探索煤基固废高值化处理

　　推进煤炭清洁高效利用是实现碳达峰碳中和目标的重要途径，统筹做好煤炭清洁高效利用势在必行。我国富煤贫油少气的资源禀赋，决定了煤炭在能源体系中的主体作用。

　　煤基固废处置是煤炭清洁高效利用过程中的关键一环。解决好煤基固废处置问题，对碳达峰碳中和目标实现和环境可持续发展具有一定作用。

　　中国科学院工程热物理研究所循环流化床实验室研究员任强强介绍，“煤炭开采利用过程中会产生固体废弃物，比如在煤炭开采过程中产生的煤矸石、在煤炭燃烧利用中产生的粉煤灰以及在煤炭化工转化过程中产生的气化灰渣等等，都属于煤基固废，因其产生量巨大，属于大宗固废的一种”。

　　煤基固废如果处理方式不当，会造成水、空气及土壤污染。当前我国循环经济发展面临大宗固废利用不充分、综合利用产品附加值低等突出问题，对煤基固废的处理提出了更高的要求，由减量化处理逐步转变为资源化、高值化、规模化利用，使之产生更大的社会和经济效益。煤基固废中残存一部分可燃碳，同时灰中富含铝硅基化合物，具有燃料和原料双重属性。煤气化过程会产生气化粗渣和细渣，针对不同含碳量的煤基固废，对于含碳量较高的气化粗渣，主要遵循规模化、高值化处理原则，对其进行转化利用。

　　依照循环经济的理念，对较高含碳量的煤气化灰渣，中科院工程热物理所提出气化灰渣强化预热活化的方法，开发出气化灰渣循环流化床燃烧技术，替代煤炭产生蒸汽发电。目前，该技术已经在江西省建筑陶瓷基地开展示范性应用。

　　同时，面向更加高效低碳的煤基固废利用需求，研究团队正在开发流化熔融技术：充分挖掘煤气化灰渣的原料属性，将其中的无机组分转化为微晶玻璃和纤维棉等高附加值材料，将碳元素转化为一氧化碳，替代一部分煤炭作为下游工业生产原料。该技术特别适用于处理煤气化细渣及煤矸石等含碳固废，目前已完成千吨级/年气化灰渣制备一氧化碳和泡沫微晶玻璃的技术突破，灰渣综合利用率达到80%以上，目前正在开展工程示范阶段。

　　任强强认为，煤基固废的处理技术和应用场景需要打破传统思路，从燃烧向材料化、高值化方向发展。“双碳背景下，煤基固废作为高载碳原料应该跟可再生能源耦合起来，考虑绿色利用。比如，未来一段时间，太阳能电池板硅材料需求量会大幅增长，煤基固废就可以转化为硅材料，通过这样的方式，让煤基固废助力可再生能源发展”。

　　近年来，中国科学院工程热物理研究所针对“双碳”目标下煤炭清洁高效利用的问题开展持续攻关，不仅完成了气化飞灰焚烧发电技术的工业应用、流化熔融的中试研究，还提出从煤炭物质与能量属性角度出发，通过改变煤炭传统燃烧反应路径，开展100kW煤炭“纯化-燃烧”试验系统研制，实现煤炭“纯化-燃烧”近零排放，以打造煤炭清洁、低碳利用新方式，为“双碳”目标下煤炭清洁高效利用探索一条新路。此工作也获得了首批中科院基础研究青年团队计划“煤炭纯化-燃烧近零排放关键基础问题”项目的支持。