新技術助力煤炭變身清潔能源
中國石油大學教授田原宇對記者表示：「煤炭並不一定是『骯髒的能源』。能源『潔凈』與否，必須與利用技術聯繫在一起。」田原宇認為，煤炭氣化後燃氣燃燒能夠有效降低過剩空氣係數從而提高其使用效率，藉助燃氣低成本凈化大幅度降低煙氣的污染排放指數，降低企業用能成本，從而提高煤炭使用的清潔性、經濟性和便利性。
經過多重設計和改進，田原宇帶領低碳能源團隊開發出了適於利用中高揮發分煙煤和褐煤等中低級煤的分級熱解氣化技術（CPG）。日前，山東金沂蒙集團公司為了實現企業用能、化工原料和發電的清潔高效環保，響應山東省新舊動能轉化的號召，正與低碳能源團隊合作建設500噸/天CPG氣化技術的工業示範，以期為我國煤炭清潔高效轉化利用樹立行業標杆。
清潔高效，煤炭燃氣化研究的痛點
「燃氣品質的標準有兩個。」田原宇介紹：一是燃氣熱值要滿足現有用戶需求且穩定，以提高後續利用系統的效率；二是燃氣中基本不含焦油，以減少後處理系統的複雜性。
而現有燃氣型氣化技術，例如移動床氣化（BGL）、輸送床氣化（TRIG）等，均存在碳轉化率不足，生成較大量的焦油以及含酚廢水排放等問題，成為制約固體煤炭燃氣化技術推廣應用的瓶頸。
因此，如何將目前我國占煤炭資源80%以上的中高揮發分煙煤和褐煤，通過適當的氣化方式，生產滿足今後相當長時間窯爐和燃氣輪機水平火焰溫度要求的燃氣，實現中低階煤炭資源的清潔高效燃燒利用，提高煤炭作為燃料在化石能源中的競爭力，成為目前我國煤炭清潔高效利用研究和開發的熱點和難點，也成為田原宇及其團隊成員們惦念的研究目標。
穩紮穩打，團隊逐步突破技術瓶頸
煤氣化製取燃氣的成本僅為同熱值天然氣價格的不到1/3 ，燃燒效率和煙氣清潔度高於天然氣，能夠大幅度降低工礦企業清潔用能成本，有效提高企業產品的市場競爭力，低成本解決「煤改氣」的難題，確保打贏「藍天保衛戰」。為此，田原宇為帶頭人的低碳能源團隊，從2000年起，在中國工程院院士謝克昌的指導下，按照化學相似性，通過創建具有普適性的煤可溶化和化學族組分分離體系，利用化學族組分深入探究煤的結構與反應性，解析煤熱轉化的基本熱解反應，提出熱解初始反應機理和路徑，構建了煤化學分子水平研究理論體系，為煤高效清潔轉化利用打下堅實的理論基礎。
在該研究理論的指導下，2001年，團隊設計了提升管循環流化床煤轉化裝置，通過湍流床和提升管結構耦合，強化了熱解焦的氣化或燃燒過程，解決了提升管有效反應區小的難題。2006年，自混合下行循環流化床快速熱解裝置實現了3000噸/年煤、生物質、油砂、油頁岩快速熱解液化或提煉工業中試。2007年和2009年，分別建成投產兩套2萬噸/年生物質自混合下行循環流化床快速熱解液化工業示範裝置。2012年，又建成投產了國際上最大規模的20萬噸/年生物質自混合下行循環流化床快速熱解液化工業化裝置，完成了3000噸/年複合流化氣化爐利用低階煤、生物質、生活垃圾分級熱解氣化制燃氣的工業中試，表明該技術為工業燃氣、整體煤氣化聯合循環發電系統（IGCC）和煤制天然氣技術提供了有效利用中低階煤（中高揮發分煙煤和褐煤）的理想方案。
國際領先，新技術優勢明顯
目前國際主要的粉煤燃氣型技術包括輸運床氣化技術（TRIG），以及魯奇移動床氣化技術（Lurgi）。前者由美國KBR和南方電力公司共同開發，代表了燃氣型氣化國際先進水平。後者在國內外的大規模工業化中應用最為廣泛。
田原宇對記者說：「在燃氣熱值方面，我們比美國第三代IGCC所用的TRIG氣化技術要高，日本笏來電廠所用的普通循環流化床氣化比我們要落後。」燃氣型CPG氣化技術為乾粉碎煤進料、干渣排放、粗合成氣廢鍋流程的多種流態化結構耦合分級熱解氣化技術，田原宇稱，其生產過程中「基本沒有煤焦油產生，灰渣分離，殘留在灰中的炭可以回收利用，進而提高碳的利用率；只有渣干法外排，不產生含鹽廢水和含酚廢水」。
據田原宇介紹，該技術適合處理高水分、高灰分、中高揮發分的中低階煤，而現有的大部分氣化技術難以對低階煤進行有效處理和高效轉化，具有原料優勢。同時，使用專有的乾粉泵輸送系統進料來代替通常需要頻繁維護的水煤漿噴嘴或燒嘴以及干渣換熱外排，無須設置備爐。該技術單位截面積處理能力比普通流化床氣化提高1倍以上，最高單爐處理量可達5000噸/天。對於IGCC發電項目，可以帶來很大的規模經濟優勢。此外，還可根據下游生產要求選擇空氣氣化或氧氣氣化模式，利用氣化餘熱裂解粉煤和焦油則降低了氧煤比，生產的有效組分富含甲烷、不含焦油，適宜於煤制天然氣生產。
田原宇及其團隊開發的複合流化氣化爐分級熱解氣化技術（CPG），憑藉其高碳轉化率、高燃氣熱值、低污染排放、低能耗利用的優勢特點，打破了工業燃氣、IGCC和煤制天然氣技術方面對於中低階煤利用的瓶頸，能夠生產出基本滿足各種工業窯爐和今後五十年內燃氣輪機水平對火焰溫度要求的燃氣，實現中低階煤炭資源的清潔高效利用，提高煤炭燃料在國家能源結構改革發展中的競爭力，對我國能源結構的調整和環境污染的改善具有重要意義。
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