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摘要：本文主要评述了影响煤气化过程的几种主要因素，以期对该领域的深入研究与工业应用有所参考。并指出了继续深入加强各影响因素基础研究的同时，综合评估其经济性效益，是煤气化技术向煤炭大规模高效清洁利用推广的未来发展方向。
关键字：煤化程度；煤气化，温度；内在矿物质；催化剂；
煤气化技术是煤炭清洁高效转化的核心技术，是国民经济可持续发展的重要保障。该技术是指在气化炉中，以煤或煤焦为原料，以氧气(空气、富氧空气或纯氧)、水蒸气或氢气为气化介质，在高温和一定压力下，通过部分氧化反应将原料煤转化成具有一定潜在化学能的气体燃料的过程。煤的气化产物可作为燃料气或为先进的发电技术提供清洁的煤气 ，还可以作为合成气加工合成化工产品等H]。因此，研究煤气化过程中的主要影响因素，对改进煤气化技术，保护环境，实现煤炭高效清洁利用有着重要意义。
1、煤化程度对煤气化过程的影响
煤化程度是煤气化反应活性的重要影响因素。张林仙考察了中国不同地区不同煤化程度的6种典型无烟煤焦的气化活性，实验发现无烟煤焦的水蒸气气化反应活性与无烟煤的煤化程度密切相关，随着无烟煤煤化程度的加深，水蒸气气化反应活性降低。
这主要是由于煤化程度的加深会造成煤中碳含量增高，氢和氧含量减小，煤内部的缩合芳香烃结构增多，脂肪烃结构减少，石墨化程度增高，进而导致气化反应活性随煤化程度的加深而降低。文献[3—4]也得出了相似的结论。但也有研究者认为煤阶对气化反应活性的影响还有待进一步研究，Takayuki认为低煤化程度的煤的气化反应活性不一定总是比高煤化程度的煤要高，因为煤的气化反应活性不仅与煤阶有关，还和煤焦中的含氧官能团和无机化合物的含量有关，随着煤化程度的加深，煤的微观结构、表面特性也会发生变化，从而影响煤气化反应特性。
2、内在矿物质对煤气化过程的影响
诸多研究表明，煤中矿物质或灰分中的碱金属、碱土金属以及过渡金属对煤气化反应起着催化作用。熊杰等用X射线衍射技术考察了碱金属对煤焦微晶结构的影响，结果表明：在气化阶段，作为催化剂的碱金属，降低了气化反应活化能，延长了反应速率达到最大值的时间。卫小芳等m以水蒸气作为气化剂，采用热重法在900℃～l 000℃条件下研究了脱碱金属煤外加不同浓度NaCl和NaAc的水蒸气气化反应性，研究结果表明：外加的碱金属都能够降低气化反应过程的活化能，但NaAc具有显著的催化作用，并且随着温度的升高而增强；而NaCl的催化作用相对较弱，因此对高NaCl含量煤可进行洗涤，改善气化过程的操作性。然而，煤中矿物质所含的碱金属和碱土金属对气化反应的正催化作用主要在1000℃以下实现。白进等利用XRD对1100℃。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆1500℃高温下矿物质在弱还原气氛中的变化进行了研究，实验结果发现高温下部分无定形矿物质发生了熔融，主要成分为硅铝酸盐，在煤焦的CO2气化过程中，熔融的硅铝酸盐与煤焦表面接触并发生化学反应，与碱金属生成无催化作用的非水溶性化合物，降低了碱金属的催化作用，从而抑制了气化反应的进行。此外，值得注意的是，硫是对气化反应最为有害的元素，这主要是由于它可以与过渡金属如铁元素反应生成稳定的硫铁化合物，从而阻碍了催化反应的进行或者使催化剂彻底失活。
3、工艺条件对煤气化过程的影响
工艺条件是影响煤气化过程的重要因素，其中主要包括气化温度、压力、升温速率、反应器等。气化温度是影响煤气化反应的最重要因素之一。文芳阻利用热天平实验装置对霍林河、义马、兖州、平朔、神华、大同6种煤焦的水蒸气气化反应特性进行了考察，实验结果表明：6种煤焦随着反应温度的提高，气化反应活性均增加。这主要是由于煤本身由数量不均且不等的芳香环组成，芳香环中的碳碳键受热过程中断裂并与气化剂结合生成CO、CO2等产物，且随着温度的升高，碳碳键得到能量越多越容易断裂，反应程度也就越深。此外，煤焦水蒸气气化反应过程是典型的非均相吸热反应，随着反应温度的升高，反应速度常数增大，进而反应速率增加，反应活性增强。同时，由于温度的升高，气化剂与煤焦的碰撞、接触机率增加等因素也是造成煤焦反应活性增加的原因。Qinglei—sun等的研究表明，随反应温度的提高，镜质组焦和惰质组焦气化反应性均增加，当温度从850℃升到900℃时，镜质组焦达到50％的时间从9．1 h减少到4．1 h，惰质组焦从11．2 h减少到4.6 h。于庆波等利用STA409PC综合热分析仪以等温法对煤焦一CO2高温气化反应进行了考察发现：当气化温度低于煤焦的灰熔点温度时，煤焦的碳转化率和反应速率随气化温度升高显著增大，而当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时，煤焦碳转化率和反应速率则变化十分不明显，甚至有下降趋势。可见，气化反应温度对各显微组分的气化反应活性影响非常明显。
4、催化剂对煤气化过程的影响
除了煤中内在矿物质的催化作用外，在气化过程中加入催化剂可以提高气化反应速率，并且使气化产物具有选择性，从而提高煤气的产率，有利于实现煤的温和气化(气化温度降低200℃～300℃)，降低煤气化过程的能耗以及对设备材料的要求[16]，并且对脱硫、除尘都有利。Qinglei—sun等考察了催化剂对显微组分焦CO2气化反应的影响，结果表明：添加催化剂对气化反应有很重要的影响，能显著降低活化能，提高气化速率。目前，煤气化催化剂主要分为两大类：一类是以碱金属、碱土金属为主的金属氧化物以及金属氢氧化物和盐类，这一类物质在煤内部的矿物质中也存在；另一类则是过渡金属。Yeboah等通过大量的实验研究，对常见单组分碱性金属盐的催化活性进行了排序，结果为：Li2C03>Cs2C03>CsN03>KN03>K2C03>K2S04>Na2C03>CaSO。；过渡金属催化剂对C—H20和C—H2反应的催化活性顺序为Ni>Co>Fe。
总之：
煤气化技术作为一种煤炭高效清洁利用的重要途径和手段，将变得越来越重要，它不仅拓宽了不同煤化程度煤种的利用范围，而且也拓宽了新疆等偏远产煤区输送能源的方式，有着广阔的发展前景。继续深入加强各影响因素的基础研究，同时综合评估经济性效益，进而选择最优气化方案，是煤气化技术今后向煤炭大规模高效清洁利用推广的发展方向。
参考文献：
[1]姚强，陈超．洁净煤技术[M]．北京：化学工业出版社，2005．
[2]张林仙，黄戒介，房倚天，等．中国无烟煤焦气化活性的研究[J]．燃料化学学报，2006，34(3)：265—269．
[3]谢克昌．煤的结构与反应性[M]．北京：科学出版社，2002．
论文作者:高艳艳
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/11
标签：煤焦论文; 碱金属论文; 活性论文; 温度论文; 程度论文; 催化剂论文; 矿物质论文; 《基层建设》2016年8期论文;