近年來(lái)，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司和有關(guān)單位協(xié)作，開(kāi)展了水煤漿技術(shù)及其利用、粉煤與粉煤灰氣化技術(shù)及其利用、“3下”煤和高硫煤礦井氣化研究，通過(guò)對(duì)兗州礦區(qū)煤成漿特性的分析和煤泥水煤漿制合成氣的研究、發(fā)揮了煤質(zhì)分析在水煤漿制備中的作用，總結(jié)出磁場(chǎng)對(duì)水煤漿性能的影響，研制成四噴嘴對(duì)置式新型氣化爐，使我國(guó)新型水煤漿氣化爐技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
1 水煤漿技術(shù)及其利用
水煤漿是由65％～70％的煤粉和29％～34％的水及1％左右的微量化學(xué)添加劑制備而成的漿體。水煤漿是新型潔凈環(huán)保燃料。它的霧化性能好，可以穩(wěn)定著火燃燒；和煤相比，它的燃燒效率高（一般均在98%以上），污染物排放低，儲(chǔ)存運(yùn)輸方便且無(wú)污染，無(wú)自燃及火災(zāi)危險(xiǎn)。它既保留了煤的燃燒特性，又具備了類似重油的液態(tài)燃燒特點(diǎn)。根據(jù)當(dāng)前國(guó)家“煤代油”的能源發(fā)展戰(zhàn)略，化工企業(yè)正在加快利用先進(jìn)、環(huán)保的替代技術(shù)淘汰落后產(chǎn)能。我國(guó)一些企業(yè)全套引進(jìn)德士古技術(shù)，費(fèi)用高達(dá)1.5億元。針對(duì)當(dāng)前引進(jìn)水煤漿技術(shù)投資費(fèi)用高，而國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有將油品為原料的裝置改造為水煤漿生產(chǎn)裝置的現(xiàn)狀，一些企業(yè)開(kāi)展了煤基多元料漿替代重油制合成氣的工業(yè)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了原料替代.
(1)水煤漿制備主要技術(shù)研究
由于煤炭性質(zhì)的特殊，給煤炭成漿性能的研究帶來(lái)了一定的難度。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)水煤漿的研究大部分都是集中在應(yīng)用方面，理論上還有待于深入。為此，兗日水煤漿有限公司開(kāi)展了“水煤漿制備主要技術(shù)”的研究。高質(zhì)量的水煤漿要求濃度高、流變性好、穩(wěn)定期長(zhǎng)。水煤漿技術(shù)是一個(gè)包括制備、儲(chǔ)運(yùn)、裝卸、燃燒等項(xiàng)技術(shù)在內(nèi)的系統(tǒng)技術(shù)。制備水煤漿的關(guān)鍵在于煤炭選擇、磨礦粒度級(jí)配技術(shù)、添加劑的合理使用及適當(dāng)?shù)纳a(chǎn)工藝。煤炭中的有機(jī)質(zhì)是以多種復(fù)雜高分子化合物的混合物形式存在的，所以不能夠客觀地確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。煤種不同，即煤的體相、表面組成、表面形貌、內(nèi)水含量、礦物質(zhì)種類和含量均不同，制漿的難易程度也有很大的差異。煤炭的灰分、揮發(fā)分、固定碳、內(nèi)在水分、可磨性指數(shù)、氧碳比、氫碳比與燃料比等9個(gè)因數(shù)對(duì)于成漿濃度均有比較大的影響。另外，煤炭中的無(wú)機(jī)質(zhì)特別是水溶性無(wú)機(jī)鹽對(duì)于制漿也有顯著的影響。制漿的時(shí)候，應(yīng)當(dāng)盡可能地選擇煤化程度高、內(nèi)在水分低、可磨性指數(shù)高的煤炭。在制漿的過(guò)程中，煤炭的粒度分布是決定水煤漿濃度和流動(dòng)性的重要因素。好的粒度級(jí)配可以使得添加劑與煤炭表面很好地吸附，從而提高煤炭的穩(wěn)定性。添加劑的性能直接影響到水煤漿的濃度、粘度、穩(wěn)定性等技術(shù)參數(shù)，而且如何選擇添加劑對(duì)于制漿廠的生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益有著很大的影響，必須從經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、安全性和廣泛性幾個(gè)方面綜合予以考慮。水煤漿生產(chǎn)工藝主要是為取得粒度組成的最佳級(jí)配，也就是最大的堆積效率，同時(shí)利用添加劑來(lái)改變煤的表面特性。生產(chǎn)工藝將依據(jù)原料煤的質(zhì)量、粒度分布情況和添加劑的性能、用戶對(duì)水煤漿的質(zhì)量要求而選擇。
