煤炭是我國(guó)具有(yǒu)资源优势的能(néng)源和化工原料，据预测，以煤為(wèi)主的能(néng)源结构在2050年以前难有(yǒu)大的改变。经过多(duō)年的探索实践，众多(duō)专家就煤化工相关技术的发展提出了一些新(xīn)思路，并就煤化工企业如何选择新(xīn)型煤气化技术提供了一些新(xīn)思考，可(kě)谓费尽“新(xīn)”思。或许这些技术在目前还不具备实现工业化的条件，也可(kě)能(néng)还不够完善和成熟，但在煤化工蓬勃发展的今天，这些“火花(huā)”未来很(hěn)有(yǒu)可(kě)能(néng)燎原。
《國(guó)家中長(cháng)期科(kē)學(xué)和技术发展规划纲要（2006-2020）》将煤气化技术列為(wèi)重要研究方向。“973”计划项目首席科(kē)學(xué)家、华东理(lǐ)工大學(xué)教授王辅臣指出，煤的燃烧以利用(yòng)其热量為(wèi)主，污染控制困难；煤气化则是利用(yòng)其中的碳、氢等元素，实现能(néng)量梯级利用(yòng)，污染控制相对容易。煤气化技术一是做合成气，这是现代煤化工的基础；二是制氢气，目前中石化、中石油的很(hěn)多(duō)炼厂都改用(yòng)煤制氢，以降低成本；三是作為(wèi)燃气，用(yòng)于工业、民(mín)用(yòng)、IGCC发電(diàn)等；四是用(yòng)于还原炼钢（铁）。
“老”技术煤气化独挑大梁
技术现状——竞相发展
近10年来，我國(guó)煤气化技术开发明显加快，相继开发成功清华气化炉、多(duō)喷嘴对置式水煤浆气化炉、航天加压粉煤气化炉、两段式干粉煤气化炉以及灰熔聚流化床粉煤气化炉等煤气化技术，形成了与國(guó)外技术竞相发展的局面。
多(duō)喷嘴对置式水煤浆气化炉采用(yòng)四喷嘴对置设计，不存在短路物(wù)流现象，高效节能(néng)、碳转化率高等优点。
清华水冷壁气化炉：解决了水煤浆气化技术的煤种限制和高能(néng)耗点火问题，具有(yǒu)气化炉操作温度不再受耐火砖的限制，可(kě)以使用(yòng)灰熔点更高的煤作為(wèi)原料，煤种适应性更宽，覆盖了褐煤、烟煤到无烟煤全煤阶。
两段式干煤粉加压气化炉创新(xīn)采用(yòng)两室两段多(duō)喷嘴反应、分(fēn)级气化，有(yǒu)效气含量可(kě)达90%以上，碳转化率可(kě)达99%，而且煤种适应性好。
HT-L航天粉煤加压气化炉：汇集了水煤浆及粉煤气化技术的优点，有(yǒu)效气含量可(kě)达90%以上，碳转化可(kě)达99%，单位氧耗低，对煤种要求低，而且设备全部实现了國(guó)产化。
灰熔聚流化床粉煤气化炉已先后完成系列中试、低压工业应用(yòng)，并迈向加压技术示范。该工艺為(wèi)解决劣质无烟煤气化难题提供了新(xīn)的技术路径，达到國(guó)际领先水平。
发展趋势——装置大型化
王辅臣指出，装置大型化是煤气化技术发展的主要趋势，也是相关产业发展的需要。气流床技术符合装置大型化的要求，碳转化率较高，目前这方面的技术进展最多(duō)。
“相关技术发展也需要大型煤气化技术。”他(tā)举例说，对一个500万吨/年的煤间接液化制油装置，按每年需2500万吨原料煤计算，则需3000吨/天的气化装置25台左右。假如煤气化装置规模小(xiǎo)，则所需装置数量多(duō)，操作、管理(lǐ)也很(hěn)麻烦。
他(tā)同时指出，拓展原料适应性是大型煤气化技术发展的内在要求，掌握煤气化过程中污染物(wù)的迁移转化机理(lǐ)、实现煤气化技术的近零排放也是必然要求。尤其是微量有(yǒu)害元素（如镉、汞等）的影响不容忽视，如一些地方的煤进对炉壁的腐蚀十分(fēn)严重，需要花(huā)费极大的精力和时间去解决。
王辅臣表示，煤种适应性强、气化指标先进、气化炉与喷嘴寿命長(cháng)、气化炉启动迅速的煤气化技术，是市场迫切需要的。
