“吃”進(jìn)劣質(zhì)黑煤 “吐”出綠色能源

編者按：4月18日，上海市科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )在上海展覽中心召開(kāi)。我校12個(gè)項目喜獲獎項，其中，劉海峰教授領(lǐng)銜的項目“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關(guān)鍵裝備開(kāi)發(fā)及應用”獲上海市技術(shù)發(fā)明獎特等獎，這也是上海市首個(gè)技術(shù)發(fā)明獎特等獎項目。與此同時(shí)，在我校作為牽頭單位的項目中，還收獲了5個(gè)一等獎、1個(gè)二等獎和1個(gè)三等獎。華理新聞網(wǎng)、官方微博和微信在“上?？萍吉剟铐椖繉?zhuān)遞”專(zhuān)欄中進(jìn)行集中報道，以饗師生讀者。

《西游記》里，孫悟空在太上老君的八卦爐中被三味真火煉出了火眼金睛，而在現實(shí)生活中，也同樣存在一個(gè)神通廣大的“爐子”：“吃”進(jìn)的是劣質(zhì)的黑煤，“吐”出的卻是可以用來(lái)進(jìn)行油品合成、制造烯烴等化工原料的干凈氣體。這個(gè)神奇的“爐子”，就是煤氣化爐；這項技術(shù)，就是煤氣化技術(shù)。

煤氣化是煤炭清潔高效轉化的龍頭技術(shù)，但目前廣泛應用的煤氣化技術(shù)，雖然已經(jīng)很好地解決了優(yōu)質(zhì)煤的利用問(wèn)題，卻對我國儲量豐富的劣質(zhì)煤“敬而遠之”。

華東理工大學(xué)劉海峰教授領(lǐng)銜、依托中石化集團完成的項目“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關(guān)鍵裝備開(kāi)發(fā)及應用”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“SE氣化裝置”）所開(kāi)發(fā)的氣化爐，不但敢“吃”劣質(zhì)煤，還實(shí)現了對其的清潔高效利用，進(jìn)一步推動(dòng)了我國“綠色煤炭”戰略的產(chǎn)業(yè)應用，為國家能源戰略安全與現代煤化工產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展提供了關(guān)鍵核心裝備保障。

關(guān)鍵技術(shù)突破 解決行業(yè)難題

要實(shí)現對高灰熔點(diǎn)、高灰分劣質(zhì)煤的清潔高效轉化，必須解決幾個(gè)技術(shù)難題：一是“吃”得進(jìn)，這就需要解決粉煤從制粉鍋爐到氣化爐的輸送問(wèn)題；二是高灰熔點(diǎn)，這就需要氣化溫度高達1400℃以上；三是“排”得出，這就需要順暢排渣，高效除灰，不影響后續系統。此外，還必須保障氣化裝置的操作連續穩定、長(cháng)周期運行。

就像武林高手都有自己的獨門(mén)絕技一樣，SE氣化裝置也有自己的 “殺手锏”，將上述難點(diǎn)一一攻克。項目組首先以“高壓密向輸送”化解了供料難題：在管道中加入氮氣、二氧化碳等氣體，再不斷加壓，即可讓像面粉一樣顆粒稠密的粉煤“爬”過(guò)長(cháng)達幾十米的管道進(jìn)入氣化爐。而通過(guò)對噴嘴和氣化爐的流場(chǎng)進(jìn)行獨特設計，則解決了入爐煤粉灰熔點(diǎn)高達1400℃的難題，并且具有順暢排渣、高效除灰以及碳轉化率高等優(yōu)點(diǎn)；發(fā)明的集點(diǎn)火-開(kāi)工-氣化功能為一體的長(cháng)壽命復合式粉煤氣化噴嘴和高性能膜式水冷壁襯里，為氣化裝置的操作連續穩定、長(cháng)周期運行提供了保障。

不僅如此，SE氣化裝置的技術(shù)優(yōu)勢還包括：節能成熟的合成氣激冷—洗滌—渣水處理系統，先進(jìn)自動(dòng)、安全可靠的氣化控制、聯(lián)鎖邏輯系統，徹底消除瞬間黑區的可視化投煤火焰監測，反應室溫度直接測量技術(shù)等。

SE氣化裝置迅速成為煤化工產(chǎn)業(yè)的一顆新星，被行業(yè)高度關(guān)注，與華東理工大學(xué)在煤化工領(lǐng)域近30年的研究積累和技術(shù)儲備密不可分。華理潔凈煤技術(shù)研究所自1995年由于遵宏教授等人創(chuàng )立后，長(cháng)期致力于氣流床氣化過(guò)程與技術(shù)的基礎研究和應用技術(shù)開(kāi)發(fā)，在國家科技計劃支持下，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結合，于2005年成功實(shí)現了自主知識產(chǎn)權多噴嘴對置式水煤漿氣化技術(shù)工業(yè)化示范。這些年里，在研究所所長(cháng)于廣鎖教授領(lǐng)銜下，該技術(shù)成功實(shí)現了大型化跨越，建成國際上最大規模的日處理3000噸煤工業(yè)裝置。目前，該技術(shù)應用企業(yè)達到42家，共113臺氣化爐，為我國現代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了重要技術(shù)保障。