(2)兗州礦區(qū)煤成漿特性分析
最近，兗州礦區(qū)根據(jù)兗日水煤漿石臼所中試廠加工的高濃度水煤漿情況，分析了兗州煤的成漿特性及操作因素對(duì)成漿性的影響。影響煤炭成漿特性的重要因素有煤種、粒徑分布、分散劑和穩(wěn)定劑、添加量及添加位置等操作因素和濃度與粘度、流變特性、穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)因素。煤的O/C比和內(nèi)在水分對(duì)成漿性影響很大。兗州煤O/C比為0.11、內(nèi)在水分3%，試驗(yàn)證明可制出高濃度水煤漿。實(shí)踐表明，平均粒徑20μm左右的水煤漿成漿性能最好。兗州煤水煤漿在規(guī)�；a(chǎn)中平均粒徑19~21μm。分散劑能很好吸附在兗州煤的表面，形成有利于漿化的疏水基。非離子系的分散劑漿化性能良好，可使水煤漿高濃度化，穩(wěn)定性也好。離子系的分散劑添加量少，但漿體穩(wěn)定性欠佳。粘度不變時(shí)，減少分散劑用量水煤漿濃度降低；增加分散劑用量可得到穩(wěn)定性好的水煤漿。兗州煤實(shí)際生產(chǎn)水煤漿時(shí)分散劑添加比例比試驗(yàn)時(shí)有所增加，生產(chǎn)的水煤漿有良好的性質(zhì)。水煤漿濃度較高時(shí)，其粘度隨著濃度增加而急劇上升，兗州煤成漿過(guò)程也充分顯示了這一特性。濃度為 60%~65%時(shí)，粘度500mPa·s以下；濃度增加到70%~73%時(shí)，粘度值最高達(dá)1800mPa·s。實(shí)際生產(chǎn)時(shí)將濃度控制在68%~71%，粘度500~1000mPa·s，水煤漿穩(wěn)定性、流動(dòng)性都很好。用兗州煤制成高濃度水煤漿，其流變性是降伏值（屈服應(yīng)力）5~10Pa的假塑性流體，易于流動(dòng)，粘度變化范圍小，適于長(zhǎng)距離管道輸送和長(zhǎng)期貯存。由于水煤漿長(zhǎng)時(shí)間貯存會(huì)出現(xiàn)固液分離，制造中應(yīng)按比例加入分散劑和穩(wěn)定劑，貯存中定期進(jìn)行循環(huán)和攪拌，室外溫度低于5℃時(shí)每周循環(huán)一次，高于5℃時(shí)每10d循環(huán)一次。
(3)煤質(zhì)分析在水煤漿制備中的作用
兗日水煤漿有限公司的試驗(yàn)結(jié)果表明：煤炭作為水煤漿的主要原料，其物理化學(xué)性能不僅直接影響成漿性能，而且對(duì)表面活性劑的作用效果有很大影響，因此煤質(zhì)分析在水煤漿研究中起著重要的作用。水煤漿是把煤、水、表面活性劑混合而成的高濃度煤/水分散體系。日本的研究人員認(rèn)為，在水煤漿諸多特性因子里最重要的是煤種，其次才是分散劑（表面活性劑）種類。兗日水煤漿有限公司對(duì)我國(guó)的主要煤種以煤質(zhì)分析為基礎(chǔ)（包括元素分析、內(nèi)在水分、含氧官能團(tuán)、哈氏可磨性系數(shù)及礦物質(zhì)等），對(duì)煤炭成漿性能進(jìn)行了大量的試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，隨著煤炭變質(zhì)程度的加深其成漿性明顯趨好。研究人員指出：煤是有機(jī)化合物與無(wú)機(jī)化合物成分的集合體，其氧碳比、內(nèi)在水分及含氧官能團(tuán)因煤炭變質(zhì)而逐漸減少，是有利于煤炭漿化的，但同時(shí)還需考慮煤炭的哈氏可磨性系數(shù)和內(nèi)在水分。例如，褐煤等年輕煤種雖然哈氏可磨性系數(shù)較高（比較軟、容易破碎和球磨），但通常其內(nèi)在水分也較高，難以制成高濃度的水煤漿；無(wú)煙煤雖然變質(zhì)程度深，內(nèi)在水分比較少，但哈氏可磨性系數(shù)也比較低（特硬、難破碎和球磨），亦難以制漿。