“防治霧霾，煤的清潔利用是關(guān)鍵”，“煤炭清潔利用了其實(shí)可以比天然氣更環(huán)保”，在剛剛過去的兩會(huì)期間，眾多代表和相關(guān)政府部門領(lǐng)導(dǎo)紛紛聚焦煤炭清潔利用發(fā)出了共同的聲音。

其實(shí)，通過氣化對煤進(jìn)行清潔化利用，讓煤成為像石油一樣重要的化工原料，這個(gè)科研領(lǐng)域在華東理工大學(xué)已經(jīng)有30多年的歷史。該校潔凈煤技術(shù)研究所聯(lián)合中國科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所，依托兗礦集團(tuán)公司等大型企業(yè)完成的“大型氣流床煤氣化爐內(nèi)湍流多相流動(dòng)、傳遞與反應(yīng)過程基礎(chǔ)研究與工程應(yīng)用”項(xiàng)目，聚焦自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)多噴嘴対置式水煤漿氣化技術(shù)在大型化、長周期高效穩(wěn)定運(yùn)行中面臨的挑戰(zhàn)，深入開展基礎(chǔ)研究，揭示了大型氣流床煤氣化過程的“所以然”問題，為自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)大型煤氣化技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供了可靠支撐，取得了國內(nèi)外同行公認(rèn)的成果。

“氣流床煤氣化是煤炭高效清潔利用的核心技術(shù)。”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王輔臣一語道破了項(xiàng)目的關(guān)鍵優(yōu)勢。以這一技術(shù)為龍頭，“黑色”的煤炭原料得以轉(zhuǎn)化為清潔的合成氣(CO+H2)，并進(jìn)一步加工為乙二醇、甲醇等有機(jī)化工產(chǎn)品和支持農(nóng)業(yè)發(fā)展的尿素。褪去黑乎乎的“外衣”，“煤炭君”顯得更有“魅力”。

20多年前，在消化引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)開始開發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型煤氣化技術(shù)。隨著研究的深入，團(tuán)隊(duì)成員發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)研究越來越重要。2004年，氣流床煤氣化技術(shù)的基礎(chǔ)研究列入了國家“973”計(jì)劃，并于2010年繼續(xù)得到支持。深入的基礎(chǔ)研究，讓技術(shù)走得更遠(yuǎn)。

氣化爐內(nèi)高溫、高壓、湍流多相流動(dòng)的環(huán)境極其復(fù)雜。要想獲得煤氣化過程狀態(tài)，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型，就必須了解不同因素影響下反應(yīng)過程的基本規(guī)律。因此，團(tuán)隊(duì)把研究主要方向聚焦于煤氣化反應(yīng)機(jī)理、撞擊流流場、火焰結(jié)構(gòu)和氣化爐數(shù)字模擬等關(guān)鍵科學(xué)問題。

不同的煤種有不同的氣化特性，即使是相同的煤種，在不同的反應(yīng)條件下，也會(huì)有明顯的氣化活性差異。例如，團(tuán)隊(duì)經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在氣流床條件下，煤焦與水蒸氣反應(yīng)的氣化活性是與二氧化碳反應(yīng)的7~10倍，而在氣化溫度到達(dá)1400℃后，不同煤種的氣化活性幾乎趨于相同。

“為了提高效益，降低投資，氣化爐大型化是必然趨勢，作為氣化爐的重要部件，耐火磚和噴嘴的使用壽命直接受到爐內(nèi)火焰結(jié)構(gòu)和溫度場的影響。”項(xiàng)目第二完成人、長期在技術(shù)工程化一線的于廣鎖教授介紹說。

要解決這一問題，弄清楚爐內(nèi)火焰結(jié)構(gòu)、溫度分布以及多噴嘴撞擊火焰結(jié)構(gòu)對氣化反應(yīng)的影響，就必須有一雙“火眼金睛”。項(xiàng)目組通過開發(fā)高分辨率紫外成像系統(tǒng)，辨識(shí)了氣化爐內(nèi)三維溫度場及火焰結(jié)構(gòu)，獲得了爐內(nèi)顆粒的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、行為及轉(zhuǎn)換規(guī)律等關(guān)鍵信息。

項(xiàng)目組基于這些信息建立了氣流床煤氣化過程的數(shù)學(xué)模型，對多噴嘴對置式水煤漿氣化爐進(jìn)行了優(yōu)化模擬，并基于氣流床煤氣化過程區(qū)域模型，建立了多噴嘴對置式氣化爐降階模型，為開展氣化爐動(dòng)態(tài)模擬奠定了基礎(chǔ)。

這些研究成果產(chǎn)生了顯著的效果。與國內(nèi)外同類技術(shù)相比，其噴嘴壽命由平均水平的50~60天提升至平均90天以上，最長可達(dá)152天。耐火磚直筒段壽命更是顯著提升，其中，上直筒段由平均1.2萬~1.5萬小時(shí)提升至2萬~3萬小時(shí)，下直筒段達(dá)到了5萬小時(shí)。這一改善，極大地提高了氣化爐的使用效率，降低了工業(yè)成本。

在項(xiàng)目組的共同努力下，團(tuán)隊(duì)已授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)(其中包括美國專利2項(xiàng))，發(fā)表SCI論文102篇、EI 論文77篇，被引用1000余次，出版專著2部。

2014年6月，世界最大的單爐日處理煤3000噸煤氣化裝置在內(nèi)蒙古榮信化工有限公司正式投產(chǎn)，標(biāo)志著項(xiàng)目組自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)多噴嘴対置式水煤漿氣化技術(shù)躍上了新的臺(tái)階。

近10年來，該項(xiàng)目的研究成果已成功應(yīng)用于國內(nèi)外40余家企業(yè)，為企業(yè)新增產(chǎn)值180多億元，新增利稅超過41億元，為企業(yè)節(jié)支4.3億元，節(jié)省專利費(fèi)3.8億元，極大地促進(jìn)了我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)的發(fā)展。

（來源：解放日報(bào)）