近日，中科院工程熱物理研究所“循環流化床煤氣化（CGAS）技術開發及產業化”項目作為中科院5項重大成果之一亮相2021中國（安徽）科技創新成果轉化交易會，其產業化公司中科合肥煤氣化技術有限公司（以下簡稱“中合氣化”）引發關注。該項目的快速布局將推進“煤炭產業鏈上的碳排放大戶”——煤化工行業碳減排，助力實現“碳達峰、碳中和”目標。
CGAS技術亮相中國（安徽）科技創新成果轉化交易會
加速產業化：“碳達峰、碳中和”背景下構建平臺
一直以來，煤化工行業是煤炭產業鏈上的碳排放大戶。尤其在中國，由于資源稟賦，相比其他國家，中國的化工行業更多使用高碳排放的煤炭作為原料。以合成氨和甲醇為例，天然氣是大多數國家合成氨和甲醇的主要原料，而在中國約80%的合成氨和甲醇是由煤炭制成，導致中國煤化工行業的碳強度高于其他國家。
2021年，“碳達峰、碳中和”首次被寫入政府工作報告，在4月22日的全球領導人氣候峰上，我國再次強調“力爭2030年前實現碳達峰、2060年前實現碳中和”。面對目標與時間的雙重挑戰，碳中和轉型的道路亟待開啟，油氣、電力等高碳排放行業成為關注焦點。
在煤化工行業，煤氣化技術是煤炭清潔高效轉化利用的源頭技術。自上世紀八十年代以來，中科院工程熱物理研究所就展開了對煤炭清潔高效利用技術的研發，對循環流化床技術在煤及多種燃料和廢棄物的燃燒和氣化轉化方面開展系統研究。近十年來，研究所成功開發循環流化床煤氣化（CGAS）技術，能有效解決傳統煤氣化技術可用煤種少、污染重、成本高等問題，助力企業節能減排。以合成氨行業為例，煤氣化工序能耗約占整個生產工藝能耗的60%以上。目前我國仍有40%以上的合成氨企業采用固定床煤氣化技術，年產量約2000萬噸，如全部改造，則每年可減排約1000萬噸二氧化碳。
值得一提的是，CGAS技術是目前國內新型氣化領域中極少數實現產業化的技術。它的成功產業化，一方面在于其技術領先性，另一方面源于產業化平臺的搭建。2016年，工程熱物理研究所與安徽巢湖經濟開發區合作成立中科合肥煤氣化技術有限公司，作為“循環流化床煤氣化技術產業化”的產業化主體，中合氣化持有循環流化床煤氣化技術（CGAS）核心專利。
在中科院?“弘光專項”的支持下，中合氣化推動CGAS技術實現了在煤制清潔工業燃氣和煤制合成氨原料氣領域的快速產業化，在氧化鋁、金屬鎂、鑄造等行業30余個用戶完成70余臺（套）產品級應用。
推進落地：建設多個首臺套工業化示范裝置
CGAS技術具有煤種適應性廣、三廢排放少、制氣成本低等突出優勢，在煤制合成氣及工業燃氣領域均實現了良好應用。運用該技術，中合氣化分別在貴州和新疆建設了全國首套以無煙煤和高堿煤為原料的循環流化床煤氣化裝置，實現了“從零到一”的突破。據了解，貴州的無煙煤和新疆的高堿煤氣化難度較大，當地的合成氨企業——貴州宏盛化工有限公司和新疆宜化化工有限公司都不得不以高出本地劣質煤數倍的價格購買優質煤，且兩家企業均采用固定床煤氣爐制備原料氣，長期以來成本高、能耗高、污染重、效率低。
2020年9月，新疆宜化煤氣化裝置工程項目成功實現投運，項目采用3臺60000Nm3/h常壓循環流化床富氧氣化爐替代原有的20臺常壓固定床富氧連續氣化爐制合成氣，是國內首套以高堿煤為原料制合成氣的循環流化床氣化系統，解決了高堿煤強沾污、易結焦、灰熔點波動大、成漿性差，無法使用固定床熔渣、氣流床水煤漿、氣流床粉煤等氣化工藝的問題，使得噸氨成本降低兩百余元，同時為新疆儲量巨大的高堿煤的高效清潔利用提供了技術與裝備支持。
新疆宜化煤氣化裝置工程現場
同年，貴州宏盛化工年產30萬噸合成氨氣頭改造項目一期核心設備60000Nm3/h循環流化床氣化爐一次點火成功，僅用1臺氣化爐替代了原有的20臺間歇式固定床，裝置克服了當地無煙煤活性低、熱穩定性高等特點，極大提高宏盛化工煤氣化過程自動化程度，消除固定床產生焦油、酚氰廢水等危廢的問題，推動企業節能降本。
貴州宏盛化工氣頭改造項目
此外，中合氣化積極響應國家“一帶一路”建設，承建了位于印尼東南蘇拉威西肯達里市的廈門象盛循環流化床富氧煤氣化項目。該項目規劃為當地一家年產250萬噸不銹鋼一體化的冶煉廠建設配套煤氣站，規模為8臺80000Nm3//h循環流化床氣化爐，建成后將成為全球鋼鐵行業規模最大的循環流化床氣化爐系統。CGAS技術充分發揮了當地褐煤反應活性高、可磨性好等特點，大幅降低褐煤的深加工能耗。目前已有3臺氣化爐完成建設并投運，解決了此前噴煤工藝的噪聲及污染問題，運行效果獲業主稱贊。
依托于CGAS技術，中合氣化建設了多個“首臺套”示范工程，實現了CGAS技術在不同領域的應用，驗證了其對不同煤種的強適應性。中合氣化將持續探索煤化工行業的清潔高效方案，提高化石能源利用率，助推煤炭清潔高效利用，為企業帶來經濟效益的同時，承擔起助力“雙碳”目標實現的社會責任。
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持續發力：構建全產業鏈，拓展關鍵技術應用領域
針對煤氣化產生的飛灰殘渣，研究團隊研發了飛灰燃燒與飛灰氣化兩種大規模處理、資源化利用技術，與循環流化床氣化技術配合，可實現對煤炭的梯級利用，達成煤氣熱電三聯產，最大程度將煤炭“吃干榨凈”。目前，中合氣化已與山東榮信集團有限公司、河南林州鳳寶管業有限公司等企業就氣化飛灰利用展開合作，相關項目正在推進中。
以上述煤基固廢處置技術為基礎，中合氣化將結合國家發展需求，加大煤基固廢處置技術中關鍵技術與核心技術的持續研發投入，拓展應用領域，實現多種固廢高質化利用，為環保行業賦能。
未來，中合氣化與工程熱物理研究所研發團隊將堅持“雙輪驅動”戰略，通過院企合作，疏通應用基礎研究和產業化連接的快車道，促進創新鏈和產業鏈精準對接，加快科研成果從樣品到產品再到商品的轉化，把科技成果充分應用到現代化事業中去。