試驗(yàn)結(jié)果表明：哈氏可磨性系數(shù)適中（50~65）、內(nèi)在水分較少（小于4.5%)、氧碳比比較低的氣煤和氣肥煤適于制造水煤漿。對(duì)于特定的煤種，水煤漿研究的重點(diǎn)是根據(jù)煤質(zhì)分析結(jié)果，通過(guò)調(diào)節(jié)分散劑的分子量及其分布，以及親水基團(tuán)的種類、數(shù)量、位置，從而得到對(duì)該煤種有良好適應(yīng)性的分散劑。鑒于煤炭的結(jié)構(gòu)和成分極其復(fù)雜，添加劑對(duì)煤種有較強(qiáng)的選擇性，制備高品質(zhì)的水煤漿必須充分做好煤質(zhì)分析。
(4)磁場(chǎng)對(duì)水煤漿性能的影響
水煤漿的成漿性能和穩(wěn)定性與構(gòu)成水煤漿的煤、水以及添加劑的性質(zhì)密切相關(guān)。最近，淮南工業(yè)學(xué)院開(kāi)展了弱電磁場(chǎng)對(duì)水煤漿性能影響的研究，在弱電磁場(chǎng)下考察了兗州礦區(qū)北宿煤的成漿性能。研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過(guò)弱電磁場(chǎng)處理的煤和水，對(duì)水煤漿的性能有一定的改善。此項(xiàng)課題采用一個(gè)均勻繞有N匝線圈的長(zhǎng)直螺線管通電來(lái)發(fā)生弱電磁場(chǎng)，利用不同的電流強(qiáng)度產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度；將煤和水同時(shí)放入磁場(chǎng)中磁化一段時(shí)間，然后取出，加入1%的AH添加劑（用堿法造紙黑液經(jīng)酸化、磺化、改性、復(fù)配而成），制成一定濃度的水煤漿，并且在不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度下考察其對(duì)水煤漿流變性、成漿性和穩(wěn)定性的影響。
對(duì)于北宿煤和水，磁化時(shí)間小于20min的時(shí)候，制得的水煤漿粘度隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而減��；而當(dāng)磁化時(shí)間大于20min的時(shí)候，卻隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大而增大。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增大，水煤漿的流動(dòng)性亦隨之變好、析水率提高，水煤漿的結(jié)構(gòu)也隨之變硬。對(duì)于磁化時(shí)間小于10min的北宿煤和水，水煤漿的上述變化更為明顯。所以，欲制得粘度低、流動(dòng)性好的水煤漿，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)卦龃蟠艌?chǎng)強(qiáng)度，并且控制磁化時(shí)間小于10min，同時(shí)保證析水率不能過(guò)高。此外，在弱磁場(chǎng)中磁化的煤和水，制得的水煤漿都比空白試樣的粘度大，但是流動(dòng)性和析水率都降低了。在提高磁場(chǎng)強(qiáng)度以后，制得的水煤漿析水率都比空白試樣低。這項(xiàng)研究的結(jié)論是：微弱電磁場(chǎng)對(duì)北宿煤制得的水煤漿性能有一定的影響，隨著磁化時(shí)間的增加，水煤漿的粘度呈先下降后上升的趨勢(shì)，一般磁化以后的水煤漿流動(dòng)性和析水率都有比較大的改善，但是磁化的時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)；提高通電螺線管產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強(qiáng)度、適當(dāng)縮短作用于水煤漿的時(shí)間會(huì)使水煤漿的析水率降低、穩(wěn)定性得到改善。
(5)煤泥水煤漿制合成氣的研究
兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司環(huán)保安全培訓(xùn)中心通過(guò)對(duì)煤泥制水煤漿和煤泥水煤漿加壓氣化制合成氣試驗(yàn)的分析，找出了煤泥制水煤漿的最佳制漿條件和水煤漿加壓氣化的較優(yōu)操作條件和工藝指標(biāo)，為綜合利用煤泥開(kāi)辟了一條新途徑。他們通過(guò)對(duì)選煤廠煤泥制水煤漿制漿工藝、級(jí)配技術(shù)、添加劑等試驗(yàn)的結(jié)果表明，用煤泥制漿作為水煤漿加壓氣化的原料是可行的。試驗(yàn)采用干法制漿，即將煤泥干燥后篩分成幾種粒度的煤粉，再根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)確定級(jí)配方案，將一定比例的煤粉混合后，加入水和添加劑，經(jīng)強(qiáng)力攪拌制成漿。試驗(yàn)分為煤質(zhì)分析、成漿試驗(yàn)和煤漿穩(wěn)定性試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)找出不同時(shí)間取樣的煤泥試樣的最佳制漿條件。實(shí)驗(yàn)室配制的水煤漿濃度最高可達(dá)71%，一般大于64%，試燒時(shí)為58%～61%，所使用的添加劑不僅效果好，而且能就地取材、價(jià)格便宜、使用方便。水煤漿加壓氣化試驗(yàn)的煤泥灰熔點(diǎn)比較高，流動(dòng)溫度達(dá)到1460℃，加入鈣系助熔劑有效地降低了灰熔點(diǎn)（CaO/A=5%），成功地解決了高灰熔點(diǎn)煤泥的氣化技術(shù)難題，中試開(kāi)車成功。整個(gè)試燒過(guò)程操作順利，在穩(wěn)定運(yùn)行中取得全套工藝數(shù)據(jù)，且規(guī)律性較好。
此項(xiàng)課題得出數(shù)據(jù)如下：隨著氧煤比的增大，碳的轉(zhuǎn)化率逐漸提高，當(dāng)氧煤比為0.63時(shí)的碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)98%以上；隨著氧煤比的增大，冷煤氣效率先增高后下降，當(dāng)氧煤比為0.63時(shí)達(dá)到73%的最佳值；隨著氧煤比的增大有效氣體逐漸增加，繼續(xù)增加氧煤比時(shí)有效氣體組成則下降，當(dāng)氧煤比為0.63時(shí)的有效氣體組成較佳；當(dāng)氧煤比為0.63～0.64的時(shí)候，氧煤比、比煤耗及氧煤比與比煤耗的關(guān)系均取得最佳值。
(6)四噴嘴對(duì)置式新型氣化爐
兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司和華東理工大學(xué)共同承擔(dān)了“十五”國(guó)家“863”項(xiàng)目，建設(shè)多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)裝置及配套工程，采用2臺(tái) 1150t/d壓力4.0MPa四噴嘴氣化爐，配24萬(wàn)t/年甲醇，7.18萬(wàn)kW聯(lián)合發(fā)電，供20萬(wàn)t/年醋酸。四噴嘴氣化爐一次投料成功后正式運(yùn)行，單爐最長(zhǎng)連續(xù)運(yùn)行超過(guò)1650小時(shí)。該裝置性能和技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
四噴嘴水煤漿氣化裝置與魯南化肥廠的國(guó)外Texaco水煤漿氣化技術(shù)相比，其技術(shù)特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)：有效氣成分提高2%～3%，CO2含量下降2 %～3%，碳轉(zhuǎn)化率提高2%～3%，，比氧耗降低7.9%，比煤耗降低2.2%；氣化爐負(fù)荷可調(diào)范圍大，適應(yīng)能力強(qiáng)，有利于裝置大型化；復(fù)合床洗滌冷卻液位平穩(wěn)，有效避免了Texaco爐激冷室液位波動(dòng)、帶水帶灰的問(wèn)題，粗合成氣與黑水溫度比Texaco低約10℃，說(shuō)明其傳熱、傳質(zhì)效果好；分級(jí)合成氣初步凈化節(jié)能、高效、壓降小和分離效果好；渣水直接換熱優(yōu)于Texaco間接換熱，蒸發(fā)熱水塔出氣溫度與灰水溫差僅4℃（Texaco閃蒸汽冷凝器兩相溫差最大達(dá)60℃），克服了間接換熱設(shè)備易結(jié)垢堵塞問(wèn)題，也提高了換熱效率；技術(shù)轉(zhuǎn)讓費(fèi)僅為T(mén)exaco1/3左右。投資四噴嘴氣化爐比Texaco氣化爐每臺(tái)可少化200～500萬(wàn)元。
