作者 | 陳歡歡
眼看著塊煤價格飆升至1000元/噸，甘肅金昌蘭石氣化技術有限公司總經理範飛暗自慶幸：要不是找到了中科院的新技術，企業的煤氣化業務恐難維持。
9月底，新項目投入運營，隨著技術升級、成本下降，“嗷嗷待哺”的下游企業終於有機會扭虧脫困。
同樣將命運寄希望於這一技術的還有貴州安順宏盛化工有限公司。總經理孫嚮明告訴《中國科學報》：塊煤價格飆升、環保標準不斷提高，企業已無退路，但技術升級卻面臨著採用國外技術四五億元的改造成本。
關鍵時刻，聽說採用中科院的技術僅需1億元，他們就這樣慕名而來。
這一“救命稻草”般的技術就是中科院工程熱物理研究所（以下簡稱“工程熱物理所”）研發的循環流化床煤氣化（CGAS）技術。
甘肅金昌千噸級循環流化床加壓煤氣化示範項目 工程熱物理所供圖
給國產煤更大的舞臺
甘肅金昌，地處河西走廊中段，因發現鎳礦而設企設市，是一座典型的資源型工礦城市。
近幾年，金昌市著力加快傳統產業高端化、低碳化、智能化改造。2015年，塊煤價格上漲使得煤化工企業難以為繼，更凸顯產業升級的必要性。
正是在這一節骨眼上，2016年，千噸級循環流化床加壓煤氣化示範項目作為金昌市重點招商引資項目落地，由蘭石集團和工程熱物理所聯合開發，以汙染小、成低本的循化流化床技術替代高汙染、高成本的固定床氣化技術。
沒想到，工程剛建完，意外就來了：由於國家政策調整，原計劃的新疆廣匯煤無法使用，更換為本地低階粉煤，灰分由15%上升到25%。
這令企業措手不及，工程熱物理所的技術團隊卻十分淡定。
“CGAS技術煤種適應性強，最大的特點是不挑煤，更換煤種只需要重新校核計算，改變操作參數，不管源頭怎麼波動，都能保證下游穩定。”工程熱物理所研究員朱治平告訴《中國科學報》。
項目負責人、工程熱物理所循環流化床實驗室主任呂清剛則表示：“高灰分、高熔點、高水分等傳統技術氣化不了、氣化不好的煤，我們也能搞得定。”
敢攬瓷器活，必有金剛鑽。這種自信來源於佔領了技術制高點。
我國煤的特點是複雜多樣、煤質較差，比較難利用的低階粉煤比例高達55%。
但在傳統認知中，煤氣化只能用反應活性好的煤，低階粉煤被拒之門外。
循環流化床實驗室卻未止步於此，他們提出：從科學和技術上看，量大面廣的低階粉煤能否從“死刑”中出列？
以此為重要課題，實驗室突破傳統認知，經過十多年攻關，如今，不管是新疆高鹼煤還是貴州高灰分煤，甚至印尼高含水褐煤都可用於CGAS技術。
這意味著，僅這一項就能節省超過1/3的運行成本。
初秋時節，《中國科學報》記者來到位於金昌市河西堡化工循環經濟產業園的項目現場，同不少傳統煤氣站的髒亂差不同，這裡乾淨整潔，僅有風機水泵的噪音提醒人們工程正在運行。
“現在看來這套系統煤種適應性極強，完全達到了設計指標。”範飛鬆了口氣。
據悉，這是國內首套循環流化床加壓煤氣化系統，全過程自動化，節水節能，乾淨環保，每年可為企業節約成本約5000萬元，減排含酚廢水近10萬噸。
十年磨一劍
之所以能處理複雜多變的煤種，訣竅就在“循環”兩字上。
所謂“循環”流化床，是指在這一系統中構建大規模的物料循環，使氣化爐中始終含有高濃度物料，保證氣化反應高效進行。
據介紹，CGAS系統中，物料保持在60~100倍循環。也就是說，加入1噸煤，爐裡至少有60噸固體物料在循環反應。
要實現這麼高效的循環，任何一個環節都不能掉鏈子。因此朱治平說：“循環流化床是一項系統工程。”
