CGAS技术：讲好中国煤炭故事

看到块煤价格飙升至1000元/吨，甘肃金昌石兰气化技术有限公司总经理樊菲非常高兴:如果没有中科院的新技术，企业的煤气化业务将难以维持。

9月底，新项目投入运行。随着技术升级和成本降低，“饥饿”的下游企业终于有机会扭亏为盈，摆脱困境。

同样，贵州安顺鸿盛化工有限公司也希望其命运掌握在这一技术上。总经理孙向明告诉《中国科学报》:随着块煤价格的飙升和环保标准的不断提高，企业没有出路，但技术升级面临着4.5亿元的利用国外技术的改造成本。在关键时刻，他们听说采用中国科学院的技术只需要1亿元，他们就这样来到了这里。

这种“救命稻草”技术是中国科学院工程热物理研究所(以下简称“工程热物理研究所”)开发的循环流化床煤气化(CGAS)技术。

甘肃金昌基尔顿循环流化床加压煤气化示范项目工程热物理图

给国内煤炭一个更大的舞台

甘肃省金昌市位于河西走廊中部，是一个典型的资源型工矿城市，因镍矿的发现而设立。近年来，金昌大力加快高端、低碳、智能化传统产业转型。2015年，块煤价格上涨使得煤化工企业难以继续发展，凸显了产业升级的必要性。

就在此时，2016年，石兰集团与工程热物理研究所联合开发的1000吨循环流化床加压煤气化示范工程作为金昌市的重点招商项目，以低污染、低成本的循环流化床技术取代了高污染、高成本的固定床气化技术。

出乎意料的是，事故发生在项目建成后的第一时间:由于国家政策的调整，原计划中的*广汇煤无法使用，被当地低品位煤粉替代，灰分从15%上升到25%。

这让企业大吃一惊，但工程热物理研究所的技术团队非常冷静。

“CGAS技术对煤炭类型有很强的适应性，它最大的特点是不采煤。改变煤的类型只需要重新检查计算和改变操作参数。不管源头如何波动，它都能确保下游的稳定。”工程热物理研究所的研究员朱志萍告诉《中国科学》。

该项目负责人、工程热物理研究所循环流化床实验室主任陆庆刚表示:“我们还可以生产出用传统技术无法气化的煤，如高灰分、高熔点和高水分，以及气化效果不好的煤。”

敢于拥抱瓷业的人，一定有金刚钻。这种信心来自于占据技术的制高点。

中国的煤炭具有复杂性、多样性和劣质性的特点。难以使用的低品位煤粉比例高达55%。然而，在传统的认知中，煤气化只能使用反应性好的煤，低品位的煤粉被拒绝。

然而，循环流化床实验室并没有就此止步。他们问:从科学和技术的角度来看，大量低品位、大范围的煤炭能被列为“死刑”吗？

实验室以此为重要课题，突破了传统的认识。经过十几年的攻关，现在无论是*高碱煤还是贵州高灰煤，甚至是印尼高含水褐煤都可以用于CGAS技术。这意味着仅这一项就可以节省1/3以上的运营成本。

初秋，中国科协记者来到金昌河西宝化工循环经济产业园项目现场。它不同于许多传统加油站的混乱。它干净整洁。只有风扇和水泵的噪音提醒人们项目正在运行。

“现在看来，该系统对煤种的适应性很强，完全达到了设计目标。”樊菲松了口气。

据报道，这是中国第一个循环流化床加压煤气化系统。整个过程自动化，节水节能，清洁环保。每年可为企业节约约5000万元，减少含酚废水排放量近10万吨。

一把剑需要十年才能形成

处理复杂多变的煤炭类型的关键在于“循环”一词。

所谓“循环”流化床是指在该系统中建设大规模的物料循环，使气化炉始终含有高浓度的物料，以确保高效的气化反应。据介绍，在CGAS系统中，物料保持60~100次循环。也就是说，当添加1吨煤时，炉中至少有60吨固体材料被回收。

