魯奇加壓氣化用型煤工業應用研發展望

焦多瑞（伊犁新天煤化工有限責任公司，新疆 伊寧835000）

在大力倡導綠色低碳技術的時代背景下，煤氣化技術的應用能夠比較有效地實現煤炭清潔轉化利用。在氣化途徑中，可以實現煤炭向清潔氣體產品的高效轉化。以魯奇加壓氣化技術為例，這一技術的熱效率高、氧氣消耗低，能夠更加高效的合成甲烷氣體和一氧化碳氣體。在實際技術開發過程中，無煙塊煤是良好的魯奇加壓氣化材料。但是隨著我國煤炭市場供需格局的發展變化，企業未降低成本，必須尋找更加經濟的氣化原料，而廉價粉煤成型后能夠發揮與無煙塊煤相一致的效果。

1 型煤生產

1.1 生產技術

在生產型煤的過程中，其生產技術主要由煤料的性質和型煤的應用場景而決定。所以至今已經衍生出多種粉煤成型技術。總的來說，在型煤生產過程中，都是以成型溫度為標尺，按這一參數對行為的生產技術進行劃分，又可以大致劃分為熱壓成型技術和冷壓成型技術，前者主要是通過快速加熱促使粉煤發揮自身的黏結性能，這樣粉煤就能夠在極短的時間內產生數量不匪的膠質體并在適當壓力的作用下被壓制成型。總的來說熱壓型煤主要是對原料煤的黏結性具有較高的要求，黏結性過高可能會導致型煤在壓力作用下產生大幅度的變形，而黏結性太低則會導致型煤的強度不符合相應要求。而后者對于作用溫度同樣具有較高的要求，在室溫或遠低于煤料產生膠質體的溫度下，在適應壓力作用的情況，將煤料直接壓制成型。和高壓成型技術截然不同，冷壓成型對于煤料的黏結性要求不那么嚴苛，而且主要作用條件取決于煤料的塑性和彈性，經過實驗表明，煤在冷壓成型作用下的成型特性和塑性成正比，和彈性成反比。比如說，在日常生活中比較常見的泥炭等年輕煤種塑性較高，在冷壓作用下能夠直接被壓制成型。以德國黑水泵公司的經典操作為例，其將成功壓制的褐煤煤磚專用于魯奇氣化爐的工業生產中，取得了較好的成效。而對于彈性較好、塑性較差的煤來說，其很難被壓密實，所以不太適用冷壓成型的方法。

1.2 型煤黏結劑

在整個作用流程中，黏結劑的主要作用是借助煤粉顆粒而表現出良好的冷熱性能。結合我國現階段的行為年階級研發情況來說，少增加或不增加型煤灰分的制備方式已經成為一種常態，這也符合了其生態性和經濟性的要求，并能夠在一定程度上改善煤的品質。有機型黏結劑和無畸形黏結劑在現階段的行業發展中都應用廣泛，而通過對二者的融合更能夠發揮不同黏結劑的價值優勢，實現多重優點型煤的制造。

2 魯奇加壓氣化用型煤研發

2.1 魯奇氣化用型煤的研發進展

針對適用于魯奇氣化粉煤成型的相關技術，諸多的學者與研究人員已經進行了大量的研究工作。其中以田亞鵬學者為首的團隊通過義馬長焰煤為基礎原料，在添加經過改進的專業復合黏結劑后生產出了冷強度等各項指標性能十分優良的氣化型煤。田斌、許德平等學者帶領團隊以親水有機高分子原料為黏結劑成功制備氣化用型煤，并且成功通過小型實驗設備實現了魯奇爐加壓運行工況的模擬，并成功考察了型煤的氣化以及渣塊特征。曹敏等學者則通過開發新工藝以及新型黏結劑，成功以晉城無煙煤為基礎原料制成高強防水氣化型煤。王東升等學者也通過自主研發的復合添加劑成功通過新疆長焰煤制備出高強度型煤。并且通過實驗表明了型煤具有十分理想的冷壓強度、熱強度和浸水強度。王峰帶領的學者團隊則成功的在添加膨潤土、腐殖酸和小麥淀粉作為黏結劑后，采用伊犁長焰煤和尼勒克氣煤為原料制備出氣化型煤。除此之外，多家企業也進行了工業試燒工作，對氣化型煤進行大力研發。

