中國科學院工程熱物理研究所在生物質(zhì)/煤熱解氣化領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中取得重要突破，其研發(fā)的流態(tài)化半焦催化焦油高效脫除技術(shù)，為清潔能源轉(zhuǎn)化與高效利用提供了創(chuàng)新性解決方案。該進展屬于國家自然科學基金與重點研發(fā)計劃支持的“工程和技術(shù)研究與試驗發(fā)展”核心范疇，標志著我國在焦油催化裂解與污染物控制方面的自主創(chuàng)新能力顯著提升。
焦油是生物質(zhì)或煤在熱解氣化過程中產(chǎn)生的復雜大分子有機混合物，其存在會嚴重堵塞管路、腐蝕設(shè)備，并降低氣化效率與合成氣品質(zhì)，是制約熱解氣化技術(shù)大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用的主要瓶頸之一。傳統(tǒng)焦油脫除方法如物理洗滌、熱裂解等，存在效率低、能耗高、易造成二次污染等問題。工程熱物理所的研究團隊獨辟蹊徑，將目光聚焦于氣化過程本身的副產(chǎn)物——半焦。
研究團隊創(chuàng)新性地提出并驗證了利用流態(tài)化半焦作為催化劑實現(xiàn)焦油原位高效脫除的新技術(shù)路徑。其核心原理在于：在流化床反應(yīng)器中，氣化產(chǎn)生的半焦顆粒在氣流作用下處于劇烈的流態(tài)化運動狀態(tài)，具有極大的比表面積和豐富的孔隙結(jié)構(gòu)，同時表面含有一定量的堿金屬、堿土金屬等天然催化活性組分。當富含焦油的熱解氣通過半焦床層時，在適宜的溫度與氣氛下，半焦不僅能作為優(yōu)良的吸附劑捕集焦油，其表面活性位點更能有效催化焦油大分子發(fā)生裂解、重整等反應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為附加值更高的小分子可燃氣體（如H?、CO、CH?等），從而在源頭實現(xiàn)焦油的“變廢為寶”。
技術(shù)突破主要體現(xiàn)在以下幾個方面：團隊通過對半焦的物化特性進行精準調(diào)控，優(yōu)化了其孔隙結(jié)構(gòu)與表面活性位點分布，顯著提升了其吸附與催化協(xié)同性能。深入揭示了流態(tài)化條件下氣-固兩相流動、傳熱傳質(zhì)與催化反應(yīng)之間的多尺度耦合機制，建立了焦油脫除效率與操作參數(shù)（如溫度、空速、半焦粒徑、床層高度等）的定量關(guān)系模型，為工藝優(yōu)化提供了理論指導。實驗結(jié)果表明，該技術(shù)在較寬的溫度窗口（750-900°C）內(nèi)，對典型焦油組分的脫除率可達99%以上，同時將焦油幾乎完全轉(zhuǎn)化為有用氣體，大幅提高了整體氣化效率與合成氣熱值。
此項技術(shù)的成功研發(fā)具有多重重要意義：
- 經(jīng)濟性高：以過程自產(chǎn)的半焦為催化劑，實現(xiàn)了“以廢治廢”，無需額外添加昂貴催化劑，極大降低了運行成本。
- 工藝簡化：將焦油脫除與氣化過程在同一個流化床反應(yīng)器內(nèi)集成，簡化了系統(tǒng)流程，降低了設(shè)備投資與運維復雜度。
- 環(huán)境友好：實現(xiàn)了焦油的高效清潔轉(zhuǎn)化，避免了含焦油廢水的產(chǎn)生，減少了二次污染，符合綠色化工的發(fā)展理念。
- 應(yīng)用前景廣闊：該技術(shù)不僅適用于生物質(zhì)氣化，也可推廣至煤、城市固體廢棄物等含碳資源的熱解氣化過程，對于推動我國煤炭清潔利用、生物質(zhì)能源化及廢棄物資源化處理具有重要的工程應(yīng)用價值。
目前，該技術(shù)已完成實驗室小試與中試規(guī)模的系統(tǒng)驗證，各項性能指標穩(wěn)定可靠。研究團隊正在積極推動該技術(shù)的工程示范與產(chǎn)業(yè)化合作，以期早日將這一創(chuàng)新成果應(yīng)用于實際能源化工項目中，為我國能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級與“雙碳”戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)貢獻科技力量。這一進展也充分體現(xiàn)了在“工程和技術(shù)研究與試驗發(fā)展”持續(xù)投入下，我國在能源環(huán)保核心技術(shù)領(lǐng)域從跟蹤模仿到并行引領(lǐng)的深刻轉(zhuǎn)變。
