編者按：4月18日，上海市科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)在上海展覽中心召開(kāi)。我校12個(gè)項(xiàng)目喜獲獎(jiǎng)項(xiàng)，其中，劉海峰教授領(lǐng)銜的項(xiàng)目“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關(guān)鍵裝備開(kāi)發(fā)及應(yīng)用”獲上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)，這也是上海市首個(gè)技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)特等獎(jiǎng)項(xiàng)目。與此同時(shí)，在我校作為牽頭單位的項(xiàng)目中，還收獲了5個(gè)一等獎(jiǎng)、1個(gè)二等獎(jiǎng)和1個(gè)三等獎(jiǎng)。華理新聞網(wǎng)、官方微博和微信在“上�？萍吉�(jiǎng)勵(lì)項(xiàng)目專遞”專欄中進(jìn)行集中報(bào)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(xiàn)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(xiàng)技術(shù)，就是煤氣化技術(shù)。
煤氣化是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的龍頭技術(shù)，但目前廣泛應(yīng)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(duì)我國(guó)儲(chǔ)量豐富的劣質(zhì)煤“敬而遠(yuǎn)之”。
華東理工大學(xué)劉海峰教授領(lǐng)銜、依托中石化集團(tuán)完成的項(xiàng)目“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關(guān)鍵裝備開(kāi)發(fā)及應(yīng)用”（以下簡(jiǎn)稱“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(xiàn)了對(duì)其的清潔高效利用，進(jìn)一步推動(dòng)了我國(guó)“綠色煤炭”戰(zhàn)略的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，為國(guó)家能源戰(zhàn)略安全與現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)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(xiàn)對(duì)高灰熔點(diǎn)、高灰分劣質(zhì)煤的清潔高效轉(zhuǎn)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?dú)饣瘻囟雀哌_(dá)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(xù)系統(tǒng)。此外，還必須保障氣化裝置的操作連續(xù)穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行。
就像武林高手都有自己的獨(dú)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(xiàng)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?dú)�、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(zhǎng)達(dá)幾十米的管道進(jìn)入氣化爐。而通過(guò)對(duì)噴嘴和氣化爐的流場(chǎng)進(jìn)行獨(dú)特設(shè)計(jì)，則解決了入爐煤粉灰熔點(diǎn)高達(dá)1400℃的難題，并且具有順暢排渣、高效除灰以及碳轉(zhuǎn)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(zhǎng)壽命復(fù)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(xù)穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行提供了保障。
不僅如此，SE氣化裝置的技術(shù)優(yōu)勢(shì)還包括：節(jié)能成熟的合成氣激冷—洗滌—渣水處理系統(tǒng)，先進(jìn)自動(dòng)、安全可靠的氣化控制、聯(lián)鎖邏輯系統(tǒng)，徹底消除瞬間黑區(qū)的可視化投煤火焰監(jiān)測(cè)，反應(yīng)室溫度直接測(cè)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(chǔ)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(zhǎng)期致力于氣流床氣化過(guò)程與技術(shù)的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用技術(shù)開(kāi)發(fā)，在國(guó)家科技計(jì)劃支持下，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，于2005年成功實(shí)現(xiàn)了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)多噴嘴對(duì)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(zhǎng)于廣鎖教授領(lǐng)銜下，該技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了大型化跨越，建成國(guó)際上最大規(guī)模的日處理3000噸煤工業(yè)裝置。目前，該技術(shù)應(yīng)用企業(yè)達(dá)到42家，共113臺(tái)氣化爐，為我國(guó)現(xiàn)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(guī)劃綱要中，提出將“煤炭清潔高效利用”列為100項(xiàng)國(guó)家重大工程項(xiàng)目之一，而今年的政府工作報(bào)告中，也明確將“加強(qiáng)煤炭清潔高效利用”作為2016年的八項(xiàng)重點(diǎn)工作之一。
由此可見(jiàn)，現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)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(xiàng)目和煤炭傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造項(xiàng)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(jù)劉海峰介紹，SE氣化技術(shù)是在高溫、強(qiáng)還原氣氛條件下將粉煤經(jīng)部分氧化反應(yīng)生成合成氣，由于氣化溫度高、反應(yīng)充分以及碳轉(zhuǎn)化率高，使得酚類和焦油等在爐內(nèi)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?dú)狻⒍趸�，煤中的硫則被轉(zhuǎn)化為硫磺副產(chǎn)品；排放的廢水中基本不含有機(jī)物，氨氮等指標(biāo)都較低，經(jīng)過(guò)廢水處理后，符合排放標(biāo)準(zhǔn)。
“總體而言，SE氣化裝置實(shí)現(xiàn)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(jù)悉，由華東理工大學(xué)、中石化寧波工程有限公司、中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司、上海鍋爐廠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(yīng)用”項(xiàng)目已申請(qǐng)發(fā)明專利43項(xiàng)，其中授權(quán)19項(xiàng)，發(fā)表SCI/EI收錄論文100余篇。它的工業(yè)應(yīng)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)單位等新增銷售額約30億元，直接經(jīng)濟(jì)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(shì)。
2014年1月，SE氣化裝置在中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司開(kāi)車，“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(jì)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(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)（11天11小時(shí)），自投料3個(gè)月內(nèi)連續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)（53天），燒嘴首次使用累計(jì)時(shí)間最長(zhǎng)（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(xiàng)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(jì)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(yīng)用基礎(chǔ)研究工作和現(xiàn)場(chǎng)樣本及數(shù)據(jù)采集后的分析研究工作，并與揚(yáng)子石化技術(shù)人員一起不斷制定和優(yōu)化裝置運(yùn)行方案，為整套氣化裝置“順利吸收營(yíng)養(yǎng)”保駕護(hù)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(gòu)煤，以致于成本增加，對(duì)煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展極為不利。中安聯(lián)合煤化有限責(zé)任公司經(jīng)過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外粉煤加壓氣化技術(shù)的大量比較和反復(fù)論證，最終決定采用7套日處理煤1500噸級(jí)SE氣化裝置，配套年產(chǎn)60萬(wàn)頓烯烴。“長(zhǎng)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(yáng)子石化煤制氫二期和中石化新疆能化……國(guó)內(nèi)已有大批企業(yè)擬簽約使用SE氣化裝置。對(duì)于未來(lái)，劉海峰希望：“南亞、東南亞國(guó)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(guó)家，為‘一帶一路’戰(zhàn)略服務(wù)。”
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