煤炭是我國具有資源優(yōu)勢的能源和化工原料，據(jù)預(yù)測，以煤為主的能源結(jié)構(gòu)在2050年以前難有大的改變。經(jīng)過多年的探索實(shí)踐，眾多專家就煤化工相關(guān)技術(shù)的發(fā)展提出了一些新思路，并就煤化工企業(yè)如何選擇新型煤氣化技術(shù)提供了一些新思考，可謂費(fèi)盡“新”思?；蛟S這些技術(shù)在目前還不具備實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的條件，也可能還不夠完善和成熟，但在煤化工蓬勃發(fā)展的今天，這些“火花”未來很有可能燎原。
《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》將煤氣化技術(shù)列為重要研究方向。“973”計(jì)劃項(xiàng)目首席科學(xué)家、華東理工大學(xué)教授王輔臣指出，煤的燃燒以利用其熱量為主，污染控制困難；煤氣化則是利用其中的碳、氫等元素，實(shí)現(xiàn)能量梯級利用，污染控制相對容易。煤氣化技術(shù)一是做合成氣，這是現(xiàn)代煤化工的基礎(chǔ)；二是制氫氣，目前中石化、中石油的很多煉廠都改用煤制氫，以降低成本；三是作為燃?xì)?，用于工業(yè)、民用、IGCC發(fā)電等；四是用于還原煉鋼（鐵）。
“老”技術(shù)煤氣化獨(dú)挑大梁
技術(shù)現(xiàn)狀——競相發(fā)展
近10年來，我國煤氣化技術(shù)開發(fā)明顯加快，相繼開發(fā)成功清華氣化爐、多噴嘴對置式水煤漿氣化爐、航天加壓粉煤氣化爐、兩段式干粉煤氣化爐以及灰熔聚流化床粉煤氣化爐等煤氣化技術(shù)，形成了與國外技術(shù)競相發(fā)展的局面。
多噴嘴對置式水煤漿氣化爐采用四噴嘴對置設(shè)計(jì)，不存在短路物流現(xiàn)象，高效節(jié)能、碳轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點(diǎn)。
清華水冷壁氣化爐：解決了水煤漿氣化技術(shù)的煤種限制和高能耗點(diǎn)火問題，具有氣化爐操作溫度不再受耐火磚的限制，可以使用灰熔點(diǎn)更高的煤作為原料，煤種適應(yīng)性更寬，覆蓋了褐煤、煙煤到無煙煤全煤階。
兩段式干煤粉加壓氣化爐創(chuàng)新采用兩室兩段多噴嘴反應(yīng)、分級氣化，有效氣含量可達(dá)90%以上，碳轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%，而且煤種適應(yīng)性好。
HT-L航天粉煤加壓氣化爐：匯集了水煤漿及粉煤氣化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，有效氣含量可達(dá)90%以上，碳轉(zhuǎn)化可達(dá)99%，單位氧耗低，對煤種要求低，而且設(shè)備全部實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化。
灰熔聚流化床粉煤氣化爐已先后完成系列中試、低壓工業(yè)應(yīng)用，并邁向加壓技術(shù)示范。該工藝為解決劣質(zhì)無煙煤氣化難題提供了新的技術(shù)路徑，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。
發(fā)展趨勢——裝置大型化
王輔臣指出，裝置大型化是煤氣化技術(shù)發(fā)展的主要趨勢，也是相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要。氣流床技術(shù)符合裝置大型化的要求，碳轉(zhuǎn)化率較高，目前這方面的技術(shù)進(jìn)展最多。
“相關(guān)技術(shù)發(fā)展也需要大型煤氣化技術(shù)。”他舉例說，對一個(gè)500萬噸/年的煤間接液化制油裝置，按每年需2500萬噸原料煤計(jì)算，則需3000噸/天的氣化裝置25臺(tái)左右。假如煤氣化裝置規(guī)模小，則所需裝置數(shù)量多，操作、管理也很麻煩。
他同時(shí)指出，拓展原料適應(yīng)性是大型煤氣化技術(shù)發(fā)展的內(nèi)在要求，掌握煤氣化過程中污染物的遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理、實(shí)現(xiàn)煤氣化技術(shù)的近零排放也是必然要求。尤其是微量有害元素（如鎘、汞等）的影響不容忽視，如一些地方的煤進(jìn)對爐壁的腐蝕十分嚴(yán)重，需要花費(fèi)極大的精力和時(shí)間去解決。
王輔臣表示，煤種適應(yīng)性強(qiáng)、氣化指標(biāo)先進(jìn)、氣化爐與噴嘴壽命長、氣化爐啟動(dòng)迅速的煤氣化技術(shù)，是市場迫切需要的。
對于正在開發(fā)的一些新的煤氣化技術(shù)，王輔臣認(rèn)為從長遠(yuǎn)來看前景不錯(cuò)，但目前還需要做很多工作。例如，對地下煤氣化技術(shù)就有兩個(gè)必須解決的問題：一是如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，二是如何監(jiān)控、控制煤焦油對環(huán)境（水）的影響。而對催化氣化技術(shù)，如何開發(fā)廉價(jià)催化劑、如何與合成天然氣耦合則是兩個(gè)不可忽視的問題。
