煤氣化是煤化工的源頭技術(shù)，但是煤氣化過(guò)程難以避免地產(chǎn)生大量煤基固廢—氣化灰渣，由于缺少大規模減量化處置技術(shù)，目前，我國氣化灰渣的累計堆存量已達到數億噸，且每年以高達3500萬(wàn)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。

　　氣化細灰占氣化灰渣總量的30~70%，氣化細灰主要由碳和無(wú)機組分組成，具有燃料和原料雙重屬性。但氣化細灰中的碳石墨化程度高，部分碳被熔渣所包裹，而且無(wú)機組分反應活性差，導致氣化細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)驗室團隊針對氣化細灰的特點(diǎn)，提出了氣化細灰熔融資源化利用的技術(shù)路線(xiàn)，技術(shù)路線(xiàn)如圖1所示，氣化細灰中的碳組分通過(guò)活化改性后實(shí)現高效燃燒，產(chǎn)生蒸汽或電；無(wú)機組分通過(guò)熔融礦相重構，進(jìn)一步實(shí)現高值化利用，制取鋁硅基產(chǎn)品；從而實(shí)現了氣化細灰中碳和無(wú)機組分的分質(zhì)利用。

　　在中國科學(xué)院戰略性先導專(zhuān)項子課題“氣化細灰流化熔融燃燒脫碳關(guān)鍵技術(shù)研究”的支持下，研究團隊系統開(kāi)展了氣流床氣化細灰的流化熔融燃燒脫碳技術(shù)研究，完成了百?lài)嵓?年小試試驗研究、千噸級/年中試試驗研究，形成了適配的2000 t/d這一主流氣流床氣化爐規模氣化細灰流化熔融燃燒工程技術(shù)方案。

　　2021年8月，研發(fā)團隊在該中試平臺開(kāi)展了德士古氣化爐氣化細灰流化熔融燃燒試驗，系統運行平穩、產(chǎn)物脫碳效果顯著(zhù)，驗證了氣化細灰流化熔融燃燒技術(shù)處置氣流床氣化細灰的可行性。2021年11月15和16日，開(kāi)展第三方性能測試，測試工況運行時(shí)間超過(guò)18個(gè)小時(shí)，測試結果表明：氣化細灰的處理量為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%，指標遠優(yōu)于子課題要求的考核指標。

　　此外，研發(fā)團隊還開(kāi)展了熔渣高值化利用技術(shù)的研究，通過(guò)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研究所的力量。

技術(shù)路線(xiàn)