近日，中科院工程熱物理研究所“循環(huán)流化床煤氣化（CGAS）技術(shù)開發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”項目作為中科院5項重大成果之一亮相2021中國（安徽）科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化交易會，其產(chǎn)業(yè)化公司中科合肥煤氣化技術(shù)有限公司（以下簡稱“中合氣化”）引發(fā)關(guān)注。該項目的快速布局將推進“煤炭產(chǎn)業(yè)鏈上的碳排放大戶”——煤化工行業(yè)碳減排，助力實現(xiàn)“碳達峰、碳中和”目標。
CGAS技術(shù)亮相中國（安徽）科技創(chuàng)新成果轉(zhuǎn)化交易會
加速產(chǎn)業(yè)化：“碳達峰、碳中和”背景下構(gòu)建平臺
一直以來，煤化工行業(yè)是煤炭產(chǎn)業(yè)鏈上的碳排放大戶。尤其在中國，由于資源稟賦，相比其他國家，中國的化工行業(yè)更多使用高碳排放的煤炭作為原料。以合成氨和甲醇為例，天然氣是大多數(shù)國家合成氨和甲醇的主要原料，而在中國約80%的合成氨和甲醇是由煤炭制成，導致中國煤化工行業(yè)的碳強度高于其他國家。
2021年，“碳達峰、碳中和”首次被寫入政府工作報告，在4月22日的全球領(lǐng)導人氣候峰上，我國再次強調(diào)“力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和”。面對目標與時間的雙重挑戰(zhàn)，碳中和轉(zhuǎn)型的道路亟待開啟，油氣、電力等高碳排放行業(yè)成為關(guān)注焦點。
在煤化工行業(yè)，煤氣化技術(shù)是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化利用的源頭技術(shù)。自上世紀八十年代以來，中科院工程熱物理研究所就展開了對煤炭清潔高效利用技術(shù)的研發(fā)，對循環(huán)流化床技術(shù)在煤及多種燃料和廢棄物的燃燒和氣化轉(zhuǎn)化方面開展系統(tǒng)研究。近十年來，研究所成功開發(fā)循環(huán)流化床煤氣化（CGAS）技術(shù)，能有效解決傳統(tǒng)煤氣化技術(shù)可用煤種少、污染重、成本高等問題，助力企業(yè)節(jié)能減排。以合成氨行業(yè)為例，煤氣化工序能耗約占整個生產(chǎn)工藝能耗的60%以上。目前我國仍有40%以上的合成氨企業(yè)采用固定床煤氣化技術(shù)，年產(chǎn)量約2000萬噸，如全部改造，則每年可減排約1000萬噸二氧化碳。
值得一提的是，CGAS技術(shù)是目前國內(nèi)新型氣化領(lǐng)域中極少數(shù)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的技術(shù)。它的成功產(chǎn)業(yè)化，一方面在于其技術(shù)領(lǐng)先性，另一方面源于產(chǎn)業(yè)化平臺的搭建。2016年，工程熱物理研究所與安徽巢湖經(jīng)濟開發(fā)區(qū)合作成立中科合肥煤氣化技術(shù)有限公司，作為“循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)產(chǎn)業(yè)化”的產(chǎn)業(yè)化主體，中合氣化持有循環(huán)流化床煤氣化技術(shù)（CGAS）核心專利。
在中科院 “弘光專項”的支持下，中合氣化推動CGAS技術(shù)實現(xiàn)了在煤制清潔工業(yè)燃氣和煤制合成氨原料氣領(lǐng)域的快速產(chǎn)業(yè)化，在氧化鋁、金屬鎂、鑄造等行業(yè)數(shù)十家企業(yè)完成了產(chǎn)品級應(yīng)用。
推進落地：建設(shè)多個工業(yè)化示范裝置
