煤气化技术选择刍议
陈家仁
（煤炭科学研究总院北京煤化工研究分院，北京 100013）
［摘 要］ 从煤制气的应用领域及煤气化技术的分类谈起，阐述因煤制宜应成为气化技术选择的首要条件，气化技术之洁净、高效、经济、成熟和安全等五个方面须全面重视，装置的大型化有利于集约化效应的发挥，而吃透煤的气化特性和气化技术的优缺点对于气化技术的选择尤为重要，并指出没有万能气化炉，理论与实践良好结合方能更好地指导煤气化技术的研究与应用。
［关键词］ 煤气化；因煤制宜；洁净高效；集约化效应；气化特性；万能气化炉
［中图分类号］ TQ 546.2 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）02-0001-04
1 煤制气的应用领域及煤气化技术的分类
煤制气即煤气化，一般是指煤与气化剂经过氧化还原反应生产煤气的过程。
煤制气与煤受热干馏过程不同，煤的炼焦通常采用隔绝空气的高温干馏来实现，得到的产品主要是气、固、液态的焦炉气和冶金焦及煤焦油，炼焦的主要目的是得到高炉冶炼所需的高强度冶金焦。
煤制气也不同于煤制油生产中煤的中、低温干馏，后者通常采用伍德式“兰炭炉”来实现，主要的目的是得到适合于催化加氢获得可替代石油的各类油品。
煤气化也称煤的完全气化，其目的主要是获得煤气，固体残渣仅剩下灰分。煤气化又不同于煤的燃烧，煤燃烧产生的是烟气，而气化产生的是煤气。煤气化必须在还原性气氛下进行，因此国外有些人称其为煤的部分氧化（Partial Oxidation），因为如果完全氧化（Full Oxidation ）就是燃煤锅炉了。
煤气化的产品煤气主要有两大用处：一是作为燃料气，包括工业窑炉的燃料气、还原用煤气，也包括民用燃气；另一个是作为化工合成用的原料气，通常叫合成气。
合成或加氢主要是用煤气中的CO和H2，通常CO也可通过与水蒸气发生变换反应而转换成H2。因此，常把此两成分称为合成气的有效成分，将得到1 000 m3有效气所需的煤耗和氧气消耗分别称为“比煤耗”和“比氧耗”，并通过“比煤耗”和“比氧耗”比较气化技术效率的高低。
煤气化技术通常分为地下气化和地面气化两类。
俄国化学家门捷列夫最早提出煤的地下气化的概念，前苏联领导人列宁和斯大林均力挺这项技术；之后又进一步发展，认为可用这项技术来代替地下采煤，亦称为“化学采煤”。在此种背景下，前苏联搞了多年的地下气化，但由于地下情况过于复杂，又不便用氧气，使得得到的煤气用途受限，长期没有达到较为理想的效果。从事该项工作的研究者——丘哈诺夫，后来是最反对“地下气化”的，他抱怨说：“几亿的卢布都烧到大气里去了”。
我国的地下气化研究是由中国矿业大学和原煤炭部安监局主持搞的，均是利用报废矿井的边角煤柱建设地下煤气化炉。中国矿业大学的研究，其主要控制装置大半在井上；而原煤炭部安监局的研究，是将气化剂用管道送至地下气化炉的前端，产生的煤气再由后端引出。制得的煤气都供地面小锅炉烧用，属于废物利用。报废矿井的地下已有现成的采煤巷道，构建地下气化炉比较容易，造价低，相对经济、合理。中国矿业大学后来又将其发展成“大断面，长通道和两阶段的水煤气工艺”。
在正规的两阶段水煤气工艺中，要求的是“短循环”，通常每个循环的时间只有3～4 min。而中国矿业大学研发的地下气化技术的循环时间均在几个小时，而且其地下气化炉前面有一段几百米长的井筒，地面的蒸汽在到达气化炉前早就变成了冷水。后来中国矿业大学又在甘肃华亭进行了地下气化炉的富氧气化，得到了热值高一些的燃气用于燃气轮机发电。
地下富氧气化的煤气不论用作合成气还是用于燃气轮机发电，技术上是没有问题的。但是鉴于地下气化的产品煤气的压力不会很高，而上述两项用途都要求原料为压力煤气，而煤气的压缩需耗电，这就需要考虑经济上是否可行了。
但如果真想在地下的未采煤层构建地下煤气化炉，涉及地面向地下钻孔、加套管，各钻孔（一般间距50 m）之间的相互贯通，其造价就会很高，实际运行难度较大，而且如遇到煤层上部存在含水层，情况就更加复杂了。因此，须先论证其技术经济可行性，慎重行动。
地面煤气化，通常按煤的粒度和气化剂的通入方式可分为磨细粉煤（Pulverized Coal，简称PC）气流床气化、碎屑煤（fine coal）流化床气化和块煤移动床气化三大类。有的还把往熔融渣池里喷煤粉的气化技术单独列出，叫作“熔渣浴”（slagging bath）气化。
有关这方面技术的文献有好几大部的著作可参阅，简明阐述的小册子可参看笔者在神华当顾问时写的《煤炭气化的理论与实践》，考虑读者查阅的方便，文中笔者对一些理论的阐述往往一笔带过，希望感兴趣的读者能够仔细品味，可能会有所裨益，这是笔者一生从事煤气化技术研究所得的一孔之见吧。
2 因煤制宜应是气化技术选择的首要条件
煤气化，必须先把气化用煤的气化特性搞清楚，针对所用煤的气化特性去选择相适应的气化技术。
如内蒙古东部一带，从北边的呼伦贝尔、伊敏河、霍林河直到南边的平庄，甚至再往西到锡林郭勒盟的胜利煤田，全都是褐煤，这种高活性、低变质的煤种，也可以把它当作高含腐植质的“黑土”。我国的褐煤（除云南昭通地区的水分较高外）一般含有高达33%～34%的水分，灰分又在10%～20%的（低热值）煤，采用低炉温、高流速的流化床气化技术，应该是相对较为合适的。但以前，在蒙东一带，上马大批煤化工项目时，有的就选用了PC气流床的壳牌气化技术或水煤浆气化技术，还有选用将褐煤成型后采用加压液态排渣的BGL气化技术的。
PC气流床气化技术和BGL气化技术的应用，经过一段时间的调整后，运行状况良好，但是项目的经济状况肯定会有所不同。当然，经济状况的优劣与项目所选择的产品的市场行情之关系可能更大。
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