四噴嘴氣化爐投入示范運(yùn)行后遇到的問(wèn)題基本上在Texaco爐運(yùn)行初期也遇到過(guò)，都有規(guī)章和經(jīng)驗(yàn)可循，只有拱頂磚壽命短和蝕損快是個(gè)新問(wèn)題。通過(guò)大量分析對(duì)比和實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)主要原因是爐子上部高徑比較小、噴嘴氧初速較高所致。遂將噴嘴氧初速控制在100m/s左右，上部空間加長(zhǎng)大約1300mm，爐子上部高徑比由1.04調(diào)整為不小于1.61。四噴嘴氣化爐筒體壁熱面磚厚度為235mm。經(jīng)過(guò)6000余小時(shí)運(yùn)行，最嚴(yán)重處的蝕損量?jī)H為 50～60mm，按照剩余80mm須更換則其壽命可達(dá)16000小時(shí)左右（約為667天）；其錐底磚的情況也遠(yuǎn)優(yōu)于Texaco爐的錐底，壽命超過(guò) 10000小時(shí)全無(wú)問(wèn)題。
(7)我國(guó)新型水煤漿氣化爐技術(shù)國(guó)際領(lǐng)先
由華東理工大學(xué)的科研人員通過(guò)冷模實(shí)驗(yàn)后提出的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)軟件包最近已經(jīng)成功地應(yīng)用于兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司魯南化肥廠的中試裝置，不僅提高了水煤漿氣化的有效氣成分，而且還降低了能耗，其技術(shù)性能優(yōu)于進(jìn)口裝置，標(biāo)志著我國(guó)研制成功的新型水煤漿氣化技術(shù)已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。專家們指出：我國(guó)現(xiàn)有中小型化肥廠大約為670家，其中的氨產(chǎn)量約為20Mt，如果采用水煤漿氣化技術(shù)，利用價(jià)格低廉的煙煤、褐煤，可以做到符合國(guó)家環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，我國(guó)能源以煤為主，油氣相對(duì)短缺，國(guó)家每年要花費(fèi)200×108美元進(jìn)口近70Mt的石油。因此，水煤漿氣化技術(shù)對(duì)我國(guó)實(shí)現(xiàn)電、熱、化學(xué)品多種聯(lián)產(chǎn)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
2 煤炭與粉煤灰氣化技術(shù)及其利用
煤炭氣化是指煤在特定的設(shè)備內(nèi)，在一定溫度及壓力下使煤中有機(jī)質(zhì)與氣化劑（如蒸汽/空氣或氧氣等）發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，將固體煤轉(zhuǎn)化為含有CO、 H2、CH4等可燃?xì)怏w和CO2、N2等非可燃?xì)怏w的過(guò)程。不同的氣化工藝對(duì)原料的性質(zhì)要求不同，因此在選擇煤氣化工藝時(shí)，考慮氣化用煤的特性及其影響極為重要。氣化用煤的性質(zhì)主要包括煤的反應(yīng)性、粘結(jié)性、結(jié)渣性、熱穩(wěn)定性、機(jī)械強(qiáng)度、粒度組成以及水分、灰分和硫分含量等。除了地面氣化以外，還有地下氣化工藝。
(1)粉煤加壓氣化制備合成氣新技術(shù)
