项目所属科学技术领域、主要研究内容、科学价值及同行正面引用评价情况 1、所属科学技术领域 本项目聚焦属于煤化工与能源环境交叉领域。针对我国富煤、生物质资源丰富（年产量约35亿吨）及石油加工副产品（石油焦年产量超3000万吨）可利用量大的现实，以及化石能源与可再生能源多能融合利用的国家重大需求，项目围绕“煤与含碳废弃物共气化”这一核心科学问题，从共热解协同机制、共气化催化反应机理、灰熔融调控原理三个维度，开展了系统理论与基础研究。 2、主要研究内容 本项目立足我国能源发展现实并兼顾长远，利用国内已发展成熟的煤气化技术，通过研究生物质、石油焦等含碳废弃物与煤的共气化反应及灰熔融特性，打通化石能源与非化石能源之间、不同能源利用之间的壁垒，以多能融合高效利用的方式实现能量、物质、环境和经济效益的协同优化。主要开展以下内容： （1）基于对生物质能量密度低，难研磨与石油焦/重油残渣石墨化程度高且气化活性低等本质属性的认识，研究了煤与生物质/石油焦/重油残渣共热解过程原料结构性质演变及碱金属迁移特性规律，并从共热解制备高品质液体燃料角度探讨了反应过程中“氢转移-脱氧-芳构化”协同机制，阐明了含氧化合物定向脱除路径及烃类物质重组的生成规律。 （2）基于对碱金属及碱土金属（AAEMs）催化本质的认知，解耦研究了共气化过程有机质与矿物质间的相互作用，发现了矿物质（K、Na、Ca等）迁移催化煤/石油焦/重油残渣气化的特性规律，以及共气化过程的抑制效应源于碱金属如K与煤中Si、Al反应生成惰性钾霞石（KAlSiO4），建立了催化与抑制效应的边界条件。针对传统恒温气化反应活性评价所存在的问题，提出了利用程序升温气化与恒温气化相结合的评价方法，创新的提出利用“比气化速率”计算动力学参数及以程序升温数据推算恒温动力学参数的新思路。 （3）基于对煤灰渣矿物相变的系统研究，阐明了利用生物质赋存矿物质通过 CaO、MgO、SiO₂组分调控煤灰熔融特性的矿物相演变机制；借助FactSage 热力学计算的构建了从矿物质组成、液相含量变化的角度对煤与生物质共气化中灰熔融特性的预测及调控技术，为共气化装置安全稳定运行提供理论支撑与技术手段。 3、科学价值： 本项目系统构建了“煤与含碳废弃物共气化”从基础认知到服务于未来应用的全链条科学理论，为实现化石能源与可再生能源的耦合利用、推动“双碳”目标下煤化工产业绿色低碳转型提供了关键理论支撑。 4、同行引用与评价 本项目创新性研究成果在能源与化工领域Applied Energy、Energy、Fuel、Chemical Engineering Journal、Fuel Processing Technology、Energy Conversion and Management、煤炭学报、化工学报、燃料化学学报等国内外权威期刊上发表 50 余篇 论文，他引2000 余次，5 篇代表作他引328次，研究成果受到国内外学术同行的广泛关注和正面引用。
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1) Zhang Q, Li Q, Zhang L, Wang Z, Jing X, Yu Z, Song S, Fang Y. Preliminary study on co-gasification behavior of deoiled asphalt with coal char[J]. Applied Energy, 2014, 132: 426-434. DOI: 10.1016/j.apenergy.2014.07.014. (WOS: 000342247400041) 2) Zhang Q, Li Q, Zhang L, Yu Z, Jing X, Wang Z, Fang Y. Huang W. Experimental study on co-pyrolysis and gasification of biomass with deoiled asphalt[J]. Energy, 2017, 134: 301-310. DOI: 10.1016/j.energy.2017.05.157. (WOS: 000408288100025) 3) Du M, Huang J; Liu Z; Zhou X; Guo S, Wang Z, Fang Y. Reaction characteristics and evolution of constituents and structure of a gasification slag during acid treatment. Fuel, 2018, 224: 178-185. DOI: 10.1016/j.fuel.2018.03.073. 4) Li F, Yu B, Wang G, Fan H, Wang T, Guo M, Fang Y. Investigation on improve ash fusion temperature (AFT) of low-AFT coal by biomass addition [J]. Fuel Processing Technology, 2019, 191: 11-19. DOI: 10.1016/j.fuproc.2019.03.005. (WOS: 000469904600002) 5) Ding L, Zhang Y, Wang Z, Huang J, Fang Y. Interaction and its induced inhibiting or synergistic effects during co-gasification of coal char and biomass char[J]. Bioresource Technology, 2014, 173: 11-20. DOI: 10.1016/j.biortech.2014.09.007. (WOS: 000344120200003) |
