术成本高、能耗大等问题，这些都需要通过持续的研究和改进来解决。
四、煤炭气化技术的发展前景煤炭气化技术是将固态煤炭转化为气态燃料的一种技术。
通过煤炭气化技术，可以将煤炭中的有机物质转化为合成气，进而生产合成燃料、化工原料等。
煤炭气化技术的发展前景非常广阔，可以有效地利用煤炭资源，减少燃煤排放对环境的影响。
五、煤炭清洁利用技术的重要意义煤炭清洁利用技术对环境和能源行业具有重要的意义。
首先，煤炭清洁利用技术可以有效地降低煤炭燃烧产生的污染物和温室气体排放，减少对大气、水体和土壤的污染。
其次，煤炭清洁利用技术可以提高煤炭资源的利用效率，促进能源结构的调整与优化。
最后，煤炭清洁利用技术的研发和推广可以推动我国能源技术和煤炭产业的转型升级，提高国家能源的安全性和可持续性。
现代煤气化技术发展趋势及应用综述
2016年第35卷第3期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·653·化工进展现代煤气化技术发展趋势及应用综述汪寿建（中国化学工程集团公司，北京 100007）摘要：现代煤气化技术是现代煤化工装置中的重要一环，涉及整个煤化工装置的正常运行。
本文分别介绍了中国市场各种现代煤气化工艺应用现状，叙述汇总了其工艺特点、应用参数、市场数据等。
包括第一类气流床加压气化工艺，又可分为干法煤粉加压气化工艺和湿法水煤浆加压气化工艺。
干法气化代表性工艺包括Shell炉干煤粉气化、GSP炉干煤粉气化、HT-LZ航天炉干煤粉气化、五环炉（宁煤炉）干煤粉气化、二段加压气流床粉煤气化、科林炉（CCG）干煤粉气化、东方炉干煤粉气化。
湿法气化代表性工艺包括 GE水煤浆加压气化、四喷嘴水煤浆加压气化、多元料浆加压气化、熔渣-非熔渣分级加压气化（改进型为清华炉）、E-gas(Destec)水煤浆气化。
第二类流化床粉煤加压气化工艺，主要有代表性工艺包括U-gas灰熔聚流化床粉煤气化、SES褐煤流化床气化、灰熔聚常压气化（CAGG）。
第三类固定床碎煤加压气化，主要有代表性工艺包括鲁奇褐煤加压气化、碎煤移动床加压气化和BGL碎煤加压气化等。
文章指出应认识到煤气化技术的重要性，把引进国外先进煤气化技术理念与具有自主知识产权的现代煤化工气化技术有机结合起来。
关键词：煤气化；市场应用；气化特点；参数数据分析中图分类号：TQ 536.1 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）03–0653–12DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.03.001Development and applicatin of modern coal gasification technologyWANG Shoujian（China National Chemical Engineering Group Corporation，Beijing100007，China）Abstract：Modern coal gasification technology is an important part of modern coal chemical industrial plants，involving stable operation of the entire coal plant. This paper introduces application of modern coal gasification technologies in China，summarizes characteristics of gasification processes，application parameters，market data，etc. The first class gasification technology is entrained-bed