煤气化是工业化学一个重要的过程,将煤与水、空气及/或氧气结合,生产出以一氧化碳(CO)、氢(H2)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和水蒸气(H2O)为主的合成气。历史上,煤气化的主要目的是为了生成煤气或「城镇煤气」,这种可燃气体曾经广泛用于家庭取暖和公共照明,特别是在自然气大规模开采之前。然而,随着技术的进步,当今的煤气化设施多数主要应用于发电和化学原料的生产。
煤气化的转型不仅是能源的变革,还是现代化学工业发展的基石。
历史上,煤气化始于供应街道照明和家庭用途,随着油和天然气价格的高涨,对于「BTU转化」技术的兴趣加强,包括气化、氢化和液化。 1980年,美国成立了合成燃料公司,旨在促进替代进口化石燃料的市场,但在1985年停止运作。
早在1600年代,佛兰德科学家 Jan Baptista van Helmont 在其医学著作中首次使用「气体」这一术语。随着时间的推移,许多科学家开始研究煤气的生产技术,其中威廉·穆德克于1792年首次在家庭和工厂中应用煤气。 1812年,伦敦的伦敦和威斯敏斯特煤气灯和焦油公司建造了第一座商业煤气厂,随后类似设施在全球各地迅速兴起。
进入19世纪,煤气照明成为工厂和城市街道的主要光源。随着工业生产和社会活动的增加,煤气的使用带动了许多社会变革,包括提高了文盲率和社会安全感。在英国,煤气计的发明促进了煤气的销售,煤气行业也因此发展波澜壮阔。
煤气的使用让工业生产加速,同时提升了城市居民的生活质量。
煤气化的过程包括将煤通过氧气和水蒸气加热以生成合成气。这一过程可以在煤矿内部或煤的提炼厂进行,主要目标是生产合成气或进一步转化以制造氢气和其他化学原料。合成气的生成是现代化学品和燃料生产的重要一环,并且提供了一个可持续的能源解决方案。
近年来,地下煤气化(UCG)逐渐受到关注,这一技术在未开采的煤层中进行,将氧化剂注入煤层中并将产生的气体送至地表,减少了传统煤矿采掘的环境影响。
随着对环保的日益重视,碳捕获与储存技术在现代煤气化项目中扮演了重要角色。由于煤气化的过程中生成的合成气中二氧化碳较为集中,因此相较于传统燃烧方式,碳的捕获和储存将变得相对简单且高效。
煤气化技术的进步仍在持续,随着全球对化石燃料依赖的减少,新的气化技术和政策将如何重新改变能源市场和化学原料的生产方式,值得我们持续关注。
经历多次演变的煤气化,这一传统工艺如何能够在未来的能源转型中找寻全新的位置?