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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。

（2）与其他能源化工产品相比较，煤制气项目耗水量巨大。目前煤制气项

目大多分布在煤炭资源丰富而水资源贫乏的内蒙古、新疆等西部地区，发展煤制

气会对这些地区的生态环境造成很严重的负面影响。因此，煤制气技术的发展面

临的首要问题是水资源的高消耗。

2.煤制气工艺的研究

从能源安全和二氧化碳排放的角度考虑，中国应广泛采用煤制合成气（SNG）

这种清洁煤炭技术。根据热力学第一定律，煤制气能量的转换效率可达59.8％，

根据热力学第二定律，煤的拥破坏主要发生在煤的气化过程中煤制气机组、煤制

气合成机组及原料合成气冷却过程。

中国最近推动了对大型燃煤合成天然气工厂的投资。然而，由于忽视了相关

的碳排放、水资源消耗和更广泛的环境问题的影响，使得大型燃煤合成天然气工

厂的发展受到了阻碍。为了解决目前面临的这些问题，促使国家走上了煤炭清洁

化的发展道路，即把煤炭转化为天然气和甲醇等其他能源和化工产品，并且中国

在这方面已经成为了全球领导者。通过建立基于物料和能量衡算的气化炉模型，

并参考相关煤气化计算模型，计算了水煤浆气化技术及干煤粉气化技术生产合成

气的煤粉和氧气消耗，研究了不同煤气化技术对其物耗及能耗的影响。结果表明，

采用相同煤种生产合成气时，水煤浆气化技术生成的有效合成气（CO+H，）比干

煤粉气化技术生产的有效合成气低约16.13％，比煤耗高约73.93kg／KNm，氧耗

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高约101.29Nm／KNm，冷煤气效率降低约9.16％。煤气化技术在煤质可接受条

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件下的生产效率较高。

通过对CH4重整煤气化过程的模拟与分析，并指出中国有充足的煤炭供应。

为了确保清洁煤的使用，提出了一个简化工艺流程（煤气化－CH4重整），并用

AspenPlus对该过程进行了仿真模拟，从热力学角度分析了这一模拟过程。模

拟分析结果表明，气化炉的最佳气化温度为1400°Ｃ，最佳气化压力为3.5MPa，

最佳氧煤比为0.65，最佳的水与天然气的比例为0.5。在以上最佳工况条件下，

有效天然气产量增加2％，二氧化碳排放量减少16.9％。

在研究中国直接还原铁技术未来发展中提到，随着中国钢铁产业的快速发展，

资源、环境等问题开始突显。直接还原铁技术作为非高炉炼