gasification process，which can be divided into dry pulverized coal pressurized gasification and wet coal-water slurry pressurized gasification. The typical dry pulverized coal pressurized gasification technologies include Shell Gasifier，GSP Gasifier，HT-LZ Gasifier，WHG (Ning Mei) Gasifier，Two-stage Gasifier，CHOREN CCG Gasifier，SE Gasifier. The typical wet coal-water slurry pressurized gasification technologies include GE (Texaco) Gasifier，coal-water slurry gasifier with opposed multi-burners，Multi-component Slurry Gasifier，Non-slag/slag Gasifier (modified as Tsinghua Gasifier)，E-gas (Destec) Gasifier. The second class gasification technology is fluidized-bed coal gasification process. The typical fluidized-bed coal gasification technologies include U-gas Gasifier，SES Lignite Gasifier，CAGG Gasifier. The third class gasification technology is fixed-bed coal gasification process. The typical fixed-bed coal gasification technologies include Lurgi Lignite收稿日期：2015-09-14；修改稿日期：2015-12-17。
煤粉干法气化技术应用进展
煤粉干法气化技术应用进展煤粉干法气化技术是一种利用高温和高压条件下将煤粉转化为合成气的先进技术。
随着能源需求的增加和环境污染的日益严重，煤粉干法气化技术应用进展成为了重要的研究方向。
本文将从技术原理、应用领域和发展趋势等方面对煤粉干法气化技术的进展进行介绍。
一、技术原理煤粉干法气化技术是将煤粉在高温和高压条件下通过气化剂（如空气、氧、水蒸气等）转化为合成气的过程。
在气化过程中，煤粉中的碳和氢等元素与气化剂发生化学反应，生成CO、H2等可燃气体，同时产生一定量的CO2、CH4和夹杂物等。
煤粉干法气化技术与传统的煤气化技术相比，具有气化温度高、气化速度快、气化效率高、气化产物质量好等优点。
煤粉气化过程不需要加入额外的水蒸气，因此不需要对气化炉内部进行水冷，减少了气化过程中含尘气体的处理难度。
二、应用领域煤粉干法气化技术在能源、化工、冶金等领域具有广泛的应用前景。
在能源方面，煤粉干法气化技术可以用于生产合成天然气、合成液体燃料等替代石油和天然气的燃料；在化工领域，可以生产合成氨、甲醇、合成醇等化工产品；在冶金工业领域，可以用于生产炼铁、炼钢等冶金原料。
与此煤粉干法气化技术也可以用于燃料电池和生物质能源的生产，以及城市垃圾处理和污水处理等环境保护领域。
煤粉干法气化技术的应用领域非常广泛，可以为国民经济的各个领域提供清洁能源和可持续发展的动力。
三、发展趋势随着能源需求的增加和环境污染的日益严重，煤粉干法气化技术的发展趋势将主要集中在技术改进、成本降低和环境保护等方面。