邁過(guò)環(huán)?？矁?走綠色發(fā)展路

日前發(fā)布的“十三五”規劃綱要中，提出將“煤炭清潔高效利用”列為100項國家重大工程項目之一，而今年的政府工作報告中，也明確將“加強煤炭清潔高效利用”作為2016年的八項重點(diǎn)工作之一。

由此可見(jiàn)，現代煤化工產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展，既要過(guò)技術(shù)關(guān)，更要過(guò)環(huán)保關(guān)。

此時(shí)，多個(gè)擬新建的煤化工項目和煤炭傳統產(chǎn)業(yè)改造項目鎖定了SE氣化裝置，無(wú)疑與其環(huán)境友好密切相關(guān)。

據劉海峰介紹，SE氣化技術(shù)是在高溫、強還原氣氛條件下將粉煤經(jīng)部分氧化反應生成合成氣，由于氣化溫度高、反應充分以及碳轉化率高，使得酚類(lèi)和焦油等在爐內就已經(jīng)裂解；其他的一些微量重金屬在氣渣分離時(shí)，被冷萃在廢渣中，而氣化爐產(chǎn)生的廢渣和濾餅，則可以二次利用；排放的廢氣主要為氮氣、二氧化碳，煤中的硫則被轉化為硫磺副產(chǎn)品；排放的廢水中基本不含有機物，氨氮等指標都較低，經(jīng)過(guò)廢水處理后，符合排放標準。

“總體而言，SE氣化裝置實(shí)現了煤氣化爐環(huán)保和效益的雙突破。”劉海峰說(shuō)，唯一有待進(jìn)一步解決的問(wèn)題，是廢水中含有的少量氯離子。

據悉，由華東理工大學(xué)、中石化寧波工程有限公司、中國石化揚子石油化工有限公司、上海鍋爐廠(chǎng)有限公司和西安拓沃能動(dòng)科技有限公司等5家單位依托“產(chǎn)學(xué)研”聯(lián)合攻關(guān)、共同完成的“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關(guān)鍵裝備開(kāi)發(fā)及應用”項目已申請發(fā)明專(zhuān)利43項，其中授權19項，發(fā)表SCI/EI收錄論文100余篇。它的工業(yè)應用，近3年已為化工企業(yè)、工程公司、裝備制造企業(yè)、研發(fā)單位等新增銷(xiāo)售額約30億元，直接經(jīng)濟效益2.9億元。

“吃”下多種煤 引領(lǐng)新型煤化工

能“吃”多種煤，則是SE氣化裝置的最大優(yōu)勢。

2014年1月，SE氣化裝置在中國石化揚子石油化工有限公司開(kāi)車(chē)，“吃”下了貴州煤（60℅）和神華煤（40℅）的混配煤，非但沒(méi)有“消化不良”，反而創(chuàng )造了工業(yè)示范裝置多個(gè)紀錄：出合格產(chǎn)品時(shí)間最短（5天），打通全流程時(shí)間最短（10天），一次投料成功連續運行時(shí)間最長(cháng)（11天11小時(shí)），自投料3個(gè)月內連續運行時(shí)間最長(cháng)（53天），燒嘴首次使用累計時(shí)間最長(cháng)（181天）。

山西晉城煤、安徽淮南煤、貴州煤……這些高灰熔點(diǎn)、高灰分煤，先后都被送進(jìn)了SE氣化裝置的氣化爐里。為了防止“吃得過(guò)快引發(fā)消化不良”，項目組的龔欣教授牽頭，代正華、郭曉鐳、梁欽峰、王亦飛、 陳雪莉、許建良、陸海峰、劉霞等老師從工藝模擬計算、煤粉密相輸送和理化特性、配煤及灰渣粘溫特性、合成氣激冷洗滌等全方位出發(fā)，開(kāi)展了大量應用基礎研究工作和現場(chǎng)樣本及數據采集后的分析研究工作，并與揚子石化技術(shù)人員一起不斷制定和優(yōu)化裝置運行方案，為整套氣化裝置“順利吸收營(yíng)養”保駕護航。

安徽是煤炭資源大省，但由于煤的灰熔點(diǎn)過(guò)高，絕大部分煤只能作為燃料使用，而煤化工企業(yè)卻需到外省采購煤，以致于成本增加，對煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為不利。中安聯(lián)合煤化有限責任公司經(jīng)過(guò)對國內外粉煤加壓氣化技術(shù)的大量比較和反復論證，最終決定采用7套日處理煤1500噸級SE氣化裝置，配套年產(chǎn)60萬(wàn)頓烯烴。“長(cháng)期困擾淮南煤的清潔高效氣化技術(shù)，終于有望得到解決了。”劉海峰笑言。

中安聯(lián)合煤化有限公司、揚子石化煤制氫二期和中石化新疆能化……國內已有大批企業(yè)擬簽約使用SE氣化裝置。對于未來(lái)，劉海峰希望：“南亞、東南亞國家的煤礦大多產(chǎn)高灰熔點(diǎn)的劣質(zhì)煤，SE氣化技術(shù)很有希望出口到這些國家，為‘一帶一路’戰略服務(wù)。”