煤的气化与液化

煤的气化与液化 摘要:现在，人对环境质量的要求越来越高。最常用的煤也不再是直接燃烧，而是通过一系列的生产处理后再进行燃烧，气化与液化就是最常用的两种方式。通过这些方法不但可以减少污染，还可以使其价值最大化。 关键词:煤 气化 液化 一 煤的液化 煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。 (1)煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。 (2)煤间接液化间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。 煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。典型的煤直接液化技术是在400摄氏度、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化，产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，大型化设备生产难度较大，使产品成本偏高。 煤直接液化技术研究始于上世纪初的德国，1927年在Leuna建成世界上第一个10万吨,年直接液化厂。1936,1943年间，德国先后建成11套直接液化装置，1944年总生产能力达到400万吨,年，为德国在第二次世界大战中提供了近三分之二的航空燃料和50,的汽车及装甲车用油。第二次世界大战结束，美国、日本、法国、意大利及前苏联等国相继开展了煤直接液化技术研究。50年代后期，中东地区廉价石油的大量开发，使煤直接液化技术的发展处于停滞状态。1973年，爆发石油危机，煤炭液化技术重新活跃起来。德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺，其中研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低液化油生产成本的目的。目前不少国家已经完成了中间放大试验， 为建立商业化示范厂奠定了基础。 二 煤的气化 一般包括热解和气化和燃烧四个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的一部分。煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质(包括干馏煤气、焦油和热解水等)，同时煤粘结成半焦。煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。 煤炭气化技术虽有很多种不同的分类方法，但一般常用按生产装置化学工程特征分类方法进行分类，或称为按照反应器形式分类。气化工艺在很大程度上影响煤化工产品的成本和效率，采用高效、低耗、无污染的煤气化工艺(技术)是发展煤化工的重要前提，其中反应器便是工艺的核心，可以说气化工艺的发展是随着反应器的发展而发展的，为了提高煤气化的气化率和气化炉气化强度，改善环境，新一代煤气化技术的开发总的方向，气化压力由常压向中高压(8.5 MPa)发展;气化温度向高温(1500,1600?)发展;气化原料向多样化发展;固态排渣向液态排渣发展。 1、固定床气化 固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层高度亦基本保持不变，因而称为固定床气化。另外，从宏观角度看，由于煤从炉顶加入，含有残炭的炉渣自炉底排出，气化过程中，煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动，因而又称为移动床气化。 2、流化床气化 流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料，这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化能得以迅速发展的主要原因在于:(1)生产强度较固定床大。(2)直接使用小颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展，避开了块煤供求矛盾。(3)对煤种煤质的适应性强，可利用如 褐煤等高灰劣质煤作原料。 3、气流床气化 气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类;从专利上分，Texaco、Shell最具代性。前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，气化温度1350,1500?;后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在1500,1900?高温下气化，残渣以熔渣形式排出。在气化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下，因此，其热解、燃烧以吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤焦颗粒的气化反应。这种运动状态，相当于流化技术领域里对固体颗粒的“气流输送”，习惯上称为气流床气化。 三 发展前景 石油资源匮乏和国内石油供应不足已成为中国能源发展的一个严峻现实，随着国民经济的发展，石油供应矛盾将呈持续性扩大趋势。煤炭作为相对充足的能源资源，可获得性好，价格低。将煤转化成优质燃料，正在成为国内能源界、科技结合经济界的共识。煤炭的汽化与液化技术对平衡我国能源结构，解决石油短缺，保证能源安全稳定供给具有重大现实意义和战略意义。