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　　《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》將煤氣化技術(shù)列為重要研究方向,�,！�973”計劃項目首席科學(xué)家、華東理工大學(xué)教授王輔臣指出,，煤的燃燒以利用其熱量為主,，污染控制困難；煤氣化則是利用其中的碳,、氫等元素,，實現(xiàn)能量梯級利用，污染控制相對容易,。煤氣化技術(shù)一是做合成氣,，這是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)；二是制氫氣,，目前中石化,、中石油的很多煉廠都改用煤制氫,，以降低成本；三是作為燃?xì)�,，用于工業(yè),、民用、IGCC發(fā)電等,；四是用于還原煉鋼（鐵）,。

　　“老”技術(shù)煤氣化獨挑大梁

　　技術(shù)現(xiàn)狀——競相發(fā)展

　　近10年來，我國煤氣化技術(shù)開發(fā)明顯加快,，相繼開發(fā)成功清華氣化爐,、多噴嘴對置式水煤漿氣化爐、航天加壓粉煤氣化爐,、兩段式干粉煤氣化爐以及灰熔聚流化床粉煤氣化爐等煤氣化技術(shù),，形成了與國外技術(shù)競相發(fā)展的局面。

　　多噴嘴對置式水煤漿氣化爐采用四噴嘴對置設(shè)計,，不存在短路物流現(xiàn)象,，高效節(jié)能、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點,。

　　清華水冷壁氣化爐：解決了水煤漿氣化技術(shù)的煤種限制和高能耗點火問題,，具有氣化爐操作溫度不再受耐火磚的限制，可以使用灰熔點更高的煤作為原料,，煤種適應(yīng)性更寬,，覆蓋了褐煤、煙煤到無煙煤全煤階,。

　　兩段式干煤粉加壓氣化爐創(chuàng)新采用兩室兩段多噴嘴反應(yīng),、分級氣化，有效氣含量可達(dá)90%以上,，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%,，而且煤種適應(yīng)性好。

　　HT-L航天粉煤加壓氣化爐：匯集了水煤漿及粉煤氣化技術(shù)的優(yōu)點,，有效氣含量可達(dá)90%以上,，碳轉(zhuǎn)化可達(dá)99%，單位氧耗低,，對煤種要求低,，而且設(shè)備全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。

　　灰熔聚流化床粉煤氣化爐已先后完成系列中試,、低壓工業(yè)應(yīng)用,，并邁向加壓技術(shù)示范,。該工藝為解決劣質(zhì)無煙煤氣化難題提供了新的技術(shù)路徑,，達(dá)到國際領(lǐng)先水平,。

　　發(fā)展趨勢——裝置大型化

　　王輔臣指出，裝置大型化是煤氣化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢,，也是相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要,。氣流床技術(shù)符合裝置大型化的要求，碳轉(zhuǎn)化率較高,，目前這方面的技術(shù)進(jìn)展最多,。

　　“相關(guān)技術(shù)發(fā)展也需要大型煤氣化技術(shù)�,！彼�舉例說,，對一個500萬噸/年的煤間接液化制油裝置，按每年需2500萬噸原料煤計算,，則需3000噸/天的氣化裝置25臺左右,。假如煤氣化裝置規(guī)模小，則所需裝置數(shù)量多,，操作,、管理也很麻煩。

　　他同時指出,，拓展原料適應(yīng)性是大型煤氣化技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在要求,，掌握煤氣化過程中污染物的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理、實現(xiàn)煤氣化技術(shù)的近零排放也是必然要求,。尤其是微量有害元素（如鎘,、汞等）的影響不容忽視，如一些地方的煤進(jìn)對爐壁的腐蝕十分嚴(yán)重,，需要花費極大的精力和時間去解決,。

　　王輔臣表示，煤種適應(yīng)性強(qiáng),、氣化指標(biāo)先進(jìn),、氣化爐與噴嘴壽命長、氣化爐啟動迅速的煤氣化技術(shù),，是市場迫切需要的,。