对于正在开发的一些新(xīn)的煤气化技术，王辅臣认為(wèi)从長(cháng)遠(yuǎn)来看前景不错，但目前还需要做很(hěn)多(duō)工作。例如，对地下煤气化技术就有(yǒu)两个必须解决的问题：一是如何实现稳定控制，二是如何监控、控制煤焦油对环境（水）的影响。而对催化气化技术，如何开发廉价催化剂、如何与合成天然气耦合则是两个不可(kě)忽视的问题。
选择依据——五大原则
王辅臣认為(wèi)，目前煤气化技术的选择要坚持先进性、适应性、可(kě)靠性、环保性原则，同时要注意知识产权保护。
● 先进性原则
王辅臣表示，技术的先进性體(tǐ)现在产品质量性能(néng)、工艺水平和装备水平等方面。现代化學(xué)工业发展的重要趋势就是大型化、单系列，煤气化技术也不例外，大型化是先进性的重要标志(zhì)之一。他(tā)说：“从大型化角度看，气流床有(yǒu)优势，从气流床本身的大型化看，多(duō)喷嘴比单喷嘴有(yǒu)优势。”
● 适应性原则
王辅臣说，适应性原则表现在两个方面，一是对原料煤的适应性，什么样的煤就选择什么样的气化技术；二是与下游装置的配套性，做不同的产品选择的气化技术也不同。
● 可(kě)靠性原则
可(kě)靠性的體(tǐ)现是气化装置能(néng)够安全、稳定、長(cháng)周期、满负荷运行。王辅臣表示，一般应该采用(yòng)已经充分(fēn)验证并有(yǒu)商(shāng)业化运行业绩的技术。当然对于新(xīn)技术、新(xīn)工艺，也要在充分(fēn)试验成功的基础上大胆采用(yòng)，但前提是对可(kě)能(néng)的风险要有(yǒu)分(fēn)析和应对措施。对于尚在试验阶段的新(xīn)工艺、新(xīn)设备等，则要采取积极和慎重的态度。
● 环保性原则
煤的固有(yǒu)特性决定了煤气化过程会产生废渣、废水和废气，有(yǒu)些处理(lǐ)难度比较大。因此王辅臣建议企业在选择煤气化技术时还要结合当地的环境状况（如水资源、大气污染物(wù)的环境容量），选择清洁高效的煤气化技术，保证清洁生产。
● 知识产权安全原则
要注意保护工艺技术来源和所有(yǒu)者的权益。“对于专利技术则要研究其产权问题，包括其使用(yòng)范围和有(yǒu)效期限。不要為(wèi)了贪图小(xiǎo)利而侵犯别人的知识产权。”王辅臣提醒说。
清华大學(xué)热能(néng)工程系教授张建胜也指出，煤气化气化炉技术的选择必须考虑投资、可(kě)靠性、可(kě)用(yòng)率、运行成本、环保、全流程能(néng)耗等各个要素。企业在应用(yòng)煤气化技术时，应选择经过实际生产检验、有(yǒu)较好的的工业化业绩和运行经验，能(néng)达到長(cháng)周期稳定运行，成熟可(kě)靠的技术，在此前提下再考虑先进性。如果不能(néng)長(cháng)周期稳定运行，就失去先进性的意义，经济性也就无从谈起。
“新(xīn)”技术火花(huā)相继迸射
《國(guó)家中長(cháng)期科(kē)學(xué)和技术发展规划纲要（2006-2020）》提出，要“促进煤炭的清洁高效利用(yòng)，降低环境污染”。《國(guó)家能(néng)源科(kē)技“十二五”规划（2011-2015）》提出，“至2020年开发煤炭气化、液化、煤基多(duō)联产与煤炭清洁高效转化技术，实现规模化、产业化应用(yòng)”。这些都对煤化工新(xīn)技术的开发提出了要求。越来越多(duō)的科(kē)研工作者在这一领域开始了不懈探索，并取得了多(duō)方面的进展。
褐煤提质与制油新(xīn)思路水介质合成气加氢液化
褐煤因其含水量高、热值较低且热稳定性较差，曾被贴上“劣质煤”的标签。然而，世界褐煤储量约為(wèi)4万亿吨，占煤炭总储量40%以上；我國(guó)褐煤已探明储量约為(wèi)1900亿吨，占我國(guó)煤炭总储量的15%-20%，且分(fēn)布相对集中，如能(néng)实现褐煤的有(yǒu)效利用(yòng)，则必将為(wèi)中國(guó)“能(néng)源梦”和“化工梦”的实现打下厚实的基础。
华东理(lǐ)工大學(xué)能(néng)源化工系教授张德祥应用(yòng)非蒸发式褐煤水热处理(lǐ)工艺，开发了一种褐煤水介质合成气加氢液化新(xīn)技术，為(wèi)褐煤提质与制油引出新(xīn)思路。
