能源技術(shù)與管理2006年第3期淺談煤炭地下氣化技術(shù)矯興艷,齊慶杰,張大明(遼寧工程技術(shù)大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院,遼寧阜新123000)[摘要]綜述了煤炭地下氣化技術(shù)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,介紹了煤炭地下氣化技術(shù)的多種方法。通過(guò)煤炭地下氣化技術(shù)對(duì)社會(huì)帶來(lái)經(jīng)濟(jì)及環(huán)境效益的評(píng)價(jià),闡明了煤炭地下氣化技術(shù)的綜合利用具有廣闊的發(fā)展前景[關(guān)鍵詞]地下氣化技術(shù);經(jīng)濟(jì);環(huán)境;評(píng)價(jià)[中圖分類(lèi)號(hào)]TD844[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]B[文章編號(hào)]16729943(2006)0300384031國(guó)外煤炭地下氣化技術(shù)果是摸清了氣體成份的變化規(guī)律。該氣化站所獲得氣體的平均成份變化如表2所示1前蘇聯(lián)是進(jìn)行地下氣化現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最早的國(guó)對(duì)于煤炭地下氣化技術(shù),在國(guó)外主要是俄羅家也是地下氣化工業(yè)應(yīng)用成功的唯一國(guó)家。南阿斯在應(yīng)用歐美等國(guó)在開(kāi)發(fā)。美國(guó)的經(jīng)驗(yàn)指出,地賓斯克煤炭地下氣化站至今已試驗(yàn)和運(yùn)行了40a,下氣化與地面氣化生產(chǎn)相同下游產(chǎn)品相比,合成1955-1991年地下氣化站指標(biāo)如表1所示。前蘇氣的成本可下降43%,天然氣代用品的成本可下聯(lián)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)踐揭示了煤炭地下氣化過(guò)程的規(guī)律降10%-18%,發(fā)電成本可下降27%;前蘇聯(lián)列寧性。氣體的熱值隨著煤層厚度降低而降低。過(guò)多格勒火力發(fā)電設(shè)計(jì)院公布的資料表明,地下氣化的地下水對(duì)煤炭地下氣化的效果是不利的。這一熱力電廠(chǎng)與燃煤電廠(chǎng)相比,廠(chǎng)房空間可減少點(diǎn)在2~9m厚的煤層中得到證實(shí)。南阿賓斯克煤50%,鍋爐金屬耗量可降低30%,運(yùn)行人數(shù)可減少炭地下氣化站在整個(gè)工業(yè)性試驗(yàn)期間的另一項(xiàng)成37%。地下氣化技術(shù)是十分具有誘惑力的。表11955~1991年南阿賓斯克地下氣化站指標(biāo)地下氣化區(qū)煤層厚度工業(yè)儲(chǔ)量氣化煤量產(chǎn)氣量氣體損失深度/m/1億m315433554821.38~9280.6551.6582761452210730069.810602南阿賓斯克煤炭地下氣化站煤氣成份氣體名稱(chēng)CO2H2 CnHm CH,O2N2C0H5s含量/%120-15.312.1~16201-0.720400.2-0.25550-60.010.0-14.0001-0.06煤炭地下氣化技術(shù)提供更直接、更可靠的技術(shù)參2我國(guó)的煤炭氣化技術(shù)數(shù)中國(guó)煤化工項(xiàng)目成功的為11958-1962年我國(guó)先后在鶴崗、大同、皖南、萬(wàn)戶(hù)沈北等許多礦區(qū)進(jìn)行過(guò)自然條件下煤炭地下氣化氣化CNMHG氣,實(shí)現(xiàn)了地下的試驗(yàn)取得了一定成果。目前我國(guó)許多礦區(qū)都在3煤炭地下氣化原理簡(jiǎn)介積極開(kāi)展煤炭地下氣化工業(yè)。山西昔陽(yáng)無(wú)煙煤地下氣化及年產(chǎn)6萬(wàn)t合成氨項(xiàng)目已投入生產(chǎn),可為煤的氣化過(guò)程主要是在地下氣化爐氣化通道方數(shù)據(jù)2006年第3期矯興艷等淺談煤炭地下氣化技術(shù)中進(jìn)行?？扇?xì)怏w的產(chǎn)生在氣化通道中經(jīng)過(guò)三個(gè)給料反應(yīng)區(qū)域即氧化區(qū),還原區(qū)和干餾干燥區(qū),如圖1所示。