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【上海科技奖励项目专递】“吃”进劣质黑煤 “吐”出绿色能源

——记上海市技术发明特等奖项目“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化关键装备开发及应用”

  稿件来源: 党委宣传部  |   作者:张婷  |  摄影:刘海峰提供  |  编辑:亦枫  |  访问量:16012

    编者按:4月18日,上海市科学技术奖励大会在上海展览中心召开。我校12个项目喜获奖项,其中,刘海峰教授领衔的项目“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化关键装备开发及应用”获上海市技术发明奖特等奖,这也是上海市首个技术发明奖特等奖项目。与此同时,在我校作为牵头单位的项目中,还收获了5个一等奖、1个二等奖和1个三等奖。华理新闻网、官方微博和微信在“上海科技奖励项目专递”专栏中进行集中报道,以飨师生读者。


    《西游记》里,孙悟空在太上老君的八卦炉中被三味真火炼出了火眼金睛,而在现实生活中,也同样存在一个神通广大的“炉子”:“吃”进的是劣质的黑煤,“吐”出的却是可以用来进行油品合成、制造烯烃等化工原料的干净气体。这个神奇的“炉子”,就是煤气化炉;这项技术,就是煤气化技术。

    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项目“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”)所开发的气化炉,不但敢“吃”劣质煤,还实现了对其的清洁高效利用,进一步推动了我国“绿色煤炭”战略的产业应用,为国家能源战略安全与现代煤化工产业的可持续发展提供了关键核心装备保障。

 

    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。

    就像武林高手都有自己的独门绝技一样,SE气化装置也有自己的 “杀手锏”,将上述难点一一攻克。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,即可让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。而通过对喷嘴和气化炉的流场进行独特设计,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。

    不仅如此,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。

    SE气化装置迅速成为煤化工产业的一颗新星,被行业高度关注,与华东理工大学在煤化工领域近30年的研究积累和技术储备密不可分。华理洁净煤技术研究所自1995年由于遵宏教授等人创立后,长期致力于气流床气化过程与技术的基础研究和应用技术开发,在国家科技计划支持下,通过产学研结合,于2005年成功实现了自主知识产权多喷嘴对置式水煤浆气化技术工业化示范。这些年里,在研究所所长于广锁教授领衔下,该技术成功实现了大型化跨越,建成国际上最大规模的日处理3000吨煤工业装置。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。

 

    迈过环保坎儿 走绿色发展路

    日前发布的“十三五”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,而今年的政府工作报告中,也明确将“加强煤炭清洁高效利用”作为2016年的八项重点工作之一。

    由此可见,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。

    此时,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,使得酚类和焦油等在炉内就已经裂解;其他的一些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磺副产品;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。

    “总体而言,SE气化装置实现了煤气化炉环保和效益的双突破。”刘海峰说,唯一有待进一步解决的问题,是废水中含有的少量氯离子。

    据悉,由华东理工大学、中石化宁波工程有限公司、中国石化扬子石油化工有限公司、上海锅炉厂有限公司和西安拓沃能动科技有限公司等5家单位依托“产学研”联合攻关、共同完成的“单喷嘴冷壁式粉煤加压气化关键装备开发及应用”项目已申请发明专利43项,其中授权19项,发表SCI/EI收录论文100余篇。它的工业应用,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

    能“吃”多种煤,则是SE气化装置的最大优势。

    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:出合格产品时间最短(5天),打通全流程时间最短(10天),一次投料成功连续运行时间最长(11天11小时),自投料3个月内连续运行时间最长(53天),烧嘴首次使用累计时间最长(181天)。

    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”,项目组的龚欣教授牵头,代正华、郭晓镭、梁钦峰、王亦飞、 陈雪莉、许建良、陆海峰、刘霞等老师从工艺模拟计算、煤粉密相输送和理化特性、配煤及灰渣粘温特性、合成气激冷洗涤等全方位出发,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,并与扬子石化技术人员一起不断制定和优化装置运行方案,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,而煤化工企业却需到外省采购煤,以致于成本增加,对煤化工产业发展极为不利。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60万顿烯烃。“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。”刘海峰笑言。

    中安联合煤化有限公司、扬子石化煤制氢二期和中石化新疆能化……国内已有大批企业拟签约使用SE气化装置。对于未来,刘海峰希望:“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。”

发布日期:2016年04月18日17时42分
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