探索煤基固廢高值化處理

　　推進煤炭清潔高效利用是實現(xiàn)碳達峰碳中和目標的重要途徑，統(tǒng)籌做好煤炭清潔高效利用勢在必行。我國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程中的關鍵一環(huán)。解決好煤基固廢處置問題，對碳達峰碳中和目標實現(xiàn)和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展具有一定作用。

　　中國科學院工程熱物理研究所循環(huán)流化床實驗室研究員任強強介紹，“煤炭開采利用過程中會產(chǎn)生固體廢棄物，比如在煤炭開采過程中產(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化過程中產(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，會造成水、空氣及土壤污染。當前我國循環(huán)經(jīng)濟發(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題，對煤基固廢的處理提出了更高的要求，由減量化處理逐步轉變?yōu)橘Y源化、高值化、規(guī)?；茫怪a(chǎn)生更大的社會和經(jīng)濟效益。煤基固廢中殘存一部分可燃碳，同時灰中富含鋁硅基化合物，具有燃料和原料雙重屬性。煤氣化過程會產(chǎn)生氣化粗渣和細渣，針對不同含碳量的煤基固廢，對于含碳量較高的氣化粗渣，主要遵循規(guī)?；⒏咧祷幚碓瓌t，對其進行轉化利用。

　　依照循環(huán)經(jīng)濟的理念，對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化預熱活化的方法，開發(fā)出氣化灰渣循環(huán)流化床燃燒技術，替代煤炭產(chǎn)生蒸汽發(fā)電。目前，該技術已經(jīng)在江西省建筑陶瓷基地開展示范性應用。

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

　　任強強認為，煤基固廢的處理技術和應用場景需要打破傳統(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該跟可再生能源耦合起來，考慮綠色利用。比如，未來一段時間，太陽能電池板硅材料需求量會大幅增長，煤基固廢就可以轉化為硅材料，通過這樣的方式，讓煤基固廢助力可再生能源發(fā)展”。

　　近年來，中國科學院工程熱物理研究所針對“雙碳”目標下煤炭清潔高效利用的問題開展持續(xù)攻關，不僅完成了氣化飛灰焚燒發(fā)電技術的工業(yè)應用、流化熔融的中試研究，還提出從煤炭物質與能量屬性角度出發(fā)，通過改變煤炭傳統(tǒng)燃燒反應路徑，開展100kW煤炭“純化-燃燒”試驗系統(tǒng)研制，實現(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研究青年團隊計劃“煤炭純化-燃燒近零排放關鍵基礎問題”項目的支持。