在技术方面，煤粉干法气化技术需要不断进行装备和工艺的改进，以提高气化效率、降低能耗、减少气化产物中的污染物排放等。
可以研究开发高效节能的气化炉和气化剂循环系统，提高煤粉气化的效率和稳定性。
在成本方面，煤粉干法气化技术需要不断降低投资成本和运营成本，提高经济效益。
可以结合当地的资源和市场需求，选择合适的气化原料和产品，优化气化工艺流程，降低生产成本。
煤制甲醇工艺流程简述
煤制甲醇工艺流程简述【煤制甲醇工艺流程简述】1. 引言煤制甲醇工艺是一种将煤转化为甲醇的技术，它不仅可以解决能源问题，还能减少对化石能源的依赖，有效降低温室气体排放。
在本文中，将对煤制甲醇的工艺流程进行简要介绍，并探讨其深远的意义和应用前景。
2. 工艺流程煤制甲醇的工艺流程可分为三个主要步骤：煤气化、合成气制甲醇和甲醇精制。
2.1 煤气化煤气化是将煤转化为合成气的关键步骤。
先将煤粉状煤料与空气或氧气进行气化反应，产生一氧化碳和氢气等合成气组分。
反应发生在高温高压下，通常使用固定床、流化床或喷射床等气化炉进行。
该步骤的关键是控制煤料的粒径、气化温度和反应压力，以提高合成气的产率和质量。
2.2 合成气制甲醇合成气制甲醇是利用合成气来合成甲醇的过程。
合成气主要由一氧化碳和氢气组成，通过催化剂和适当的反应条件下进行甲醇合成反应。
该反应通常在低温低压的条件下进行，采用缓冲床或流化床反应器，并通过一系列的催化剂进行催化。
此步骤的关键是选择合适的催化剂、控制反应温度和压力，并处理合成气中的杂质，以提高甲醇的纯度和产率。
2.3 甲醇精制甲醇精制是将合成气制得的甲醇进行精制和提纯的过程。
甲醇粗品中通常含有水、氢气、一氧化碳和各类杂质，需要经过一系列的脱水、吸附、分馏等操作，以获得高纯度的甲醇产品。
此步骤的关键是选择适当的精制工艺和精制设备，使甲醇满足工业使用和乙醇汽油等燃料行业的需求。
3. 深远意义和应用前景煤制甲醇工艺具有重要的经济、环境和能源意义。
3.1 经济意义煤制甲醇可以有效利用煤炭资源，降低对原油、天然气等化石能源的依赖程度，提高我国能源安全。
甲醇在化工、医药、农药等领域有着广泛的应用，煤制甲醇工艺的发展将带动产业转型升级，促进经济可持续发展。
3.2 环境意义煤炭的燃烧会释放大量的二氧化硫、氮氧化物和颗粒物，对环境和人类健康造成极大危害。
而甲醇的燃烧过程中，排放的有害气体和颗粒物较少，对大气环境污染较小。
煤制气技术现状及工艺探究
煤制气技术现状及工艺探究摘要：目前熔融还原技术普遍存在高温煤气物理热浪费以及输出煤气质量不高的问题，同时现行煤制气工艺又面临技术单一和水资源消费高等现状。
近年来，熔融还原炼铁结合煤制气的一体化工艺因恰好弥补两单一工艺的缺点而受到越来越多的关注。
基于此，本文针对煤制气技术现状及工艺进行了分析。
关键词：煤制气；技术现状；工艺研究引言大力推进清洁煤的使用是国家对节能减排、低碳发展重视的必然结果，而且我国又是一个“富煤、贫油、少气”的国家，拥有丰富的煤炭资源，因此充分利用煤炭资源，是我国的一项长远的基本国策。
除此之外，在非高炉炼铁领域，气基竖炉技术工艺成熟，操作简单，是非髙炉炼铁最重要的发展方向，气基竖炉的发展同样面临天然气资源短缺和煤制气技术设备投资以及运行成本等问题。
因此发展煤制气技术刻不容缓，并且要以低消耗、低污染和高效能为发展方向。
采用煤制气不仅能够使煤炭能源利用率得到很大地提升还能缓解环境污染问题，适应目前国内天然气匮乏而煤资源丰富的发展现状。
1.煤制气技术现状随着经济发展越来越迅速，我国对于以煤炭为主的能源消耗也逐渐提升，使得空气污染日益严重。
为了改善大气质量变差的现状，国家开始积极推动煤炭清洁化，其中，煤制气技术就是我国煤炭利用的主要发展方向和发展途经之一，发展煤制气可以缓解我国天然气供需矛盾，为一些需要煤气需求量大的工艺提供便利。
目前，煤制气技术已相对成熟，并且其使用途径也越来越受到政府的重视。
