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【摘要】 在低碳经济的背景下,煤炭清洁利用对中国能源具有重要意义,因此我国应大力发展新型煤化工—煤炭气化、焦化、液化、多联产技术等洁净煤技术,以提高煤炭的综合利用效率。针对我国煤炭利用现状,主要阐述煤气化和IGCC技术的工艺原理、特点以及未来的发展方向。
【关键词】 低碳;洁净煤技术;燃料电池;煤气化;IGCC
所谓低碳经济,是指在可持续发展的指导下,通过技术创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。而低碳经济实质是能源高效利用和清洁能源开发的问题,核心是能源技术创新。因此,在以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式下,洁净煤技术可以把低效高污染的煤炭转化为高效清洁的能源,将成为未来技术发展最重要的方向之一。
1 我国煤炭的利用现状
中国是一个富煤、贫油、少气的国家。能源结构以煤炭为主,煤炭资源总量为5.6万亿吨占总能源的90%,能源总消费量中煤炭约占70%。煤炭提供了全国80%以上的电力生产燃料,提供了85%以上的化工(包括焦化)原料,大约80%以上的煤炭作为燃料消耗。我国也是世界煤炭消费量最大的国家,煤炭一直是我国的主要能源和重要原料,在一次能源生产和消费构成中煤炭始终占一半以上。
2 我国煤化工技术的发展方向
洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。目前意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术,发展的主要方向是煤炭的新型气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称。
洁净煤技术包括两个方面,一是直接烧煤洁净技术,二是煤转化为洁净燃料技术。下面我着重介绍下煤转化为洁净燃料技术,此技术主要有煤气化、煤液化、煤焦化、IGCC、燃煤磁流体发电技术等。下面谈一下煤气化和IGCC技术的基本原理、特点及其发展方向。
2.1煤气化。煤气化是指在一定的温度和压力等条件下,将经过适当处理和物理化学反应,将原料煤转化为具有多种用途的气态产物的工艺过程。一般情况下,煤气很少作为终端产品,即作为燃料气使用,往往需要进行后续工艺才能得到目标产品,如合成氨、甲醇、合成油品、煤基烯烃以及其它燃料和化学品等。
气化工艺是指将原煤转化为可燃气体(即煤气)的热加工过程。原煤气化,不仅提高了原煤组分的利用价值和利用效率,减少其利用过程中的污染排放,同时还为进一步化工合成提供了原材料。煤气不仅可以作为各种用途的燃料气,还可作为多种化工合成工艺的原料气,还可作为冶金行业的还原气体(生产H2)等。原煤通过煤气化工艺,如shell煤气化和气流床气化等高效煤气化工艺,生成主要气态燃料—煤气,再以H2和CO为原料气合成其他目标产品。例如甲醇的制取,为了贯彻低碳原则,减少CO2的排放量,可以利用创新工艺,通过配入水电解制的H2,使合成气中的H2/CO达到2,即煤气化配水电解制氢联合制合成气技术,此工艺基本实现CO2零排放,符合低碳原则。
煤气化技术今后的发展方向主要在以下几个方面:①对原料煤质及其波动的限制尽量放宽,且尽可能直接气化粉煤;②提高单台气化炉的煤气生产能力,且能在较高压力条件下操作;③气化效率高,环境污染少,设备造价低、安全性好、维修量小;④煤气化多联产。
煤气化多联产是新型煤化工的发展新概念,主要有煤制油为主的多联产、炼焦和气化多联产系统、以发电为主的多联产、以化产为主的多联产。下面介绍下整体煤气化联合循环技术的特点、原理及其应用。
2.2整体煤气化联合循环。整体煤气化联合循环(IGCC)是由煤变燃氢的煤气化产物—煤气的另一种低碳高效利用就是IGCC技术。IGCC的工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体工质以驱动燃气轮机作功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
