什么是煤炭气化

气化过程是煤炭的一个热化学加工过程。它是以煤或煤焦为原料，以氧气（空气、富氧或工业纯氧）、水蒸气作为气化剂，在高温高压下通过化学反应将煤或煤焦中的可燃部分转化为可燃性气体的工艺过程。气化时所得的可燃气体成为煤气，对于做化工原料用的煤气一般称为合成气（合成气除了以煤炭为原料外，还可以采用天然气、重质石油组分等为原料），进行气化的设备称为煤气发生炉或气化炉。

煤炭气化包含一系列物理、化学变化。一般包括干燥、燃烧、热解和气化四个阶段。干燥属于物理变化，随着温度的升高，煤中的水分受热蒸发。其他属于化学变化，燃烧也可以认为是气化的一部分。煤在气化炉中干燥以后，随着温度的进一步升高，煤分子发生热分解反应，生成大量挥发性物质（包括干馏煤气、焦油和热解水等），同时煤粘结成半焦。煤热解后形成的半焦在更高的温度下与通入气化炉的气化剂发生化学反应，生成以一氧化碳、氢气、甲烷及二氧化碳、氮气、硫化氢、水等为主要成分的气态产物，即粗煤气。气化反应包括很多的化学反应，主要是碳、水、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳相互间的反应，其中碳与氧的反应又称燃烧反应，提供气化过程的热量。

主要反应有：

1、水蒸气转化反应

C+H2O=CO+H2-131KJ/mol

2、水煤气变换反应

CO+ H2O =CO2+H2+42KJ/mol

3、部分氧化反应

C+0.5 O2=CO+111KJ/mol

4、完全氧化（燃烧）反应

C+O2=CO2+394KJ/mol

5、甲烷化反应

CO+2H2=CH4+74KJ/mol

6、Boudouard反应

C+CO2=2CO-172KJ/mol

煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：

1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。

4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。此气化工艺已不再发展。

以上均为地面气化，还有地下气化工艺。

中国洁净煤技术网

煤炭气化是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

图见：

http://www.cct.org.cn/cct/upinstrimg/200310301232321.gif

气化过程发生的反应包括煤的热解、气化和燃烧反应。煤的热解是指煤从固相变为气、固、液三相产物的过程。煤的气化和燃烧反应则包括两种反应类型，即非均相气－固反应和均相的气相反应。

不同的气化工艺对原料的性质要求不同，因此在选择煤气化工艺时，考虑气化用煤的特性及其影响极为重要。气化用煤的性质主要包括煤的反应性、粘结性、结渣性、热稳定性、机械强度、粒度组成以及水分、灰分和硫分含量等。

煤炭气化工艺可按压力、气化剂、气化过程供热方式等分类，常用的是按气化炉内煤料与气化剂的接触方式区分，主要有：

1) 固定床气化：在气化过程中，煤由气化炉顶部加入，气化剂由气化炉底部加入，煤料与气化剂逆流接触，相对于气体的上升速度而言，煤料下降速度很慢，甚至可视为固定不动，因此称之为固定床气化；而实际上，煤料在气化过程中是以很慢的速度向下移动的，比较准确的称其为移动床气化。

2) 流化床气化：它是以粒度为0-10mm的小颗粒煤为气化原料，在气化炉内使其悬浮分散在垂直上升的气流中，煤粒在沸腾状态进行气化反应，从而使得煤料层内温度均一，易于控制，提高气化效率。

3) 气流床气化。它是一种并流气化，用气化剂将粒度为100um以下的煤粉带入气化炉内，也可将煤粉先制成水煤浆，然后用泵打入气化炉内。煤料在高于其灰熔点的温度下与气化剂发生燃烧反应和气化反应，灰渣以液态形式排出气化炉。

4) 熔浴床气化。它是将粉煤和气化剂以切线方向高速喷入一温度较高且高度稳定的熔池内，把一部分动能传给熔渣，使池内熔融物做螺旋状的旋转运动并气化。目前此气化工艺已不再发展。