为了实现这样一个高效的循环，任何环节都不能脱轨。因此，朱志萍说，“循环流化床是一个系统工程。”

CGAS系统由气化炉、分离器、返料器等部分组成。启动后，整个回路处于高温高压状态，将在1000℃下连续运行一年以上。系统中没有机械旋转部件，这些部件都由操作参数调节。高温气体排出后，仍有余热回收、布袋除尘、飞灰熔融等环节。任何链接中的任何错误都将导致项目的关闭。

这种高难度使技术模仿者望而却步。

无论我走到哪里，我都主动宣传，因为这是真正可以“循环”的流化床技术。煤炭科学综合研究所的研究员曲思建说。

“我们团队的核心价值是通过集体智慧实现他人无法实现的效果。”朱志萍说。

常压固定床气化技术规模小，自动化程度低，污染严重。一些炉子被国家禁止使用。陆庆刚指出，煤气化技术对煤种适应性强，清洁高效，成本低，是市场上一项迫切而重大的需求。

循环流化床实验室成立于1981年，旨在实现这三个目标，并于2002年开始CGAS技术开发。经过十多年的系统研究和工业示范，已经形成了一系列满足不同工业需求的产品。CGAS科技逐渐从市场推动发展到引领产业转型升级。

例如，在对燃气成本非常敏感的氧化铝行业，三分之二的粉煤气化是CGAS技术产品。中国最大的两家氧化铝生产商选择了CGAS技术来取代固定床气化炉，每年节省了数亿元人民币，解决了困扰该公司多年的环保问题。

“谈到工业循环流化床技术，不可能不想到工程热物理研究所。”Xi交通大学的车德福教授说。

目前，CGAS技术已应用于70套工业，其中30套已投产，设备产值达到33亿元，燃气产值超过100亿元。全部投产后，可更换固定床气化炉660座，每年可减少含焦油和苯酚废水260万吨，可利用低品位煤粉900多万吨。成套设备还出口到印度尼西亚，为“一带一路”路线沿线的国家服务。

但这只是冰山一角。卢庆刚表示，固定床气化炉市场巨大，改造不到5%。

走向煤化工规模

氨是化肥工业和有机化工的主要原料，世界年产量超过1亿吨。从历史上看，合成氨是一项获得三项诺贝尔奖的“高科技”技术，但实际上它是一个排放污水的“长期”行业。

"从美丽中国的角度来看，合成氨工业必须进行循环流化床改造."曲思建表示，中国的建材、钢铁、焦化等工业领域是世界上最大的，超低排放是大势所趋，而CGAS技术潜力巨大。

我国煤炭质量差，如何清洁高效地利用低品位煤粉？陆庆刚表示，煤气化技术是源头，可以将固体煤转化为气体煤，然后进入工业气体和合成气领域。到2017年，约8亿吨煤气化将广泛应用于钢铁、冶金、化工、建材、合成氨等领域。据预测，到2030年，中国每年仍将有大约8亿吨煤需要转化和利用。

面对如此巨大的市场，陆庆刚表示，他计划在2020年前大规模进入传统煤化工行业，同时探索现代煤化工应用，如煤制氢。

既然我们在市场上，即使是最先进的技术也必须扎根。为实施成果转化，工程热物理研究所与当地*共同组建了中科合合肥煤气化技术有限公司，在中科院弘光的大力支持下，CGAS科技在2018年底以粉煤为原料生产清洁工业气体的市场份额达到65.3%。

切达夫说，技术总是在进步，不可能一步到位。他希望该团队将继续尽最大努力开发这项技术。

中科院工程热物理研究所党委书记黄说，作为中科院走出去的技术，公司要创新思维和管理模式，推广好技术，造福人民，让地方经济受益。

对于循环流化床实验室来说，讲一个关于煤的好故事是必要的。“中国将继续发展和实现中国梦，使用煤炭是不可避免的。我们的任务是帮助工业部门清洁高效地使用煤炭，加强国家能源安全，保护祖国的青山绿水。”卢庆刚说道。