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

其實，通過氣化對煤進行清潔化利用，讓煤成為像石油一樣重要的化工原料，這個科研領域在華東理工大學已經(jīng)有30多年的歷史。該校潔凈煤技術研究所聯(lián)合中國科學院山西煤炭化學研究所，依托兗礦集團公司等大型企業(yè)完成的“大型氣流床煤氣化爐內(nèi)湍流多相流動、傳遞與反應過程基礎研究與工程應用”項目，聚焦自主知識產(chǎn)權多噴嘴対置式水煤漿氣化技術在大型化、長周期高效穩(wěn)定運行中面臨的挑戰(zhàn)，深入開展基礎研究，揭示了大型氣流床煤氣化過程的“所以然”問題，為自主知識產(chǎn)權大型煤氣化技術的進一步發(fā)展和應用提供了可靠支撐，取得了國內(nèi)外同行公認的成果。

“氣流床煤氣化是煤炭高效清潔利用的核心技術。”項目負責人王輔臣一語道破了項目的關鍵優(yōu)勢。以這一技術為龍頭，“黑色”的煤炭原料得以轉化為清潔的合成氣(CO+H2)，并進一步加工為乙二醇、甲醇等有機化工產(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，在消化引進技術的基礎上，團隊開始開發(fā)自主知識產(chǎn)權的大型煤氣化技術。隨著研究的深入，團隊成員發(fā)現(xiàn)基礎研究越來越重要。2004年，氣流床煤氣化技術的基礎研究列入了國家“973”計劃，并于2010年繼續(xù)得到支持。深入的基礎研究，讓技術走得更遠。

氣化爐內(nèi)高溫、高壓、湍流多相流動的環(huán)境極其復雜。要想獲得煤氣化過程狀態(tài)，進而建立數(shù)學模型，就必須了解不同因素影響下反應過程的基本規(guī)律。因此，團隊把研究主要方向聚焦于煤氣化反應機理、撞擊流流場、火焰結構和氣化爐數(shù)字模擬等關鍵科學問題。

不同的煤種有不同的氣化特性，即使是相同的煤種，在不同的反應條件下，也會有明顯的氣化活性差異。例如，團隊經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在氣流床條件下，煤焦與水蒸氣反應的氣化活性是與二氧化碳反應的7~10倍，而在氣化溫度到達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)火焰結構和溫度場的影響。”項目第二完成人、長期在技術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)火焰結構、溫度分布以及多噴嘴撞擊火焰結構對氣化反應的影響，就必須有一雙“火眼金睛”。項目組通過開發(fā)高分辨率紫外成像系統(tǒng)，辨識了氣化爐內(nèi)三維溫度場及火焰結構，獲得了爐內(nèi)顆粒的結構、形態(tài)、行為及轉換規(guī)律等關鍵信息。

項目組基于這些信息建立了氣流床煤氣化過程的數(shù)學模型，對多噴嘴對置式水煤漿氣化爐進行了優(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，為開展氣化爐動態(tài)模擬奠定了基礎。

這些研究成果產(chǎn)生了顯著的效果。與國內(nèi)外同類技術相比，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1.2萬~1.5萬小時提升至2萬~3萬小時，下直筒段達到了5萬小時。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。

在項目組的共同努力下，團隊已授權發(fā)明專利20余項(其中包括美國專利2項)，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)，標志著項目組自主知識產(chǎn)權多噴嘴対置式水煤漿氣化技術躍上了新的臺階。

近10年來，該項目的研究成果已成功應用于國內(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3.8億元，極大地促進了我國現(xiàn)代煤化工行業(yè)的發(fā)展。

（來源：解放日報）