選擇依據(jù)——五大原則
王輔臣認(rèn)為，目前煤氣化技術(shù)的選擇要堅(jiān)持先進(jìn)性、適應(yīng)性、可靠性、環(huán)保性原則，同時(shí)要注意知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)。
● 先進(jìn)性原則
王輔臣表示，技術(shù)的先進(jìn)性體現(xiàn)在產(chǎn)品質(zhì)量性能、工藝水平和裝備水平等方面?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展的重要趨勢就是大型化、單系列，煤氣化技術(shù)也不例外，大型化是先進(jìn)性的重要標(biāo)志之一。他說：“從大型化角度看，氣流床有優(yōu)勢，從氣流床本身的大型化看，多噴嘴比單噴嘴有優(yōu)勢。”
● 適應(yīng)性原則
王輔臣說，適應(yīng)性原則表現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是對原料煤的適應(yīng)性，什么樣的煤就選擇什么樣的氣化技術(shù)；二是與下游裝置的配套性，做不同的產(chǎn)品選擇的氣化技術(shù)也不同。
● 可靠性原則
可靠性的體現(xiàn)是氣化裝置能夠安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷運(yùn)行。王輔臣表示，一般應(yīng)該采用已經(jīng)充分驗(yàn)證并有商業(yè)化運(yùn)行業(yè)績的技術(shù)。當(dāng)然對于新技術(shù)、新工藝，也要在充分試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上大膽采用，但前提是對可能的風(fēng)險(xiǎn)要有分析和應(yīng)對措施。對于尚在試驗(yàn)階段的新工藝、新設(shè)備等，則要采取積極和慎重的態(tài)度。
● 環(huán)保性原則
煤的固有特性決定了煤氣化過程會(huì)產(chǎn)生廢渣、廢水和廢氣，有些處理難度比較大。因此王輔臣建議企業(yè)在選擇煤氣化技術(shù)時(shí)還要結(jié)合當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境狀況（如水資源、大氣污染物的環(huán)境容量），選擇清潔高效的煤氣化技術(shù)，保證清潔生產(chǎn)。
● 知識(shí)產(chǎn)權(quán)安全原則
要注意保護(hù)工藝技術(shù)來源和所有者的權(quán)益。“對于專利技術(shù)則要研究其產(chǎn)權(quán)問題，包括其使用范圍和有效期限。不要為了貪圖小利而侵犯別人的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。”王輔臣提醒說。
清華大學(xué)熱能工程系教授張建勝也指出，煤氣化氣化爐技術(shù)的選擇必須考慮投資、可靠性、可用率、運(yùn)行成本、環(huán)保、全流程能耗等各個(gè)要素。企業(yè)在應(yīng)用煤氣化技術(shù)時(shí)，應(yīng)選擇經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)檢驗(yàn)、有較好的的工業(yè)化業(yè)績和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，能達(dá)到長周期穩(wěn)定運(yùn)行，成熟可靠的技術(shù)，在此前提下再考慮先進(jìn)性。如果不能長周期穩(wěn)定運(yùn)行，就失去先進(jìn)性的意義，經(jīng)濟(jì)性也就無從談起。
“新”技術(shù)火花相繼迸射
《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020）》提出，要“促進(jìn)煤炭的清潔高效利用，降低環(huán)境污染”。《國家能源科技“十二五”規(guī)劃（2011-2015）》提出，“至2020年開發(fā)煤炭氣化、液化、煤基多聯(lián)產(chǎn)與煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”。這些都對煤化工新技術(shù)的開發(fā)提出了要求。越來越多的科研工作者在這一領(lǐng)域開始了不懈探索，并取得了多方面的進(jìn)展。
褐煤提質(zhì)與制油新思路水介質(zhì)合成氣加氫液化
褐煤因其含水量高、熱值較低且熱穩(wěn)定性較差，曾被貼上“劣質(zhì)煤”的標(biāo)簽。然而，世界褐煤儲(chǔ)量約為4萬億噸，占煤炭總儲(chǔ)量40%以上；我國褐煤已探明儲(chǔ)量約為1900億噸，占我國煤炭總儲(chǔ)量的15%-20%，且分布相對集中，如能實(shí)現(xiàn)褐煤的有效利用，則必將為中國“能源夢”和“化工夢”的實(shí)現(xiàn)打下厚實(shí)的基礎(chǔ)。
華東理工大學(xué)能源化工系教授張德祥應(yīng)用非蒸發(fā)式褐煤水熱處理工藝，開發(fā)了一種褐煤水介質(zhì)合成氣加氫液化新技術(shù)，為褐煤提質(zhì)與制油引出新思路。