根据相关研究表明，我国煤炭资源不仅能够满足煤制气技术发展对原料的需求，而且具备良好的经济优势，并且发展煤制气的积极性也越来越高，这使得煤制气具有一定的发展空间。
但是现行的煤制气技术还是存在一些问题。
（1）目前现有的煤制气技术各有优劣势，主要问题是气化工艺中能耗高，不符示范项目指标要求，并且在实际应用过程中仍然面临着处理困难、污染环境、二氧化碳排放等问题。
尤其对于单一煤制气技术来说，生产过程中难以解决上述存在的问题。
煤炭清洁利用技术研究报告
煤炭清洁利用技术研究报告煤炭是全球最主要的化石能源之一，其在能源生产和工业生产中扮演着不可或缺的角色。
然而，煤炭的大规模利用也带来了环境和健康问题，如空气污染和温室气体排放。
因此，煤炭的清洁利用技术备受关注和研究。
本报告将综合分析煤炭清洁利用技术的现状、挑战和发展方向。
一、煤炭清洁利用技术概述煤炭清洁利用技术旨在减少煤炭在燃烧过程中产生的污染物排放，并提高煤炭的利用效率。
目前，常见的煤炭清洁利用技术包括煤气化、燃烧控制、煤的洗选和脱硫脱硝等。
1. 煤气化技术煤气化是将煤炭转化为可燃气体的过程，其可以产生高效率的燃料气和合成气。
通过煤气化技术，煤炭中的有机物质可以被完全利用，降低燃烧过程中的污染物排放。
2. 燃烧控制技术燃烧控制技术主要包括煤粉燃烧、流化床燃烧和焚烧技术等。
这些技术通过优化燃料和空气的混合方式，减少煤炭燃烧过程中的氮氧化物和烟尘等污染物的排放。
3. 煤的洗选技术煤的洗选技术旨在去除煤炭中的硫和灰分等杂质，提高煤炭的热值。
通过降低煤炭中的硫含量，洗选技术可以减少脱硫工艺对煤炭进行处理的成本和能耗。
4. 脱硫脱硝技术脱硫脱硝技术用于去除煤炭燃烧过程中产生的二氧化硫和氮氧化物等污染物。
常见的脱硫脱硝技术包括湿法烟气脱硫脱硝、半干法脱硫脱硝和干法脱硫脱硝等。
二、煤炭清洁利用技术的挑战虽然煤炭清洁利用技术已经取得了一定的进展，但仍然面临一些挑战。
1. 技术成本煤炭清洁利用技术的成本较高，包括设备购置和运行维护等方面。
这使得清洁利用技术在应用中面临经济上的挑战，特别是对于一些小型企业来说。
2. 污染物排放控制煤炭清洁利用技术虽然可以减少煤炭燃烧过程中的污染物排放，但仍然存在一定的排放问题。
特别是在燃烧控制和煤的洗选等过程中，还需要进一步改进技术，以减少排放。
3. 煤种适应性煤炭清洁利用技术的适用范围较窄，对于不同种类的煤炭需要进行适应性调整。
这使得技术在实际应用中存在一定的局限性。
三、煤炭清洁利用技术的发展方向为了进一步推广和应用煤炭清洁利用技术，未来需要从以下几个方面进行改进和发展。
煤气化技术的现状及发展趋势研究
煤气化技术的现状及发展趋势研究摘要：随着社会的快速发展，在对煤炭多样性需求不断增加下，煤炭相关的气化、液化工艺得到了升级和完善，不过在有效提高煤炭资源的利用效果时，存在着一些环保问题。
基于当前可持续绿色发展的需要，需要对煤气化工艺中的能量利用、污水处等问题问题进行解决，如何应用好节能减排技术，也成为当前煤化工企业发展中需要考虑的问题。
关键词：煤气化技术；现状；发展趋势引言在当前可持续发展背景下，社会各界愈发关注环境保护与能源利用等方面工作，对煤化工行业的生产而言，早在2012年便发布了有关煤气化节能技术推广的相关政策，为煤气化等煤化工企业的生产提供了环境保护与节能减排的方向。
虽然在新的技术支持下，粉煤加压气化、新煤浆气化等技术得到了应用，不过行业整体的生产在原料消耗与排污量上仍较高，在环境污染和能源节约利用方面存在明显不足，因此有必要对煤气化工艺中的节能减排技术进行研究。
1煤气化工艺的减排节能现状在当前煤气化生产过程中，存在着火炬系统介质、冷却器积炭和循环洗涤水处理等方面节能减排问题，对于火炬系统介质伴燃而言，在介质投入和选择上存在一定的节能不足，需要做好介质选择，对于冷却器积碳而言，具体在合成气冷却器积灰影响下，会限制气化装置长期高负荷运转，容易出现较多故障限制生产数量，无法通过高效率的生产降低能耗，其诱导因素主要有原料煤特性、激冷气量、振打器和十字架反吹设计有关，需做好设备改进工作。
