青島日?qǐng)?bào)社/觀海新聞7月3日訊 日前，中國(guó)石油大學(xué)（華東）發(fā)明、黃臺(tái)氣化爐有限公司獨(dú)家授權(quán)加工的800噸/天第四代氣化爐-復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐純氧氣化制燃?xì)庋b置點(diǎn)火成功，標(biāo)志著我國(guó)在煤炭清潔高效氣化領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重大突破。在此過(guò)程中，中石大田原宇教授帶領(lǐng)的“低碳能源化工”研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明的“0到1”變革性氣化技術(shù)——粉煤復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)煤清潔高效氣化和全資源高值化利用，處于國(guó)際領(lǐng)先水平。

田原宇教授指導(dǎo)裝置現(xiàn)場(chǎng)

首創(chuàng)基于化學(xué)族組成的煤化學(xué)新研究體系

20多年前，田原宇正在攻讀博士學(xué)位。面對(duì)我國(guó)“富煤、缺油、少氣”的客觀資源條件和煤炭單位熱值價(jià)格不到石油和天然氣1/6的窘境，他毅然選擇了當(dāng)時(shí)少有人觸碰的煤化工研究方向。

“國(guó)家需要什么，我們就研究什么?！碧镌畋硎荆覈?guó)石油、天然氣對(duì)外依存度屢創(chuàng)新高，煤炭在我國(guó)能源安全體系中的兜底和壓艙石作用愈加明顯，這也凸顯了開展煤炭清潔高效利用研發(fā)的急迫性。

煤氣化是煤清潔高效利用的核心技術(shù)和龍頭技術(shù)。田原宇研究后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)世界煤氣化基礎(chǔ)研究還處于宏觀水平，國(guó)內(nèi)外研究人員囿于慣性思維，仍將煤視作單一物質(zhì)。

田原宇借鑒此前學(xué)習(xí)和工作中豐富的重質(zhì)油研究經(jīng)驗(yàn)，深入開展煤結(jié)構(gòu)研究后發(fā)現(xiàn)，煤和重質(zhì)油類似，都是一種混合物，將煤視為單一物質(zhì)的理論和研究方法，已不能滿足煤氣化創(chuàng)新研究的需要。

基于此，田原宇率先將化學(xué)族組成研究理論和方法引入煤氣化的基礎(chǔ)研究中，在世界上首創(chuàng)基于化學(xué)族組成的煤化學(xué)新研究體系，一舉將煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究從宏觀水平提升到分子水平，開創(chuàng)了全新的研究領(lǐng)域和方向。

這一創(chuàng)新破解了困擾國(guó)際煤化學(xué)界200多年的分子水平結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性的世紀(jì)難題，為開展煤清潔高效氣化與全資源高值化利用奠定了理論基石，指導(dǎo)煤分級(jí)熱解與氣化基礎(chǔ)研究、復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐技術(shù)研發(fā)及其中試與工業(yè)示范、工業(yè)化裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行。

田原宇帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)將煤化工與石油化工交叉融合，形成了獨(dú)具特色的低碳能源化工方向。2010年，作為負(fù)責(zé)人完成的“富含腐植酸的劣質(zhì)煤梯級(jí)綜合利用”研究項(xiàng)目獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)；2020年，作為負(fù)責(zé)人完成的“農(nóng)林廢棄物快速熱解創(chuàng)制腐植酸環(huán)境材料及其應(yīng)用”研究項(xiàng)目獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)。

田原宇教授在科研

發(fā)明復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐裝備技術(shù)

田原宇在將煤氣化科研成果應(yīng)用轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)時(shí)廣為應(yīng)用的流化床氣化技術(shù)具有備煤容易、能耗低、投資低等優(yōu)點(diǎn)和碳轉(zhuǎn)化率低的缺點(diǎn)，而同樣應(yīng)用廣泛的氣流床氣化技術(shù)具有碳轉(zhuǎn)化率高的優(yōu)點(diǎn)和備煤難、能耗高、投資高的缺點(diǎn)，均未能實(shí)現(xiàn)清潔高效氣化與全資源化利用。

能不能把二者創(chuàng)造性地結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)？田原宇帶著這樣的思索，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)深入開展二者耦合研究，努力探索“流化床氣化的易備煤低能耗低投資+氣流床氣化的高碳轉(zhuǎn)化率”的優(yōu)異氣化效果，以滿足不同煤種氣化的需求，實(shí)現(xiàn)煤清潔高效氣化與全資源高值化利用。

田原宇原創(chuàng)提出“分區(qū)氣化”理念，發(fā)明了復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐裝備技術(shù)。“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是將容易氣化的煤先在提升管循環(huán)流化床里進(jìn)行氣化，將難氣化的飛灰在高氣流床進(jìn)行氣化。”

“這個(gè)工藝?yán)砟?，打破了以往一股腦進(jìn)行反應(yīng)的舊有煤氣化方式，提高了碳轉(zhuǎn)化率，減少了投入，降低了能耗和污染。”團(tuán)隊(duì)成員喬英云教授表示。