褐煤中含氧量高達(dá)20%左右，主要基團(tuán)為羧基和羥基，容易被氧化，可使煤的燃點(diǎn)和粘結(jié)性顯著下降。氧碳原子比高，對煤液化時(shí)氫耗、轉(zhuǎn)化率和油產(chǎn)率都產(chǎn)生負(fù)面影響。傳統(tǒng)的煤液化需要將煤中水分干燥到2.5%以下，此過程會(huì)消耗大量能源。
張德祥團(tuán)隊(duì)研究人員將煤樣/水按5∶3混合，在300℃高壓反應(yīng)釜中采用非蒸發(fā)式水熱處理煤，使煤中水分以液態(tài)水析出，能耗低，且煤中揮發(fā)分含量明顯降低。
元素分析表明，處理后的煤與原煤相比，碳元素含量增大，氧元素含量有所減少，可知水熱處理對原煤具有脫氧提質(zhì)效果。處理后的煤樣經(jīng)熱解得到的煤焦油，產(chǎn)率較原煤熱解的提高了14%左右。
同時(shí)，研究人員直接將新采褐煤濕磨制成水煤漿，用水煤漿替代油煤漿，用一氧化碳或合成氣取代純氫氣。高活性新氫生成提高了加氫反應(yīng)速率，獲得較高的液體產(chǎn)品收率，降低了液化成本，取得了褐煤直接加氫液化技術(shù)的新突破。
該優(yōu)化集成的褐煤水介質(zhì)合成氣加氫液化新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了低氫耗、低能耗、低成本和高產(chǎn)油率。
煤氣化聯(lián)產(chǎn)新系統(tǒng)適度氣化實(shí)現(xiàn)氣固兼用
大連理工大學(xué)教授張巖提出了一種可聯(lián)產(chǎn)活性炭的適度煤氣化新思路，可應(yīng)用于IGCC系統(tǒng)或以生產(chǎn)合成氣為目的的煤氣化系統(tǒng)，聯(lián)產(chǎn)活性炭可用于電廠及城鎮(zhèn)給水凈化、各種廢水深度處理以及燃煤電廠煙氣脫汞等。
傳統(tǒng)的煤氣化聯(lián)產(chǎn)技術(shù)基于煤的完全氣化，利用煤氣產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品合成等?？偨Y(jié)目前已經(jīng)商業(yè)化的幾種大規(guī)模煤氣化爐特性，可以發(fā)現(xiàn)其共同特點(diǎn)是都以煤的完全氣化為目標(biāo)，追求碳轉(zhuǎn)化率的最大化（可達(dá)99%甚至更高）。然而，張巖認(rèn)為，碳轉(zhuǎn)化率的最大化未必就意味著能夠?qū)崿F(xiàn)能源效率的最優(yōu)化，過度追求高碳化率可能導(dǎo)致高能耗和低回報(bào)。
張巖以日本剛剛開發(fā)的CCP兩段式空氣氣化技術(shù)舉例：其冷煤氣效率隨著碳轉(zhuǎn)化率的增加而降低，達(dá)到一定程度時(shí)就導(dǎo)致發(fā)電效率降低。雖然該技術(shù)碳轉(zhuǎn)化率高達(dá)99.9%，但其冷煤氣效率只有70%-75%。他介紹說，氣化反應(yīng)后期，當(dāng)氣化溫度一定的時(shí)候，單純延長反應(yīng)時(shí)間對提高碳轉(zhuǎn)化率是沒有幫助的，只能通過增加氧煤比或者提高反應(yīng)溫度。
張巖提出了對煤進(jìn)行適度氣化的新思路，通過過程優(yōu)化和系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)氣固兼用，構(gòu)建以生產(chǎn)低中熱值煤氣聯(lián)合循環(huán)發(fā)電或化學(xué)品合成為主干，聯(lián)產(chǎn)高附加值活性炭產(chǎn)品的煤電化工及環(huán)境材料生產(chǎn)一體化的新型煤氣化聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)模型。
經(jīng)實(shí)驗(yàn)測算，預(yù)計(jì)煤氣化效率將低于傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)1-3個(gè)百分點(diǎn)，煤氣熱值在1000-2000kcal/Nm3，基于250MW聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)估算，活性炭生產(chǎn)規(guī)模將大于3萬噸/年，生產(chǎn)成本預(yù)計(jì)低于500元/噸。此外，該技術(shù)環(huán)境效益顯著，可實(shí)現(xiàn)活性炭生產(chǎn)過程的近零排放；同時(shí)活性炭成本降低，將間接降低水體凈化的環(huán)保治理成本。然而，該技術(shù)目前尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，只能用來生產(chǎn)低中檔產(chǎn)品，且煤種適應(yīng)性較窄。
活性炭是環(huán)保的有效產(chǎn)品，但其生產(chǎn)本身又是高能耗、高污染的過程。聯(lián)產(chǎn)法活性炭沒有這些缺陷，同時(shí)對部分類型污水（如腐殖酸廢水）的凈化效果優(yōu)于傳統(tǒng)方法。
近年來，活性炭的應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，不僅在石油、化工、冶金、食品等行業(yè)中應(yīng)用廣泛，而且在環(huán)境保護(hù)、控制污染等方面也發(fā)揮著越來越重要的作用。