除此之外，循环洗涤水的处理也较为重要，在气化工艺的节能减排工作中占有重要地位，下面进行具体分析：在湿洗和排渣工艺中，水质存在偏碱性问题，在对应的水质中和中会朝水中加入一定量的盐酸，不过该过程容易在操作不当下使盐酸对管道造成腐蚀，存在安全隐患。
同时在中和循环水pH值时，也存在大气污染和成本浪费问题，要做好改进工作；在进行水处理过程中，还存在含量高的固相问题，其原因来自于排渣过程中的渣水，一旦控制不得当容易使固相高达10%，不利于开展水的处理工作。
化工节能技术现状及发展趋势
化工节能技术现状及发展趋势摘要 :煤化工是煤化工的产物。
到目前为止，煤化工技术和煤化工的相关概念已经被定义。
煤化工是高科技产业，需要不断进行技术研究。
只有研究好这些技术，才能保证煤化工的可持续发展。
从我国煤化工的技术发展来看，煤化工的发展还存在许多问题和缺陷，需要进一步研究并提出相应的解决方案。
本文就此问题进行了深入的探讨，对煤化工技术的发展现状和未来发展方向进行了深入的探讨和分析。
关键词：煤化工技术；现状；发展趋势1煤化工技术的分类1.1煤液化技术煤液化的主要原料是煤。
在实际应用中，石化产品和石油产品的生产过程主要包括直接液化和间接液化。
其中以汽油为代表，市场前景广阔。
在这个行业的发展中，不断进行技术创新和优化是其发展的主要方向。
近年来，我国一些煤制油商业化和示范项目成效显著，取得了良好的运行效果，从而推动了煤炭液化技术的快速发展，并转化为相应的替代能源，实现了节能、环保、低碳的目标。
1.2煤气化技术煤气化技术是非常典型的新兴技术，也是非常重要的技术。
在实际生产中，将煤气化转化为气体，再用相应的工艺来替代天然气。
中国煤制气示范工程取得重大进展。
作为中国第一个煤制气示范项目，大唐克旗运行良好。
天然气通过管道输送到其他城市，并与北京的天然气管道整合。
该示范项目所用原料均为劣质煤，优势明显，为世界首创，为我国褐煤的大规模开发利用开辟了一条全新的道路。
此外，在项目有效立项的过程中，相关人员和技术不断完善和创新，解决了相应的技术问题。
在项目实施过程中，我们注重技术创新和沼气开发，取得了显著成效，并被列入国家重点研究计划。
2煤化工相关技术现状2.1技术安全性无法保证虽然煤化工产业在国民经济中占有重要地位，但从技术上来说，煤化工产业还存在一些问题，对整个国民经济的发展构成很大威胁。
从上述问题的角度出发，详细阐述了当前煤化工的技术状况，以期引起有关方面的重视。
首先，煤化工是高污染行业，也是重要的工业部门，其生产是非常危险的行业。
煤气化多联产系统研究现状与进展
７ ２ 。 ｉａ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｈ ｔ ｄ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｎ ｒ ｇ ｅ ｓ ｏ ｏ ｌｇ ｓｆ ａｉ ｎ ｐ ｌｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｓ ｓｅ ｎ ｔ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｅｓ ｍｍ ａ ｉ ｅ ｎ ｔ ｅｐ ｐ ｒ Ａ ｎ ａ ｅ ｓ ｒ ｃ ：Ｔ ｅｓｕ ｙ ｄ ｖ ｌ ｐ ｎ ｄ ｐ ｏ ｒ ｓ ｆｃ ａ ａ ｉ ｃ ｔ ｏ ｙ ｅ ｅ ａ ｉ ｙ ｔｍ ａ ｄ ｉ ｅ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｗ ｒ ｕ ａ ｉ ｏ ｏ ｓ ｒ ｄ ｉ ｈ ａ ｅ ｚ ｄ ｉ ｃ ￣ｉ ｄ ｔ
１ 国 内外 煤 气 化 多联 产 系统 研 究发 展 现 状
１１ 国外 煤气 化 多联产 系统研 究现 状 ．
