煤通过气化所得的空气煤气、水煤气、半水煤气和混合煤气等,可作为工业或民用燃料,也可作为化工合成原料。通常要求气化用煤具有较强的化学反应性能、较低的硫分、较高的灰熔融性和挥发分。
气化用煤
通过化学加工制取的气体燃料煤。
- 英文名称
- gasification coal
- 所属学科
- 地质学/地质资源与地质工程
19世纪中叶,德国西门子兄弟最早开发煤气发生炉。1921年,德国学者首先把流态化技术应用于细粒煤的气化,发明了温克勒气化炉(HTW)。1926年,第一台工业化流化床气化炉投入使用,该炉型通常选用反应活性高的煤(如褐煤、长焰煤)作为温克勒气化炉气化用煤,用于制取燃料气或用于合成氨、甲醇等化工产品的原料气。其后流化床气化炉向加压和提高气化温度方向发展并成功开发出多种新型技术(如高温HTW、U-Gas气化炉和KRW气化炉),可以气化褐煤及低煤阶烟煤,也能气化含灰30%~50%的高灰煤,含水煤无须干燥。
1947年,K-T粉煤气化技术工业化,形成了干法粉煤气流床气化工艺。该气化工艺是一种高温气流床熔融排渣,几乎所有煤类都能气化,可将褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、瘦煤、贫瘦煤作为气化用煤。煤含灰量在30%左右也能气化,灰熔点可高达1400~1500℃。K-T气化炉对于活性高的褐煤,碳转化率可高达99%;对于一般烟煤,碳转化率可高达80%;但当煤中含灰的质量分数大于(30%~50%)、灰熔点在1450℃以上时,则运转困难。
20世纪70年代,美国德士古(Texaco)石油公司开发了水煤浆加压气化技术,推进了大型煤气化技术发展,该技术适合于内水含量低、可磨性较好、煤灰熔融性流动温度较低的长焰煤和气煤等。褐煤的制浆浓度为59%~61%,烟煤的制浆浓度为65%,因气化煤浆中的水分要耗去进煤量的8%,比干煤粉为原料耗氧高12%~20%,所以效率比较低。
气化用煤煤类范围广,包括褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤贫瘦煤、贫煤及无烟煤在内的所有煤类。气化用煤具有较强的化学反应性能、较高挥发分和可磨性、适宜的灰熔融性,以及较低的黏结性、灰分、水分和硫分。主流气化工艺主要有固定床气化、流化床气化和水煤浆气流床气化,不同的工艺对于气化用煤的选择也用差别。①固定床气化工艺。固定床气化用煤是块煤,适宜弱黏结性、有较高机械强度和良好热稳定性的褐煤、烟煤和无烟煤,通常黏结指数大于20%,固态排渣软化温度不小于1050℃,液态排渣流动温度不大于1450℃,灰分不大于25%,抗碎强度大于60%,热稳定性大于60%。②气流床气化工艺。流化床气化用煤采用粒度较小的煤,与气化剂的接触面积大,反应速度快。适宜弱黏结性且活性好的褐煤及低煤阶烟煤,通常煤对二氧化碳反应性大于60%,黏结指数大于20%。③水煤浆气流床气化工艺。水煤浆气流床气化用煤适宜气化反应活性较高,内水含量低的长焰煤、气煤等,通常FT不大于1350℃,水分不大于10%,哈氏可磨性指数不小于50,灰分不大于25%;煤粉气流床气化用煤适宜气化反应活性较高的褐煤、长焰煤、不黏煤、弱黏煤、气煤、瘦煤、贫瘦煤,灰熔融流动温度不大于1450℃,灰分不大于35%。
中国成煤时代较早,聚煤期多,煤炭资源丰富,煤类多种多样,但由于成煤时代、成煤原始物质、聚煤环境和所经历的煤化作用等方面的差异,致使各地煤的煤岩组成和煤的物理、化学工艺性质复杂多样,不同的性质决定了煤的不同加工转化工艺和工业用途。气态燃料和原料便于运输和净化,对环境污染较小。通过对气化用煤煤岩、煤质化学性质深入研究与资源的调查,有助于提高煤炭气化工业用途清洁化利用效率和水平,降低系统能耗、资源消耗和污染物排放,实现清洁生产;同时促进能源清洁利用技术进步,增加能源供应的多元化,保证能源安全。
扩展阅读
- 于遵宏,王辅臣.煤炭气化技术.北京:化学工业出版社,2010.
- 陈鹏.中国煤炭性质、分类和利用.北京:化学工业出版社,2006.
- 申凤山.浅析煤种、煤质对气化的影响.化工技术与开发,2013,42(7):36-37+41.
- 步学朋,任相坤,崔永君.煤炭气化技术对煤质的选择及适应性分析.神华科技,2009,7(5):73-77 81.