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作为推进“碳中和”目标的重大技术之一，合成绿色航煤、绿色甲醇已成为国内外当前的绿色低碳技术研发热点。其中，被业界普遍认为是最合适的技术路线之一的生物质纯氧气化制合成气技术，多年停留在产业化的“门槛”前，成了整条产业链的“卡点”“堵点”。 近日， 沈阳化工( 3.190, -0.02, -0.62%)大学传来消息，由该校许光文教授团队联合济南黄台煤气炉有限公司创新建造的生物质流化床两段纯氧/水蒸汽气化制合成气装置完成万吨级工业试验和技术验证，有望带领行业跨过这道阻碍发展的“门槛”。 疏通行业两大“堵点” 首次工业试验成绩亮眼 生物质气化制合成气技术“堵”在哪儿? 据沈阳化工大学教授、研究团队成员韩振南介绍，利用流化床反应器的中温生物质气化过程会形成“焦油”，造成换热面沾污和系统堵塞，因而，开发超低焦油的生物质气化技术一直是该领域的重要研究前沿。同时，生物质制合成气技术的工程化放大和产业化应用也亟待推进。 在此情景下，本次工业试验一举完成了“低焦油”和“工业性验证”两重突破。 “我们团队从15年前就开展该技术研发，并在国家科技支撑技术、国家自然科学基金、国家重点研发计划等支持下取得了重大原创性成果。”韩振南表示，本次突破有赖于沈阳化工大学研究团队深厚的技术积累。自2010年开始，许光文教授研究团队在该方向实施技术攻关和产业化，创新研发出超低焦油流化床两段气化技术。 具体来说，该技术将生物质气化解耦为生物质热解和热解半焦气化两个过程，并重构该两个过程，形成半焦的“催化”与“再生”完整循环，显著强化活性半焦与焦油的相互作用，如焦油热裂解、催化裂解、催化重整等，实现在气化过程中焦油的深度脱除。 据悉，该技术已成功应用于中药渣、白酒糟等轻工过程的生物质废弃物，在河南、四川、山东、安徽等地建成了多套万吨至5万吨级原料的空气气化应用工程，燃气焦油含量达到50毫克/标立以下的国际先进技术指标。该技术还曾获辽宁省技术发明一等奖、中国轻工业联合会科技进步一等奖等。 此前，国内生物质气化研究和产业化主要集中于空气气化制备工业燃气，本次工业试验是该技术在生物质纯氧/水蒸汽气化方面的首次工业规模试验，以水稻杆和玉米杆为原料完成110小时以上稳定运行，气化效率80%以上，合成气焦油含量低至0.58克/标立，飞灰碳含量20%左右。这个“首次”取得的成果足令人鼓舞：不仅是迄今为止国内报道的试验规模最大、连续运行时间最长的生物质纯氧气化装置，其试验的生物质原料种类也是最多的，合成气焦油含量最低、有效组分含量最高。 “轻舟已过万重山” 融合创新突破产业化难关 本次工业试验圆满成功，对于研究团队而言，不啻是“轻舟已过万重山”——尽管流化床两段气化技术曾在生物质空气气化方面取得了很好成果和业绩，但在应用于纯氧/水蒸汽气化时，依然存在许多阻碍。 “生物质纯氧/水蒸汽气化采用的气化剂是35%的纯氧混合65%的水蒸气，可以预料到，气化炉局部飞温和结渣是很容易发生的，一旦发生就必须停炉处理，严重时还会损坏设备。”韩振南谈到，解决难题关键在于操作条件和反应器结构的不断优化，这需要长时间的摸索，包括理论预测、反应器内流化状态预判、过程及装备优化设计和验证。 此外，生物质原料流动性差、不同原料成分差异大、灰分含量高、半焦结构强度低、飞灰产量大等一系列问题，也对试验平台稳定运行形成了巨大挑战。 但曾攻克众多技术难题的沈阳化工大学研究团队已经对此做好了准备。韩振南笑道：“新技术从实验室走向实际工业需要巨大投入，也需要一批科研和产业一线工作者去努力克服挑战。” 2024年年初，工业试验平台建设在济南黄台煤气炉有限公司厂区内启动，同年9月完成。研究团队在2024年10月至2025年3月间，先后试验运行十余次，消耗各类生物质原料300余吨，通过“试验—优化—验证”积累大量运行数据，分析并总结出最佳操作条件以及设备结构和参数。 同时，本次工业试验也是科技创新与产业创新深度融合的典型实践。合作单位济南黄台煤气炉有限公司在试验平台建设和运行过程中，充分发挥了其技术工程化优势，在核心反应器设计、关键工况判断、操作规范化、人员培训等方面提供重要支撑，保障了平台安全可靠和长时间稳定运行。 “在双方的共同努力下，我们最终实现了这一重大突破。”韩振南说。 技术产业化优势显著 将支撑产业链长远发展 韩振南表示，本次工业试验充分证明了流化床两段气化技术应用于生物质纯氧/水蒸汽气化的可行性，同时，也系统性地验证了该技术在保障合成气品质、工艺装置连续稳定运行、宽燃料适应性等方面的独特优势，展现了该技术制备生物质合成气的技术先进性和进一步工程化的可行性，在国内外相关领域处于领先水平。 他进一步指出：“该技术通过简单的反应解耦与重构，实现了气化炉内低焦油生成和宽燃料适应性的技术优势，无需复杂的炉外焦油裂解过程，具有更好的技术产业化前景，将成为未来支撑‘绿色甲醇、生物航油产业链’的生物质气化核心技术的有力竞争者之一。” 当前，国际能源巨头积极布局绿醇产业，全球已布局超过40个成规模的绿色甲醇项目；在我国，绿色甲醇也已被纳入《产业结构调整指导目录(2024年本)》新能源鼓励类产业，是我国实现“双碳”、建设现代能源体系的重要抓手。据估计，2030年我国绿色甲醇需求量将达500万吨，2040年需求量将达2000万吨。可以预见，该技术将在未来绿醇产业发展中发挥巨大潜能。 韩振南介绍说，基于本次成功的工业试验，目前研究团队正在与国内外大型企业开展技术工程化、产业化合作，一方面推进常压生物质气化技术的产业化示范，另一方面开展加压气化工艺和装备开发，多维度地推动技术向实际工业的转化应用，切实助力绿醇、生物航煤产业链“堵点”技术的突破。
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