自２ ０世纪 ８ ０年代起 ， 国、欧盟 和 Ｅ本等国政府分别制 美 ｌ 定 和 实 施 了 Ｉ Ｃ和 煤 炭 联 产 研 发 和 示 范 的 国家 计 划 。 ＧＣ １８ ￣２ ０ ９ ５ ０ ０年 ，美国先后部署 了 ５轮 “ 洁净煤发展计划 ” （ Ｃ ） Ｊ 助 建 成 了 ４座 Ｉ ＣＣ示 范 电站 ，总 投 资 约 ２ ． Ｃ Ｔ ，资 Ｇ １ ７亿 美元 ，占该计划总投资 的 ３ ％。１９ １ ９ ８年 ，为了低成本地消除 电力 和 交 通 运 输 部 门利 用化 石 能 源 而 带 来 的 环 境 问题 ， 林 顿 克 政 府 制 定 了愿 景 （ Ｖｉｏ ）ｇ 工 厂 发展 规 划 Ｊ 励 煤 炭 联 ２ ｓ ｎ￣ 源 １ ｉ ，鼓 产 系 统 关 键 技 术 的研 发 ， 调 多种 先进 技 术 的 集 成 ， 力 推 进 强 大 煤 炭 等 多种 燃 料 的高 效 洁 净 综 合 利 用技 术 ， 期 最 终 实 现 近 零 以 排放 的多产 品联合 生产系统 。一些 国际上著名公司 ，如 Ｂ Ｐ公
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《东北电力技术》1996年第12期煤气化技术的研究与进展东北电力学院(132012) 张化巧 姜秀民 张靖波 孙键摘 要 文中回顾了煤气化技术的产生及发展过程,阐述了它的应用前景,详细介绍了煤气化技术的发展现状及存在的问题,同时也包括我国学者在这方面的贡献,指出了目前尚待解决的问题和发展方向,最后说明了我国开发这方面研究工作的重要意议。
关键词 煤气化 煤气化技术 流化床1 煤气化技术的产生及应用1.1 煤气化技术的产生煤气化是用气化剂将煤及其干馏产物中的有机物最大限度地转变为煤气的过程。
早在18世纪末期,人们就由煤中获得了煤气,19世纪初形成煤气生产的产业部门。
煤的制气技术从19世纪中叶得到发展,20世纪20年代,出现了煤的多种气化工艺。
1922年,常压流化床粉煤气化的温克勒炉获德国专利,1926年投产。
后来德国又作了增加二次风等方面的改进,提高反应温度和反应空间,并称之为高温温克勒炉。
1955年,第一台加压固定床鲁奇气化炉在德国投产。
1940年,奥地利建成了第一台焦化与气化相结合的两段炉。
1939～1944年期间,第一台常压气化气流床研制成功。
40年代后期,美国开发出气流床气化的德士古气化炉。
20世纪中期,由于丰富的天然气资源通过公用的管线输送广泛地分配到各处,这样由煤所生产的煤气量逐渐减少,一些已建成的煤气化炉也纷纷停产,煤气化技术的发展受到抑制。
20世纪70年代中期,由于注意到石油和天然气储量的日益减少,人们又对煤的气化产生了强烈的兴趣。
70年代初,美国又开发出U-G AS气化炉。
此外,比较成功的煤气化方法还有西屋法、D ow 法,Shell法等。
我国自80年代起开始这一领域的研究工作,发表了许多文献。
中科院煤化所于80年代初开始的灰熔聚法流化床气化的研究,目前已进入半工业化试验阶段。
1.2 气化产物的用途煤气化是将煤中可燃物完全转化为气体产物,这些气体产物的潜在用途是:a. 生产天然气的代用品;b. 用作以后生产乙醇、汽油、塑料等的合成气;c. 用作发电的气体燃料;d. 用作生产工业蒸汽和工业用热的气体燃料。
2 煤气化技术研究现状及存在的问题 煤气化技术已广泛用于制取各种气体燃料,满足工业生产的要求。
煤气化方法有多种,相应的气化炉也有多种。
根据原料在气化炉内的状态可分成固定床、流化床及气流床三种形式。
为了验证气化器的整体特性,解释测量结果,确认重要的试验变量,识别控制速率的过程,确定需进一步研究的问题,帮助按比例放大工作,加强反应器的模化等原因,在物理、化学定律和实验观察的基础上建立了煤反应综合模型。
综合模型的各个分部模型进展情况及存在的问题包括:2.1 湍流流体力学通用化的多维煤反应模型需要有一个对带回流的气相湍流场的描述,流体力学模型全都是基于S palding及其合作者的气相系统计算方法。