褐煤中含氧量高达20%左右，主要基团為(wèi)羧基和羟基，容易被氧化，可(kě)使煤的燃点和粘结性显著下降。氧碳原子比高，对煤液化时氢耗、转化率和油产率都产生负面影响。传统的煤液化需要将煤中水分(fēn)干燥到2.5%以下，此过程会消耗大量能(néng)源。
张德祥团队研究人员将煤样/水按5∶3混合，在300℃高压反应釜中采用(yòng)非蒸发式水热处理(lǐ)煤，使煤中水分(fēn)以液态水析出，能(néng)耗低，且煤中挥发分(fēn)含量明显降低。
元素分(fēn)析表明，处理(lǐ)后的煤与原煤相比，碳元素含量增大，氧元素含量有(yǒu)所减少，可(kě)知水热处理(lǐ)对原煤具有(yǒu)脱氧提质效果。处理(lǐ)后的煤样经热解得到的煤焦油，产率较原煤热解的提高了14%左右。
同时，研究人员直接将新(xīn)采褐煤湿磨制成水煤浆，用(yòng)水煤浆替代油煤浆，用(yòng)一氧化碳或合成气取代纯氢气。高活性新(xīn)氢生成提高了加氢反应速率，获得较高的液體(tǐ)产品收率，降低了液化成本，取得了褐煤直接加氢液化技术的新(xīn)突破。
该优化集成的褐煤水介质合成气加氢液化新(xīn)技术，实现了低氢耗、低能(néng)耗、低成本和高产油率。
煤气化联产新(xīn)系统适度气化实现气固兼用(yòng)
大连理(lǐ)工大學(xué)教授张岩提出了一种可(kě)联产活性炭的适度煤气化新(xīn)思路，可(kě)应用(yòng)于IGCC系统或以生产合成气為(wèi)目的的煤气化系统，联产活性炭可(kě)用(yòng)于電(diàn)厂及城镇给水净化、各种废水深度处理(lǐ)以及燃煤電(diàn)厂烟气脱汞等。
传统的煤气化联产技术基于煤的完全气化，利用(yòng)煤气产品，实现热電(diàn)联产液體(tǐ)燃料和化學(xué)品合成等。总结目前已经商(shāng)业化的几种大规模煤气化炉特性，可(kě)以发现其共同特点是都以煤的完全气化為(wèi)目标，追求碳转化率的最大化（可(kě)达99%甚至更高）。然而，张岩认為(wèi)，碳转化率的最大化未必就意味着能(néng)够实现能(néng)源效率的最优化，过度追求高碳化率可(kě)能(néng)导致高能(néng)耗和低回报。
张岩以日本刚刚开发的CCP两段式空气气化技术举例：其冷煤气效率随着碳转化率的增加而降低，达到一定程度时就导致发電(diàn)效率降低。虽然该技术碳转化率高达99.9%，但其冷煤气效率只有(yǒu)70%-75%。他(tā)介绍说，气化反应后期，当气化温度一定的时候，单纯延長(cháng)反应时间对提高碳转化率是没有(yǒu)帮助的，只能(néng)通过增加氧煤比或者提高反应温度。
张岩提出了对煤进行适度气化的新(xīn)思路，通过过程优化和系统集成，实现气固兼用(yòng)，构建以生产低中热值煤气联合循环发電(diàn)或化學(xué)品合成為(wèi)主干，联产高附加值活性炭产品的煤電(diàn)化工及环境材料生产一體(tǐ)化的新(xīn)型煤气化联产系统模型。
经实验测算，预计煤气化效率将低于传统煤气化技术1-3个百分(fēn)点，煤气热值在1000-2000kcal/Nm3，基于250MW联合循环发電(diàn)系统估算，活性炭生产规模将大于3万吨/年，生产成本预计低于500元/吨。此外，该技术环境效益显著，可(kě)实现活性炭生产过程的近零排放；同时活性炭成本降低，将间接降低水體(tǐ)净化的环保治理(lǐ)成本。然而，该技术目前尚处于实验室阶段，只能(néng)用(yòng)来生产低中档产品，且煤种适应性较窄。
活性炭是环保的有(yǒu)效产品，但其生产本身又(yòu)是高能(néng)耗、高污染的过程。联产法活性炭没有(yǒu)这些缺陷，同时对部分(fēn)类型污水（如腐殖酸废水）的净化效果优于传统方法。
近年来，活性炭的应用(yòng)领域不断扩大，不仅在石油、化工、冶金、食品等行业中应用(yòng)广泛，而且在环境保护、控制污染等方面也发挥着越来越重要的作用(yòng)。
