在“双碳”目标的背景下，如何实现低品位能源（如低阶煤和有机固废）的高效、低碳利用是加速生态文明建设的重要内容。

（1）生物质类有机固废的能源化利用是推进“双碳”目标的重要途径，然而高含氧量和多样性的原料特性是其高效转化利用的首要制约因素。因此，如何针对其高水分含量、高氧含量、低碳含量和能量密度低等特点，从原料侧对此类有机固废进行定向提质，或者从应用侧出发，针对有机固废的现有处置途径，开发更高效、清洁的利用方式，是实现其能源化利用的关键。

（2）低阶煤占我国可开采煤炭资源的46%，储量丰富，且易于开采，然而其高水分和低热值的特点不利于其高效燃烧利用，此外，部分低阶煤（如准东煤）具有较高AAEM（尤其是钠/钙）含量，可能导致严重粘污结渣等问题。因此，对低阶煤进行脱氧、脱碱预处理具有重要意义。

本课题组致力于对低品位能源进行预处理提质，具体方向如下：

在研项目包括：

低阶煤热溶萃取-定向调控制备炼焦粘结剂技术开发：企业横向

城市含碳固体废弃物清洁高效热转化关键技术的基础研究，国家自然科学基金国际(地区)合作与交流项目（51661145010），2016.09-2019.08,

有机固废高效气化及产品深度利用技术与装备，国家重点研发计划项目（2019YFC1906803），2020.01-2022.12，

（1）有机固废及低阶煤的热溶萃取提质

 

热溶萃取产物利用

开发了一种能够对有机固废和低阶煤进行高效脱氧和有效脱灰的热溶富碳（Thermal-dissolution based carbon enrichment）/热溶萃取（Degradative solvent extraction）技术，其目标产物（萃取物）具有高含碳量、低含氧量、低灰分和热塑性等特性，是制备高值碳材料的优质前驱体，副产物（热溶焦）虽然富集了原料中的灰分，但同样具有接近褐煤的燃料特性。

目前，针对萃取物高碳无灰且具有热塑性的原料特性已开发出包括纳米碳纤维、高品质生物油和炼焦添加剂等高值化应用途径；针对热溶焦高碳高灰的原料特性定向活化改性开发其电化学应用途径。特别地，萃取物制备炼焦添加剂的应用途径已在企业支持下搭建有1500 L中试平台，有效促进了该技术的产业化。

热溶萃取设备的发展现状

（2）有机固废气压烘焙

开发了一种有机固废气压烘焙（gas pressurized torrefaction，GP torrefaction）技术，实现了有机固废在更温和条件下的深度脱氧提质，与相同温度下的热处理比较（传统烘焙、水热处理等），其燃料特性的改善尤为明显。

 

有机固废气压烘焙研究示意图

 

（3）以电厂烟气（CO₂）-水混合物为弱酸性介质，高效快速地洗脱高碱煤中有机和无机AAEM。

CO2-水洗（CO₂-leaching）有效脱除煤中的AAEM，抑制燃煤过程沾污结渣及PM释放。实现电厂烟气及余热的资源化利用，具有较好的实际应用前景。

 

CO₂-水洗脱除AAEM机理

(4) 基于储热强化的有机固废高效气化

在连续气化的过程中，由于有机固废高度非均质化的特点，会给气化炉温度场带来扰动，从而影响产气组成及气化效率。我们提出在气化炉主要气化区域氧化区和还原区设置储热材料的方案，通过储热材料吸收/释放的热量来稳定气化炉内的温度场波动，从而实现稳定高效气化。制备了基于纳米SiC强化的复合碳酸盐储热材料，由于其高储热密度、无腐蚀性以及较高导热率的特点具有良好的应用于气化炉内的前景。