煤的汽化与液化
煤的液化与汽化
摘要：煤的液化的方法分类，煤的汽化方法的分类，以及煤的液化与汽化对煤炭产业的巨大作用。当前煤炭行业运用的液化与汽化方法的进展。
关键字：煤炭，液化，汽化，产业，方法，进展。
煤的液化方法主要分为煤的直接液化和煤的间接液化两大类。
（1）煤直接液化煤在氢气和催化剂作用下，通过加氢裂化转变为液体燃料的过程称为直接液化。裂化是一种使烃类分子分裂为几个较小分子的反应过程。因煤直接液化过程主要采用加氢手段，故又称煤的加氢液化法。
（2）煤间接液化间接液化是以煤为原料，先气化制成合成气，然后，通过催化剂作用将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。
煤炭直接液化是把煤直接转化成液体燃料，煤直接液化的操作条件苛刻，对煤种的依赖性强。典型的煤直接液化技术是在400摄氏度、150个大气压左右将合适的煤催化加氢液化，产出的油品芳烃含量高，硫氮等杂质需要经过后续深度加氢精制才能达到目前石油产品的等级。一般情况下，一吨无水无灰煤能转化成半吨以上的液化油。煤直接液化油可生产洁净优质汽油、柴油和航空燃料。但是适合于大吨位生产的直接液化工艺目前尚没有商业化，主要的原因是由于煤种要求特殊，反应条件较苛刻，大型化设备生产难度较大，使产品成本偏高。
煤直接液化技术研究始于上世纪初的德国，50年代后期，中东地区廉价石油的大量开发，使煤直接液化技术的发展处于停滞状态。1973年，爆发石油危机，煤炭液化技术重新活跃起来。德国、美国及日本在原有技术基础上开发出一些煤直接液化新工艺，其中研究工作重点是降低反应条件的苛刻度，从而达到降低液化油生产成本的目的。目前不少国家已经完成了中间放大试验，为建立商业化示范厂奠定了基础。
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。
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。
煤炭液化的好处，先说安全：
1.没有毒性（气化煤气则有毒，因为其中含有CO成分）；
2.民用天然气是以管道压缩形式供应的，压力没有液化石油气那么大；
3.天然气的气体密度是空气的二分之一，比空气轻，一旦泄漏极易扩散到大气中去，不会积存，产生爆炸的机率很小；
4.天然气输配过程中采用加臭工艺（确保微量泄漏即可及时发觉），供应管线设有多重阀门，配合高科技的IC卡智能表的超流量关闭功能等等，确保了安全性。
环保：
1.燃料破坏环境的最主要因素是硫，天然气之中一般不含硫。即使少数矿井出口的天然气含有硫，也很容易在后续的加工中分离去除，供应到用户处的天然气几乎不含硫，所以对环境的污染十分轻微。
2.燃料破坏环境的另一个产物是CO2。在常规燃料中，产生相同的热量时，燃烧天然气产生的CO2是最少的。所以天然气的CO2排放量也比较少。
3.燃料燃烧不完全，排放的残余可燃物，也是污染环境的物质。比如汽车（使用汽油）尾气中含有一定数量的残烃，燃煤发电厂会排出一定数量的黑灰粉尘等等。天然气的成分十分洁净，燃烧性能也好，因此这些物质的排放也极少，甚至完全没有。
价格：
通常管道天然气的价格，按照单位热能计算几乎是最低的（中国例外。
因为中国目前的天然气气井，一般都是埋藏深、单井产量
少，因此开发成本高），比如西伯利亚的天燃气经过管道输送到北京，成本价大约是1.5元/立方米以下，这比气化煤气和液化石油气更便宜。
资源：
世界上的天燃气估计储量（可燃冰等等“非常规天燃气”也可以算是天燃气），大约是所有石油、煤炭总和的数倍甚至几十倍。资源十分丰富，是解决21世纪能源问题的热门选择之一。
最后说一句，不同地区，上述优点的重要程度或者说明显程度是不同的。比如现在北京地区普及使用天然气，这主要是为了环保方面的优点。
从目前中国已建和拟建的煤液化项目可以看出，我国采用的煤炭液化技术全部为中外合作研发或从国外引进，主体设备全部进口，对煤炭液化技术尚处于引进消化吸收阶段。国内的煤炭液化技术尚未达到工业化规模，在煤炭液化核心技术方面也无自主的知识产权，且煤炭液化成本受煤炭价格、相关产品石油价格、水资源以及技术风险等因素影响较大。因此，在充分吸收国外液化技术的基础上，研发先进的液化技术，并使之工业化，将成为我国今后液化技术的发展趋势。! W, U; j+ m/ k
煤气化技术在中国已有近百年的历史，但仍然较落后和发展缓慢，就总体而言，中国煤气化以传统技术为主，工艺落后，环保设施不健全，煤炭利用效率低，污染严重。目前在国内较为成熟的仍然只是常压固定床气化技术。它广泛用于冶金、化工、建材、机械等工业行业和民用燃气，以UGI、水煤气两段炉、发生炉两段炉等固定床气化技术为主。常压固定床气化技术的优点是操作简单，投资小；但技术落后，能力和效率低，污染重，急需技术改造。如不改变现状，将影响经济、能源和环境的协调发展。 近40年来，在国家的支持下，中国在研究与开发、消化引进技术方面进行了大量工作。我国先后从国外引进的煤气化技术多种多样。通过对煤气化引进技术的消化吸收，尤其是通过国家重点科技攻关，对引进装置进行技术改造并使之国产化，使我国煤气化技术的研究开发取得了重要进展。