煤气化是煤炭清洁高效转化的龙头技术，但目前广泛应用的煤气化技术，虽然已经很好地解决了优质煤的利用问题，却对我国储量丰富的劣质煤“敬而远之”。华东理工大学刘海峰教授领衔、依托中石化集团完成的“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化关键装备开发及应用”（以下简称“SE气化装置”）项目开发的气化炉，不但敢“吃”劣质煤，还实现了对劣质煤的清洁高效利用，进一步推动了我国“绿煤炭”战略的产业应用。 正因如此，在煤气化技术4月18日召开的上海市科学技术奖励大会上，该项目获得了2015年上海市技术发明奖特等奖。这也是该市自2012年设立特等奖以来，颁发的首个技术发明特等奖。
关键技术突破 解决行业难题
要实现对高灰熔点、高灰分劣质煤的清洁高效转化，必须解决几个技术难题：一是“吃”得进，这就需要解决粉煤从制粉锅炉到气化炉的输送问题；二是高灰熔点，这就需要气化温度高达1400℃以上；三是“排”得出，这就需要顺畅排渣，高效除灰，不影响后续系统。此外，还必须保障气化装置的操作连续稳定、长周期运行。
项目组首先以“高压密向输送”化解了供料难题：在管道中加入氮气、二氧化碳等气体，再不断加压，即可使像面粉一样颗粒稠密的粉煤“爬”过长达几十米的管道进入气化炉。而对喷嘴和气化炉流场的独特设计，则解决了入炉煤粉灰熔点高达1400℃的难题，并且具有顺畅排渣、高效除灰以及碳转化率高等优点；发明的集点火—开工—气化功能为一体的长寿命复合式粉煤气化喷嘴和高性能膜式水冷壁衬里，为气化装置的操作连续稳定、长周期运行提供了保障。
据刘海峰介绍，SE气化装置的技术优势还包括：节能成熟的合成气激冷—洗涤—渣水处理系统，先进自动、安全可靠的气化控制、联锁逻辑系统，彻底消除瞬间黑区的可视化投煤火焰监测，反应室温度直接测量技术等。
迈过环保坎儿 走绿发展路
日前发布的“十三五”发展规划纲要中，提出将“煤炭清洁高效利用”列为100项国家重大工程项目之一，现代煤化工产业的可持续发展，既要过技术关，更要过环保关。多个拟新建的煤化工项目和煤炭传统产业改造项目锁定了SE气化装置，无疑与其环境友好密切相关。
据刘海峰介绍，SE气化技术是在高温、强还原气氛条件下将粉煤经部分氧化反应生成合成气，由于气化温度高、反应充分以及碳转化率高，酚类和焦油等在炉内就已经裂解；其他的微量重金属在气渣分离时，被冷萃在废渣中；而气化炉产生的废渣和滤饼，则可以二次利用；排放的废气主要为氮气、二氧化碳，煤中的硫则被转化为硫黄副产品；排放的废水中基本不含有机物，氨氮等指标都较低，经过废水处理后，符合排放标准。唯一有待解决的问题，是废水中含有的少量氯离子。
目前，该技术应用企业达到42家，共113台气化炉，为我国现代煤化工产业发展提供了重要技术保障。近3年已为化工企业、工程公司、装备制造企业、研发单位等新增销售额约30亿元，直接经济效益2.9亿元。
“吃”下多种煤 引领新型煤化工
2014年1月，SE气化装置在中国石化扬子石油化工有限公司开车，“吃”下了贵州煤（60%）和神华煤（40%）的混配煤，非但没有“消化不良”，反而创造了工业示范装置多个纪录。山西晋城煤、安徽淮南煤、贵州煤……这些高灰熔点、高灰分煤，先后都被送进了SE气化装置的气化炉里。为了防止“吃得过快引发消化不良”，项目组科研人员开展了大量
应用基础研究工作和现场样本及数据采集后的分析研究工作，为整套气化装置“顺利吸收营养”保驾护航。
安徽是煤炭资源大省，但由于煤的灰熔点过高，绝大部分煤只能作为燃料使用，导致省内煤化工企业需到外省采购煤。中安联合煤化有限责任公司经过对国内外粉煤加压气化技术的大量比较和反复论证，最终决定采用7套日处理煤1500吨级SE气化装置，配套年产60万吨烯烃。“长期困扰淮南煤的清洁高效气化技术，终于有望得到解决了。”刘海峰说。
对于未来，刘海峰表示：“南亚、东南亚国家的煤矿大多产高灰熔点的劣质煤，SE气化技术很有希望出口到这些国家，为‘一带一路’战略服务。”
（来源：中国化工报）
十年深耕，煤气化技术新突破
“防治雾霾，煤的清洁利用是关键”，“煤炭清洁利用了其实可以比天然气更环保”，在刚刚过去的两会期间，众多代表和相关政府部门领导纷纷聚焦煤炭清洁利用发出了共同的声音。
其实，通过气化对煤进行清洁化利用，让煤成为像石油一样重要的化工原料，这个科研领域在华东理工大学已经有30多年的历史。该校洁净煤技术研究所联合中国科学院山西煤炭化学研究所，依托兖矿集团公司等大型企业完成的“大型气流床煤气化炉内湍流多相流动、传递与反应过程基础研究与工程应用”项目，聚焦自主知识产权多喷嘴対置式水煤浆气化技术在大型化、长周期高效稳定运行中面临的挑战，深入开展基础研究，揭示了大型气流床煤气化过程的“所以然”问题，为自主知识产权大型煤气化技术的进一步发展和应用提供了可靠支撑，取得了国内外同行公认的成果。
