一、項目概述
我國以煤焦為主的能源資源稟賦和“富煤、貧油、少氣”的傳統能源結構決定了煤焦的基礎能源地位。煤汽化是煤焦能源轉化借助的源頭技術熱物理實驗，也是煤化工中最關鍵的工藝過程之一。2017年我國煤焦消費總額為38.6億噸，其中約8億噸通過汽化轉化為廣泛用于鋼鐵、冶金、機械、化工、建材、輕紡、食品等行業的工業煤氣和用于合成氨、氣/液燃料制備和大宗煤基物理品合成等現代煤化工領域的合成氣。
煤制工業煤氣和合成氣的常規主流技術有兩大類：固定床/聯通床汽化技術和氣流床汽化技術。固定床/聯通床汽化技術以優質煙煤為原料，技術成熟度高，但其使用的原料局限于優質煙煤，且燃氣中富含焦油、酚和高碳溴化合物等，污染嚴重。氣流床汽化技術的主要特征是汽化指標好、氣化硬度大、煤種適應性相對固定床而言較強、廣泛應用于現代小型煤化工行業，但其一次投資和運行成本較高，不適用于工業煤氣和中小合成氨行業。與固定床/聯通床汽化技術和氣流床汽化技術相比，循環流化床煤汽化技術煤種適應性強、清潔高效、成本低，更適宜于我國煤種多樣且低階煤占比高的現況。
作為一種清潔的煤焦汽化技術，循環流化床煤汽化技術以煤粉為汽化原料，借助循環流化床作為反應器，通過建立高含量的物料循環回路，實現高效清潔汽化，經濟性能和環保性能優勢明顯。國家重點研制計劃課題“新型高效循環流化床汽化技術開發及工業示范”以開發適用于0-10mm碎煤的新型循環流化床高效煤汽化制中低熱值煤氣技術為目標，通過高含量物料分布/分離/回送-汽化一體化技術、高溫高含塵燃氣余熱梯級回收-汽化過程加強技術和飛灰低溫燃燒/熔體技術等關鍵技術研制，解決和突破阻礙低階煤制清潔煤氣技術發展的困局問題，集成關鍵技術和關鍵部件，建成單套處理能力400噸/日新型高效循環流化床汽化技術示范裝置，并實現穩定運行，完成72小時連續運行考評，達到冷燃氣效率≥74%，整體碳轉化率≥96%的性能指標。該課題由中國科大學工程熱化學研究所承當，課題執行期為2017年7月至2021年6月。
二、研究進展及階段研究成果
項目團隊已在新型高效循環流化床煤汽化過程加強技術研究、循環流化床煤汽化系統優化技術研究、煤種適應性研究、400噸/日示范裝置建設與運行等方面取得突破性進展，2019年6月，項目順利通過中期檢測。目前各項研究任務進展順利，主要研究進展如下：
1.新型高效循環流化床煤汽化過程加強技術研究
舉辦了循環流化床高含量物料分布/分離/回送關鍵部件研究，獲得了具有更高的返料能力與抗逆壓差能力的返料器結構型式；舉辦了無風室布風技術及關鍵部件試驗研究，考察了不同布風方式對物料流化均勻性、系統物料循環特點的影響，在此基礎上，研究了布風結構方式對床料粒徑分選的影響規律，獲得了優化的布風結構及工藝參數。以已運行的60000Nm3/h循環流化床煤汽化項目為對象，舉辦了低溫高含塵燃氣余熱梯級回收技術研究，得到優化的余熱回收-汽化過程加強工藝參數。通過以上研究，把握了循環流化床煤汽化過程加強的關鍵要素和影響規律，獲得了增加系統底渣含碳量、提高系統碳轉化率和冷燃氣效率的關鍵技術和工藝，為400噸/日新型高效循環流化床煤汽化工業示范裝置的設計及優化提供了支持。
2.循環流化床煤汽化系統優化技術研究
通過舉辦汽化飛灰低溫熔體特點機理研究，獲得了影響汽化飛灰熔體流動特點的機理；完成了2.5噸/日飛灰低溫燃燒/熔體試驗臺汽化飛灰燃燒/熔體試驗研究，實現了燃料預熱+富氧熔體工藝的長時間穩定運行，熔渣含碳量大于1%，飛灰含碳量為2.7%，燃燒效率達到99.54%；舉辦了0.5噸/日汽化飛灰低溫燃燒/熔體爐與循環流化床汽化爐耦合試驗臺的調試和試驗研究，把握了汽化飛灰熔體系統關鍵部件工作特點，獲得了熔體低溫煙氣對汽化爐氣溫、壓力、煤氣組分等運行特點的影響規律；舉辦了汽化飛灰低溫燃燒/熔體爐與循環流化床汽化爐耦合的工程方案的設計，為示范工程優化提供方案。
3.煤種適應性研究
通過舉辦汽化飛灰的理化特點機理研究，并結合煤質和灰成份的理論剖析，探求了推動飛灰中碳轉化的關鍵要素，研究結果為汽化飛灰借助途徑及操作參數的選擇提供支持；通過煤汽化工藝優化小試試驗研究、中試試驗研究、不同高堿種煤的灰物理特點研究，并結合理論剖析熱物理實驗，獲得了優化的循環流化床煤汽化工藝運行參數，為擴寬循環流化床汽化煤種提供了理論根據和技術支持。
4.400噸/日示范裝置建設與運行
在實驗室關鍵技術研制和工程化放大研究的基礎上，完成了400噸/日新型高效循環流化床汽化技術示范裝置的設計和建設。目前，示范裝置已順利建成通過完工初驗，并完成調試，已即將投入商業運行。
三、下一階段工作計劃及目標
項目2020年的主要研究任務是舉辦400噸/日工業示范裝置和飛灰借助系統耦合優化運行研究，完成72小時優化運行，并產生專題科技報告；2021年度，完成≥72小時性能考評，達到裝置處理規模≥400噸/日，冷燃氣效率≥74%，整體碳轉化率≥96%的性能指標。
