一、项目概述
我国以煤焦为主的能源资源禀赋和“富煤、贫油、少气”的传统能源结构决定了煤焦的基础能源地位。煤汽化是煤焦能源转化借助的源头技术热物理实验，也是煤化工中最关键的工艺过程之一。2017年我国煤焦消费总额为38.6亿吨，其中约8亿吨通过汽化转化为广泛用于钢铁、冶金、机械、化工、建材、轻纺、食品等行业的工业煤气和用于合成氨、气/液燃料制备和大宗煤基物理品合成等现代煤化工领域的合成气。
煤制工业煤气和合成气的常规主流技术有两大类：固定床/联通床汽化技术和气流床汽化技术。固定床/联通床汽化技术以优质烟煤为原料，技术成熟度高，但其使用的原料局限于优质烟煤，且燃气中富含焦油、酚和高碳溴化合物等，污染严重。气流床汽化技术的主要特征是汽化指标好、气化硬度大、煤种适应性相对固定床而言较强、广泛应用于现代小型煤化工行业，但其一次投资和运行成本较高，不适用于工业煤气和中小合成氨行业。与固定床/联通床汽化技术和气流床汽化技术相比，循环流化床煤汽化技术煤种适应性强、清洁高效、成本低，更适宜于我国煤种多样且低阶煤占比高的现况。
作为一种清洁的煤焦汽化技术，循环流化床煤汽化技术以煤粉为汽化原料，借助循环流化床作为反应器，通过建立高含量的物料循环回路，实现高效清洁汽化，经济性能和环保性能优势明显。国家重点研制计划课题“新型高效循环流化床汽化技术开发及工业示范”以开发适用于0-10mm碎煤的新型循环流化床高效煤汽化制中低热值煤气技术为目标，通过高含量物料分布/分离/回送-汽化一体化技术、高温高含尘燃气余热梯级回收-汽化过程加强技术和飞灰低温燃烧/熔体技术等关键技术研制，解决和突破阻碍低阶煤制清洁煤气技术发展的困局问题，集成关键技术和关键部件，建成单套处理能力400吨/日新型高效循环流化床汽化技术示范装置，并实现稳定运行，完成72小时连续运行考评，达到冷燃气效率≥74%，整体碳转化率≥96%的性能指标。该课题由中国科大学工程热化学研究所承当，课题执行期为2017年7月至2021年6月。
二、研究进展及阶段研究成果
项目团队已在新型高效循环流化床煤汽化过程加强技术研究、循环流化床煤汽化系统优化技术研究、煤种适应性研究、400吨/日示范装置建设与运行等方面取得突破性进展，2019年6月，项目顺利通过中期检测。目前各项研究任务进展顺利，主要研究进展如下：
1.新型高效循环流化床煤汽化过程加强技术研究
举办了循环流化床高含量物料分布/分离/回送关键部件研究，获得了具有更高的返料能力与抗逆压差能力的返料器结构型式；举办了无风室布风技术及关键部件试验研究，考察了不同布风方式对物料流化均匀性、系统物料循环特点的影响，在此基础上，研究了布风结构方式对床料粒径分选的影响规律，获得了优化的布风结构及工艺参数。以已运行的60000Nm3/h循环流化床煤汽化项目为对象，举办了低温高含尘燃气余热梯级回收技术研究，得到优化的余热回收-汽化过程加强工艺参数。通过以上研究，把握了循环流化床煤汽化过程加强的关键要素和影响规律，获得了增加系统底渣含碳量、提高系统碳转化率和冷燃气效率的关键技术和工艺，为400吨/日新型高效循环流化床煤汽化工业示范装置的设计及优化提供了支持。
2.循环流化床煤汽化系统优化技术研究
通过举办汽化飞灰低温熔体特点机理研究，获得了影响汽化飞灰熔体流动特点的机理；完成了2.5吨/日飞灰低温燃烧/熔体试验台汽化飞灰燃烧/熔体试验研究，实现了燃料预热+富氧熔体工艺的长时间稳定运行，熔渣含碳量大于1%，飞灰含碳量为2.7%，燃烧效率达到99.54%；举办了0.5吨/日汽化飞灰低温燃烧/熔体炉与循环流化床汽化炉耦合试验台的调试和试验研究，把握了汽化飞灰熔体系统关键部件工作特点，获得了熔体低温烟气对汽化炉气温、压力、煤气组分等运行特点的影响规律；举办了汽化飞灰低温燃烧/熔体炉与循环流化床汽化炉耦合的工程方案的设计，为示范工程优化提供方案。
3.煤种适应性研究
通过举办汽化飞灰的理化特点机理研究，并结合煤质和灰成份的理论剖析，探求了推动飞灰中碳转化的关键要素，研究结果为汽化飞灰借助途径及操作参数的选择提供支持；通过煤汽化工艺优化小试试验研究、中试试验研究、不同高碱种煤的灰物理特点研究，并结合理论剖析热物理实验，获得了优化的循环流化床煤汽化工艺运行参数，为扩宽循环流化床汽化煤种提供了理论根据和技术支持。
4.400吨/日示范装置建设与运行
在实验室关键技术研制和工程化放大研究的基础上，完成了400吨/日新型高效循环流化床汽化技术示范装置的设计和建设。目前，示范装置已顺利建成通过完工初验，并完成调试，已即将投入商业运行。
三、下一阶段工作计划及目标
项目2020年的主要研究任务是举办400吨/日工业示范装置和飞灰借助系统耦合优化运行研究，完成72小时优化运行，并产生专题科技报告；2021年度，完成≥72小时性能考评，达到装置处理规模≥400吨/日，冷燃气效率≥74%，整体碳转化率≥96%的性能指标。