田原宇教授團(tuán)隊(duì)以此工藝發(fā)明的裝備，首次按照第二代流化床氣化和第三代氣流床氣化結(jié)構(gòu)耦合的理念，將自行研發(fā)的內(nèi)循環(huán)階梯流化床、脈沖提升管循環(huán)流化床和Y型旋流式氣流床等原創(chuàng)設(shè)備技術(shù)集成耦合，發(fā)明“0到1”變革性的復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐技術(shù)。

按照燃?xì)庑筒僮?，碳轉(zhuǎn)化率由不到80%提高到≥99%，冷煤氣氣化效率由不到70%提高到≥85%；燃?xì)庵屑淄楹坑?%左右提到≥4%、熱值≥1400Kcal/Nm3（空氣氣化），消除焦油、避免飛灰和含酚廢水的產(chǎn)生；干法排渣，渣中殘?zhí)坑伞?0%降到≤2%，不產(chǎn)生含鹽廢水與黑水，實(shí)現(xiàn)了“流化床氣化的易備煤低能耗低投資+氣流床氣化的高碳轉(zhuǎn)化率”的清潔高效氣化效果。

“田老師的發(fā)明裝置在煤氣化渣高效利用上也有獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)?！眻F(tuán)隊(duì)成員、青年教師王敬賢博士介紹，團(tuán)隊(duì)面臨3000多萬(wàn)噸的煤氣化渣，另辟蹊徑、變廢為寶，通過(guò)研制氣化渣改性全量化生產(chǎn)低碳水泥技術(shù)、系列腐植酸改性氣化渣修復(fù)劑技術(shù)、大規(guī)模煤氣化渣碳灰分離關(guān)鍵裝備與技術(shù)，實(shí)現(xiàn)氣化灰渣由“固廢”向“原料”轉(zhuǎn)變，破解煤氣化渣大規(guī)模高值資源化利用的關(guān)鍵核心技術(shù)和世界難題。

田原宇教授指導(dǎo)中試裝置實(shí)驗(yàn)

實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益雙豐收

經(jīng)過(guò)20多年的科技攻關(guān)，田原宇教授團(tuán)隊(duì)研發(fā)的粉煤復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐氣化和全資源化利用成套技術(shù)空氣氣化和純氧氣化效果都很好，氣化效率高，燃?xì)?合成氣品質(zhì)高，且能耗和水耗大幅降低，灰渣大規(guī)模高值化利用前景廣闊。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)的復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐已在印尼、河北、廣西、山東等地建成投產(chǎn)23臺(tái)，同時(shí)17臺(tái)氣化爐已在建設(shè)和設(shè)計(jì)中，氣化渣高值資源化利用也實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，近3年新增經(jīng)濟(jì)效益超42億元。該項(xiàng)目授權(quán)發(fā)明專利35件（含美國(guó)專利8件），發(fā)表SCI/EI論文87篇、出版專著3部；培養(yǎng)8名博士、15名碩士。

2021年9月5日，中國(guó)化工學(xué)會(huì)組織專家對(duì)“中低階煤分解熱解氣化制燃?xì)饧夹g(shù)研發(fā)與中試”進(jìn)行了科技成果評(píng)價(jià)，中國(guó)工程院金涌院士、孫麗麗院士等專家對(duì)該技術(shù)給予高度評(píng)價(jià)，表示技術(shù)在基礎(chǔ)理論、工藝及其配套裝備技術(shù)等方面均取得顯著突破，具備了開展工業(yè)示范的條件和基礎(chǔ)。2023年7月6日，中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)在北京組織有關(guān)專家對(duì)該技術(shù)進(jìn)行鑒定，認(rèn)為該技術(shù)“具有碳轉(zhuǎn)化率高、節(jié)水節(jié)能等特點(diǎn)，總體處于國(guó)際領(lǐng)先水平?！?/p>

“煤清潔高效氣化所得的燃?xì)猓娲烊粴?，可將燃料成本降?0%以上。”田原宇介紹，復(fù)合提升管分區(qū)氣化爐裝備技術(shù)的大規(guī)模工業(yè)推廣應(yīng)用，將在降低企業(yè)用能成本的同時(shí)有效減少碳排放，緩解國(guó)家天然氣對(duì)外依存度。

田原宇團(tuán)隊(duì)開發(fā)的這一成套技術(shù)，顯著提升了我國(guó)煤氣化技術(shù)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力，實(shí)現(xiàn)了煤炭的高效清潔氣化與全資源化利用，有望解決因煤炭非清潔高效利用帶來(lái)的眾多能源與環(huán)境問(wèn)題，變“煤”為“美”，引領(lǐng)行業(yè)產(chǎn)業(yè)升級(jí)與高質(zhì)量發(fā)展，為現(xiàn)代煤化工行業(yè)打開嶄新局面，創(chuàng)造“煤”好未來(lái)。

未來(lái)，田原宇教授將繼續(xù)帶領(lǐng)“低碳能源化工”研究團(tuán)隊(duì)，以端牢能源飯碗為己任，聚焦我國(guó)煤炭清潔利用的重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題和“卡脖子”難題，以高質(zhì)量的科研成果產(chǎn)出、科技成果轉(zhuǎn)化、后備科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)，為我國(guó)實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)、保障國(guó)家能源安全注入科技力量。（青島日?qǐng)?bào)/觀海新聞?dòng)浾?王世鋒）

責(zé)任編輯：王臻

（作者：王世鋒)