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煤的清洁利用技术的现状

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C + H2O CO +H2 C + CO2 CO CO + H2 CH4 + H2O CO2 + O2 CO2 CO +O2CO2 CH4 +O2CO2 + H2O

按煤和气化剂在气化炉中的流体力学状态分类,气化方法可分为三大类:固定床气化法、流化床气化法气、流床气化法。 (1)固定床气化法

固体气化原料在高温下与气化剂发生氧化还原反应,产生以H2、CO 和CH4为有效气体的煤气,气化炉内原料床层相对稳定或随着原料的消耗缓慢向下移动。固体原料由气化炉顶加入,灰渣从气化炉底排除,气化剂由炉底通过炉栅送入炉内,生成的煤气由炉顶导出。 (2)流化床气化法

采用0~10mm的小颗粒煤作为气化原料,气化剂为蒸气/空气或蒸气/氧气,气化剂自下而上经过床层。依据原料的力度分布和湿度,控制气化剂的流速,使床内原料煤全部处于流化状态,在剧烈搅动和回混中,煤粒和气化剂充分接触,进行化学反应和热量传递。利用碳燃烧放出的热量,使煤粒干燥干馏和气化。流化床气化炉内,主要进行的是碳的燃烧反应,二氧化碳的还原反应,水蒸气分解反应,水煤气变换反应。通过上述化学反应生成的煤气夹带大量细小微粒( 其中70%为灰渣和部分未反应完全的碳粒) 由炉顶离开气化炉,部分密度较重的渣粒由炉底排出。

(3)气流床气化法

气化剂( 氧气和水蒸气) 夹带着煤粉或煤浆,通过特殊喷嘴送入炉膛内,在

高温辐射作用下,氧煤混合物瞬间被点燃,并迅速燃烧,燃烧使煤粒干馏并且使干馏产物分解,同时煤焦被气化,生成CO和H2等组成的煤气和熔渣的气化过程。气流床气化的显著优点是煤种适应性强,原料煤的粘结性,机械强度,热稳定性等对气流床气化过程几乎没有影响。它还具有气化温度高,强度大,煤气不含焦油等优点。但由于气流床气化要求使用尽可能细的煤粉(70%到80%煤粒< 200网目),故需要庞大的制粉设备,同时为回收煤气中的余热及灰尘也需要复杂的余热回收及除尘设备,因此设备投资较高。

(二)煤的液化技术

煤的液化技术是将固体煤转化为液体燃料、化工原料和产品的先进洁净煤技术。可分为煤的直接液化技术和煤的间接液化技术[7-8]。 (1)煤的直接液化技术

煤的直接液化技术是将固体煤在高温高压下与氢反应,使其降解和加氢从而转化为液体油类的工艺,又称加氢液化。煤直接液化可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料,工艺流程如图3所示。该工艺是把煤先磨成粉,再和自身产生的液化重油(循环溶剂)配成煤浆,在高温(450℃)和高压(20-30MPa)下直接加氢,将煤转化成汽油、柴油等石油产品。1t干燥无灰煤可产500~600kg油,加上制氢用煤,3~4t原煤可产1t成品油。

图3煤的直接液化工艺流程简图

(2)煤的间接液化技术

煤的间接液化技术是先将煤气化成合成气(氢气和一氧化碳),然后在催化剂作用下合成燃料油、化工原料和产品。其工艺流程如图4所示。

煤的简介液化工艺具有以下特点: ①适用煤种比直接液化广泛;

②可以在现有化肥厂已有气化炉的基础上实现合成汽油;

③反应压力为3MPa,低于直接液化,反应温度为550℃,高于直接液化; (油收率低于直接液化,5~7t煤才可产出1t油,所以产品油成本比直接液化高得多。

图4 煤的间接液化工艺流程简图

(3)煤气化联合循环发电技术

煤气化联合循环发电技术[9]是指煤、水蒸气和氧气在气化炉中反应产生中低热值粗煤气,经过净化装置除去粗煤气中的硫化物、氮氧化物、粉尘等污染物,变为洁净的气体燃料,燃烧后驱动燃气轮机进行发电,并且还利用高温粗煤气余热和烟气余热在废热锅炉内产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。它不仅提高了煤的有效利用率,还有优良的环保性能,为煤的洁净高效利用带来了光明。

图5 煤气化联合循环发电流程简图

(4)燃煤磁流体发电技术

燃煤磁流体发电技术[10]亦称为等离子体发电,它是磁流体发电的典型应用,当通过燃烧煤而得到的高温等离子体以高速流过磁场时,气体中的电子受磁力作用,沿着与磁力线垂直的方向流向电极,发出直流电,直流电经逆变为交流电送入交流电网。

磁流体发电系统由燃烧室、磁体和发电通道三大主要部件构成,燃烧室提供高温高速导电流体,传统动力装备的两段能量转换过程是在同一个设备—处于磁场环境中的发电通道内发生的。因此,磁流体发电机的特点是,把传统火力发电厂的汽轮机所承担的热能——机械能转换功能和发电机所承担的机械能——电能转换功能集于一身,而且主要部件都不是转动设备,磁流体发电技术的发展无疑将导致发电设备的革命。

三、总结

推进煤炭高效清洁利用,发展绿色生态煤炭工业是我国实现可持续发展的必由之路。为了改变目前我国煤炭资源利用过程存在主要的问题,建议采取如下措施。

(1)煤炭是我国重要的基础能源,煤炭工业可持续发展关系到国民经济和能源的安全大局。大力推进煤炭高效、清洁、节约、安全开发与利用,对保证发展

生态和具有安全保障能力的能源体系,推进经济发展模式的转变,具有十分重要的意义。因此,必须受到高度重视。应该制定一套完善的煤炭高效清洁利用与监管的制度体系,保证其新技术的推广应用。

(2)大力推广日趋成熟的煤炭高效洗选、燃前脱硫和烟气脱硫、循环流化床燃烧、煤炭直接与间接液化、大规模煤气化、煤制油及煤化工等技术;加快研发以煤为基础的煤气、煤电热和煤化工等多联产技术。提高煤炭综合开发利用的质量,培育煤炭企业新的经济增长点。

(3)重视煤与煤伴生资源的综合开发、深度加工、清洁利用,发展生态煤炭工业;遵循“减量化、再利用、再循环”原则,加大矿井废水、煤研石、煤泥、粉煤灰、塌陷地等资源利用技术的研究开发与利用力度,真正实现变废为宝,循环利用。

参考文献

[1]于秀娥.我国能源安全的可行性战略选择[J].理论探索,2009(3):86-87.

[2]程黎花.高效清洁煤炭转化技术现状[J].科技情报开发与经济,2006,16(11):42-43.

[3]吕俊复,凌晓聪,于龙等.国产化200MW循环流化床锅炉方案研究[J].锅炉制造,2002(3): 1-5. [4]苗江平.煤矿粉尘防治技术探讨[J].中小企业管理与科技.2009,5(4):283-284

煤的清洁利用技术的现状

C+H2OCO+H2C+CO2COCO+H2CH4+H2OCO2+O2CO2CO+O2CO2CH4+O2CO2+H2O按煤和气化剂在气化炉中的流体力学状态分类,气化方法可分为三大类:固定床气化法、流化床气化法气、流床气化法。(1)固定床气化法固体
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