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

據介紹，該成果獲授權發明專利15件(其中美國專利2件、中國專利13件)、發表論文30篇。2020年至今在濟南黃臺煤氣爐有限公司完成了工業示范，該技術具有廣闊的應用前景。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。優點是煤種適應性較強，碳轉化率高，處理量大，節水節能。

專家組認為，“固態排渣的Y型氣流床高溫分區氣化技術研發與示范”成果，取得了三項技術創新：一是開展了煤化學族組分理化性質、熱反應機理和動力學研究，為煤炭清潔高效利用技術研發奠定理論基礎。二是基于煤高溫熱解揮發物和半焦的結構與氣化差異性，提出了直噴氣化和旋流氣化相耦合的氣流床高溫分區強化氣化理念，發明煤粉Y型氣流床高溫分區氣化工藝及其裝備技術，碳轉化率≥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，大幅度減少煤氣化裝置的物理耗水，實現了氣-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型的立足點和首要任務。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新與實踐，在分子煤化學、富含腐植酸的劣質煤利用、富油煤快速熱解提質、粉煤分級清潔高效氣化等取得系列“0到1”理論創新與變革性技術突破。一是創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構與反應性研究的世紀難題，為煤炭分級分質清潔高效利用技術的突破提供理論依據。二是基于煤化學族熱解特性與熱解產物氣化特性的差異性，提出煤炭分級清潔高效氣化理論，創建粉煤燃氣型分級熱解氣化和合成型高溫分區氣化兩套原創技術體系，引領煤炭清潔高效氣化技術發展。

田原宇指出，煤結構與反應性是煤化學的核心問題，也是制約煤炭清潔高效利用技術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構研究均未能予以有效解決。因此，分子水平煤結構與反應性研究成為國際煤化學界尚未攻克的的世紀難題。

歷經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，為分子水平煤結構與反應性研究奠定基石；成果按照化學相似性，創建煤化學族組分分離方法，將煤分成飽和分、芳香分、膠質、瀝青質、碳青質、焦質六組分，破解用實驗的方法進行分子水平煤結構與反應性研究的核心難題；成果還在國際上率先開展煤化學族組分理化性質、熱反應機理和動力學研究，將煤結構與反應性研究從宏觀水平提升到分子水平，開創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。

據了解，氣化是煤炭清潔高效利用的龍頭技術，但現有氣化技術將煤炭視作單一物質，致使氣流床氣化通過高苛刻條件以提高碳轉化率，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用最廣的主流技術，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，尚未實現清潔高效氣化。

干法排渣的Y型氣流床高溫分區氣化工藝技術已建成6萬噸/年工業示范裝置，焦渣反應時間延長20倍以上，碳轉化率≥99%、節水≥90%、節能≥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，指標處于國際領先。目前正與山東能源集團合作，改造建設30萬噸/年裝置，將為煤化工提供變革性合成氣制備技術。（姜小毛）