水煮煤技术

（一）基本概念“水煮煤”是指以超临界水气化为核心的煤的新型高效气化制氢耦合发电技术的俗称。其核心是超临界压力和温度下煤与水的混溶热解技术。（二）基本原理利用超临界水（指当压力和温度达到临界点以上时，水的气液相界面消失，水的液体和气体完全交融，成为一种非常规状态的新物质）所具有的高溶解性、高扩散性、高反应性等物理、化学性质，实现煤等原料的高效、洁净转化。（三）工艺路径“水煮煤”技术的工业化途径大致有两条，如图1所示，煤浆与水进入温度约为600—1000℃，压力约为25MPa的临界水煤气化炉中进行反应，其中约10—20%的煤与氧化剂发生部分氧化自热反应放热，为其余80—90%煤的气化提供热量（总反应为煤中的化学能转化为H2的化学能与混合工质的热动能）。气化反应的主要产物是H2和CO2，由于反应是在超临界水环境中进行的，而超临界水对无机盐的溶解度小至可以忽略不计，因此氮、硫及重金属元素等均在煮锅底部沉积下来并定期排出。如果以制氢或者高附加值煤化工工艺为目的，则可以根据下游工艺参数的需要在适当参数条件下分离H2，或者H2可以继续进入下游工艺制高附加值产品，例如合成氨，制甲醇，合成天然气等，分离H2后的超临界水和CO2则进入新型混合工质透平，将自身的热动能做功转化为电能，发电后的CO2和水经过分离，CO2进行利用、封存，而水则可以循环使用。如以单纯发电为目的，则超临界水及其溶解的H2和CO2进入新型燃氢补热蒸汽轮机，将超临界水和CO2的热动能与H2的化学能转化为电能，同样，发电后的CO2和水经过分离，CO2进行利用、封存，水可以循环使用。（四）发展前景1、环境效益：“水煮煤”技术无硫氧化物、氮氧化物、粉尘、污水等排放，CO2可资源化利用，具有巨大的环境效益。2010年陕西发电量1090亿千瓦时，据估算，若严格按照脱硫、脱硝、脱碳标准进行，则需要“三脱”费用一次性投资301亿元，年运行费140亿元。若采用“水煮煤”技术则可以节约以上投资及运行费用。2、经济效益：“水煮煤”技术高效、节煤、节水，无需专有的污染物减排设备，具有很好的经济效益。据估算，按照2012年火力发电37867亿千瓦时计算，采用“水煮煤”技术可节约燃煤2亿吨，或者多发电6681亿千瓦时，具有巨大的经济效益。使用本技术可以由煤炭获取廉价的氢气，并且副产高纯的CO2，这势必大大促进其下游工艺（例如合成氨、制甲醇、合成碳酸酯等）的发展。未来，当石油、煤和天然气等化石能源消耗殆尽或开采成本太高时，氢作为一种有望与电能并列的可再生清洁能源载体，拥有巨大的发展潜力。利用“水煮煤”技术实现煤的规模化低成本清洁制氢，必将加速我们向氢时代过渡的进程。3、社会效益：该技术几乎可以拉动整个能源与化工领域的进步，涉及人民生活、社会生产的各行各业，可以促进产业结构的更快升级和换代，特别是形成高效环保技术，以及化工等相关产业的同步提升等具有变革性的推动或引领作用，成为新的经济增长点。（五）需解决的问题和资金需求：主要有以下关键技术问题进行实验研究与验证：1.不同煤种在大型工业规模上不同操作参数条件下的气化规律和完全气化实施方案，大型工业规模的超临界水煤气化炉的设计与运行准则；2.工业规模的高浓度煤浆高压连续混输技术的工程优化方案；3.工业规模超临界水煤气化炉加热技术工程优化方案；4.高效、紧凑的反应器设计准则、放大理论、系统优化、集成理论与方法；5.工业规模超临界水煤气化炉催化剂、氧化剂回收再生方法；6.工业规模超临界水煤气化炉在线排渣及其资源化利用方法；7.超临界水煤气化炉防腐蚀技术工程化方案；8.与超临界水煤气化炉相匹配的新型蒸汽轮机优化设计准则，及与超临界水煤气化炉相匹配的具有最大出力的新型蒸汽轮机设计方法；9.与超临界水煤气化炉相匹配的新型高效低阻换热设备设计开发；10.工业规模超临界水煤气化制氢耦合发电系统中关键参数在线测量及系统自动化控制方法。