儲(chǔ)煤倉(cāng)循環(huán)焦油排氣孔助孔水蒸氣驅(qū)動(dòng)閥冷淬分配器固定篩氣流通道固定篩傳動(dòng)L通道化煤層水蒸汽+氧氣灰份倉(cāng)圖1煤炭地下氣化地理圖煤炭氣化技術(shù)的發(fā)展圖2Lurg氣化爐在向下運(yùn)行到容器,煤通過(guò)許多線(xiàn)條區(qū)域。床煤炭氣化的主要技術(shù)困難不在過(guò)程中的化學(xué)層頂部被稱(chēng)為預(yù)熱區(qū),溫度能很快的達(dá)到400℃物質(zhì)而是煤的性質(zhì)。原則講,任何反應(yīng)過(guò)程必須使之后進(jìn)入一個(gè)預(yù)氣化區(qū)域,在此區(qū)域甲烷、高含固體碳表面與反應(yīng)氣體達(dá)到有效的接觸,在整個(gè)量的C、H化合物和焦油被混合。隨后,在氣化區(qū)系統(tǒng)中煤的粒度分布也影響此過(guò)程。域,產(chǎn)生一氧化碳和氫氣。燃燒區(qū)和灰份層在爐再者,當(dāng)加熱到400℃-500℃時(shí),大部分煙條以上。當(dāng)氣體溫度相對(duì)降低到40℃-60℃煤變軟,在此條件下,顆?？赡芎喜⑿纬纱蟮墓腆w時(shí),通過(guò)洗滌塔,焦油和煙塵被除掉,同時(shí)溫度降結(jié)構(gòu)組織。有效的固氣接觸應(yīng)在原料的粒度大小到185℃準(zhǔn)備工作上被要求。原料應(yīng)選擇非焦煤或預(yù)處理Lurgi氣化爐從1936年開(kāi)始使用,已建立65的煤去破壞它的焦油量煤中包含一定的礦物質(zhì),家商業(yè)單位,大部分是供氧氣的,但是也有一部分這些物質(zhì)在氣化爐中以干灰份煤渣或熔渣形式被用空氣來(lái)產(chǎn)生低熱值的氣體。被用的大部分是褐提取。然而在此過(guò)程中它們的形成取決于礦物形煤、無(wú)煙煤,很少用煙煤。長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)性勞動(dòng)是成和所達(dá)到的溫度。很明顯,應(yīng)使灰份中含有最少I(mǎi)u過(guò)程的有利條件,不利條件是:機(jī)械復(fù)雜性的碳,才能達(dá)到最大的轉(zhuǎn)化率。和結(jié)果的高消耗;小容量;含有焦油產(chǎn)品;要求高第三考慮的是在氣化爐中放熱和吸熱區(qū)域間壓水蒸氣;煤的形狀和焦油量的選擇性要求有效的熱交換。人們?cè)噲D解決這些問(wèn)題,促使有許懸浮汽化— koppers totzek過(guò)程多不同的氣化方法的發(fā)展2。幾種類(lèi)型的例子描Kopper-Totzek過(guò)程如圖3所示。述如下固定的氣化床層: Lurgi氣化爐Lurgi氣化爐如圖2所示。 Lurgi氣化爐是一個(gè)圓錐形,大約在20Pa的條件下,冷水器操作。煤的顆粒床層由大量的旋轉(zhuǎn)爐條支撐,氧氣和水粉煤蒸氣從下面注入,為了不讓灰份成為熔渣化掉,最高溫度不允許超過(guò)1000℃C。隨著反應(yīng)物和產(chǎn)品氣體的無(wú)變化分布來(lái)確保一個(gè)穩(wěn)定向下浮動(dòng)的燃中國(guó)煤化工料流,準(zhǔn)備的原煤被分成一系列的大小形狀,總體上大比小不能超過(guò)6倍,穩(wěn)固、緩慢移動(dòng)的燃料流CNMHG通過(guò)安裝在上面的裝卸漏斗不斷的被補(bǔ)充,同時(shí)運(yùn)煤分配器不斷向漏斗中補(bǔ)充,最后灰份通過(guò)旋圖3 Koppers- Totzek氣化爐條漏在下面。燃料有很好的粒度(約為200μm),并以氧氣方數(shù)據(jù)能源技術(shù)與管理2006年第3期流和水蒸氣的形式被注入到圓形容器中,此過(guò)程大概在大氣壓下操作。反應(yīng)最高溫度在1500℃5煤炭地下氣化經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益評(píng)價(jià)反應(yīng)時(shí)間是1s,碳就完全消耗,焦油也隨碳被氣煤炭地下氣化既是一項(xiàng)高效益的環(huán)保技術(shù),化。產(chǎn)品氣體在容器中大約是1500℃進(jìn)入到一又是一項(xiàng)促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化的符合國(guó)情個(gè)冷卻容器中被冷卻到300℃,此過(guò)程應(yīng)提供必的創(chuàng)新技術(shù)?？偟膩?lái)看有三大理由可以大力發(fā)展要的水蒸氣。在氣化爐中溫度非常高,煤中的灰份煤炭地下氣化技術(shù)第一,煤炭開(kāi)采成本隨著開(kāi)會(huì)變成爐渣,并且多一半以煤渣落在底部。高溫度采強(qiáng)度的加大而不斷提高,東部煤炭后備資源隨生成的產(chǎn)品有相對(duì)多的一氧化碳,少量的二氧化之也愈發(fā)嚴(yán)重不足。