　　對于正在開發(fā)的一些新的煤氣化技術(shù)，王輔臣認(rèn)為從長遠(yuǎn)來看前景不錯,，但目前還需要做很多工作,。例如，對地下煤氣化技術(shù)就有兩個必須解決的問題：一是如何實現(xiàn)穩(wěn)定控制,，二是如何監(jiān)控,、控制煤焦油對環(huán)境（水）的影響。而對催化氣化技術(shù),，如何開發(fā)廉價催化劑,、如何與合成天然氣耦合則是兩個不可忽視的問題,。

　　選擇依據(jù)——五大原則

　　王輔臣認(rèn)為，目前煤氣化技術(shù)的選擇要堅持先進(jìn)性,、適應(yīng)性,、可靠性、環(huán)保性原則,，同時要注意知識產(chǎn)權(quán)保護(hù),。

　　● 先進(jìn)性原則

　　王輔臣表示，技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量性能,、工藝水平和裝備水平等方面�,，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重要趨勢就是大型化、單系列,，煤氣化技術(shù)也不例外,，大型化是先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。他說：“從大型化角度看,，氣流床有優(yōu)勢,，從氣流床本身的大型化看，多噴嘴比單噴嘴有優(yōu)勢,�,！�

　　● 適應(yīng)性原則

　　王輔臣說，適應(yīng)性原則表現(xiàn)在兩個方面,，一是對原料煤的適應(yīng)性,，什么樣的煤就選擇什么樣的氣化技術(shù)；二是與下游裝置的配套性,，做不同的產(chǎn)品選擇的氣化技術(shù)也不同,。

　　● 可靠性原則

　　可靠性的體現(xiàn)是氣化裝置能夠安全、穩(wěn)定,、長周期,、滿負(fù)荷運(yùn)行。王輔臣表示,，一般應(yīng)該采用已經(jīng)充分驗證并有商業(yè)化運(yùn)行業(yè)績的技術(shù),。當(dāng)然對于新技術(shù)、新工藝,，也要在充分試驗成功的基礎(chǔ)上大膽采用,，但前提是對可能的風(fēng)險要有分析和應(yīng)對措施。對于尚在試驗階段的新工藝,、新設(shè)備等,，則要采取積極和慎重的態(tài)度。

　　● 環(huán)保性原則

　　煤的固有特性決定了煤氣化過程會產(chǎn)生廢渣、廢水和廢氣,，有些處理難度比較大,。因此王輔臣建議企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況（如水資源、大氣污染物的環(huán)境容量）,，選擇清潔高效的煤氣化技術(shù),，保證清潔生產(chǎn),。

　　● 知識產(chǎn)權(quán)安全原則

　　要注意保護(hù)工藝技術(shù)來源和所有者的權(quán)益,。“對于專利技術(shù)則要研究其產(chǎn)權(quán)問題,，包括其使用范圍和有效期限,。不要為了貪圖小利而侵犯別人的知識產(chǎn)權(quán)�,！蓖踺o臣提醒說,。

　　清華大學(xué)熱能工程系教授張建勝也指出，煤氣化氣化爐技術(shù)的選擇必須考慮投資,、可靠性,、可用率、運(yùn)行成本,、環(huán)保,、全流程能耗等各個要素。企業(yè)在應(yīng)用煤氣化技術(shù)時,，應(yīng)選擇經(jīng)過實際生產(chǎn)檢驗,、有較好的的工業(yè)化業(yè)績和運(yùn)行經(jīng)驗，能達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行,，成熟可靠的技術(shù),，在此前提下再考慮先進(jìn)性。如果不能長周期穩(wěn)定運(yùn)行,，就失去先進(jìn)性的意義,，經(jīng)濟(jì)性也就無從談起。

　　“新”技術(shù)火花相繼迸射

　　《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》提出,，要“促進(jìn)煤炭的清潔高效利用,，降低環(huán)境污染”�,！秶�家能源科技“十二五”��(guī)劃（2011-2015）》提出,，“至2020年開發(fā)煤炭氣化、液化,、煤基多聯(lián)產(chǎn)與煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù),，實現(xiàn)規(guī)模化,、產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”,。這些都對煤化工新技術(shù)的開發(fā)提出了要求,。越來越多的科研工作者在這一領(lǐng)域開始了不懈探索，并取得了多方面的進(jìn)展,。

