煤气化技术简介,以先进煤气化技术助力煤炭清洁高效利用

煤气化技术简介

煤气化技术简介

  煤气化

煤气化是以煤炭或焦煤为原料,以氧气(空气、富氧空气或工业纯氧)或水蒸气等作为气化剂,高温条件下在气化炉中通过化学反应将煤炭或煤焦中可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术,符合我国能源结构的特点,近30年来在我国得到了长足的发展。

煤气化技术种类繁多,在气化效率、煤种适应性、操作稳定性以及气化产物浓度等方面各有优势,因而呈现了在同一时期内多种气化技术并行应用发展的格局。我国作为目前世界上煤气化工业产出量最大的国家,除引进国外先进气化技术外,大量具有自主知识产权的煤气化技术也发展迅猛。煤气化技术分类与气化装置有关,但无统一标准。传统上按照煤在气化装置中的流体力学行为,分为固定床气化、流化床气化、气流床气化三种;另外,按照原料粒度和形态又可分为水煤浆气化、粉煤气化和碎煤气化。

煤的气化环境需要高温高压,气化过程中煤炭或水煤浆、氧气、合成气以及煤炭中杂质高温下形成的熔渣等物质在持续运动,容纳这些物质和反应过程的装置一煤气化炉是煤气化技术中的核心设备之一。煤气化炉的内衬主体为耐火材料,不同煤气化技术的工艺特点和工况条件决定了气化炉耐火材料的种类、配置等。

以先进煤气化技术助力煤炭清洁高效利用

日前召开的煤炭清洁高效利用工作专题座谈会指出,“要深刻认识推进煤炭清洁高效利用是实现碳达峰碳中和目标的重要途径,统筹做好煤炭清洁高效利用这篇大文章。”先进煤气化技术作为煤炭清洁高效转化和利用的核心技术,将为煤炭清洁高效利用提供坚强支撑。

当前,我国煤气化技术在基础研究、技术开发、工程示范、工业应用等方面均取得了长足进步,成功开发了具有完全自主知识产权的晋华炉热回收煤气化技术、四喷嘴大型水煤浆气化技术,实现了我国带废锅流程热回收及大型煤气化技术零的突破,使我国煤气化技术完成了从跟跑、并跑到领跑的跨越。但围绕煤炭清洁高效利用和稳妥实现“双碳”“双控”目标,煤气化技术和装备制造仍需实现新的创新突破:

要进一步拓宽煤气化装置的煤种适应性。不同的煤气化技术对煤品有不同的要求,包括水分、灰熔点、挥发分、灰分、黏结性、化学活性、成浆性能、成渣特性、机械强度和热稳定性等,煤品的性质不同会对气化结果产生不同的影响,但目前没有能广泛适用于各类煤品的煤气化技术。因此,未来煤气化技术在进行配煤时,应根据周边环境和实际情况科学选择配煤技术,科学进料。在充分研究的前提下,合理改进气化炉,扩大混合煤和单一煤种在气化炉中的应用范围,在后续运行环节添加相关装置设施,为气化炉稳定运行和节能降耗奠定基础。

要有效提升煤气化装置的能源转化效率。结合当前国内能源环保的实际情况,节能降耗将成为未来煤气化技术的主攻方向。提升煤炭气化转化率,降低气化炉氧气、煤炭、水等相关能耗比例是有效提升煤气化效率的主要措施,因此加强煤气化过程中高温余热的回收利用成为研究重点。

要进一步推进装置的大型化和智能化。大型化和智能化的煤气化装置占地面积较小、设施装置先进、成本低,符合化工企业未来发展方向。实现气化炉大型化的根本途径在于过程强化,提高气化炉单位体积处理能力,研究掌握煤颗粒在气化炉内的反应时间,将秒级反应时间进一步降低,同时在原料制备、输送、烧嘴喷头喷射角度等方面进行深入研究。在智能化方面,目前数值模拟在气化炉系统的设计中得到广泛应用。但煤气化过程是复杂的热化学反应,受高温、高压反应条件限制,无法完全获得真实的气化炉内部情况。因此,煤气化数值模拟仿真仍需持续发展,以适应研究和开发的需求。目前,全国单体能力最大的晋华炉已在新疆天业汇合建设的60万吨/年乙二醇项目气化装置上成功运行。

要加快探索煤气化岛集约供气模式。随着煤气化技术的快速发展、工业园区(大型企业)规模的不断扩大以及相关产业的更替和优化升级,以专业化经营的煤气化岛为工业园来应对煤质变化、实现工业气体大量稳定供应、集中解决煤炭利用与环境影响问题已经成为趋势,通过对用气企业供气采用宽口径普适的气化岛模式,形成规模化、专业化、灵活性的优势,实现生产运行高效集约、生产服务统一调度,避免了企业分散建设导致的小规模装置重复建设的弊端,有利于园区统筹协调和长远发展。

总之,煤气化技术和装备关键技术不断突破,并由此构建完整的技术装置供应链和完善的煤气化商业服务模式,最终形成高效、环保、经济和安全的国际领先煤气化系统,将为煤化工产业绿色低碳转型发展和煤炭清洁高效利用作出新示范。

(作者系煤化工压力容器山西省重点实验室高级专家、潞安化工机械(集团)有限公司董事长)

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