煤炭地下氣化技術(shù)是一項(xiàng)從碳和碳?xì)浠衔铩Ｋ魵獾霓D(zhuǎn)化率是另人滿(mǎn)意的,根本上改造傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)與利用工藝的高新技但比Lurg過(guò)程氧氣的消耗量要高術(shù),它可以首先應(yīng)用于礦井遺棄煤炭資源的開(kāi)發(fā),Kopper- Totzek過(guò)程從1952年開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn),已獲得生產(chǎn)成本較低的中等熱值煤氣。進(jìn)而還可以建立了53個(gè)單位,它能廣泛的處理各種原料,包開(kāi)采井工難以開(kāi)采的深部煤層,包括劣質(zhì)煤、薄煤括原油、泥炭褐煤和大量的焦炭。氣態(tài)產(chǎn)品中不層和“三下”煤層等。第二,由煤礦地下生產(chǎn)的煤氣含焦油;氣化爐簡(jiǎn)單、容易維修;在此過(guò)程中能提可廣泛應(yīng)用于燃料氣、發(fā)電煤化工和提取氫等清供大量的水蒸氣。不利條件:不適應(yīng)在高壓下操潔燃料高附加值的生產(chǎn)領(lǐng)域,因此大大提高了煤作;空氣流運(yùn)轉(zhuǎn)不可實(shí)行;煤必須經(jīng)過(guò)粉磨;占用炭工業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。第三,由于煤炭地下氣化燃燒空間大;熱效率低。后的灰渣等殘余物留在地下,由此大大減少采煤流化床氣化地表的塌陷量,并減少因固體廢棄物排放所造成Winkler氣化爐如圖4所示。燃料通過(guò)蝸桿被的地表環(huán)境破壞送到氣化爐容器的較低部分。在大氣壓下,同時(shí)有氧氣和水蒸氣的條件下被液化。床層的溫度被控6結(jié)語(yǔ)制在相對(duì)低的水平。顆粒被送到自由空間在高溫煤炭是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱,煤炭地下下反應(yīng),床層上面有輔助氧化和來(lái)自床層外的水氣化技術(shù)的應(yīng)用市場(chǎng)廣闊,領(lǐng)域廣泛。先進(jìn)煤氣化蒸氣。提煉好的物質(zhì)通過(guò)氣化爐容器進(jìn)入旋流器,新技術(shù)的發(fā)展是今后的主攻方向。因此應(yīng)充分借在旋流器中大部分被收集返回到反應(yīng)器中。如果鑒國(guó)外已有的成功經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)避免走彎路切實(shí)可提供有效熱量的可能性從放熱區(qū)轉(zhuǎn)移到吸熱區(qū),行的選擇引進(jìn)消化和自主開(kāi)發(fā)相結(jié)合的路子來(lái)發(fā)流化床就受到人們的關(guān)注。換句話(huà)說(shuō),溫度就限制展我國(guó)的煤氣化新技術(shù)。充分利用我國(guó)煤礦大量在灰份不能變成燒結(jié)物溫度,并且在低溫時(shí)氣化過(guò)剩的生產(chǎn)能力低投入、低成本、高效益地生產(chǎn)率也很低。 Winkler氣化爐在商業(yè)上使用是在20優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的煤氣,有利于煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)產(chǎn)、脫貧、解世紀(jì)20年代末,已建立36個(gè)單位,成功的使用了困有利于實(shí)現(xiàn)我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略調(diào)整4。褐煤和褐焦煤,這個(gè)過(guò)程容易反應(yīng),并且在較低溫[參考文獻(xiàn)]度下會(huì)氣化。[1]杜鋒梁杰煤炭地下氣化技術(shù)[J]陜西煤炭,2003,(1)[2]馬馳余力等中國(guó)煤炭地下氣化技術(shù)的發(fā)展[門(mén)]中國(guó)能源,2003,(2)[3]劉淑琴?gòu)堒姷让禾康叵職饣木C合利用前景[門(mén)]煤炭科學(xué)技術(shù)2003,31()褐煤焦末[4]黃振中世紀(jì)之交的中國(guó)煤炭氣化技術(shù)[門(mén)]世界科技研<04英寸900℃C究與發(fā)展,2004,265)[作者答粉煤回收輔助噴嘴安全YHE中國(guó)煤化工遼寧工程技術(shù)大學(xué)CNMHG6個(gè)氧氣,水蒸氣[收稿日期:2006-05-05]圖4 Winkler氣化爐