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碳氢组分解耦的煤炭分级气化关键过程实验台进行安装调试

  

  煤炭作为主力能源有力地支撑了我国经济的迅速发展。但是,煤炭的简单粗放型利用方式也导致了高能耗、高污染、高碳排放的三高问题。通过气化反应,煤炭可以转化为合成气,进而组织高效的联合循环或转化为天然气、甲醇等清洁燃料,气化是实现煤炭高效、清洁、低碳利用的关键技术。

  相对于传统一步式完全转化的煤气化技术,未来煤气化技术的发展趋势在于组分对口、分级转化,即通过热解、焦化和气化等过程实现煤的分步转化,达到燃料化学能有序转化、组分定向调控的目标。煤炭分级气化技术将一步式完全转化的气化过程分解为焦化、气化与变换反应的三步反应,分级气化不需要空分过程提供纯氧。通过分步反应的燃料化学能梯级利用,以及解耦碳组分与氢组分,该方法无需消耗额外能量即可富集高纯CO气,从而大幅降低后续CO2捕集能耗。

  针对煤炭分级气化方法,分布式供能与可再生能源实验室研制了以微反为主体的5kW热当量的反应机理实验台,并开展了关键反应过程(包括焦化与焦炭气化反应)的热力学与动力学性能实验,已取得初步实验结果。实验结果表明,在反应温度为1150℃的条件下,焦炭的转化率为98.6%,对应的冷煤气效率可达到84%,实现煤气化技术的变革突破。采用煤炭分级气化的发电系统发电效率可达50%,比采用Shell气化的IGCC系统高5个百分点。

  在机理实验的基础上,分布式供能与可再生能源实验室研制了30kW热当量的焦炭-CO2气化反应实验台。截至目前,实验装置已完成研制,主体设备已于廊坊研发中心完成安装,并开始调试运行。

  上述工作得到了国家科技部洁净煤先导专项的项目支持,相关研究成果将为发展高碳能源低碳利用技术开辟新的途径。