“气流床煤气化是煤炭高效清洁利用的核心技术。”项目负责人王辅臣一语道破了项目的关键优势。以这一技术为龙头，“黑”的煤炭原料得以转化为清洁的合成气(CO+H2)，并进一步加工为乙二醇、甲醇等有机化工产品和支持农业发展的尿素。褪去黑乎乎的“外衣”，“煤炭君”显得更有“魅力”。
20多年前，在消化引进技术的基础上，团队开始开发自主知识产权的大型煤气化技术。随着研究的深入，团队成员发现基础研究越来越重要。2004年，气流床煤气化技术的基础研究列入了国家“973”计划，并于2010年继续得到支持。深入的基础研究，让技术走得更远。
气化炉内高温、高压、湍流多相流动的环境极其复杂。要想获得煤气化过程状态，进而建立数学模型，就必须了解不同因素影响下反应过程的基本规律。因此，团队把研究主要方向聚焦于煤气化反应机理、撞击流流场、火焰结构和气化炉数字模拟等关键科学问题。
不同的煤种有不同的气化特性，即使是相同的煤种，在不同的反应条件下，也会有明显的气化活性差异。例如，团队经研究发现，在气流床条件下，煤焦与水蒸气反应的气化活性是与二氧化碳反应的7~10倍，而在气化温度到达1400℃后，不同煤种的气化活性几乎趋于相同。
“为了提高效益，降低投资，气化炉大型化是必然趋势，作为气化炉的重要部件，耐火砖和喷嘴的使用寿命直接受到炉内火焰结构和温度场的影响。”项目第二完成人、长期在技术工程化一线的于广锁教授介绍说。
要解决这一问题，弄清楚炉内火焰结构、温度分布以及多喷嘴撞击火焰结构对气化反应的影响，就必须有一双“火眼金睛”。项目组通过开发高分辨率紫外成像系统，辨识了气化炉内三维温度场及火焰结构，获得了炉内颗粒的结构、形态、行为及转换规律等关键信息。
项目组基于这些信息建立了气流床煤气化过程的数学模型，对多喷嘴对置式水煤浆气化炉进行了优化模拟，并基于气流床煤气化过程区域模型，建立了多喷嘴对置式气化炉降阶模型，为开展气化炉动态模拟奠定了基础。
这些研究成果产生了显著的效果。与国内外同类技术相比，其喷嘴寿命由平均水平的50~60天提升至平均90天以上，最长可达152天。耐火砖直筒段寿命更是显著提升，其中，上直筒段由平均1.2万~1.5万小时提升至2万~3万小时，下直筒段达到了5万小时。这一改善，极大地提高了气化炉的使用效率，降低了工业成本。
在项目组的共同努力下，团队已授权发明专利20余项(其中包括美国专利2项)，发表SCI论文102篇、EI 论文77篇，被引用1000余次，出版专著2部。
2014年6月，世界最大的单炉日处理煤3000吨煤气化装置在内蒙古荣信化工有限公司正式投产，标志着项目组自主知识产权多喷嘴対置式水煤浆气化技术跃上了新的台阶。
近10年来，该项目的研究成果已成功应用于国内外40余家企业，为企业新增产值180多亿元，新增利税超过41亿元，为企业节支4.3亿元，节省专利费3.8亿元，极大地促进了我国现代煤化工行业的发展。
（来源：解放日报 作者：李铁军）
循环流化床清洁工艺再上台阶
4月26日，中国化工报记者从济南黄台煤气炉有限公司了解到，该公司与中科院工程热物理研究所合作研发的新型常压循环流化床煤气化制清洁工业燃气技术，采用物料内、外循环设计主导气化,使气化强度和环保性及煤种适应性大幅度提高。采用该技术替代固定床煤气炉后，产气成本降低至原来的一半，专家鉴定认为，该技术气化强度高、煤种适应性较广，达到循环流化床空气鼓风制工业燃气技术的国际先进水平。
多家应用单位相关负责人一致认为，采用该技术不生产焦油，系统无废气废水排放；清洁环保，系统能效高，利用热值3500~6000kcal/kg，且高水分和灰分劣质粉煤，产出煤气热值达到1250-1450kcal/Nm3，同时，可将热量回收用于发电、烘干、加热等工艺，有效提高了能源的利用率，总能源转化率＞98%，制气规模15000-65000Nm3/h，满足了焦化、陶瓷、化工等燃气用户的需求。
该公司有关负责人介绍，入炉燃料在1000℃的炉内，通过高倍率循环，大通道返料，燃料
快速裂解，气化炉内的反应温度分布均匀可控，气化炉炉膛950℃-1050℃，物料可多次循环，炉内停留时间长，炭转化率高，煤气、飞灰中不含焦油、酚类等，冷凝水挥发分为零，采用干式除灰和排渣，清洁环保，无废水产生。整个煤气站采用循环水闭式循环，由于没有焦油，不再存在大雨天焦油池水溢出污染地下水和河道的情况。
据了解，该技术在多家应用单位运行表明，系统运行稳定，在没有备用炉的条件下，连续运转率达到95%，单炉连续稳定运行超过140天，满负荷运行时，出站煤气含尘量低于25mg/Nm3。
（来源：中国化工报）
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