IGCC整个系统大致可分为:煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电。煤的气化炉可以采用固定床(fixed bed)、喷流床(entrained flow bed)和流化床(fluidized bed)三种。其中,喷流床是目前IGCC工艺过程中使用最多的一种气化炉,它采用煤粉高温高压气化,因此,单炉生产能力大,且煤种适用范围广泛,碳组分转化率高。
IGCC技术把高效的燃气—蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来,既有高发电效率,又有极好的环保性能,是一种有发展前景的洁净煤发电技术。和常规的燃煤发电技术相比,IGCC技术具有以下特点:①发电效率高,GCC发电的净效率可达43%～45%,未来可望达到更高;②污染物排放低,污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10,脱硫效率可达99%,氮氧化物排放只有常规电站的15%～20%;③节水性能先进,耗水只有常规电站的1/2～1/3;④适合发展基于煤气化的多联产和多联供;⑤有利于实现CO2减排,二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。
采用煤气化和煤气净化无法大幅度减少CO2的排放,在IGCC及多联产系统中,只有解决了CO2零排放或准零排放问题后,才是真正实现了化石燃料。
3 我国煤化工未来的发展方向
除了发展创新传统煤化工技术如焦化、气化外,也要大力发展在煤的燃烧、发电、合成、液化、煤化学加工等综合技术与相关产业的联合,同时,加大力度发展可替代石油的洁净能源的新型煤化工技术,并建成技术先进、大模、多种工艺集成的新型煤化工企业或产业基地。
参考文献
1 李默.IGCC及多联产技术的发展现状及发展趋势［J］.电站系统工程,2010.
2 白慧峰,徐越,危师让,孙成贤.IGCC及多联产系统的发展和关键技术［J］.燃气轮机技术,2009. 3 郭树才.煤化工工艺学［M］.北京:化学工业出版社,2006,7(52).
4 朱健崖,郑明东.我国煤化工现状及其发展趋势［J］.江西冶金,2004.
5 李文秀.浅谈我国煤化工现状及其发展趋势［J］.内蒙古石油化工,2006.
【关键词】 低碳;洁净煤技术;燃料电池;煤气化;IGCC
所谓低碳经济,是指在可持续发展的指导下,通过技术创新、产业转型、新能源开发等多种手段,尽可能地减少煤炭等高碳能源消耗,减少温室气体排放,达到经济社会发展与生态环境保护双赢的一种经济发展形态。而低碳经济实质是能源高效利用和清洁能源开发的问题,核心是能源技术创新。因此,在以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济模式下,洁净煤技术可以把低效高污染的煤炭转化为高效清洁的能源,将成为未来技术发展最重要的方向之一。
1 我国煤炭的利用现状
中国是一个富煤、贫油、少气的国家。能源结构以煤炭为主,煤炭资源总量为5.6万亿吨占总能源的90%,能源总消费量中煤炭约占70%。煤炭提供了全国80%以上的电力生产燃料,提供了85%以上的化工(包括焦化)原料,大约80%以上的煤炭作为燃料消耗。我国也是世界煤炭消费量最大的国家,煤炭一直是我国的主要能源和重要原料,在一次能源生产和消费构成中煤炭始终占一半以上。
2 我国煤化工技术的发展方向
洁净煤技术是指从煤炭开发到利用的全过程中旨在减少污染排放与提高利用效率的加工、燃烧、转化及污染控制等新技术。目前意义上洁净煤技术是指高技术含量的洁净煤技术,发展的主要方向是煤炭的新型气化、液化、煤炭高效燃烧与发电技术等等。它是旨在减少污染和提高效率的煤炭加工、燃烧、转换和污染控制新技术的总称。
洁净煤技术包括两个方面,一是直接烧煤洁净技术,二是煤转化为洁净燃料技术。下面我着重介绍下煤转化为洁净燃料技术,此技术主要有煤气化、煤液化、煤焦化、IGCC、燃煤磁流体发电技术等。下面谈一下煤气化和IGCC技术的基本原理、特点及其发展方向。
