煤氣化是煤化工的源頭技術，但是煤氣化過程難以避免地產生大量煤基固廢—氣化灰渣，由于缺少大規模減量化處置技術，目前，我國氣化灰渣的累計堆存量已達到數億噸，且每年以高達3500萬噸的排放量迅速增加，已日益成為制約煤化工發展的關鍵。
氣化細灰占氣化灰渣總量的30~70%，氣化細灰主要由碳和無機組分組成，具有燃料和原料雙重屬性。但氣化細灰中的碳石墨化程度高，部分碳被熔渣所包裹，而且無機組分反應活性差，導致氣化細灰資源化利用難度大，目前處置方式主要以填埋為主，存在大氣和土壤污染的環境安全隱患。
中科院研究所循環流化床實驗室團隊針對氣化細灰的特點，提出了氣化細灰熔融資源化利用的技術路線，技術路線如圖1所示，氣化細灰中的碳組分通過活化改性后實現高效燃燒，產生蒸汽或電；無機組分通過熔融礦相重構，進一步實現高值化利用，制取鋁硅基產品；從而實現了氣化細灰中碳和無機組分的分質利用。
在中國科學院戰略性先導專項子課題“氣化細灰流化熔融燃燒脫碳關鍵技術研究”的支持下，研究團隊系統開展了氣流床氣化細灰的流化熔融燃燒脫碳技術研究，完成了百噸級/年小試試驗研究、千噸級/年中試試驗研究，形成了適配的2000 t/d這一主流氣流床氣化爐規模氣化細灰流化熔融燃燒工程技術方案。
2021年8月，研發團隊在該中試平臺開展了德士古氣化爐氣化細灰流化熔融燃燒試驗，系統運行平穩、產物脫碳效果顯著，驗證了氣化細灰流化熔融燃燒技術處置氣流床氣化細灰的可行性。2021年11月15和16日，開展第三方性能測試，測試工況運行時間超過18個小時，測試結果表明：氣化細灰的處理量為242kg/h，折合2100噸/年，熔渣占灰渣比例為95%，灰渣綜合含碳量≤0.5%，指標遠優于子課題要求的考核指標。
此外，研發團隊還開展了熔渣高值化利用技術的研究，通過熔融資源化利用技術產生的熔渣可以直接作為水泥摻和料，或者進一步制取微晶玻璃、纖維棉和水玻璃等鋁硅基產品。
目前，該技術經驗證，同時可適用于煤矸石等一般大宗煤基固廢的處置，有望在我國大宗固廢資源化利用上貢獻研究所的力量。
技術路線