刘俊然

（河北旭阳焦化有限公司，河北保定073000）

煤清洁利用新途径
——煤焦二氧化碳气化法

刘俊然

（河北旭阳焦化有限公司，河北保定073000）

探讨了煤焦二氧化碳气化工艺研究现状及其作为煤清洁利用途径的优势。目前，还没有单独用纯二氧化碳参与煤焦大规模气化的研究。该工艺可以减少大气中二氧化碳，是一种煤清洁利用的手段，具有很好的经济、社会和生态效益。

煤焦；气化；碳资源；煤清洁利用；二氧化碳利用

1　引言

煤炭清洁利用指在煤炭利用过程中，提高煤的利用率，减少污染，尤其是二氧化碳污染，使煤作为一种能源得以最大限度的利用，而将释放的污染控制在最低水平，达到煤的高效清洁利用的技术［1］。

传统的煤气化过程一般以空气、氧气、水蒸气为气化剂气化生成一氧化碳，反应活性高［2-4］。过去很少有二氧化碳作气化剂的报道。用二氧化碳作气化剂气化煤焦，实现碳资源的有效利用，是一种减轻温室效应，煤清洁利用的新途径。本文主要分析煤焦二氧化碳气化工艺作为煤清洁利用途径的优势及其工艺的研究现状。

2　煤焦二氧化碳气化实现煤清洁利用

煤气化技术是一种高效的煤利用技术。鉴于我国能源发展的现状，很多学者认为，实行以煤气化为核心的煤基多联产技术，充分利用煤气化过程的各种资源，是煤炭清洁高效利用的可行手段［5，6］。煤基多联产是以煤渣油为原料经气化后成为合成气（CO、H2），净化以后先通过反应器合成化工产品，剩下的尾气再去燃烧发电，实现电力、化工、热、气的联产，把煤炭气化、煤气净化与联合循环发电技术（IGCC）结合在一起，在发电的同时，联产液体燃料等多种高附加值的化工产品、城市煤气等。

综上所述，煤气化技术是一种清洁高效的煤利用技术，煤焦二氧化碳气化也不例外。煤焦水蒸气气化后的气体（CO、H2）可以进入化工产业链或发电，或将CO经过蒸汽重整变为二氧化碳和氢气混合气体，再将二氧化碳与氢气分离，得到纯净的氢气、二氧化碳气体，再将氢气、二氧化碳加以利用合成化肥等产品［5，6］。这在工艺上兜了圈子才得到纯净物——氢气、二氧化碳。若采用二氧化碳为气化剂，在保持此气化工艺优点的同时，产物中没有氢气产生，直接得到纯净的一氧化碳，可将其直接作为化工原料。

3　煤焦二氧化碳气化反应的研究现状

研究者主要从不同的原煤种类、反应温度、反应压力、二氧化碳的气速、煤焦粒度和采用不同催化剂等方面研究了二氧化碳气化反应机理和其对反应活性的影响。

原煤种类：不同的原煤种类有不同的气化活性，不同煤种所含矿物质、孔结构、煤阶、显微组分含量不同，从而导致气化活性不同。Van Heek、张林仙等发现煤中矿物质有催化作用［2，7］，此反应主要发生在大于1.5nm的微孔表面［2］；煤的煤阶（煤化程度）对此反应的反应性也有较大影响，煤阶越低，反应性越好［9，20］；煤的显微组分包括镜质组、壳质组和惰质组，各种显微组分有不同的气化活性，所以不同的煤类因其含有显微组分含量不同而有不同的气化活性。Franciszek认为它们的反应性排序为：镜质组＞原煤＞壳质组＞惰质组［21］。

煤热解过程：Zolina、Alvarez、Megaritis等学者研究了煤热解过程（热解终温、升温速率、停留时间）对反应的影响［11-13］，认为煤热解过程主要影响了煤焦的结构，从而影响下一步的煤焦气化过程。

反应温度、压力：煤气化反应中，二氧化碳还原反应为吸热反应，另外煤本身是由数量不等且不均的芳香环物质组成，温度的升高增加了煤焦中碳原子的能量。随着温度的升高，芳香环中的碳键受热后断裂和气化剂CO2结合生成CO等产物，温度越高，碳键就越容易断裂，反应程度也就越深，所以从理论上说温度升高对反应有利。据此，大部分研究者发现气化温度增高，表观活化能降低，气化反应活性增加，当气化温度高于煤焦的灰熔点温度时，煤焦的反应速率就保持在一个稳定值［22-24］。林荣英等研究气化压力的影响［14］，认为加压也是实现高效气化的手段之一。

催化剂：徐继军、庞克亮、Wen等一些学者对此反应的催化剂进行研究［15-17］，认为碱金属对反应具有催化作用，张济宇、林荣英用廉价碱类催化剂如纸浆黑液，也得到了较好的效果［26-28］。此外，还有金属复合催化剂-钾镍催化剂、CaO、MgO和Fe2O3同样可以作为二氧化碳气化催化剂［25］。李朋、周静等发现二氧化碳气速增大有利于反应进行［18，19］，同时发现煤焦粒度越小，煤气化反应速度越快。

研究者只是研究了煤焦气化反应中的煤焦二氧化碳气化反应，对原煤种类、煤热解过程、反应温度等对二氧化碳还原过程的影响有了充分认识，但还没有单独用纯二氧化碳参与煤焦大规模气化的概念。总的来说，该反应的活性还是不高，期待经过进一步研究得以改善。需加强煤焦二氧化碳还原动力学模型和反应催化剂的研究，增强反应活性，开展工业放大工作。

4　结束语

综上所述，煤焦二氧化碳气化技术是一种煤清洁利用手段，具有很好的经济、社会和生态效益。目前，此项研究尚不充分和深入，还没有单独用纯二氧化碳参与煤焦规模化气化的研究，尚需进一步探讨。

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Explore the New Method of Clean Coal Utilization-Gasification Reaction of Coal Char with Carbon Dioxide

LIU Jun-ran
（Hebei XuyangCokingCo.Ltd.，Baoding073000，China）

Research of the advantage of gasification reaction of coal char with carbon dioxide as the way of clean coal utilization.Research progress of influencing factors on reactivity will be introduced emphatically.It could be new route for cleaner utilization of coal and fewer CO2emissions，which would have satisfactory social and economic benefit.The large-scale gasification ofcoal with pure carbon dioxide still not be carried out.Further research is needed.

coal char；gasification；carbon resource；cleaner utilization ofcoal；utilization ofcarbon dioxide

10.3969/j.issn.1008-553X.2015.03.005

TQ546

A

1008-553X（2015）03-0015-03

2015-01-16

刘俊然（1986-），女，毕业于河北化工医药职业技术学院，助理工程师，从事合成氨中控技术工作，18132222193，zhanggao198609@126.com。