Y型气流床高温分区气化技术国际领先
中化新网讯8月7日，从中国石油大学(华东)获悉，由该校田原宇教授领衔的含碳能源绿色低碳高值化利用团队开发，与济南黄台煤气炉有限公司合作共同完成的“固态排渣的Y型气流床高温分区气化技术研发与示范”科技成果，近日在北京通过了中国石油和化学工业联合会组织的专家鉴定。专家们一致认为，所开发的Y型气流床高温分区气化技术具有碳转化率高、节水节能等特点，总体处于国际领先水平。
据介绍，该成果获授权发明专利15件(其中美国专利2件、中国专利13件)、发表论文30篇。2020年至今在济南黄台煤气炉有限公司完成了工业示范，该技术具有广阔的应用前景。其特点是Y型喷嘴布置互为点火、焦渣旋流大幅延时、水冷壁以渣抗渣、气渣激冷固化、灰渣流化分离、干法排渣、对流废锅余热回收，卧分热灰回用，气化渣做高附加值建材。优点是煤种适应性较强，碳转化率高，处理量大，节水节能，适易制合成气。
专家组认为，“固态排渣的Y型气流床高温分区气化技术研发与示范”成果，取得了三项技术创新：一是开展了煤化学族组分理化性质、热反应机理和动力学研究，为煤炭清洁高效利用技术研发奠定理论基础。二是基于煤高温热解挥发物和半焦的结构与气化差异性，提出了直喷气化和旋流气化相耦合的气流床高温分区强化气化理念，发明煤粉Y型气流床高温分区气化工艺及其装备技术，碳转化率≥99%，灰渣比降至1:6，渣中含碳不到0.1%，破解了气流床气化高灰渣比的共性难题。三是首次实现干法排渣、灰渣分离和分段取热的气流床合成气分级冷却与分离的技术路线，通过Y型气流床气化、下行床高温激冷和流化床冷却换热耦合，同时配套抗磨型火管式对流废锅、超细灰凝聚型卧式旋分、基于穿流复合塔板的碳洗塔等，形成Y型气流床清洁高效气化成套技术，大幅度减少煤气化装置的物理耗水，实现了气-渣-灰余热高效回收，破解了气流床气化高耗水、含盐废水和黑水难处理、气化灰渣难利用的共性问题。
作为我国能源安全的压舱石，煤炭清洁高效利用是能源低碳转型的立足点和首要任务。谢克昌院士、田原宇教授含碳能源绿色低碳高值化利用团队，长期从事煤炭清洁高效利用的创新与实践，在分子煤化学、富含腐植酸的劣质煤利用、富油煤快速热解提质、粉煤分级清洁高效气化等取得系列“0到1”理论创新与变革性技术突破。一是创建了基于化学族组成的分子煤化学新研究体系，破解了分子水平煤结构与反应性研究的世纪难题，为煤炭分级分质清洁高效利用技术的突破提供理论依据。二是基于煤化学族热解特性与热解产物气化特性的差异性，提出煤炭分级清洁高效气化理论，创建粉煤燃气型分级热解气化和合成型高温分区气化两套原创技术体系，引领煤炭清洁高效气化技术发展。
田原宇指出，煤结构与反应性是煤化学的核心问题，也是制约煤炭清洁高效利用技术突破的重大科学难题，但因煤为固体混合物难以鉴别与分离，200年来基于显微组分的宏观煤化学、70年来基于模拟的煤大分子结构研究均未能予以有效解决。因此，分子水平煤结构与反应性研究成为国际煤化学界尚未攻克的的世纪难题。
历经20多年研究，成果首次提出表征可溶化程度的相对抽提率概念，创建普适性的煤可溶化方法与溶剂体系，将部分煤的高抽提率溶剂萃取提升为所有煤可溶化分离，为分子水平煤结构与反应性研究奠定基石；成果按照化学相似性，创建煤化学族组分分离方法，将煤分成饱和分、芳香分、胶质、沥青质、碳青质、焦质六组分，破解用实验的方法进行分子水平煤结构与反应性研究的核心难题；成果还在国际上率先开展煤化学族组分理化性质、热反应机理和动力学研究，将煤结构与反应性研究从宏观水平提升到分子水平，开创基于化学族组成的分子煤化学新研究体系，为按“燃料和原料”双属性进行煤炭清洁高效利用奠定理论基础。
据了解，气化是煤炭清洁高效利用的龙头技术，但现有气化技术将煤炭视作单一物质，致使气流床气化通过高苛刻条件以提高碳转化率，流化床气化采用低成本操作但效率降低。尽管气流床气化作为目前煤化工应用最广的主流技术，我国已破解“卡脖子”难题，处于仿制与并跑阶段，但普遍存在高灰渣比、高耗水、高耗能、高污染等系列亟待解决的共性缺陷，尚未实现清洁高效气化。
干法排渣的Y型气流床高温分区气化工艺技术已建成6万吨/年工业示范装置，焦渣反应时间延长20倍以上，碳转化率≥99%、节水≥90%、节能≥30%、避免含盐废水和黑水；灰渣比降至1:6，气化渣含碳≤0.1%，破解了气流床气化的“四高”难题，指标处于国际领先。目前正与山东能源集团合作，改造建设30万吨/年装置，将为煤化工提供变革性合成气制备技术。