CGAS系統由氣化爐、分離器、返料器等部分組成，啟動後整個迴路都處在高溫高壓之下，並要在1000℃連續運行超過一年。系統內沒有機械轉動部件，全部依靠操作參數調節。
高溫煤氣出來之後，還有餘熱回收、布袋除塵、飛灰熔融等環節。任何一個環節出錯，都會導致工程停產。
這樣的高難度，使得技術模仿者望而卻步。
“我走到哪都主動宣傳，因為這是真正能‘循環’起來的流化床技術。”煤炭科學研究總院研究員曲思建評價稱。
“通過集體智慧，實現別人實現不了的效果，是我們團隊的核心價值所在。”朱治平說。
常壓固定床氣化技術規模小、自動化程度低，汙染嚴重，部分爐型已被國家明令禁止新建。
呂清剛指出，煤種適應性強、清潔高效、低成本的煤氣化技術是市場迫切而重大的需求。
1981年就已成立的循環流化床實驗室瞄準這三大目標，從2002年開始CGAS技術開發，經過十多年的系統研究和工業示範，形成了針對不同工業行業需求的系列產品。
漸漸地，CGAS技術從被市場推著走發展到引領行業變革和升級。
例如，在對燃料氣成本十分
敏感的氧化鋁行業，粉煤氣化有2/3為CGAS技術產品，全國最大的兩家氧化鋁生產商都選用CGAS技術替代固定床氣化爐，每年節約成本數億元，且解決了困擾公司多年的環保問題。“業內只要說到循環流化床技術，不可能不想到工程熱物理所。”西安交通大學教授車得福表示。
目前，CGAS技術已有70臺套工業應用，其中投運30套，設備產值33億元，煤氣產值超過100億元；全部投運後，可替代固定床氣化爐660臺，每年減排含焦油和酚的廢水260萬噸，利用低階粉煤超過900萬噸；成套裝備還走出國門，出口印尼，服務於“一帶一路”沿線國家。
但這只是冰山一角。呂清剛表示，固定床氣化爐改造市場巨大，目前僅改造了不到5%。
向煤化工規模化邁進
氨是化肥工業和有機化工的主要原料，全世界每年產量1億噸以上。歷史上，合成氨是三獲諾貝爾獎的“高大上”技術，現實中卻是汙水排放的“
老大難”工業。“從美麗中國的角度，合成氨工業必須要用循環流化床改造。”曲思建表示，我國建材、鋼鐵、焦化等工業領域的規模都是世界第一，超低排放是大勢所趨，CGAS技術潛力巨大。
我國煤質較差，如何清潔高效利用低階粉煤？呂清剛表示，煤氣化技術是源頭，可將固體煤轉化為氣體煤之後再進入工業燃氣和合成氣領域。
2017年我國有約8億噸煤氣化後廣泛用於鋼鐵、冶金、化工、建材、合成氨等領域。據預測，直至2030年，我國每年仍有約8億噸煤炭須通過轉化利用。
面對這樣龐大的市場，呂清剛表示，計劃到2020年規模化進入傳統煤化工領域，同時開拓煤制氫等現代煤化工應用。
既然走到市場上，再高大上的技術也必須接地氣。為了落實成果轉化，工程熱物理所與地方政府合資設立中科合肥煤氣化技術有限公司。
在中科院弘光專項支持下，截至2018年底，在以粉煤為原料生產清潔工業燃氣的市場中，CGAS技術的市場佔有率已達到65.3%。
車得福表示，技術永遠在進步，不可能一步到位，希望團隊能繼續將技術向極致發展。
中國科學院工程熱物理研究所黨委書記黃從利表示，作為從中科院走出去的技術，公司要創新思路和管理模式，把好技術推廣出去造福人民，讓地方經濟有所得。
對循環流化床實驗室來說，則要講好一個煤炭故事。“中國要繼續發展，實現中國夢，不可避免還要使用煤炭，我們的任務就是幫助工業領域清潔高效地用好煤，加強國家能源安全，守護祖國青山綠水。”呂清剛說。
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