CGAS技術(shù)具有煤種適應(yīng)性廣、三廢排放少、制氣成本低等突出優(yōu)勢，在煤制合成氣及工業(yè)燃氣領(lǐng)域均實現(xiàn)了良好應(yīng)用。運用該技術(shù)，中合氣化分別在貴州和新疆建設(shè)了以無煙煤和高堿煤為原料的循環(huán)流化床煤氣化裝置，實現(xiàn)了“從零到一”的突破。據(jù)了解，貴州的無煙煤和新疆的高堿煤氣化難度較大，當?shù)氐暮铣砂逼髽I(yè)——貴州宏盛化工有限公司和新疆宜化化工有限公司都不得不以高出本地劣質(zhì)煤數(shù)倍的價格購買優(yōu)質(zhì)煤，且兩家企業(yè)均采用固定床煤氣爐制備原料氣，長期以來成本高、能耗高、污染重、效率低。
2020年9月，新疆宜化煤氣化裝置工程項目成功實現(xiàn)投運，項目采用3臺60000Nm3/h常壓循環(huán)流化床富氧氣化爐替代原有的20臺常壓固定床富氧連續(xù)氣化爐制合成氣，以高堿煤為原料制合成氣的循環(huán)流化床氣化系統(tǒng)，解決了高堿煤強沾污、易結(jié)焦、灰熔點波動大、成漿性差，無法使用固定床熔渣、氣流床水煤漿、氣流床粉煤等氣化工藝的問題，使得噸氨成本降低兩百余元，同時為新疆儲量巨大的高堿煤的高效清潔利用提供了技術(shù)與裝備支持。
新疆宜化煤氣化裝置工程現(xiàn)場
同年，貴州宏盛化工年產(chǎn)30萬噸合成氨氣頭改造項目一期核心設(shè)備60000Nm3/h循環(huán)流化床氣化爐一次點火成功，僅用1臺氣化爐替代了原有的20臺間歇式固定床，裝置克服了當?shù)責o煙煤活性低、熱穩(wěn)定性高等特點，極大提高宏盛化工煤氣化過程自動化程度，消除固定床產(chǎn)生焦油、酚氰廢水等危廢的問題，推動企業(yè)節(jié)能降本。
貴州宏盛化工氣頭改造項目
此外，中合氣化積極響應(yīng)國家“一帶一路”建設(shè)，承建了位于印尼東南蘇拉威西肯達里市的廈門象盛循環(huán)流化床富氧煤氣化項目。該項目規(guī)劃為當?shù)匾患夷戤a(chǎn)250萬噸不銹鋼一體化的冶煉廠建設(shè)配套煤氣站。CGAS技術(shù)充分發(fā)揮了當?shù)睾置悍磻?yīng)活性高、可磨性好等特點，大幅降低褐煤的深加工能耗。目前已有3臺氣化爐完成建設(shè)并投運，解決了此前噴煤工藝的噪聲及污染問題，運行效果獲業(yè)主稱贊。
依托CGAS技術(shù)，中合氣化建設(shè)了多個示范工程，實現(xiàn)了CGAS技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，驗證了其對不同煤種的強適應(yīng)性。中合氣化將持續(xù)探索煤化工行業(yè)的清潔高效方案，提高化石能源利用率，助推煤炭清潔高效利用，為企業(yè)帶來經(jīng)濟效益的同時，承擔起助力“雙碳”目標實現(xiàn)的社會責任。
持續(xù)發(fā)力：構(gòu)建全產(chǎn)業(yè)鏈，拓展關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域
針對煤氣化產(chǎn)生的飛灰殘渣，研究團隊研發(fā)了飛灰燃燒與飛灰氣化兩種大規(guī)模處理、資源化利用技術(shù)，與循環(huán)流化床氣化技術(shù)配合，可實現(xiàn)對煤炭的梯級利用，達成煤氣熱電三聯(lián)產(chǎn)，最大程度將煤炭“吃干榨凈”。目前，中合氣化已與山東榮信集團有限公司、河南林州鳳寶管業(yè)有限公司等企業(yè)就氣化飛灰利用展開合作，相關(guān)項目正在推進中。
以上述煤基固廢處置技術(shù)為基礎(chǔ)，中合氣化將結(jié)合國家發(fā)展需求，加大煤基固廢處置技術(shù)中關(guān)鍵技術(shù)與核心技術(shù)的持續(xù)研發(fā)投入，拓展應(yīng)用領(lǐng)域，實現(xiàn)多種固廢高質(zhì)化利用，為環(huán)保行業(yè)賦能。
未來，中合氣化與工程熱物理研究所研發(fā)團隊將堅持“雙輪驅(qū)動”戰(zhàn)略，通過院企合作，疏通應(yīng)用基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)化連接的快車道，促進創(chuàng)新鏈和產(chǎn)業(yè)鏈精準對接，加快科研成果從樣品到產(chǎn)品再到商品的轉(zhuǎn)化，把科技成果充分應(yīng)用到現(xiàn)代化事業(yè)中去。