为使方程组封闭,采用了Boussinesq梯度假设,靠Prandtl-K olm og orov关系式建立了旋涡粘度与湍流动能(K)及其衰减速率(ε)的联系,然后从模型化的输运方程解出这两个变量。
G osman等、Smith 和Sm oot、S palding及Mellor和Herring验证了这一方法并指出了其使用上的限制。
这一方法还不能精确地模拟发生在钝体后的回流,用于载有颗粒物料的气体运动也是有问题的。
但这种方法仍然是目前在煤反应模型中用得最多的一种。
2.2 气相湍流燃烧描述煤反应过程的多维模型采用了多种处理气相湍流燃烧的方法。
这些方法从局部气相平衡变化到有选择的关键反应的总体动力学计算以及对其它反应的部分平衡计算。
为更好地模拟气相湍流燃烧过程,近来的研究过程中引入了局部平衡的计算,并认为局部区域内燃料-氧化剂混合比例按统计规律变化。
但是由于对煤反应过程中产生的气相产物、湍流的影响以及暂态速率等的了解还不确切,这种模型还没有充分与动力学计算联系起来。
2.3 颗粒弥散大尺寸的反应器中有许多大的回流区,进口旋流对颗粒运动也有很大的影响。
气体分子总是趋于局部平衡的,然而,由于每一颗粒自身运动过程不同,引起当地颗粒的特性也不一样。
因此,掌握颗粒运动的影响成为一个重要的问题。
湍流对颗粒运动也有重要影响。
对均相混合物中湍流的处理仍缺乏严格的理论推导,而主要依赖于经验。
在模型中增加的湍流扩散相,带来了由于流体与颗粒相之间相互作用所引起的新的未解决的问题。
由于缺乏对这一物理现象细节的了解,还不能写出控制方程的通用表达式。
在模型中,当颗粒与气体扩散速率不同时,采用两种不同处理方法。
第一种方法对颗粒相的处理类似于对气相的处理。
对各个不同尺寸的颗粒进行分组,然后引入其运动过程的影响。
对一定的煤颗粒尺寸组给出其特性(如尺寸、温度等)。
对每一颗粒组可写出具有源项和汇项的欧拉方程,颗粒可以从一组转入到另一组。
第二条方法是沿着流场来考察颗粒。
沿每一个颗粒的轨迹,颗粒的固体特性连续变化。
气体与固体的相互作用通过在气相欧拉方程中加入一源项来考虑,该源项由颗粒运动的计算得到。
这种拉格朗日方法需要较少的计算机内存,但在处理气体湍流的颗粒运动的影响以及得到的平均颗粒特性与测量值进行比较等方面存在问题。
分析湍流场中颗粒运动的可靠方法必须依靠实验数据,而这种数据也是有限的。
气体和颗粒在冷态流场和反应流中颗粒平均扩散的实验数据,说明了流动参数,特别是旋转运动对颗粒扩散速率的影响,同时也表明在实验系统中,固体颗粒扩散速率比气体扩散慢得多。
这些数据为评价颗粒扩散模型提供了比较的基础。
2.4 煤的热解煤反应包括颗粒在快速加热时气态挥发分和焦油的析出,以及残留碳与氧、水蒸气、二氧化碳或氢的非均相反应。
这两个过程通常是相继发生的,但在某些条件下也会同时进行。
杨允明等研究了煤在固定床反应器中加压热解过程。
最近在煤燃烧和气化研究过程中,氮的释放受到了特别的重视。
黄克权等对固定床中氮压力下的非等温热解过程进行了研究。
在煤的消耗过程中,氮大约以与煤消耗相同的速率离开煤,并且看来与其它参数(如煤的种类、反应器型式、反应过程等)无关。
更细致的研究表明,氮的释放对温度的敏感性比碳稍强,因此在低温下氮的释放较碳慢,而在高温下则较碳快。
对于煤热解产物的定量描述仍是非常困难的。
大部分模型中关于挥发分的处理均以下述假定为基础。
炭骸的成分是给定的,挥发分的元素组成由原煤的元素分析及物质平衡来确定,通过局部平衡计算给出详细的气体成分和温度;挥发分成分以热解实验中挥发分产物的实验结果为基础,产物最终在气相中以速率控制过程消耗掉。
当煤颗粒消耗时,可以用C、H、O、N和 S从煤中释放的速率对煤中挥发分变化的预测作出评价。
其它文献还报导了考虑挥发分扩散、裂解形成烟炱以及压力影响的方法。
最近一些研究将热解速率和原煤的结构联系起来,并显示了很好的前景,但也存在不少问题,包括较高的加热速率和较小的颗粒对产物形成的影响,以及在大尺寸反应器中的热解过程与小的实验装置中所得的结果的关系等。