以上均为地面气化，还有地下气化工艺。

煤炭气化技术广泛应用于下列领域：

1）作为工业燃气 一般热值为1100－1350大卡热的煤气，采用常压固定床气化炉、流化床气化炉均可制得。主要用于钢铁、机械、卫生、建材、轻纺、食品等部门，用以加热各种炉、窑，或直接加热产品或半成品。

2）作为民用煤气 一般热值在3000－3500大卡，要求CO小于10％，除焦炉煤气外，用直接气化也可得到，采用鲁奇炉较为适用。与直接燃煤相比，民用煤气不仅可以明显提高用煤效率和减轻环境污染，而且能够极大地方便人民生活，具有良好的社会效益与环境效益。出于安全、环保及经济等因素的考虑，要求民用煤气中的H2、CH4、及其它烃类可燃气体含量应尽量高，以提高煤气的热值；而CO有毒其含量应尽量低。

3）作为化工合成和燃料油合成原料气 早在第二次世界大战时，德国等就采用费托工艺（Fischer-Tropsch）合成航空燃料油。随着合成气化工和碳－化学技术的发展，以煤气化制取合成气，进而直接合成各种化学品的路线已经成为现代煤化工的基础，主要包括合成氨、合成甲烷、合成甲醇、醋酐、二甲醚以及合成液体燃料等。

化工合成气对热值要求不高，主要对煤气中的CO、H2等成分有要求，一般德士古气化炉、Shell气化炉较为合适。目前我国合成氨的甲醇产量的50％以上来自煤炭气化合成工艺。

4）作为冶金还原气 煤气中的CO和H2具有很强的还原作用。在冶金工业中，利用还原气可直接将铁矿石还原成海棉铁；在有色金属工业中，镍、铜、钨、镁等金属氧化物也可用还原气来冶炼。因此，冶金还原气对煤气中的CO含量有要求。

5）作为联合循环发电燃气 整体煤气化联合循环发电（简称IGCC）是指煤在加压下气化，产生的煤气经净化后燃烧，高温烟气驱动燃气轮机发电，再利用烟气余热产生高压过热蒸汽驱动蒸汽轮机发电。用于IGCC的煤气，对热值要求不高，但对煤气净化度-如粉尘及硫化物含量的要求很高。与IGCC配套的煤气化一般采用固定床加压气化（鲁奇炉）、气流床气化（德士古）、加压气流（Shell气化炉）广东省 加压流化床气化工艺，煤气热值2200－2500大卡左右。

6）作煤炭气化燃料电池 燃料电池是由H2、天然气或煤气等燃料（化学能）通过电化学反应直接转化为电的化学发电技术。目前主要由磷酸盐型（PAFC）、熔融碳酸盐型(MCFC)、固体氧化物型(SOFC)等。它们与高效煤气化结合的发电技术就是IG-MCFC和IG-SOFC，其发电效率可达53%。

7）煤炭气化制氢 氢气广泛的用于电子、冶金、玻璃生产、化工合成、航空航天、煤炭直接液化及氢能电池等领域，目前世界上96%的氢气来源于化石燃料转化。而煤炭气化制氢起着很重要的作用，一般是将煤炭转化成CO和H2，然后通过变换反应将CO转换成H2和H2O，将富氢气体经过低温分离或变压吸附及膜分离技术，即可获得氢气。

8）煤炭液化的气源 不论煤炭直接液化和间接氧化，都离不开煤炭气化。煤炭液化需要煤炭气化制氢，而可选的煤炭气化工艺同样包括固定床加压Lurgi气化、加压流化床气化和加压气流床气化工艺。