　　褐煤提質(zhì)與制油新思路水介質(zhì)合成氣加氫液化

　　褐煤因其含水量高,、熱值較低且熱穩(wěn)定性較差，曾被貼上“劣質(zhì)煤”的標(biāo)簽,。然而,，世界褐煤儲量約為4萬億噸，占煤炭總儲量40%以上,；我國褐煤已探明儲量約為1900億噸,，占我國煤炭總儲量的15%-20%，且分布相對集中,，如能實現(xiàn)褐煤的有效利用,，則必將為中國“能源夢”和“化工夢”的實現(xiàn)打下厚實的基礎(chǔ)。

　　華東理工大學(xué)能源化工系教授張德祥應(yīng)用非蒸發(fā)式褐煤水熱處理工藝,，開發(fā)了一種褐煤水介質(zhì)合成氣加氫液化新技術(shù),，為褐煤提質(zhì)與制油引出新思路。

　　褐煤中含氧量高達(dá)20%左右,，主要基團(tuán)為羧基和羥基,，容易被氧化，可使煤的燃點和粘結(jié)性顯著下降,。氧碳原子比高,，對煤液化時氫耗、轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率都產(chǎn)生負(fù)面影響,。傳統(tǒng)的煤液化需要將煤中水分干燥到2.5%以下,，此過程會消耗大量能源。

　　張德祥團(tuán)隊研究人員將煤樣/水按5∶3混合,，在300℃高壓反應(yīng)釜中采用非蒸發(fā)式水熱處理煤,，使煤中水分以液態(tài)水析出，能耗低,，且煤中揮發(fā)分含量明顯降低,。

　　元素分析表明，處理后的煤與原煤相比,，碳元素含量增大,，氧元素含量有所減少，可知水熱處理對原煤具有脫氧提質(zhì)效果,。處理后的煤樣經(jīng)熱解得到的煤焦油,，產(chǎn)率較原煤熱解的提高了14%左右。

　　同時，研究人員直接將新采褐煤濕磨制成水煤漿,，用水煤漿替代油煤漿,，用一氧化碳或合成氣取代純氫氣。高活性新氫生成提高了加氫反應(yīng)速率,，獲得較高的液體產(chǎn)品收率,，降低了液化成本，取得了褐煤直接加氫液化技術(shù)的新突破,。

　　該優(yōu)化集成的褐煤水介質(zhì)合成氣加氫液化新技術(shù),，實現(xiàn)了低氫耗、低能耗,、低成本和高產(chǎn)油率,。

　　煤氣化聯(lián)產(chǎn)新系統(tǒng)適度氣化實現(xiàn)氣固兼用

　　大連理工大學(xué)教授張巖提出了一種可聯(lián)產(chǎn)活性炭的適度煤氣化新思路,，可應(yīng)用于IGCC系統(tǒng)或以生產(chǎn)合成氣為目的的煤氣化系統(tǒng),，聯(lián)產(chǎn)活性炭可用于電廠及城鎮(zhèn)給水凈化、各種廢水深度處理以及燃煤電廠煙氣脫汞等,。

　　傳統(tǒng)的煤氣化聯(lián)產(chǎn)技術(shù)基于煤的完全氣化,，利用煤氣產(chǎn)品，實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品合成等,�,？偨Y(jié)目前已經(jīng)商業(yè)化的幾種大規(guī)模煤氣化爐特性，可以發(fā)現(xiàn)其共同特點是都以煤的完全氣化為目標(biāo),，追求碳轉(zhuǎn)化率的最大化（可達(dá)99%甚至更高）,。然而，張巖認(rèn)為,，碳轉(zhuǎn)化率的最大化未必就意味著能夠?qū)崿F(xiàn)能源效率的最優(yōu)化,，過度追求高碳化率可能導(dǎo)致高能耗和低回報。

