開(kāi)辟煤炭清潔利用新途徑

近日，由新疆天業(yè)自主研發(fā)的等離子體煤制乙炔技術(shù)獲得5項國家發(fā)明專(zhuān)利授權，其核心工藝及裝置形成了技術(shù)專(zhuān)利群。據悉，該項目2013年列入國家科技支撐計劃后，技術(shù)研發(fā)團隊圍繞核心裝置使用壽命進(jìn)行方案優(yōu)化與改進(jìn)，使等離子體炬連續穩定運行時(shí)間突破了200小時(shí)。項目組十三年磨一劍，通過(guò)自主創(chuàng )新以及與國內外著(zhù)名研究單位合作，充分利用自身優(yōu)勢，調動(dòng)相關(guān)行業(yè)技術(shù)資源，終于開(kāi)辟了一條煤炭清潔利用的新途徑。

等離子體裂解煤制乙炔是借助氫等離子體高溫、強化學(xué)活性和煤與乙炔接近的碳氫比等特性，煤粉直接噴入溫度在3500℃以上的等離子體中迅速裂解，在1500℃高溫下迅速達到化學(xué)平衡，形成以乙炔、氫氣為主的裂解氣，再經(jīng)氣體分離和提濃后，得到高純度的乙炔。該技術(shù)具有低碳、低資源消耗、低污染、流程短、潔凈高效等優(yōu)勢，在煤炭清潔利用領(lǐng)域大有可為。

該技術(shù)項目負責人、新疆天業(yè)集團研究院副總工熊新陽(yáng)說(shuō)：“傳統電石水解法乙炔生產(chǎn)過(guò)程中，噸乙炔約消耗電12000千瓦時(shí)、2噸焦炭和3噸石灰，資源消耗大、生產(chǎn)成本高。等離子體裂解煤制乙炔具有資源消耗少、生產(chǎn)成本低的特點(diǎn)。同時(shí)，該工藝氣體產(chǎn)物中富含氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯等產(chǎn)品可分離提純使用，裂解后的煤粉可以做水煤漿氣化或者加工制成活性炭、電石型焦等產(chǎn)品，整個(gè)工藝水資源消耗低，經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著(zhù)。已取得的研究進(jìn)展充分證明，該技術(shù)路線(xiàn)具有良好的工業(yè)化應用前景，對推動(dòng)煤的高效清潔轉化和等離子體技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。”

新疆天業(yè)自2001年起，先后與復旦大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、中國科學(xué)院等離子體研究所等單位合作，共同開(kāi)發(fā)了2MW氫等離子體煤裂解制乙炔技術(shù)，并建立了中試試驗裝置，取得了一系列重要研究成果。2007年，新疆天業(yè)與復旦大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)聯(lián)合，進(jìn)行工業(yè)規模5MW大功率氫等離子體裂解煤制乙炔關(guān)鍵技術(shù)的研究，建成了國際首套5MW等離子體裂解煤制乙炔示范裝置，并得到了國家“863”計劃重點(diǎn)項目的資助。

據介紹，影響等離子體裂解煤制乙炔反應器長(cháng)周期穩定操作的一個(gè)瓶頸問(wèn)題是反應器壁面的結焦現象，一方面結焦生長(cháng)會(huì )導致流道面積逐漸減小直至堵塞，反應器無(wú)法長(cháng)時(shí)間運行；另一方面，結焦過(guò)程造成系統壓力波動(dòng)，影響上游等離子體發(fā)生器工作，以致于影響反應器的穩態(tài)操作。項目組經(jīng)過(guò)多年的試驗研究，采用防焦和控焦集合的創(chuàng )新方法解決了反應器結焦的難題。

該技術(shù)核心裝置研發(fā)負責人劉軍還告訴記者，通過(guò)建立淬冷過(guò)程的數學(xué)模型，研究淬冷設備參數對淬冷過(guò)程的影響，項目組成功研制出大尺寸新型高效淬冷設備，解決了大規模工業(yè)化裝置的裂解氣淬冷問(wèn)題，確保了乙炔收率。

在2MW等離子體炬研制過(guò)程中，項目組又遇到了新難題。俄羅斯專(zhuān)家提供的等離子體炬電啟動(dòng)方案，啟動(dòng)中往往形成大電流過(guò)流，一次啟動(dòng)就將啟動(dòng)回路燒毀，且啟動(dòng)成功率只有10%左右。洋和尚念經(jīng)不靈了，怎么辦？為了解決這個(gè)問(wèn)題，他們與國內有關(guān)單位繼續攻關(guān)，通過(guò)采取精確修正電源啟動(dòng)電壓波形、多級單向電阻電容啟動(dòng)回路、優(yōu)化各回路元件參數和操作工藝等措施，實(shí)現了大功率等離子體炬的工業(yè)化應用。“目前，大功率氫等離子體炬啟動(dòng)成功率達到100%、啟動(dòng)電流過(guò)流量小于30%.”裝置研發(fā)專(zhuān)家黃崢嶸談起此事，充滿(mǎn)了自豪。