发展燃气型煤气化技术，把煤炭转化为高品质燃气，能够低成本化解原煤直接燃烧带来的排放污染大、治理成本高的难题。但长期以来，传统燃气气化技术普遍存在碳转化率不高、燃气热值偏低、焦油衍生含酚废水污染、高碳灰渣资源化困难等痛点，成为制约煤化工高质量发展的难题。
近日，中国石油大学(华东)田原宇教授作为第一完成人的“粉煤分级热解气化制高品质燃气关键技术及其应用项目”获山东省科学技术进步奖一等奖。该项目创建分子煤化学原创理论，创新分级热解气化理念，研发复合提升管分区气化炉成套技术，实现粉煤制备高品质燃气工业化突破，为煤炭清洁高效低碳利用提供技术基础。
创建分子煤化学新体系
1998年国际煤化学会议首次提出分子煤化学概念，但当时仍缺少落地的理论方法。2000年，田原宇把重质油的石油族组分理论移植到煤炭研究，创新煤可溶化方法与溶剂体系，建立煤化学族组分分离手段，完整创建基于化学族组成的分子煤化学新研究体系。他首次揭示了煤热解自由基调控机理、碳—水蒸气解离自由基气化反应机理，将煤结构与反应性研究从宏观推进至分子层面，破解困扰国际煤化学界200多年的科学难题，也为粉煤分级热解气化制高品质燃气筑牢理论根基。
团队研究证实了煤炭属于复杂混合物，不同族组分气化难易差异巨大。基于这一认知，团队跳出传统气化“一股脑反应”的固有模式，萌生分级热解气化创新思路：按照煤组分反应特性，依次完成高温临氢快速热解、气相焦油高温裂解、半焦分级气化、残渣煅烧，不同难易程度的物料匹配不同反应单元，实现过程耦合协同转化。
开发复合提升管分区气化炉
据田原宇介绍，第二代流化床气化备煤简单、能耗低，但碳转化率低、燃气品质差；第三代气流床气化碳转化率高，却面临高耗能、高耗水、备煤难度大的短板。两套主流装备各有优劣，难以兼顾。该项目原创提出分级热解气化理念，把流化床与气流床优势耦合，发明第四代复合提升管分区气化炉：易气化的煤组分先在提升管循环流化床完成气化，难气化的飞灰送入高温气流床熔融气化，熔融液渣再与循环颗粒接触快速降温固化，保障装置长周期稳定运行。
整套工艺装备实现多项关键指标跃升：碳转化率提升至99%以上，冷煤气效率提升到85%以上，氧耗降低20%以上；空气气化条件下燃气热值提升至1400千卡/标准立方米以上，甲烷含量提升至4%以上；彻底消除焦油、含酚废水、黑水含盐废水等污染问题，渣中残碳降至2%以下。
在此基础上，团队进一步拓展技术边界，开发适配生物质、有机固废、危废的复合提升管分区催化气化炉，攻克生物质气化焦油高、钾离子流化结焦死床等共性难题，为绿色甲醇、生物航煤生产提供核心装备支撑。目前，万吨级绿色甲醇工业示范装置正在加快筹建。
高值化利用气化灰渣
大量气化灰渣处置是煤化工行业的一大难题。该项目同步攻克固废资源化难题，提出退化土壤结构重构调优的生态修复理念，依托生物腐植酸脱毒改性，创制系列靶向气化渣土壤修复剂，把气化灰渣从工业固废转变为土壤修复功能材料。在内蒙古、吉林和山东等地的盐碱地治理实践中，土壤生物活性提高50%以上，修复成本降低50%，实现当年改良、当年种植、当年见效，同步破解退化土壤修复、气化灰渣消纳两大难题。
截至目前，该项目累计获得发明专利28件、实用新型专利20件。复合提升管分区气化炉已在印度尼西亚和河北承德、广西靖西等地落地应用28台套，另有十余台装置处于在建或设计阶段。近三年，该项目实现新增利润、增收节支超65亿元，并大幅降低了工业燃料成本，助力缓解我国天然气对外依存压力。
