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生固體廢棄物，比如在煤炭開采過程中產生的煤矸石、在煤炭燃燒利用中產生的粉煤灰以及在煤炭化工轉化過程中產生的氣化灰渣等等，都屬于煤基固廢，因其產生量巨大，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)?；?，使之產生更大的社會和經(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。