流化床的工作原理(煤制合成气、残渣做燃料……这些把煤“吃干榨净”的碳减排技术你见过吗？)

Posted 2023-05-31

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新华社北京5月22日电 题：煤制合成气、残渣做燃料……这些把煤“吃干榨净”的碳减排技术你见过吗？

新华社记者董瑞丰

要力争2030年前实现碳达峰，占我国能源消耗大头的煤，面临着大幅削减二氧化碳排放的挑战。

“利用新型煤气化技术，从减少污染物、提升效率两方面入手，可实现碳减排。”中国科学院工程热物理研究所研究员吕清刚说。

吕清刚牵头完成的“循环流化床煤气化技术开发及产业化”成果，近日在2021中国（安徽）科技创新成果转移转化交易会上，作为中科院5项重大成果之一对外发布。

气味刺鼻、煤灰弥漫、废水废渣满地，是不少人对煤化工气化车间的印象。但在中科合肥煤气化技术有限公司建设的新疆宜化煤气化装置工程现场，大型气化装置整齐排列，生产车间清洁有序，进去的是新疆准东地区难气化的高碱煤，出来的是清洁合成气。

↑新疆宜化煤气化装置工程现场

运用循环流化床煤气化的物料高浓度循环和余热回用等核心技术设计，这里大幅度降低了清洁煤气的生产成本，并且采用干式除灰和排渣技术，实现灰渣直接利用，在生产过程中避免了焦油和酚类物质的生成。

吕清刚介绍，传统固定床气化技术面临焦油处理难、污染物排放高等挑战，很难大幅削减碳排放。新型气化技术把原本“跑走”的碳收拢再利用，构建了高浓度碳循环，从源头控制污染物生成，不走先污染再净化的老路，以此实现能耗的显著降低。

↑循环流化床煤气化技术原理图

煤，不只是燃料，还是原料。近年来，我国每年约有8亿吨煤气化后广泛用于冶金、化工、建材、合成氨等领域。不过，转化过程往往伴随着大量碳排放，煤化工已经成为碳减排的重点领域。

中科院工程热物理所在煤炭清洁高效利用领域有着长期深厚的研究积累，近年来该所致力于探索通过提高能源利用率，实现碳减排。

采用循环流化床气化技术建设的贵州宏盛化工气头改造项目，目前已成功应用于合成氨生产，仅一台气化炉就替换了十台固定床气化炉，并利用了当地煤质较差、传统技术不易气化的无烟煤，制气更加高效、清洁、廉价。

↑贵州宏盛化工气头改造项目

吕清刚介绍，该技术最大的特点是“不挑煤”。利用循环流化床技术，可进行高效率的粉煤气化，相比传统的固定床技术，能耗与碳排放显著降低。

目前，我国合成氨行业原料气约1/3仍由固定床气化技术提供。据国际咨询公司麦肯锡发布的报告分析，通过升级煤制气设备，预计在2030年，我国相关行业单位煤耗有望减少30%，从而将碳排放量降低约15%。

煤气化后剩下的残渣，还能用做燃料！飞灰焚烧发电，是工程热物理研究所研发的一种将气化后残渣大规模处理、资源化利用的技术，其残渣燃烧效率甚至不亚于一些劣质煤。

据介绍，该技术具有飞灰处理量大、燃烧效率高等特点，与循环流化床气化技术配合，实现了对煤炭的梯级化利用，最大程度将煤炭“吃干榨净”。

“碳减排的技术还有很多，我们正在不断探索如何实现产业化应用。”吕清刚举例说，将煤气化后的残渣进一步脱碳，可以用作建材原料，对部分高碳排放产业形成替代，实现高值化利用。