作为一种洁净、高效可存储、可再生的能源，氢气是目前石油化工领域中用量最大的一种化工原料，广泛用于生产合成氨、油品、甲醇以及石油炼制过程的加氢反应。传统炼厂制氢方法成本高，水煤浆气化制氢是目前炼厂成本最低的大规模制氢方式之一。然而，煤制氢却面临气化运行周期短、喷嘴易烧蚀、细灰量大等重大挑战。
有没有一种更高效、高可靠性的大型煤气化技术？
刚刚开幕的第21届中国国际工业博览会上，由华东理工大学洁净煤技术研究所代正华教授领衔的“SE水煤（焦）浆气化成套技术”项目，以双浆双氧喷嘴、平推流气化炉、煤浆自动分配三大创新点，攻克了喷嘴易烧蚀的难题，喷嘴使用寿命可达一年以上，碳转化率大于99%，能协同处理液固废弃物，且工艺流程简单、投资低。
三大创新破解核心难题
作为煤气化装置的核心设备，喷嘴的使用寿命短一直是制约气化炉长周期运行的难题——喷嘴到使用后期烧蚀严重、磨损大、雾化效果差等，为了安全生产必须停车更换喷嘴，这样难以为炼厂的后续系统长期稳定供氢。因此，延长喷嘴使用寿命是提高气化炉运行周期、增加效益的有效途径之一，对炼厂而言显得尤为重要。
瞄准这一业界难题，从2009年起，华东理工大学洁净煤技术研究所就开始了历经10年的技术攻关。
喷嘴是将煤浆和氧气输送至气化炉的关键设备，气化炉内温度高达1300摄氏度，如果能有效降低喷嘴端部燃烧强度，则可大幅延长喷嘴寿命。为此，研发团队基于气化炉内氧化反应路径的研究，发明了双煤（焦）浆通道气化喷嘴——喷嘴四通道走的原料由内至外分别为氧、浆、氧、浆，这种排列最大的好处就是，最外侧通道的水煤浆作为冷却介质强化了喷嘴自冷却保护，使得喷嘴使用寿命得以大幅延长。
炼厂对氢气纯度的要求非常高，为了降低净化工艺的负担，这就要求煤气化过程中产生的细灰越少越好。所谓“细渣”，是一种会随着气体进入到后续工艺的杂质；相对应的大块“粗渣”，则是像岩浆一样的液态排渣，遇水激冷，碳反应更充分。基于气化炉内颗粒反应特性和炉内流场调控的研究，研发团队提出了以炉内平推流为主的流场结构，显著优化颗粒停留时间分布和炉温分布，将碳转化率提高到了大于99%，细灰与粗灰的比例也降低为2:8（现有技术约4:6），灰渣中残碳也降至20%左右（现有技术约30%）。
此外，课题组还基于水煤浆复杂流变性的研究，建立了高精度的煤浆流量和阻力分配数学模型，发明了采用分支流和节流部件组合的煤浆多通道的分配技术，实现了在无泵和无调节装置的情况下，双股煤浆的精确自动分配。
工业化应用展现技术优势
2019年1月30日，中国石化镇海炼化公司煤焦制氢装置（POX项目）全流程一次打通，并成功产出合格产品，标志着采用国产化自主攻关高压水煤（焦）浆气化技术的煤焦制氢装置开车成功。
这是SE水煤（焦）浆气化成套技术的首次工业化应用。2012年，中国石化与华东理工大学合作建设中国石化—华东理工大学气化技术研究中心，通过产学研合作开发高效煤气化技术，SE水煤（焦）浆气化技术即为其中之一，被列入中国石化“十条龙”科技攻关项目。
作为镇海炼化POX项目的关键装置，SE水煤（焦）浆气化装置采用了SE水煤（焦）浆气化技术，该装置建设了3台日处理煤千吨级气化炉，二开一备，采用激冷流程，操作压力6.5MPa。3台气化炉分别于2019年1月30日、2月20日和4月22日一次开车成功，目前进入稳定生产阶段。
在炼化企业，会产生许多种危险废物，例如含油污泥、废催化剂、废油浆等，交给环保企业处理成本较高。如果企业能够回收利用，岂不是具有经济、环保双重价值？
SE水煤（焦）浆气化技术的另一技术优势再次凸显——变废为宝，即协同处理炼化企业的液固废弃物。“我们通过实验测出含油污泥的热值有时跟煤差不多，具有气化价值。”代正华教授告诉记者。
代正华教授仍然记得镇海炼化POX项目首台气化炉开车时的紧张。当时临近新春，虽然学校已经放假，但作为SE水煤（焦）浆气化技术的研发团队，他们与企业方、设计方、施工方一起，都在镇海炼化的现场见证了气化炉的一次开车成功。
短暂的兴奋后，团队依然“随时候命”。“毕竟是首套示范装置，还有些实验性质。”据代正华教授介绍，首台气化炉运行60余天后监测发现，喷嘴没有明显的损伤，“对我们来说，这是一个新的起点。”
9月18日，华东理工大学与中国石化在第21届中国国际工业博览会现场再次签订了SE水煤（焦）浆气化技术的合作协议。这一次，即将有3台2500吨级水煤（焦）浆气化装置在镇海炼化展开工程设计。我国煤化工和制氢技术的发展，也将翻开新的一页。