发展燃气型煤气化技术，把煤炭转化为高品质燃气，能够低成本化解原煤直接燃烧带来的排放污染大、治理成本高的难题。但长期以来，传统燃气气化技术普遍存在碳转化率不高、燃气热值偏低、焦油衍生含酚废水污染、高碳灰渣资源化困难等痛点，成为制约煤化工高质量发展的难题。
近日，中国石油大学(华东)田原宇教授作为第一完成人的“粉煤分级热解气化制高品质燃气关键技术及其应用项目”获山东省科学技术进步奖一等奖。该项目创建分子煤化学原创理论，创新分级热解气化理念，研发复合提升管分区气化炉成套技术，实现粉煤制备高品质燃气工业化突破，为煤炭清洁高效低碳利用提供技术基础。
创建分子煤化学新体系
1998年国际煤化学会议首次提出分子煤化学概念，但当时仍缺少落地的理论方法。2000年，田原宇把重质油的石油族组分理论移植到煤炭研究，创新煤可溶化方法与溶剂体系，建立煤化学族组分分离手段，完整创建基于化学族组成的分子煤化学新研究体系。他首次揭示了煤热解自由基调控机理、碳—水蒸气解离自由基气化反应机理，将煤结构与反应性研究从宏观推进至分子层面，破解困扰国际煤化学界200多年的科学难题，也为粉煤分级热解气化制高品质燃气筑牢理论根基。
团队研究证实了煤炭属于复杂混合物，不同族组分气化难易差异巨大。基于这一认知，团队跳出传统气化“一股脑反应”的固有模式，萌生分级热解气化创新思路：按照煤组分反应特性，依次完成高温临氢快速热解、气相焦油高温裂解、半焦分级气化、残渣煅烧，不同难易程度的物料匹配不同反应单元，实现过程耦合协同转化。
开发复合提升管分区气化炉
据田原宇介绍，第二代流化床气化备煤简单、能耗低，但碳转化率低、燃气品质差；第三代气流床气化碳转化率高，却面临高耗能、高耗水、备煤难度大的短板。两套主流装备各有优劣，难以兼顾。该项目原创提出分级热解气化理念，把流化床与气流床优势耦合，发明第四代复合提升管分区气化炉：易气化的煤组分先在提升管循环流化床完成气化，难气化的飞灰送入高温气流床熔融气化，熔融液渣再与循环颗粒接触快速降温固化，保障装置长周期稳定运行。
整套工艺装备实现多项关键指标跃升：碳转化率提升至99%以上，冷煤气效率提升到85%以上，氧耗降低20%以上；空气气化条件下燃气热值提升至1400千卡/标准立方米以上，甲烷含量提升至4%以上；彻底消除焦油、含酚废水、黑水含盐废水等污染问题，渣中残碳降至2%以下。
在此基础上，团队进一步拓展技术边界，开发适配生物质、有机固废、危废的复合提升管分区催化气化炉，攻克生物质气化焦油高、钾离子流化结焦死床等共性难题，为绿色甲醇、生物航煤生产提供核心装备支撑。目前，万吨级绿色甲醇工业示范装置正在加快筹建。
高值化利用气化灰渣
大量气化灰渣处置是煤化工行业的一大难题。该项目同步攻克固废资源化难题，提出退化土壤结构重构调优的生态修复理念，依托生物腐植酸脱毒改性，创制系列靶向气化渣土壤修复剂，把气化灰渣从工业固废转变为土壤修复功能材料。在内蒙古、吉林和山东等地的盐碱地治理实践中，土壤生物活性提高50%以上，修复成本降低50%，实现当年改良、当年种植、当年见效，同步破解退化土壤修复、气化灰渣消纳两大难题。
截至目前，该项目累计获得发明专利28件、实用新型专利20件。复合提升管分区气化炉已在印度尼西亚和河北承德、广西靖西等地落地应用28台套，另有十余台装置处于在建或设计阶段。近三年，该项目实现新增利润、增收节支超65亿元，并大幅降低了工业燃料成本，助力缓解我国天然气对外依存压力。