进一步还应研究热解过程中产生的炭骸的特性,包括孔的结构,尺寸、形状和反应性等。
从煤中释放出来某特定气相成分的数据对污染物形成的模拟可能是重要的,然而由于反应速率的不确定性和湍流动力学处理上的困难,这些数据不易放到通用化的模型中去。
2.5 碳的非均相反应碳颗粒的燃烧时间是煤反应过程中非常重要的一部分,这一时间尺度较湍流时间尺度要大得多。
由于炭结构的变化和多种反应物(O2、H2O、CO2、H2)的影响;这一过程的模拟强烈地依赖于在特定试验工况下,特定煤种的实验数据。
在煤反应模型中,对碳反应最常用的处理方法是以相关的气相扩散和表面反应过程为基础的,反应速率数据以阿累尼乌斯形式表示,并采用了收缩核心或等直径的模拟方式,对考虑灰层扩散、考虑碳以外的其它元素、表面氧化反应产物是一氧化碳还是二氧化碳以及炭中矿物质的催化效应等问题作了尝试。
王同华等研究了褐煤快速热解半焦的气化特性。
目前,正在通过碳和煤的真实反应速率数据以及炭结构模型来考虑煤的基本结构、反应性、孔隙度和内孔扩散对反应的影响。
Smith综述了不同炭的真实反应速率数据,但到目前为止,反应速率被认为是与煤的种类有关的,部分原因是炭的结构及煤所含的杂质不同。
Fins on 等通过对内孔结构和孔隙扩散的考虑,以真实反应速率为基础,模化了炭的气化过程。
2.6 辐射反应器中主要的气相辐射物质是CO2和H2O,其辐射数据总的来说是令人满意的。
其它气体组分,如CO、SO2和NO,由于浓度低通常是次要的。
局部气体温度和组分的不确定性通常较辐射数据的问题大。
反应系统中的颗粒辐射来自于碳、灰和烟炱三个部分。
必要的数据包括:颗粒温度、尺寸分布、折射指数及浓度。
目前已有了一些关于烟炱和碳粒折射指数的数据,但在烟炱的尺寸和浓度方面仍有很大问题。
最近的辐射模型已将注意力放在通量法上。
2.7 污染物的生成煤反应过程中生成的污染物包括:氧化硫、氧化氮、HCN、NH3、H2S、CO、挥发性灰分、可能有害的碳氢化合物及粒度范围很宽的颗粒。
通过对反应过程的控制来降低氧化氮的方法已经进行了示范,并且确定了煤中的氮,特别是热解过程中释放的氮的重要性,给出了氮从煤中释放的速率数据。
同时还测定了湍流煤粉反应过程中NO、HCN、和NH3的局部生成速率。
目前,还没有一个模型包括污染物的生成过程。
由于气相反应动力学(如NO x生成)的重要性以及在湍流系统中缺乏满意的反应理论,开发描述煤反应过程中污染物生成的各种方法是一个重要但还很不现实的目标。
2.8 灰/渣的生成灰/渣由煤反应后剩余的矿物质组成。
煤中的灰分是由相当数量的某些元素和一些微量元素组成,Sarofim等讨论了由粉煤燃烧得到的灰分的颗粒尺寸问题,并且指出,某些灰的组分是更高温度条件下的挥发分。
张振桴等对不同气氛下煤灰的熔聚行为进行了研究。
反应过程中生成的灰/渣在反应器壁面上形成覆盖物,减少了传热数量,腐蚀了壁面。
此外,灰分也能对非均相反应起催化作用。
在现有的煤反应模型中都没有包括灰/渣生成过程模型。
灰/渣的生成是煤反应综合模型的一部分,还需要进行大量的研究工作。
3 煤气化技术的发展趋势 模拟煤反应过程的综合模型包含着许多物理、化学过程,这些过程还不完全清楚。
正是由于缺乏关于这些基本过程的了解,才必须把数学模拟方法和有效的实验数据结合起来。
煤气化技术是世界各国都在努力研究和开发的课题之一,在今后的一段时间内将在以下几个方面进行大量的研究工作。
在气化方法和气化炉选择上:a. 提高造气压力,加压气化能提高气化强度,节省动力,便于长距离输送;b. 增大气化炉直径和容积,提高单炉产气量;c. 扩大煤种适应范围,特别是发展劣质煤和粉煤造气;d. 把生产廉价、低热值煤气与发电相结合,发展燃气轮机和蒸汽轮机复合循环发电;e. 利用核能制气,扩大能源,提高煤利用率;f. 开发煤的催化气化,便于在加压和较低温度下生产含甲烷多的城市煤气和天然气代用品。