　　張巖以日本剛剛開發(fā)的CCP兩段式空氣氣化技術(shù)舉例：其冷煤氣效率隨著碳轉(zhuǎn)化率的增加而降低,，達(dá)到一定程度時就導(dǎo)致發(fā)電效率降低,。雖然該技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.9%，但其冷煤氣效率只有70%-75%,。他介紹說,，氣化反應(yīng)后期，當(dāng)氣化溫度一定的時候,，單純延長反應(yīng)時間對提高碳轉(zhuǎn)化率是沒有幫助的,，只能通過增加氧煤比或者提高反應(yīng)溫度。

　　張巖提出了對煤進(jìn)行適度氣化的新思路,，通過過程優(yōu)化和系統(tǒng)集成,，實現(xiàn)氣固兼用，構(gòu)建以生產(chǎn)低中熱值煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或化學(xué)品合成為主干，聯(lián)產(chǎn)高附加值活性炭產(chǎn)品的煤電化工及環(huán)境材料生產(chǎn)一體化的新型煤氣化聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)模型,。

　　經(jīng)實驗測算,，預(yù)計煤氣化效率將低于傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)1-3個百分點，煤氣熱值在1000-2000kcal/Nm3,，基于250MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)估算,，活性炭生產(chǎn)規(guī)模將大于3萬噸/年，生產(chǎn)成本預(yù)計低于500元/噸,。此外,，該技術(shù)環(huán)境效益顯著，可實現(xiàn)活性炭生產(chǎn)過程的近零排放,；同時活性炭成本降低,，將間接降低水體凈化的環(huán)保治理成本。然而,，該技術(shù)目前尚處于實驗室階段,，只能用來生產(chǎn)低中檔產(chǎn)品，且煤種適應(yīng)性較窄,。

　　活性炭是環(huán)保的有效產(chǎn)品,，但其生產(chǎn)本身又是高能耗、高污染的過程,。聯(lián)產(chǎn)法活性炭沒有這些缺陷,，同時對部分類型污水（如腐殖酸廢水）的凈化效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法。

　　近年來,，活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大,，不僅在石油、化工,、冶金,、食品等行業(yè)中應(yīng)用廣泛，而且在環(huán)境保護(hù),、控制污染等方面也發(fā)揮著越來越重要的作用,。

　　高效清潔利用新方法讓火焰在超臨界水中閃耀

　　西安交通大學(xué)能源與動力工程學(xué)院教授王樹眾認(rèn)為，對煤的高效清潔利用并非沒有辦法,，現(xiàn)有技術(shù)完全可以實現(xiàn),，只是成本太高。他舉例說,，就現(xiàn)有技術(shù)而言,，要控制二氧化碳排放，就會使電廠發(fā)電效率下降10%,，經(jīng)濟(jì)性很差,；而要實現(xiàn)脫硫脫硝,，一年就要花費900億~1000億元�,！坝袥]有一種技術(shù),，不采用復(fù)雜的末端控制，而在煤的轉(zhuǎn)化利用過程本身就不生成硫氧化物,、氮氧化物和飛灰,，同時能夠控制二氧化碳排放呢？”他提出了這樣的問題,。

　　超臨界水可能成為解決這一問題的“鑰匙”,。

　　當(dāng)氣壓和溫度達(dá)到臨界點（22.05MPa，374.3℃）時,，因高溫而膨脹的水和因高壓而被壓縮的水蒸氣會形成一種特殊形態(tài)——超臨界水（SCW）,。此時水的液態(tài)和氣態(tài)沒有區(qū)別，完全交融在一起,，成為一種新的呈現(xiàn)高壓高溫狀態(tài)的液體,。據(jù)王樹眾介紹，超臨界水的密度,、黏度,、離子積和介電常數(shù)均明顯下降,；其擴(kuò)散系數(shù)較高,，約是常溫常壓下水的100倍，傳質(zhì)性能好,；與非極性氣體和烴類物質(zhì)安全互溶,，而對無機(jī)鹽幾乎不溶解。

