編者按：4月18日，上海市科學技術獎勵大會在上海展覽中心召開。我校12個項目喜獲獎項，其中，劉海峰教授領銜的項目“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關鍵裝備開發及應用”獲上海市技術發明獎特等獎，這也是上海市首個技術發明獎特等獎項目。與此同時，在我校作為牽頭單位的項目中，還收獲了5個一等獎、1個二等獎和1個三等獎。華理新聞網、官方微博和微信在“上海科技獎勵項目專遞”專欄中進行集中報道，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，而在現實生活中，也同樣存在一個神通廣大的“爐子”：“吃”進的是劣質的黑煤，“吐”出的卻是可以用來進行油品合成、制造烯烴等化工原料的干凈氣體。這個神奇的“爐子”，就是煤氣化爐；這項技術，就是煤氣化技術。
煤氣化是煤炭清潔高效轉化的龍頭技術，但目前廣泛應用的煤氣化技術，雖然已經很好地解決了優質煤的利用問題，卻對我國儲量豐富的劣質煤“敬而遠之”。
華東理工大學劉海峰教授領銜、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鍵裝備開發及應用”（以下簡稱“SE氣化裝置”）所開發的氣化爐，不但敢“吃”劣質煤，還實現了對其的清潔高效利用，進一步推動了我國“綠色煤炭”戰略的產業應用，為國家能源戰略安全與現代煤化工產業的可持續發展提供了關鍵核心裝備保障。
關鍵技術突破 解決行業難題
要實現對高灰熔點、高灰分劣質煤的清潔高效轉化，必須解決幾個技術難題：一是“吃”得進，這就需要解決粉煤從制粉鍋爐到氣化爐的輸送問題；二是高灰熔點，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、長周期運行。
就像武林高手都有自己的獨門絕技一樣，SE氣化裝置也有自己的 “殺手锏”，將上述難點一一攻克。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”過長達幾十米的管道進入氣化爐。而通過對噴嘴和氣化爐的流場進行獨特設計，則解決了入爐煤粉灰熔點高達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點；發明的集點火-開工-氣化功能為一體的長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、長周期運行提供了保障。
不僅如此，SE氣化裝置的技術優勢還包括：節能成熟的合成氣激冷—洗滌—渣水處理系統，先進自動、安全可靠的氣化控制、聯鎖邏輯系統，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等。
SE氣化裝置迅速成為煤化工產業的一顆新星，被行業高度關注，與華東理工大學在煤化工領域近30年的研究積累和技術儲備密不可分。華理潔凈煤技術研究所自1995年由于遵宏教授等人創立后，長期致力于氣流床氣化過程與技術的基礎研究和應用技術開發，在國家科技計劃支持下，通過產學研結合，于2005年成功實現了自主知識產權多噴嘴對置式水煤漿氣化技術工業化示范。這些年里，在研究所所長于廣鎖教授領銜下，該技術成功實現了大型化跨越，建成國際上最大規模的日處理3000噸煤工業裝置。目前，該技術應用企業達到42家，共113臺氣化爐，為我國現代煤化工產業發展提供了重要技術保障。
邁過環保坎兒 走綠色發展路
日前發布的“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年的八項重點工作之一。
由此可見，現代煤化工產業的可持續發展，既要過技術關，更要過環保關。
此時，多個擬新建的煤化工項目和煤炭傳統產業改造項目鎖定了SE氣化裝置，無疑與其環境友好密切相關。
據劉海峰介紹，SE氣化技術是在高溫、強還原氣氛條件下將粉煤經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，使得酚類和焦油等在爐內就已經裂解；其他的一些微量重金屬在氣渣分離時，被冷萃在廢渣中，而氣化爐產生的廢渣和濾餅，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品；排放的廢水中基本不含有機物，氨氮等指標都較低，經過廢水處理后，符合排放標準。
“總體而言，SE氣化裝置實現了煤氣化爐環保和效益的雙突破。”劉海峰說，唯一有待進一步解決的問題，是廢水中含有的少量氯離子。
據悉，由華東理工大學、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、上海鍋爐廠有限公司和西安拓沃能動科技有限公司等5家單位依托“產學研”聯合攻關、共同完成的“單噴嘴冷壁式粉煤加壓氣化關鍵裝備開發及應用”項目已申請發明專利43項，其中授權19項，發表SCI/EI收錄論文100余篇。它的工業應用，近3年已為化工企業、工程公司、裝備制造企業、研發單位等新增銷售額約30億元，直接經濟效益2.9億元。
“吃”下多種煤 引領新型煤化工
能“吃”多種煤，則是SE氣化裝置的最大優勢。
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車，“吃”下了貴州煤（60℅）和神華煤（40℅）的混配煤，非但沒有“消化不良”，反而創造了工業示范裝置多個紀錄：出合格產品時間最短（5天），打通全流程時間最短（10天），一次投料成功連續運行時間最長（11天11小時），自投料3個月內連續運行時間最長（53天），燒嘴首次使用累計時間最長（181天）。
山西晉城煤、安徽淮南煤、貴州煤……這些高灰熔點、高灰分煤，先后都被送進了SE氣化裝置的氣化爐里。為了防止“吃得過快引發消化不良”，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，開展了大量應用基礎研究工作和現場樣本及數據采集后的分析研究工作，并與揚子石化技術人員一起不斷制定和優化裝置運行方案，為整套氣化裝置“順利吸收營養”保駕護航。
安徽是煤炭資源大省，但由于煤的灰熔點過高，絕大部分煤只能作為燃料使用，而煤化工企業卻需到外省采購煤，以致于成本增加，對煤化工產業發展極為不利。中安聯合煤化有限責任公司經過對國內外粉煤加壓氣化技術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60萬頓烯烴。“長期困擾淮南煤的清潔高效氣化技術，終于有望得到解決了。”劉海峰笑言。
中安聯合煤化有限公司、揚子石化煤制氫二期和中石化新疆能化……國內已有大批企業擬簽約使用SE氣化裝置。對于未來，劉海峰希望：“南亞、東南亞國家的煤礦大多產高灰熔點的劣質煤，SE氣化技術很有希望出口到這些國家，為‘一帶一路’戰略服務。”
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