煤的水蒸气等离子体气化研究现状和前景.docx

2002年4月Apr12002COALCONVERSIONΞ煤的水蒸气等离子体气化研究现状和前景邱介山1)何孝军2)马腾才3)摘要煤炭气化是实现煤炭洁净利用的一条有效途径.在简要介绍常规煤炭气化技术之优缺点和等离子体技术之特征的基础上,评述了国内外煤炭等离子体气化技术的现状和进展,指出煤的水蒸气等离子体气化技术可望成为由煤制取优质合成气的一个新途径.关键词煤,水蒸气等离子体,气化,合成气中图分类号TQ529石油和天然气的转化利用要复杂得多.从长远看,若能利用一些高新技术(如等离子体气化技术)实现煤的洁净高效、经济的综合利用,将有可能为解决有关国家安全的战略性能源问题奠定科学基础.如利用等离子体技术将煤炭气化制得合成气(主要成分为H2+CO),然后将合成气加工成所需要的醇类、醚类和酚类等高附加值的化学品,以及通过F2T合成技术实现“煤变油”的目标,则可将煤作为与石油相媲美的有机资源来大量利用.上述目标的实现,有赖于洁净高效的、能源生产优质合成气的煤炭气化技术的研究开发.洁净的优质合成气可以用于合成氨、合成甲醇、合成羰基化合物、联合循环发电(IGCC)及用作城市煤气等众多煤化工和能源热电领域,在整体上推动化肥、化工领域的技术进步;以洁净的优质合成气为原料,可以通过F2T技术路线合成液体燃料、烯烃等化学品,从而实现大宗化学品的原料路线由油基向煤基路线的转变.引言0随着经济的进一步发展和人们物质生活水平的提高,我国能源和资源面临前所未有的严峻挑战.我国是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家之一,煤炭在我国的能源结构中占有70%左右的份额,是我国储量最丰富的能源资源.按目前的产量和已探明的储量推算,我国煤炭资源可供开采几百年;而我国石油和天然气资源相对不足,尽管在未来的一段时间内天然气资源的勘探和开发将有较大的增长,但天然气在整个能源结构中所占的份额仍然很小;与此同时,我国的石油开采利用将处于逐渐递减模式,而公路交通的快速发展对液体燃料的需求却日益增大,但国内目前的原油开采和加工能力不足以满足巨大的液体燃料的市场需求;在2000年我国进口原油量就已突破7000万t,随时间的推移,国际原油价格的波动起伏将严重地制约我国经济的正常运行,在国际风云变幻的当今世界,这将对国家安全产生不可忽视的影响.也就是说,从能源安全角度考虑,我国能源面临挑战.能源安全是指保障能源可靠和合理的供应,在可以预见的时间范围内,这主要是指石油和天然气.煤炭作为我国最大的有机资源,其转化利用比1煤的常规气化煤的气化与煤的液化和煤化工2热电联产等技术一样,是关键的煤化工能源技术之一.煤的气化过程泛指各种煤(焦)与含氧的气化剂(O2,H2O,CO2)之间的一种不完全反应,最终生成由CO,H2,CO2,国家“973”计划资助项目(和大连理工大学重点学科建设资助项目.Ξ1)博士、教授、博士生导师,大连理工大学材料化工系炭素材料研究室,116012大连;2)博士生;3)教授、博士生导师,大连理工大学低温等离子体科学与工程研究中心,116024大连收稿日期:20022022092煤炭转化2002年CH4,N2,H2S和COS等组成的煤气.我国非常重视煤气化技术的研究与开发,尤其重视与煤基合成氨和甲醇等生产工艺密切相关的煤炭气化技术的研究.到目前为止,我国依靠自己技术力量研究开发了各类固定床、流化床及气流床气化技术1,2,对熔融床气化技术也在中试规模上进行了研究.在进行自主开发的同时,我国也有选择地引进了一些世界上先进的煤炭气化技术,如在20世纪50年代引进温克勒流化床煤炭气化技术,70年代引进了鲁奇炉固定床气化技术,80年代引进了德士古水煤浆加压气化技术.国际上现已工业化的煤气化工艺有3:Lur2gi固定床加压气化、Dow水煤浆加压气化、Shell粉煤气化、Texaco水煤浆加压气化等等,这些煤炭气化技术各有特点.Lurgi固定床加压气化法的优点是:粗煤气中甲烷含量较高,适宜生产城市燃气.其缺点是:对煤质要求较高,只能用块煤做原料,且三废处理困难.Dow水煤浆加压气化是在Texaco水煤浆气化方法基础上开发出来的新工艺,目前尚未用于合成氨工艺.Shell粉煤气化目前仅限用于循环发电,未用于化工生产.Texaco水煤浆加压气化是国内外经实践考验成熟的、先进的气化工艺,可用烟煤或石油焦做原料,碳的转化率可达95%～96%,产品气中有效气CO和H2的浓度可达到80%左右,甲烷含量低,其缺点是要求原料煤的灰熔点和气化温度匹配,而且需要将原煤配成水煤浆,故适合该工艺使用的煤种范围较窄;该气化技术需要专用的空分制氧设备.Texaco气化炉由喷嘴、气化室、急冷室(或废热锅炉)组成,其中喷嘴有三通道的,工艺氧气走一、三通道,水煤浆走二通道,介于两股氧射流之间;也有五通道