2.2 研究問題分析

在魯奇加壓氣化用型煤工業的發展過程中，阻礙研發進程的主要有以下三方面的要素：

2.2.1 缺乏理論基礎

經過大量的研究，顯示粉煤成型的作用原理其實簡單來說就是煤與煤、煤與黏結劑分子間力的作用。一般情況下，粉煤成型需要經過慣性變形和黏彈塑性變形兩個階段過程，每一個相應過程都會為粉煤施加不同的作用力，這一現象還無法用現階段的理論知識給出準確解釋。而且，專家學者將黏結劑與粉煤間的作用力主要歸納為固體橋聯聯結力、靜電吸引力、液體橋聯聯結力，以此來解釋粉煤冷壓成型。但是實際上型煤質量是否滿足魯奇氣化的要求還取決于酶的機械性質、表面特性及彈性等因素，這也側面印證了現階段對魯奇加壓氣化用型煤的理論支撐不足，很難尋找多變量復雜系統的最優解。

2.2.2 專有質量參數標準缺失

結合我國的型煤質量參考指標來說，其不具備全面的標準，現階段比較受到認可的是常壓固定床氣化用型煤質量行業標準，但是這一標準體系并不是針對魯奇氣化型煤而確立的。在常壓型煤質量體系中，領域中比較常用的參數并不能夠真正映射出魯奇氣化過程對型煤質量的要求，就比如說“落下強度”、“冷抗壓強度”和“熱穩定性”，作為某種衡量標準而言，具有較強的局限性。所以，為了進一步完善型煤質量的指標，“冷態浸水強度”、“熱態浸水強度”、“熱態耐磨強度”等概念被相繼提出，但是其實效性還有待商酌，魯奇氣化型煤的研發工作還處于摸索階段。

2.2.3 型煤試燒操作經驗缺乏

型煤和塊煤具有比較顯著的性質差異，通過對其在反應活性、碎裂特征方面的差異分析，推斷出在工業燃燒過程中要對方案和方法等進行必要調整，但是我國現階段對于試燒操作的經驗還比較貧乏，數據失準成為一種頻發現象。

3 技術研發方向

在我國的魯奇加壓氣化用型煤工業發展進程中，“黏結劑+冷壓成型”的形式一般被認作是粉煤成型的最佳方式。采用該技術實現型煤氣化，工作的難點主要聚焦在研制黏結劑的方面。客觀來說，我國現階段對這一工作重難點的突破還處于瓶頸，短期內難以取得顯著進展。面對這種情況，相關行業的人員唯有借助更換粉煤成型的工藝來填補黏結性能不足的弱項這一發展方案。具體來說，可以采用“有黏結劑冷壓成型+高溫碳化”對魯奇氣化用型煤進行工藝創新。之所以提出這種方法，主要是煤顆粒的大分子結構在作用過程中發生了明顯的變化，最終形成了和塊狀煤結構比較相似的穩定化學鍵。所以說，型煤的物理化學性能從宏觀維度上來看與塊煤比較相近，其性能都比較優良。正由于這種性質，水蒸氣并不會作為型煤質量的干擾因素，所以，現階段的工藝水平能夠滿足實驗的基本要求，并推動氣化爐工作的有效開展，黏結劑的作用便顯得不那么重要。但是，相關研究人員必須深刻意識到碳化過程的引入雖然會降低黏結劑的成本，但同時會提高生產成本，在接下來的研究中必須找準抵消型煤生產成本上漲的發展方向。

4 結語

綜上所述，近些年來，魯奇加壓氣化用型煤工業在我國呈現出良好的發展趨勢。在此基礎上，相關領域的技術人員應該盡可能推動黏結劑加冷壓成型工藝像有黏結劑冷壓成型加碳化過程工藝的轉變，降低其成本，開發性能更加優良的黏結劑。