3.1固定床气化

固定床气化也称移动床气化。固定床一般以块煤或焦煤为原料。煤由气化炉顶加入，气化剂由炉底加入。流动气体的上升力不致使固体颗粒的相对位置发生变化，即固体颗粒处于相对固定状态，床层高度亦基本保持不变，因而称为固定床气化。另外，从宏观角度看，由于煤从炉顶加入，含有残炭的炉渣自炉底排出，气化过程中，煤粒在气化炉内逐渐并缓慢往下移动，因而又称为移动床气化。

固定床气化的特性是简单、可靠。同时由于气化剂于煤逆流接触，气化过程进行得比较完全，且使热量得到合理利用，因而具有较高的热效率。固定床气化炉常见有间歇式气化（UGI）和连续式气化（鲁奇Lurgi）2种。前者用于生产合成气时一定要采用白煤（无烟煤）或焦碳为原料，以降低合成气中CH4含量，国内有数千台这类气化炉，弊端颇多；后者国内有20多台炉子，多用于生产城市煤气；该技术所含煤气初步净化系统极为复杂，不是公认的首选技术。

3.2流化床气化

流化床气化又称为沸腾床气化。其以小颗粒煤为气化原料，这些细颗粒在自下而上的气化剂的作用下，保持着连续不断和无秩序的沸腾和悬浮状态运动，迅速地进行着混合和热交换，其结果导致整个床层温度和组成的均一。流化床气化能得以迅速发展的主要原因在于：（1）生产强度较固定床大。（2）直接使用小颗粒碎煤为原料，适应采煤技术发展，避开了块煤供求矛盾。（3）对煤种煤质的适应性强，可利用如褐煤等高灰劣质煤作原料。

流化床气化炉常见有温克勒（Winkler）、灰熔聚（U-Gas）、循环流化床（CFB）、加压流化床（PFB是PFBC的气化部分）等。

3.3气流床气化

气流床气化是一种并流式气化。从原料形态分有水煤浆、干煤粉2类；从专利上分，Texaco、Shell最具代表性。前者是先将煤粉制成煤浆，用泵送入气化炉，气化温度1350～1500℃；后者是气化剂将煤粉夹带入气化炉，在1500～1900℃高温下气化，残渣以熔渣形式排出。在气化炉内，煤炭细粉粒经特殊喷嘴进入反应室，会在瞬间着火，直接发生火焰反应，同时处于不充分的氧化条件下，因此，其热解、燃烧以吸热的气化反应，几乎是同时发生的。随气流的运动，未反应的气化剂、热解挥发物及燃烧产物裹夹着煤焦粒子高速运动，运动过程中进行着煤

煤的气化：是指煤在特定的设备内，在一定温度及压力下使煤中有机质与气化剂（如蒸汽/空气或氧气等）发生一系列化学反应，将固体煤转化为含有CO、H2、CH4等可燃气体和CO2、N2等非可燃气体的过程。煤炭气化时，必须具备三个条件，即气化炉、气化剂、供给热量，三者缺一不可。

煤的液化：就是在一定条件下（温度、压力、催化剂、溶剂、氢气等）将固体煤炭转化为烃类液体燃料和化工原料的过程。煤炭液化油也叫人造石油，煤和石油都是主要由C、H、O这三种元素构成，但煤的平均分子量大于石油，且H元素含量较低，煤的液化主要指的是使煤的大分子变小，并通过催化加氢而液化，其主要任务是将煤中的H/C比调整至适当的数值。

煤的高温干馏：是以煤为原料，在隔绝空气条件下，加热到950℃左右，经高温干馏生产焦炭，同时获得煤气、煤焦油并回收其它化工产品的一种煤转化工艺。产品用途：煤经焦化后的产品有焦炭、煤焦油、煤气及其他化学产品等。

煤用于炼焦，可以产生煤焦油及氨水。焦碳是用于炼铁的重要原料。煤焦油可提取多种工业用的重要化合物。很多人以为煤气是从煤制造出来的，但事实是煤气是从原油提炼出来的石脑油再加以提炼而成的。煤也可以直接汽化，生成水煤气（一氧化碳和氢的混合物），直接用做清洁燃料。