為了盡快開(kāi)發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉煤灰加壓氣化技術(shù)，“粉煤加壓氣化制合成氣新技術(shù)研究與開(kāi)發(fā)”被列為國(guó)家“十五”科技攻關(guān)課題。以已有的多噴嘴對(duì)置式中試氣化爐為依托，兗州礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司、華東理工大學(xué)和中國(guó)天辰化學(xué)工程公司聯(lián)合攻關(guān)，終于建成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的粉煤加壓氣化中試裝置。粉煤加壓氣化技術(shù)是國(guó)際上最先進(jìn)的煤氣化技術(shù)之一。與水煤漿氣化技術(shù)相比，具有煤種適應(yīng)范圍寬、氧耗和煤耗低等優(yōu)勢(shì)。目前，世界上僅有荷蘭Shell公司、德國(guó)未來(lái)能源公司擁有此項(xiàng)技術(shù)。近幾年來(lái)，荷蘭Shell公司進(jìn)入我國(guó)市場(chǎng)，已有許多家企業(yè)與之簽訂了技術(shù)轉(zhuǎn)讓合同，僅轉(zhuǎn)讓專利費(fèi)就超過(guò)5億元人民幣。國(guó)內(nèi)研制的這套裝置處理能力為15～45噸煤/天，操作壓力2.0～2.5MPa，操作溫度1300～1400℃。在國(guó)內(nèi)引進(jìn)的Shell技術(shù)尚未建成運(yùn)行之時(shí)，此項(xiàng)國(guó)產(chǎn)化技術(shù)率先在國(guó)內(nèi)展示了氣流床粉煤加壓氣化的優(yōu)越性能指標(biāo)，并且已經(jīng)通過(guò)了科技部主持的課題專家委員會(huì)驗(yàn)收。專家委員會(huì)認(rèn)定“該技術(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，工藝指標(biāo)達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平�！辈�(duì)該技術(shù)的突特點(diǎn)做了如下概括：①煤種適應(yīng)范圍寬；②氣化爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)方便；③工藝技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)；④為環(huán)境友好清潔生產(chǎn)技術(shù)；⑤工程技術(shù)上易于放大，操作安全，適用于大規(guī)模煤氣化裝置。專家委員會(huì)認(rèn)定的技術(shù)成果為：粉煤加壓氣化制備合成氣粉煤加料裝置；粉煤加壓氣化制備合成氣設(shè)計(jì)軟件包；粉煤加壓氣化制備合成氣中試裝置設(shè)計(jì)、建設(shè)與操作技術(shù)。專家委員會(huì)一致認(rèn)為：“該成果對(duì)于清潔、高效利用我國(guó)豐富煤炭資源，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)持續(xù)發(fā)展需求具有重要意義，前景十分廣闊。”
(2)國(guó)內(nèi)自主創(chuàng)新的粉煤灰加壓氣化技術(shù)
我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的氣流床粉煤灰加壓氣化中試裝置在兗州礦業(yè)（集團(tuán)）公司魯南化肥廠成功運(yùn)行，有效氣成分89%～93%、碳轉(zhuǎn)化率 98%～99%，比氧耗300～320Nm3O2/1000Nm3（CO+H2），比煤耗530～540kg煤/1000Nm3（CO+H2），冷煤氣效率≧84%，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，具有廣闊應(yīng)用前景。粉煤灰加壓氣化中試裝置單元流程分為粉煤制備、粉煤密相輸送、氣化和氣體初步凈化4個(gè)單元。原煤除雜后送入磨煤機(jī)破碎，同時(shí)由經(jīng)過(guò)加熱的低壓氮?dú)鈱⑵涓稍�，制備出合格煤粉存放在料倉(cāng)。加熱用的低壓氮?dú)獯蟛糠挚裳h(huán)使用。料倉(cāng)中的煤粉由氮?dú)鈹y帶先后經(jīng)過(guò)低壓料倉(cāng)和高壓料倉(cāng)，最終被煤粉加壓料罐輸送到4個(gè)對(duì)置式排列的氣化噴嘴并進(jìn)入氣化爐。氣化劑氧氣、蒸汽也通過(guò)噴嘴進(jìn)入氣化爐，并在高溫高壓下與煤粉進(jìn)行氣化反應(yīng)。高溫合成氣經(jīng)激冷、洗滌后并入造氣車間合成氣管線。熔融灰渣在氣化爐激冷室中被激冷固化，經(jīng)鎖斗收集，定期排放。洗滌塔出來(lái)的黑水經(jīng)過(guò)二級(jí)閃蒸，水蒸氣及部分溶解在黑水中的酸性氣CO2、H2S等被迅速閃蒸出來(lái)。閃蒸氣經(jīng)冷凝、分離后與氣化分廠生產(chǎn)系統(tǒng)的酸性氣一并處理。閃蒸黑水經(jīng)換熱器冷卻后送氣化分廠生產(chǎn)裝置的污水處理系統(tǒng)。
