我國一次能源消費結構中,煤炭占據主導地位,而國內煤炭利用技術普遍落后,引起的環(huán)境污染非常嚴重。因此,大力發(fā)展煤炭潔凈、高效和綜合利用技術,實行全過程污染控制,是保證社會經濟快速發(fā)展,使大氣環(huán)境得到有效改善和能源利用效率有效提高的唯一選擇。
煤氣化技術是煤炭潔凈、高效和綜合利用的基礎技術和關鍵技術,其應用領域極為廣泛。煤氣化技術的研發(fā)已有200多年的歷史,大致經歷了三個發(fā)展階段:第一代是已工業(yè)化的早期煤氣化技術,如各種常壓固定床氣化爐、流化床氣化爐(溫克勒爐)和氣流床氣化爐(K—T爐)等氣化方法;第二代是目前正處于小試、中式、示范工程階段或實現工業(yè)應用的各種加壓新氣化方法,如Texaco法、Shell法和液態(tài)排渣魯奇爐氣化等;第三代是仍處于實驗室研究階段的催化氣化、等離子體氣化和太陽能氣化等。
目前已實現工業(yè)化應用的煤氣化技術盡管各有優(yōu)勢,但存在的缺點和不足也相當明顯。如普遍存在反應溫度高,對生成氣的凈化困難、能耗大,對設備要求高,環(huán)境污染嚴重等不利因素。這也直接促使了以煤的催化氣化為代表的第三代煤氣化技術的研究。目前,國內外學者正在積極進行煤的催化氣化、煤的等離子體氣化、煤的太陽能氣化和煤的核能余熱氣化等方面的研究。
1 煤的催化氣化技術
煤的催化氣化是煤在固體狀態(tài)下進行的,催化劑與煤的粉粒按照一定的比例均勻地混合在一起,煤表面分布的催化劑通過侵蝕開槽作用,使煤與氣化劑更好地接觸并加快氣化反應。與傳統(tǒng)煤氣化技術相比,煤的催化氣化技術具有諸多突出優(yōu)點:(1)添加的催化劑可顯著提高氣化速率;(2)煤的催化氣化實現了煤的溫和氣化(氣化溫度降低200℃~300℃),顯著降低了煤氣化過程的能耗及對設備材料方面的要求,并且對脫硫、除塵、環(huán)保等都非常有利;(3)可同時進行許多合成過程,在催化劑作用下,可在煤氣化的同時合成甲醇、甲烷、氨等化工原料,縮短工業(yè)流程,提高工業(yè)生產的經濟性?梢灶A見,煤的催化氣化技術取得突破性進展后必將為煤化工業(yè)帶來革命性的轉變。
煤的催化氣化研究約有150多年的歷史,深入研究始于20世紀70年代末,大致經歷了三個階段:早期主要針對單一金屬,無機鹽或某礦物質對煤氣化速率的影響....