煤，尤其是烟煤（任何挥发分较高的煤）直接作为燃料会冒出黑烟，浪费其中挥发分并造成大气污染，英国由于气候多雾，对污染尤其敏感，早在20世纪初即颁布法律禁止将原煤直接作为燃料，只能燃烧焦碳或半焦。

焦煤和焦炭利用：焦碳作为炼铁的重要原料，对生铁的质量有关键的作用，如果含硫和磷高，会严重降低生铁质量，灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选，以降低其灰分和硫含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的，不能在高炉中被压碎，以便可以通风。选出的碎焦只能做燃料，碎焦做燃料发热量大，不冒烟，是很好的燃料。

参考资料：百度百科-煤

早在20世纪20年代，美国就已开始采用煤炭气化装置生产气态燃料。30年代初，美国有11000台煤炭气化装置进行生产。二次大战后，因受廉价石油和天然气的影响，煤炭气化工厂纷纷停工和倒闭。70年代以后美国又开始积极研究煤炭气化技术，尤其是煤炭气化发电技术。

美国的煤炭气化技术有移动床气化装置、流体床气化装置、夹带气化装置三大类。煤炭的综合气化装置具有第二代气化技术的特点，能保证发电厂机组发电能力达到100～300兆瓦，可与现有的商业性发电厂竞争。配备现有燃气轮机的综合气化联合循环系统与常规煤蒸汽发电厂相比，前者效率更高，热耗更小，投资费用更少。美电力研究所和电力工业部门因此在加州巴斯托附近建造一座100兆瓦的煤炭气化发电厂。这种方式将成为世界各国极为有利的选择方式。

1 很难控制气化过程中在地下产生的种种反应，合成气成分波动过大。

2 受煤层和地质影响大，容易造成井井之间相互漏水、通气等情况。

3 气化后出来的气体成分不稳定，有待改善气化剂种类与含量。

4 地下燃烧、气化情况不好控制，应加大地下气化过程的监控力度。

5 在该技术方面，大部分研究只注重化学工艺，很少关注行业发展动态。

煤炭地下气化作为清洁能源技术的主要研究方向和符合可持续发展战略的环境友好绿色技术，得到了国家领导人和著名科学家的关心和支持。

中国矿业大学 ( 北京校区 ) 煤炭工业地下气化工程研究中心，在国家高技术研究发展计划（ 863 计划）项目——“煤炭地下气化稳定控制技术的研究”的支持下，建成了具有世界先进水平的煤炭地下气化过程综合试验台，可完成不同煤种及不同煤层赋存条件下煤炭地下气化过程发展规律及工艺参数的模型试验研究。

1987 年完成了江苏省“七五”重点攻关项目——徐州马庄矿煤炭地下气化现场试验，获江苏省科技进步三等奖； 1994 年完成了国家“八五”重点科技攻关项目——徐州新河二号井煤炭地下气化半工业试验，首创“长通道、大断面、两阶段”新工艺，被评为国家“八五”重大科技成果。

获“矿井长通道、大断面煤炭地下气化工艺”，“两阶段煤炭地下气化工艺”，“推进供风式煤炭地下气化炉”三项国家专利。

1996 完成了河北省重点科技项目—— “唐山刘庄煤矿煤炭地下气化工业性试验” ； 2000 年 9 月完成了“新汶孙村煤矿煤炭地下气化技术研究与应用”项目，并进行了民用及内燃机发电，获山东省科技进步一等奖和煤炭工业十大科技成果奖。

2005年，中国矿业大学在重庆中梁山北矿进行的煤炭地下气化试验首次实现了在高瓦斯矿井进行地下多煤层联合气化，所产煤气作为当地户居民和蒸汽锅炉燃气，这一试验的成功对今后煤炭开采过程的碳排放量控制具有重要意义。