2.1煤气化。煤气化是指在一定的温度和压力等条件下,将经过适当处理和物理化学反应,将原料煤转化为具有多种用途的气态产物的工艺过程。一般情况下,煤气很少作为终端产品,即作为燃料气使用,往往需要进行后续工艺才能得到目标产品,如合成氨、甲醇、合成油品、煤基烯烃以及其它燃料和化学品等。
气化工艺是指将原煤转化为可燃气体(即煤气)的热加工过程。原煤气化,不仅提高了原煤组分的利用价值和利用效率,减少其利用过程中的污染排放,同时还为进一步化工合成提供了原材料。煤气不仅可以作为各种用途的燃料气,还可作为多种化工合成工艺的原料气,还可作为冶金行业的还原气体(生产H2)等。原煤通过煤气化工艺,如shell煤气化和气流床气化等高效煤气化工艺,生成主要气态燃料—煤气,再以H2和CO为原料气合成其他目标产品。例如甲醇的制取,为了贯彻低碳原则,减少CO2的排放量,可以利用创新工艺,通过配入水电解制的H2,使合成气中的H2/CO达到2,即煤气化配水电解制氢联合制合成气技术,此工艺基本实现CO2零排放,符合低碳原则。
煤气化技术今后的发展方向主要在以下几个方面:①对原料煤质及其波动的限制尽量放宽,且尽可能直接气化粉煤;②提高单台气化炉的煤气生产能力,且能在较高压力条件下操作;③气化效率高,环境污染少,设备造价低、安全性好、维修量小;④煤气化多联产。
煤气化多联产是新型煤化工的发展新概念,主要有煤制油为主的多联产、炼焦和气化多联产系统、以发电为主的多联产、以化产为主的多联产。下面介绍下整体煤气化联合循环技术的特点、原理及其应用。
2.2整体煤气化联合循环。整体煤气化联合循环(IGCC)是由煤变燃氢的煤气化产物—煤气的另一种低碳高效利用就是IGCC技术。IGCC的工艺过程如下:煤经气化成为中低热值煤气,经过净化,除去煤气中的硫化物、粉尘等污染物,变为清洁的气体燃料,然后送入燃气轮机的燃烧室燃烧,加热气体工质以驱动燃气轮机作功,燃气轮机排气进入余热锅炉加热给水,产生过热蒸汽驱动蒸汽轮机作功。
IGCC整个系统大致可分为:煤的制备、煤的气化、热量的回收、煤气的净化和燃气轮机及蒸汽轮机发电。煤的气化炉可以采用固定床(fixed bed)、喷流床(entrained flow bed)和流化床(fluidized bed)三种。其中,喷流床是目前IGCC工艺过程中使用最多的一种气化炉,它采用煤粉高温高压气化,因此,单炉生产能力大,且煤种适用范围广泛,碳组分转化率高。
IGCC技术把高效的燃气—蒸汽联合循环发电系统与洁净的煤气化技术结合起来,既有高发电效率,又有极好的环保性能,是一种有发展前景的洁净煤发电技术。和常规的燃煤发电技术相比,IGCC技术具有以下特点:①发电效率高,GCC发电的净效率可达43%～45%,未来可望达到更高;②污染物排放低,污染物的排放量仅为常规燃煤电站的1/10,脱硫效率可达99%,氮氧化物排放只有常规电站的15%～20%;③节水性能先进,耗水只有常规电站的1/2～1/3;④适合发展基于煤气化的多联产和多联供;⑤有利于实现CO2减排,二氧化硫排放在25mg/Nm3左右。
采用煤气化和煤气净化无法大幅度减少CO2的排放,在IGCC及多联产系统中,只有解决了CO2零排放或准零排放问题后,才是真正实现了化石燃料。
3 我国煤化工未来的发展方向
除了发展创新传统煤化工技术如焦化、气化外,也要大力发展在煤的燃烧、发电、合成、液化、煤化学加工等综合技术与相关产业的联合,同时,加大力度发展可替代石油的洁净能源的新型煤化工技术,并建成技术先进、大模、多种工艺集成的新型煤化工企业或产业基地。
参考文献
1 李默.IGCC及多联产技术的发展现状及发展趋势［J］.电站系统工程,2010.
2 白慧峰,徐越,危师让,孙成贤.IGCC及多联产系统的发展和关键技术［J］.燃气轮机技术,2009. 3 郭树才.煤化工工艺学［M］.北京:化学工业出版社,2006,7(52).
4 朱健崖,郑明东.我国煤化工现状及其发展趋势［J］.江西冶金,2004.
5 李文秀.浅谈我国煤化工现状及其发展趋势［J］.内蒙古石油化工,2006.