中化新網(wǎng)訊 8月7日，從中國石油大學(華東)獲悉，由該校田原宇教授領(lǐng)銜的含碳能源綠色低碳高值化利用團隊開發(fā)，與濟南黃臺煤氣爐有限公司合作共同完成的“固態(tài)排渣的Y型氣流床高溫分區(qū)氣化技術(shù)研發(fā)與示范”科技成果，近日在北京通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的專家鑒定。專家們一致認為，所開發(fā)的Y型氣流床高溫分區(qū)氣化技術(shù)具有碳轉(zhuǎn)化率高、節(jié)水節(jié)能等特點，總體處于國際領(lǐng)先水平。

據(jù)介紹，該成果獲授權(quán)發(fā)明專利15件(其中美國專利2件、中國專利13件)、發(fā)表論文30篇。2020年至今在濟南黃臺煤氣爐有限公司完成了工業(yè)示范，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。其特點是Y型噴嘴布置互為點火、焦渣旋流大幅延時、水冷壁以渣抗渣、氣渣激冷固化、灰渣流化分離、干法排渣、對流廢鍋余熱回收，臥分熱灰回用，氣化渣做高附加值建材。優(yōu)點是煤種適應(yīng)性較強，碳轉(zhuǎn)化率高，處理量大，節(jié)水節(jié)能。

專家組認為，“固態(tài)排渣的Y型氣流床高溫分區(qū)氣化技術(shù)研發(fā)與示范”成果，取得了三項技術(shù)創(chuàng)新：一是開展了煤化學族組分理化性質(zhì)、熱反應(yīng)機理和動力學研究，為煤炭清潔高效利用技術(shù)研發(fā)奠定理論基礎(chǔ)。二是基于煤高溫熱解揮發(fā)物和半焦的結(jié)構(gòu)與氣化差異性，提出了直噴氣化和旋流氣化相耦合的氣流床高溫分區(qū)強化氣化理念，發(fā)明煤粉Y型氣流床高溫分區(qū)氣化工藝及其裝備技術(shù)，碳轉(zhuǎn)化率≥99%，灰渣比降至1:6，渣中含碳不到0. 1%，破解了氣流床氣化高灰渣比的共性難題。三是首次實現(xiàn)干法排渣、灰渣分離和分段取熱的氣流床合成氣分級冷卻與分離的技術(shù)路線，通過Y型氣流床氣化、下行床高溫激冷和流化床冷卻換熱耦合，同時配套抗磨型火管式對流廢鍋、超細灰凝聚型臥式旋分、基于穿流復(fù)合塔板的碳洗塔等，形成Y型氣流床清潔高效氣化成套技術(shù)，大幅度減少煤氣化裝置的物理耗水，實現(xiàn)了氣-渣-灰余熱高效回收，破解了氣流床氣化高耗水、含鹽廢水和黑水難處理、氣化灰渣難利用的共性問題。

作為我國能源安全的壓艙石，煤炭清潔高效利用是能源低碳轉(zhuǎn)型的立足點和首要任務(wù)。謝克昌院士、田原宇教授含碳能源綠色低碳高值化利用團隊，長期從事煤炭清潔高效利用的創(chuàng)新與實踐，在分子煤化學、富含腐植酸的劣質(zhì)煤利用、富油煤快速熱解提質(zhì)、粉煤分級清潔高效氣化等取得系列“0到1”理論創(chuàng)新與變革性技術(shù)突破。一是創(chuàng)建了基于化學族組成的分子煤化學新研究體系，破解了分子水平煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究的世紀難題，為煤炭分級分質(zhì)清潔高效利用技術(shù)的突破提供理論依據(jù)。二是基于煤化學族熱解特性與熱解產(chǎn)物氣化特性的差異性，提出煤炭分級清潔高效氣化理論，創(chuàng)建粉煤燃氣型分級熱解氣化和合成型高溫分區(qū)氣化兩套原創(chuàng)技術(shù)體系，引領(lǐng)煤炭清潔高效氣化技術(shù)發(fā)展。

田原宇指出，煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性是煤化學的核心問題，也是制約煤炭清潔高效利用技術(shù)突破的重大科學難題，但因煤為固體混合物難以鑒別與分離，200年來基于顯微組分的宏觀煤化學、70年來基于模擬的煤大分子結(jié)構(gòu)研究均未能予以有效解決。因此，分子水平煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究成為國際煤化學界尚未攻克的的世紀難題。

歷經(jīng)20多年研究，成果首次提出表征可溶化程度的相對抽提率概念，創(chuàng)建普適性的煤可溶化方法與溶劑體系，將部分煤的高抽提率溶劑萃取提升為所有煤可溶化分離，為分子水平煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究奠定基石；成果按照化學相似性，創(chuàng)建煤化學族組分分離方法，將煤分成飽和分、芳香分、膠質(zhì)、瀝青質(zhì)、碳青質(zhì)、焦質(zhì)六組分，破解用實驗的方法進行分子水平煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究的核心難題；成果還在國際上率先開展煤化學族組分理化性質(zhì)、熱反應(yīng)機理和動力學研究，將煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究從宏觀水平提升到分子水平，開創(chuàng)基于化學族組成的分子煤化學新研究體系，為按“燃料和原料”雙屬性進行煤炭清潔高效利用奠定理論基礎(chǔ)。

據(jù)了解，氣化是煤炭清潔高效利用的龍頭技術(shù)，但現(xiàn)有氣化技術(shù)將煤炭視作單一物質(zhì)，致使氣流床氣化通過高苛刻條件以提高碳轉(zhuǎn)化率，流化床氣化采用低成本操作但效率降低。盡管氣流床氣化作為目前煤化工應(yīng)用最廣的主流技術(shù)，我國已破解“卡脖子”難題，處于仿制與并跑階段，但普遍存在高灰渣比、高耗水、高耗能、高污染等系列亟待解決的共性缺陷，尚未實現(xiàn)清潔高效氣化。

干法排渣的Y型氣流床高溫分區(qū)氣化工藝技術(shù)已建成6萬噸/年工業(yè)示范裝置，焦渣反應(yīng)時間延長20倍以上，碳轉(zhuǎn)化率≥99%、節(jié)水≥90%、節(jié)能≥30%、避免含鹽廢水和黑水；灰渣比降至1:6，氣化渣含碳≤0.1%，破解了氣流床氣化的“四高”難題，指標處于國際領(lǐng)先。目前正與山東能源集團合作，改造建設(shè)30萬噸/年裝置，將為煤化工提供變革性合成氣制備技術(shù)。（姜小毛）