煤炭作為主力能源有力地支撐了我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展。但是，煤炭的簡單粗放型利用方式也導致了高能耗、高污染、高碳排放的三高問題。通過氣化反應，煤炭可以轉(zhuǎn)化為合成氣，進而組織高效的聯(lián)合循環(huán)或轉(zhuǎn)化為天然氣、甲醇等清潔燃料，氣化是實現(xiàn)煤炭高效、清潔、低碳利用的關(guān)鍵技術(shù)。

　　相對于傳統(tǒng)一步式完全轉(zhuǎn)化的煤氣化技術(shù)，未來煤氣化技術(shù)的發(fā)展趨勢在于組分對口、分級轉(zhuǎn)化，即通過熱解、焦化和氣化等過程實現(xiàn)煤的分步轉(zhuǎn)化，達到燃料化學能有序轉(zhuǎn)化、組分定向調(diào)控的目標。煤炭分級氣化技術(shù)將一步式完全轉(zhuǎn)化的氣化過程分解為焦化、氣化與變換反應的三步反應，分級氣化不需要空分過程提供純氧。通過分步反應的燃料化學能梯級利用，以及解耦碳組分與氫組分，該方法無需消耗額外能量即可富集高純CO氣，從而大幅降低后續(xù)CO2捕集能耗。

　　針對煤炭分級氣化方法，分布式供能與可再生能源實驗室研制了以微反為主體的5kW熱當量的反應機理實驗臺，并開展了關(guān)鍵反應過程（包括焦化與焦炭氣化反應）的熱力學與動力學性能實驗，已取得初步實驗結(jié)果。實驗結(jié)果表明，在反應溫度為1150℃的條件下，焦炭的轉(zhuǎn)化率為98.6%，對應的冷煤氣效率可達到84%，實現(xiàn)煤氣化技術(shù)的變革突破。采用煤炭分級氣化的發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電效率可達50%，比采用Shell氣化的IGCC系統(tǒng)高5個百分點。

　　在機理實驗的基礎上，分布式供能與可再生能源實驗室研制了30kW熱當量的焦炭-CO2氣化反應實驗臺。截至目前，實驗裝置已完成研制，主體設備已于廊坊研發(fā)中心完成安裝，并開始調(diào)試運行。

　　上述工作得到了國家科技部潔凈煤先導專項的項目支持，相關(guān)研究成果將為發(fā)展高碳能源低碳利用技術(shù)開辟新的途徑。