中試氣化爐為“九五”期間開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的4噴嘴對(duì)置式氣化爐，為底部氣、渣同向排出的豎直圓筒結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯耐火磚；上部水平對(duì)置安放4個(gè)噴嘴使物料進(jìn)爐后形成撞擊流。這種撞擊流氣流床在強(qiáng)化熱質(zhì)傳遞過(guò)程方面有顯著優(yōu)勢(shì)。干煤粉加壓氣化技術(shù)有效氣含量高、碳轉(zhuǎn)化率高，在氣化爐條件或煤種相同情況下比水煤漿節(jié)煤2%～4%、節(jié)氧16%～21%、有效氣成分高6%～10%。采用CO2為輸送介質(zhì)時(shí)，部分CO2還起到氣化劑作用，與煤焦反應(yīng)生成CO，使合成氣的氮含量明顯降低，對(duì)應(yīng)用粉煤加壓氣化技術(shù)生產(chǎn)甲醇、醋酸和二甲醚等有重要意義。
(3)“3下”煤和高硫煤礦井氣化最近，兗州礦區(qū)研究了用“3下”煤和高硫煤進(jìn)行氣化的前景及獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，并進(jìn)一步分析了“3下”煤的“氣化采區(qū)”以及應(yīng)用該技術(shù)的投資和效益情況。兗州礦區(qū)在煤炭生產(chǎn)發(fā)展中面臨兩個(gè)制約因素，一是“3下”壓煤達(dá)現(xiàn)有可采儲(chǔ)量的一半，二是太原組高硫煤在可采儲(chǔ)量中占1/3 以上。解決這兩個(gè)問(wèn)題，“礦井氣化”技術(shù)有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，僅以管線便可實(shí)現(xiàn)采、運(yùn)、提全自動(dòng)化，可方便留設(shè)煤柱以保護(hù)地面，煤中灰分和夾矸可充填采空區(qū)。煤的地下氣化本質(zhì)上是煤炭資源的開(kāi)采，因而必須建設(shè)生產(chǎn)礦井，人員在井下作業(yè)。
如果在現(xiàn)有礦井以“氣化回采工作面”取代采煤工作面，增建獨(dú)立的煤氣運(yùn)輸井巷系統(tǒng)，再建立氧氣和飽和水蒸汽從鉆孔入井的氣化物直供系統(tǒng)，地下氣化原先存在的一些問(wèn)題都可以解決，這就是“氣化采區(qū)”�！皻饣蓞^(qū)”在通風(fēng)等常規(guī)生產(chǎn)系統(tǒng)上與產(chǎn)煤采區(qū)相同但要有本質(zhì)安全和保護(hù)地下水兩個(gè)先決條件，即從結(jié)構(gòu)和工藝上限制生產(chǎn)時(shí)的煤氣擴(kuò)散范圍，生產(chǎn)后可對(duì)污染物清洗處理�！皻饣蓞^(qū)”是礦井內(nèi)的獨(dú)立生產(chǎn)單元，由獨(dú)立煤氣井將所產(chǎn)煤氣直接送至地面。采區(qū)內(nèi)煤氣系統(tǒng)由氣化回采面、煤氣平巷和煤氣井構(gòu)成，與通風(fēng)系統(tǒng)絕對(duì)封閉。
兗州礦區(qū)太原組2個(gè)近距離薄煤層含硫鐵礦結(jié)核不宜鉆孔，在刀柱工作面氣化、房柱工作面氣化、短壁氣化回采工作面、無(wú)煙巷氣化回采工作面4種采區(qū)中，可采用無(wú)煙巷采區(qū)由1條煤層底板巖巷開(kāi)采2個(gè)煤層采出率以小于50%為宜；刀柱采區(qū)沿傾斜劃分為分段，每分段布置20個(gè)氣化回采工作面同時(shí)生產(chǎn)，逐分段自上而下接替準(zhǔn)備與生產(chǎn)，采出率40%～50%，適于兗州礦區(qū)深部煤層。
