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探索煤基固廢高值化處理

科普中國(guó)發(fā)布時(shí)間:2022-09-14 10:51:17

  推進(jìn)煤炭清潔高效利用是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)的重要途徑,統(tǒng)籌做好煤炭清潔高效利用勢(shì)在必行。我國(guó)富煤貧油少氣的資源稟賦,決定了煤炭在能源體系中的主體作用。

  煤基固廢處置是煤炭清潔高效利用過(guò)程中的關(guān)鍵一環(huán)。解決好煤基固廢處置問(wèn)題,對(duì)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)實(shí)現(xiàn)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有一定作用。

  中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實(shí)驗(yàn)室研究員任強(qiáng)強(qiáng)介紹,“煤炭開(kāi)采利用過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生固體廢棄物,比如在煤炭開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的煤矸石、在煤炭燃燒利用中產(chǎn)生的粉煤灰以及在煤炭化工轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的氣化灰渣等等,都屬于煤基固廢,因其產(chǎn)生量巨大,屬于大宗固廢的一種”。

  煤基固廢如果處理方式不當(dāng),會(huì)造成水、空氣及土壤污染。當(dāng)前我國(guó)循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨大宗固廢利用不充分、綜合利用產(chǎn)品附加值低等突出問(wèn)題,對(duì)煤基固廢的處理提出了更高的要求,由減量化處理逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源化、高值化、規(guī)?;茫怪a(chǎn)生更大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。煤基固廢中殘存一部分可燃碳,同時(shí)灰中富含鋁硅基化合物,具有燃料和原料雙重屬性。煤氣化過(guò)程會(huì)產(chǎn)生氣化粗渣和細(xì)渣,針對(duì)不同含碳量的煤基固廢,對(duì)于含碳量較高的氣化粗渣,主要遵循規(guī)?;?、高值化處理原則,對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)化利用。

  依照循環(huán)經(jīng)濟(jì)的理念,對(duì)較高含碳量的煤氣化灰渣,中科院工程熱物理所提出氣化灰渣強(qiáng)化預(yù)熱活化的方法,開(kāi)發(fā)出氣化灰渣循環(huán)流化床燃燒技術(shù),替代煤炭產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。目前,該技術(shù)已經(jīng)在江西省建筑陶瓷基地開(kāi)展示范性應(yīng)用。

  同時(shí),面向更加高效低碳的煤基固廢利用需求,研究團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)流化熔融技術(shù):充分挖掘煤氣化灰渣的原料屬性,將其中的無(wú)機(jī)組分轉(zhuǎn)化為微晶玻璃和纖維棉等高附加值材料,將碳元素轉(zhuǎn)化為一氧化碳,替代一部分煤炭作為下游工業(yè)生產(chǎn)原料。該技術(shù)特別適用于處理煤氣化細(xì)渣及煤矸石等含碳固廢,目前已完成千噸級(jí)/年氣化灰渣制備一氧化碳和泡沫微晶玻璃的技術(shù)突破,灰渣綜合利用率達(dá)到80%以上,目前正在開(kāi)展工程示范階段。

  任強(qiáng)強(qiáng)認(rèn)為,煤基固廢的處理技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景需要打破傳統(tǒng)思路,從燃燒向材料化、高值化方向發(fā)展。“雙碳背景下,煤基固廢作為高載碳原料應(yīng)該跟可再生能源耦合起來(lái),考慮綠色利用。比如,未來(lái)一段時(shí)間,太陽(yáng)能電池板硅材料需求量會(huì)大幅增長(zhǎng),煤基固廢就可以轉(zhuǎn)化為硅材料,通過(guò)這樣的方式,讓煤基固廢助力可再生能源發(fā)展”。

  近年來(lái),中國(guó)科學(xué)院工程熱物理研究所針對(duì)“雙碳”目標(biāo)下煤炭清潔高效利用的問(wèn)題開(kāi)展持續(xù)攻關(guān),不僅完成了氣化飛灰焚燒發(fā)電技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用、流化熔融的中試研究,還提出從煤炭物質(zhì)與能量屬性角度出發(fā),通過(guò)改變煤炭傳統(tǒng)燃燒反應(yīng)路徑,開(kāi)展100kW煤炭“純化-燃燒”試驗(yàn)系統(tǒng)研制,實(shí)現(xiàn)煤炭“純化-燃燒”近零排放,以打造煤炭清潔、低碳利用新方式,為“雙碳”目標(biāo)下煤炭清潔高效利用探索一條新路。此工作也獲得了首批中科院基礎(chǔ)研究青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃“煤炭純化-燃燒近零排放關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題”項(xiàng)目的支持。

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