第1章　煤气化技术及装置

1.1　煤气化技术的历史、发展现状及趋势

1.1.1　煤气化背景

煤作为能量的最早来源推动了工业化的发展。煤的热值比木材高，易于存储和运输。煤主要分布在地下的岩层中，早在1180年英国就已开始系统地开采。煤在世界各地分布广泛，使煤炭成为城市和乡村的首选燃料。自从中世纪以来，煤炭不仅为社会革新提供了燃料，而且煤气在材料和照明领域的革新中也发挥了关键作用。1709年用焦炭代替木炭用于高炉炼铁，避免了木炭在矿石过重时而发生炉料坍塌，使高炉的有效体积显著增大，生产出大量廉价的铁。但煤炭在使用过程中也因燃烧过程形成难闻的有害气体污染环境而被限制使用。

煤炭气化后产生的气体经过净化可以消除或降低煤的使用对环境的污染。1609年Jean-Baptiste第一次观察到，煤在加热过程中会释放出气体。1780年在Fontana诞生了第一台以煤、空气和水蒸气为原料生产的由CO和H2组成的可燃性气体的煤气化炉。从19世纪早期开始，煤气化为美国和欧洲的工业化提供了光和热。1807年1月28日在伦敦的蓓尔美尔街首次使用了以煤气为燃料的公共照明设备。从此，这种由煤制成的燃气成了家喻户晓的城镇煤气。不久以后，1816年，美国的巴尔的摩、马里兰也开始在住宅、企业和街道使用商业的煤气照明。到1875年，美国和欧洲的一些大中型城市建设了煤气厂和分配管网，煤气厂装配了大批的串联气化炉，保证了燃气连续不断的供给。到20世纪20年代末，已可连续生产高炉煤气和发生炉煤气，但是这种城市煤气的热值较低，长途运输不经济，只能用于煤气厂附近地区，而且为增加热值使火焰更加明亮，一些高碳烃类燃料和含有有毒物质的气体被制造出来，经过水洗净化处理后，去除了有害的组分，生产出高质量的燃气，能更好地满足照明和工业的需要，从而得到广泛的应用。

之后由于能源成本的急剧增加以及工业化的快速发展，对能源需求不断增加，使得人们将煤炭视为替代能源，特别是考虑到煤炭价格低廉、供应方便，使煤气化技术进一步发展。利用新的煤气化技术，不仅可以生产出工业和民用燃料气、合成燃料油原料气、氢燃料电池、合成天然气、火箭燃料等，而且通过整体气化联合循环（IGCC）发电技术，能提高煤的化学能转化为电能的总体效率，实现煤高效清洁利用，减少固体废弃物的排放和降低环境污染。由于煤炭价廉易得且分布广泛，可以替代其他化石能源。因此，煤炭气化技术得到迅速发展和应用。