煤氣化是工業化學一個重要的過程,將煤與水、空氣及/或氧氣結合,生產出以一氧化碳(CO)、氫(H2)、二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和水蒸氣(H2O)為主的合成氣。歷史上,煤氣化的主要目的是為了生成煤氣或「城鎮煤氣」,這種可燃氣體曾經廣泛用於家庭取暖和公共照明,特別是在自然氣大規模開採之前。然而,隨著技術的進步,當今的煤氣化設施多數主要應用於發電和化學原料的生產。
煤氣化的轉型不僅是能源的變革,還是現代化學工業發展的基石。
歷史上,煤氣化始於供應街道照明和家庭用途,隨著油和天然氣價格的高漲,對於「BTU轉化」技術的興趣加強,包括氣化、氫化和液化。1980年,美國成立了合成燃料公司,旨在促進替代進口化石燃料的市場,但在1985年停止運作。
早在1600年代,佛蘭德科學家 Jan Baptista van Helmont 在其醫學著作中首次使用「氣體」這一術語。隨著時間的推移,許多科學家開始研究煤氣的生產技術,其中威廉·穆德克於1792年首次在家庭和工廠中應用煤氣。1812年,倫敦的倫敦和威斯敏斯特煤氣燈和焦油公司建造了第一座商業煤氣廠,隨後類似設施在全球各地迅速興起。
進入19世紀,煤氣照明成為工廠和城市街道的主要光源。隨著工業生產和社會活動的增加,煤氣的使用帶動了許多社會變革,包括提高了文盲率和社會安全感。在英國,煤氣計的發明促進了煤氣的銷售,煤氣行業也因此發展波瀾壯闊。
煤氣的使用讓工業生產加速,同時提升了城市居民的生活質量。
煤氣化的過程包括將煤通過氧氣和水蒸氣加熱以生成合成氣。這一過程可以在煤礦內部或煤的提煉廠進行,主要目標是生產合成氣或進一步轉化以製造氫氣和其他化學原料。合成氣的生成是現代化學品和燃料生產的重要一環,並且提供了一個可持續的能源解決方案。
近年來,地下煤氣化(UCG)逐漸受到關注,這一技術在未開採的煤層中進行,將氧化劑注入煤層中並將產生的氣體送至地表,減少了傳統煤礦採掘的環境影響。
隨著對環保的日益重視,碳捕獲與儲存技術在現代煤氣化項目中扮演了重要角色。由於煤氣化的過程中生成的合成氣中二氧化碳較為集中,因此相較於傳統燃燒方式,碳的捕獲和儲存將變得相對簡單且高效。
煤氣化技術的進步仍在持續,隨著全球對化石燃料依賴的減少,新的氣化技術和政策將如何重新改變能源市場和化學原料的生產方式,值得我們持續關注。
經歷多次演變的煤氣化,這一傳統工藝如何能夠在未來的能源轉型中找尋全新的位置?