煤氣化是煤化工的源頭技術(shù)，但是煤氣化過程難以避免地產(chǎn)生大量煤基固廢—?dú)饣以?，由于缺少大?guī)模減量化處置技術(shù)，目前，我國氣化灰渣的累計(jì)堆存量已達(dá)到數(shù)億噸，且每年以高達(dá)3500萬噸的排放量迅速增加，已日益成為制約煤化工發(fā)展的關(guān)鍵。

　　氣化細(xì)灰占?xì)饣以偭康?0~70%，氣化細(xì)灰主要由碳和無機(jī)組分組成，具有燃料和原料雙重屬性。但氣化細(xì)灰中的碳石墨化程度高，部分碳被熔渣所包裹，而且無機(jī)組分反應(yīng)活性差，導(dǎo)致氣化細(xì)灰資源化利用難度大，目前處置方式主要以填埋為主，存在大氣和土壤污染的環(huán)境安全隱患。

　　中科院研究所循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)針對氣化細(xì)灰的特點(diǎn)，提出了氣化細(xì)灰熔融資源化利用的技術(shù)路線，技術(shù)路線如圖1所示，氣化細(xì)灰中的碳組分通過活化改性后實(shí)現(xiàn)高效燃燒，產(chǎn)生蒸汽或電；無機(jī)組分通過熔融礦相重構(gòu)，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高值化利用，制取鋁硅基產(chǎn)品；從而實(shí)現(xiàn)了氣化細(xì)灰中碳和無機(jī)組分的分質(zhì)利用。

　　在中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)專項(xiàng)子課題“氣化細(xì)灰流化熔融燃燒脫碳關(guān)鍵技術(shù)研究”的支持下，研究團(tuán)隊(duì)系統(tǒng)開展了氣流床氣化細(xì)灰的流化熔融燃燒脫碳技術(shù)研究，完成了百噸級/年小試試驗(yàn)研究、千噸級/年中試試驗(yàn)研究，形成了適配的2000 t/d這一主流氣流床氣化爐規(guī)模氣化細(xì)灰流化熔融燃燒工程技術(shù)方案。

　　2021年8月，研發(fā)團(tuán)隊(duì)在該中試平臺開展了德士古氣化爐氣化細(xì)灰流化熔融燃燒試驗(yàn)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、產(chǎn)物脫碳效果顯著，驗(yàn)證了氣化細(xì)灰流化熔融燃燒技術(shù)處置氣流床氣化細(xì)灰的可行性。2021年11月15和16日，開展第三方性能測試，測試工況運(yùn)行時(shí)間超過18個(gè)小時(shí)，測試結(jié)果表明：氣化細(xì)灰的處理量為242kg/h，折合2100噸/年，熔渣占灰渣比例為95%，灰渣綜合含碳量≤0.5%，指標(biāo)遠(yuǎn)優(yōu)于子課題要求的考核指標(biāo)。

　　此外，研發(fā)團(tuán)隊(duì)還開展了熔渣高值化利用技術(shù)的研究，通過熔融資源化利用技術(shù)產(chǎn)生的熔渣可以直接作為水泥摻和料，或者進(jìn)一步制取微晶玻璃、纖維棉和水玻璃等鋁硅基產(chǎn)品。

　　目前，該技術(shù)經(jīng)驗(yàn)證，同時(shí)可適用于煤矸石等一般大宗煤基固廢的處置，有望在我國大宗固廢資源化利用上貢獻(xiàn)研究所的力量。

技術(shù)路線