　　王樹眾說,，目前電廠中應(yīng)用的超臨界機(jī)組和超超臨界機(jī)組均利用了超臨界水的這一特點,，但并沒有利用好超臨界水的其他特有性質(zhì)。他研究的煤的超臨界水氣化耦合水熱燃燒的發(fā)電系統(tǒng)恰恰利用了這些特點,。

　　“超臨界水氣化,、超臨界水氧化、超臨界水熱燃燒這是三個需要講清楚的概念,�,！蓖鯓浔娊忉屨f，超臨界水氣化利用超臨界水的特殊性質(zhì),，不加入氧化劑,，將反應(yīng)物加入超臨界水反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行熱解氣化反應(yīng)，制取高熱值氣體如氫氣,、甲烷等,。該技術(shù)的優(yōu)勢在于不生成焦炭,，不產(chǎn)生污染性氣體。高溫氣化會產(chǎn)生硫化氫,，而在超臨界水中,，硫以離子的形式存在。超臨界水氣化的發(fā)展方向是耦合其他技術(shù),，或者添加催化劑,。

　　超臨界水氧化則是指使有機(jī)物、煤及氧化劑完全混溶于水中,，有機(jī)物將被氧化分解為小分子物質(zhì),，通常為二氧化碳和水；雜原子（氯,、硫,、磷）則被轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的無機(jī)酸根；廢水中的陽離子和酸根離子一起形成無機(jī)鹽或氧化物,。雜原子都變成了鹽,，而鹽在超臨界水中的溶解度極低。

　　超臨界水熱燃燒與常見燃燒現(xiàn)象類似,，反應(yīng)燃料在水熱燃燒反應(yīng)器內(nèi)著火并形成“水火相容”的水熱火焰,。這也是一個氧化反應(yīng)，但在水中帶有火焰,。而超臨界水氧化通常不產(chǎn)生火焰,。

　　據(jù)王樹眾介紹，煤在超臨界水熱燃燒后,，硫轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的形式,，氮形成氮氣，沒有二氧化硫和氮氧化物的排放,。因為煤在超臨界水中的存在類似水煤漿,，燃燒后不會形成飛灰，只會形成泥渣,。所以,，該技術(shù)本身不會產(chǎn)生硫氧化物、氮氧化物和飛灰,，更加不會形成PM2.5,，且只需要一個簡單的脫泥渣過程。同時,，因為二氧化碳完全溶于超臨界水中,，且在獲取能量的過程中，也不需要復(fù)雜的控制技術(shù),。

　　超臨界水熱燃燒技術(shù)特別適于能源的潔凈燃燒及能量的高效回收,，其優(yōu)勢十分明顯,，燃料在極短的時間內(nèi)即可燃盡，燃燒啟動溫度低,，解決了鹽沉積和腐蝕問題,，反應(yīng)器內(nèi)的能量密度大，能量回收效率高,。

　　王樹眾表示,，雖然超臨界水氣化技術(shù)對有機(jī)物、生物質(zhì)等比較適用,，但對煤而言效果不佳,，整個過程能量轉(zhuǎn)化效率仍然很低，所以,，需要與水熱燃燒技術(shù)相耦合,。

　　固相產(chǎn)物（半焦）超臨界水熱燃燒試驗結(jié)果表明，顆粒表面溫度高于1090K,，傳質(zhì)過程是氧化燃燒的控制步驟時,，半焦顆粒才可能迅速燃盡。對于毫米級的半焦,，完全燃盡的時間在5-7分鐘,，低于微米級的半焦顆粒，4-7秒內(nèi)完全燃燒,，反應(yīng)溫度比目前氣化爐溫度要低得多,。

　　王樹眾說，應(yīng)用該技術(shù)構(gòu)建一個超臨界水氣化耦合水熱燃燒的發(fā)電系統(tǒng),，其發(fā)電效率可達(dá)53%,，有望成為煤高效清潔利用的一條新途徑。