《Fuel》：Gasification of Indonesia’s Low-Rank Coal: A Comparative Review of Technology Options and Contextual Considerations
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本文针对印尼低阶煤高水分、低热值及高挥发分的特性，系统比较固定床、流化床及气流床气化技术的适用性，综合评估原料特性、运营规模、基础设施、经济可行性和环境影响等因素，提出需根据印尼资源禀赋和基础设施条件平衡技术选择，以实现清洁煤转化。
Gede Abdi Dharma Pribadi | Aaron Noble
矿业与矿物工程系，弗吉尼亚理工大学及州立大学，布莱克斯堡，VA 24061，美国
摘要
印度尼西亚拥有大量的低品位煤炭储量，这些煤炭的特点是水分含量高、热值低和挥发物含量高，这些都给传统的煤气化工艺带来了挑战。煤气化提供了一种更清洁的转化途径，通过生产合成气（主要由氢气（H?）和一氧化碳（CO）组成的混合气体），可以减少二氧化碳（CO?）和污染物排放，适用于多种终端用途，如发电、合成燃料、化工制造和氢气生产。本文对比评估了现有的煤气化技术，包括固定床反应器、流化床反应器和湍流床反应器，并评估了它们适用于印度尼西亚低品位煤炭的情况。评估考虑了关键因素，包括原料特性、运营规模、基础设施准备情况、经济可行性、环境影响以及与终端用途的整合。评估结果显示，固定床煤气化器适用于小规模应用，具有简单性和低成本优势，但在处理细煤时存在困难。相比之下，流化床煤气化器具有更强的原料适应性和更低的焦油生成率；而湍流床煤气化器在大规模应用中能产生更清洁的合成气并提高效率，但复杂性和资本需求较高。没有一种技术能适用于所有情况，最佳选择需要在技术性能、成本效益和环境效益之间进行权衡，同时要考虑到印度尼西亚的资源状况和基础设施限制。
引言
印度尼西亚是全球第三大煤炭生产国，仅次于中国和印度[1]。这一地位得益于其丰富的煤炭储量，煤炭成为该国能源安全的重要支柱。目前，煤炭占印度尼西亚国家能源结构的约40%[2]，这主要是因为其相对于石油和可再生能源等更昂贵的替代品来说价格更为实惠且国内供应充足。
随着全球对更清洁、更可持续能源系统的需求不断增长，印度尼西亚面临着减少煤炭使用环境影响的压力。尽管水电、太阳能和风能等可再生能源技术正在快速发展，但由于当前的经济和基础设施限制，进展受到阻碍。化石燃料生产商在向可再生能源转型过程中面临诸多挑战，主要是由于可再生能源项目和传统化石燃料项目在投资结构和运营模式上的显著差异。一个主要障碍是成熟技术的获取有限，许多技术仍在开发中或对国内企业来说难以获得[3]。
此外，印度尼西亚对石油和天然气的进口依赖程度很高，包括液化石油气（LPG）和柴油等衍生产品。政府对这些进口产品提供补贴，以确保低收入家庭能够负担得起，但这给国家预算带来了越来越大的压力。这种情况凸显了通过最大化利用国内能源资源（特别是煤炭）来增强能源独立性的紧迫性。其中一个战略方向是煤炭深加工，即将原煤转化为高价值产品，如合成天然气（SNG）、氨、甲醇、二甲醚（DME）和液体燃料[4]。在现有的技术中，煤气化被认为是一个非常有前景的解决方案。该过程将煤炭转化为合成气（syngas），可作为清洁燃料、化学品和发电的多用途原料[5]。重要的是，与传统的煤炭燃烧相比，煤气化能够更高效地提取能源并可能减少排放。
印度尼西亚丰富的低品位煤炭储量既带来了机遇也带来了挑战。这类煤炭通常水分含量高、能量含量低且挥发物含量高[6]，直接燃烧效率低下且污染严重。虽然印度尼西亚出口了大量煤炭，但其中大部分在国内和海外仍以原始形式用于发电，限制了其经济和环境潜力。
一个关键挑战是缺乏增值加工和清洁转化技术。煤气化通过将低品位煤炭转化为合成气（syngas）提供了一个有前景的解决方案，这种合成气可以进一步加工成更清洁的燃料、化学品和其他高价值能源产品。这一途径可以在提高国内能源利用的同时减少环境影响。
尽管关于煤气化的全球文献很多，但现有的综述大多较为笼统，没有针对特定国家的煤炭特性或实施障碍进行分析。迄今为止，还没有一项综述系统地、专注于印度尼西亚的评估，来探讨主要煤气化技术在该国丰富低品位煤炭资源上的应用效果。诸如原料性质、合成气质量要求、经济可行性、基础设施准备情况以及与印度尼西亚下游产业发展计划的契合度等关键方面，在之前的研究中都没有得到综合分析。这种缺乏综合评估的情况限制了清洁煤炭转化的有效规划和投资决策。
本文通过提供针对印度尼西亚低品位煤炭的固定床、流化床和湍流床煤气化器的全面且具有针对性的比较评估，填补了这一空白。该研究提出了一个以决策为导向的分析框架，整合了技术、经济、环境和政策方面的考虑，以评估不同煤气化技术在印度尼西亚独特资源条件下的表现。本文没有规定单一的最佳配置方案，而是提供了细致的、基于具体情况的见解，明确了每种煤气化类型在何种条件下具有优势或面临挑战。这项工作超越了现有的全球综述，提供了实用的、针对印度尼西亚的指导，有助于制定明智的规划和战略投资决策。
章节摘录
印度尼西亚的煤炭储量
煤炭通常根据其“等级”进行分类，等级表示原始植物材料在煤气化过程中的转化程度，从泥炭逐渐转变为类似石墨的物质[7]。美国材料与试验协会（ASTM）的分类标准（ASTM D388-12）使用固定碳含量、挥发物含量和热值等参数来划分煤炭等级。这些参数是煤炭物理和化学性质的强有力指标。
煤炭煤气化过程与化学
煤气化是一种热化学过程，将固体含碳材料（如煤炭）转化为具有可用热值的可燃合成气（syngas）[21]。合成气主要由一氧化碳（CO）和氢气（H?）组成，还含有少量二氧化碳（CO?）、甲烷（CH?）和微量气体[5]。该过程在缺氧条件下进行，使用氧气、空气、蒸汽或它们的组合作为煤气化剂[22]。
与燃烧过程不同，煤气化
成熟煤气化技术的比较分析
有几种成熟的煤气化技术，包括固定床煤气化器、流化床煤气化器和湍流床煤气化器，每种技术都有其独特的运行原理，适用于不同的原料和应用场景。除了这些成熟系统外，等离子体煤气化[31]和化学循环煤气化[32]等新兴技术也受到了关注。尽管这些先进方法具有很大的创新潜力，但仍在开发阶段。
结论与建议
基于上述讨论，可以得出以下结论和建议：
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印度尼西亚拥有大量的低品位煤炭储量，尤其是在东加里曼丹和南苏门答腊地区。这类煤炭的特点是水分含量高、热值低和挥发物含量高，给煤气化带来了挑战。因此，选择最适合的技术对于印度尼西亚的各种应用条件至关重要。
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煤气化提供了一种更清洁的煤炭转化方法
CRediT作者贡献声明
Gede Abdi Dharma Pribadi： 起草初稿、可视化设计、概念构思。
Aaron Noble： 审稿与编辑、监督工作。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