2007年1月，新奥集团投资2亿多元组建乌兰察布新奥气化采煤技术有限公司,与中国矿业大学共同开展“无井式煤炭地下气化试验项目”研究，得到了内蒙古科技厅、乌兰察布市科技局的大力支持。同年10月24日，我国首套日产15万方煤气的无井式煤炭地下气化试验系统和生产系统一次点火成功。到目前为止，现场试验运行400多天，具备了供热、发电、生产化工原料的能力，取得了一批创新性研究成果，申报了9项专利。

2010年5月至11月，中国矿业大学王作棠教授煤炭地下气化团队与华亭煤业集团有限责任公司合作开发了“难采煤有井式综合导控法地下气化及低碳发电工业性试验项目”。项目于当年11月通过甘肃省科技厅的鉴定，鉴定委员会专家一致认为，该项目创新点突出，在地下煤层燃烧高效稳态蔓延导引控制技术达到国际领先水平，同意通过科技成果鉴定。项目主要技术点采用新型的窄条带虚底炉与多炉协同作业、地面导控注气与充填减沉固污、高氢燃气发电等多项产业技术集群，克服了常规地下气化存在煤气燃值低、稳定性弱、规模小、测控难等问题，所产煤气发热量大于9.0MJ/Nm3，可用于生产煤基天然气和低碳燃气发电，实现了燃烧过程可导可控、产气优质稳定、生产过程安全清洁、污染物近零排放。项目立足资源枯竭矿井中由于地质条件复杂和回采工艺限制而滞留的难采煤资源开发利用的重大技术难题进行研究攻关和工业性试验，为延长矿区服务年限，提高煤炭资源回收率，推动煤炭企业可持续发展提供了有力的技术支撑，为华亭矿区大规模物理开采过程中遗留的近6亿吨边角、零散煤炭资源的气化开采提供了实践依据。 1，目前我国的地下气化技术仍处于工业试验阶段，有很多问题需要去研究和探索。 因此国家和有关部门应给予大力支持，制定相应的政策，提供一定的措施和资金，推动这方 面的研究工作。并应组织协调，做好攻关工作，以期在较短的时间内，使地下气化技术真正 用于生产和应用。?

2，煤炭地下气化的目的在于应用和产业化。当前为了寻找煤炭的新出路，加强煤炭 综合利用的研究，很多企业都看好煤炭地下气化技术，但应在开展项目之前要落实用户，否 则将得不到应有的效果。

3，提高热值和生产适合于用户的气体组分是气化技术的关键。目前地下气化生产的 空气煤气热值偏低，因此使应用范围受到限制。为了提高煤气热值和稳定气体组分，在过 去 的试验中采用生产半水煤气、水煤气和富氧煤气等工艺，但目前这些工艺在技术装备上，尚 需要进一步开展研究。

4，对地下气化炉燃烧和运行进行有效的控制，是煤炭地下气化稳定产气和得到相对 稳定 的气体组分的保证手段。目前控制系统仍然比较简单，研究单位应进一步开展攻关，为地下 气化炉建立起1套行之有效的测控系统，并应重点放在燃烧位置和燃烧速度的控制技术上， 其中可靠的传感元器件是很重要的。?

5，地下气化炉和地面设施的安全技术是搞好地下气化的保障。要采取充分和必要的 措施，防止泄漏。还应做好防爆和防火工作，并制定严格的规程，确保安全产气。?

6，开展燃烧后地下气化炉体结构变化及地面沉降状况的研究，适时解剖1～2台气 化 炉，了解燃烧后炉体内的状况和地面的塌陷规律，这对于提高对煤炭地下气化技术认识，修 改炉型设计和改进运行规律的控制将起到很大作用。

7，建立煤炭地下气化试验研究基地，选择1～2个有代表性的煤种(烟煤、无烟煤等) ，煤层(厚度、倾角等)和用户(民用燃料、发电、化工原料)作为试验基地，开展多项技术攻 关与研究，在成功的基础上进行推广应用。（中国煤炭市场网发表于2002年4月29日）