9月3日，航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司(簡(jiǎn)稱航天工程)在吉林省松原市發(fā)布了航天爐褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)鑒定成果。該技術(shù)率先用于中化吉林長(zhǎng)山化工有限公司(簡(jiǎn)稱中化長(zhǎng)山)尿素改擴(kuò)建項(xiàng)目并取得亮眼的運(yùn)行效果，為大規(guī)模加工利用豐富的劣質(zhì)煤資源這一難題提供了航天方案。來(lái)自全國(guó)各地的與會(huì)代表通過(guò)參觀和深入交流，充分了解該技術(shù)后，認(rèn)為該技術(shù)投資低、流程短，容易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，具有很好的推廣價(jià)值和前景。

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圖為鑒定成果發(fā)布會(huì)現(xiàn)場(chǎng)

　　我國(guó)富煤、貧油、少氣的資源結(jié)構(gòu)，以及新能源占比很小的現(xiàn)實(shí)，決定了未來(lái)很長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)煤炭仍將是我國(guó)的主體能源。盡管我國(guó)總體富煤，但煤炭品質(zhì)并不都盡如人意，低階煤包括褐煤、高硫原煤、高灰原煤等，占全國(guó)煤炭資源總量的40%左右。

　　截至目前，全國(guó)已探明褐煤儲(chǔ)量約1300億噸，占我國(guó)煤炭資源儲(chǔ)量的13%。它主要分布在蒙東、黑龍江和云南等地區(qū)，資源供應(yīng)豐富，開(kāi)采成本低，推進(jìn)褐煤在產(chǎn)地周邊就近轉(zhuǎn)化利用，是落實(shí)國(guó)家能源安全戰(zhàn)略、促進(jìn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要方向。

　　褐煤作為煤化程度最低的煤，碳含量低、氫和氧含量高，具有水分及揮發(fā)分含量高、灰熔融性變化范圍大、熱值低、熱穩(wěn)定性差、反應(yīng)活性高等特點(diǎn)，與煙煤和無(wú)煙煤相比，無(wú)論是作動(dòng)力煤還是作原料煤在品質(zhì)上都存在較大差距，清潔高效加工實(shí)現(xiàn)資源化利用的技術(shù)難度也更大。正因如此，目前國(guó)內(nèi)褐煤的開(kāi)發(fā)利用不夠充分，褐煤資源被閑置或低質(zhì)化利用的現(xiàn)象普遍存在。

　　如何有效開(kāi)發(fā)利用好褐煤資源，成為提高我國(guó)煤炭資源利用率、更有效落實(shí)國(guó)家能源安全戰(zhàn)略的重要抓手之一，也是煤炭及深加工工業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要補(bǔ)短板工程，近年來(lái)持續(xù)成為能源領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　中國(guó)煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)名譽(yù)會(huì)長(zhǎng)王顯政介紹，基于運(yùn)輸安全性和經(jīng)濟(jì)性，褐煤的使用與有效利用半徑密切相關(guān)，就地加工轉(zhuǎn)化勢(shì)在必行。褐煤就地轉(zhuǎn)化有兩種途徑：發(fā)電和煤化一體化。相對(duì)而言，煤化一體化過(guò)程借助煤氣化爐這一轉(zhuǎn)化載體，可實(shí)現(xiàn)煤炭由燃料向原料、燃料并重轉(zhuǎn)變，由傳統(tǒng)能源向潔凈能源轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)油、氣、烯烴及煤基化學(xué)品、煤基新材料，市場(chǎng)巨大，經(jīng)濟(jì)性也更為可觀。

　　航天工程副總經(jīng)理朱玉營(yíng)指出，褐煤氣化在技術(shù)上存在四個(gè)主要難點(diǎn)：一是反應(yīng)活性好，燃燒劇烈，燒嘴頭部熱應(yīng)力大;二是火焰剛度低，容易造成“舔壁”;三是揮發(fā)分含量高，干燥和輸運(yùn)環(huán)節(jié)安全和環(huán)保問(wèn)題突出;四是褐煤煤粉的物化性質(zhì)不同，上下游工藝匹配存在問(wèn)題。

　　長(zhǎng)山首秀，運(yùn)行數(shù)據(jù)亮眼

　　中化長(zhǎng)山地處吉林省松原市，擁有60萬(wàn)噸/年尿素、25萬(wàn)噸/年復(fù)合肥、3000噸/年精嗎啉生產(chǎn)能力，副產(chǎn)液氧、液氮、液氬等產(chǎn)品。

　　中化長(zhǎng)山尿素改擴(kuò)建項(xiàng)目為新建一套30萬(wàn)噸/年尿素裝置，由空分、氣化、凈化、氨合成和尿素等裝置組成，于2009年啟動(dòng)，2013年開(kāi)工建設(shè)，2015年7月竣工，2015年10月產(chǎn)出合成氨產(chǎn)品。其氣化裝置采用航天褐煤高效轉(zhuǎn)化技術(shù)生產(chǎn)粗合成氣，也是該技術(shù)首次應(yīng)用于褐煤氣化領(lǐng)域。

　　中化長(zhǎng)山造氣車(chē)間主任周啟航介紹，該氣化裝置干燥工藝采用“滾筒預(yù)干燥”技術(shù)路線。氣化工藝采用“頂置單燒嘴+粉煤加壓氣化+下行水激冷”技術(shù)路線，可以實(shí)現(xiàn)較為寬泛的各類褐煤的轉(zhuǎn)化利用;技術(shù)先進(jìn)，碳轉(zhuǎn)化率高，單位氧耗低;國(guó)產(chǎn)化率高，建設(shè)投資省，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低;裝置運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

　　由于航天工程對(duì)褐煤氣化工藝的適應(yīng)性開(kāi)發(fā)，中化長(zhǎng)山項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，技術(shù)指標(biāo)亮眼。據(jù)周啟航介紹，裝置沒(méi)有發(fā)生過(guò)安全事故，且VOCs達(dá)標(biāo)排放。2018年累計(jì)運(yùn)行304天，氣化碳轉(zhuǎn)化率98.7%左右，有效氣含量88.5%。截至2019年7月底共運(yùn)行199天，氣化碳轉(zhuǎn)化率98.8%左右，有效氣含量88.7%。

　　中化長(zhǎng)山總工程師謝德全說(shuō)：“以航天爐為龍頭的新建項(xiàng)目投產(chǎn)后，合成氨生產(chǎn)成本下降了500~600元/噸。企業(yè)經(jīng)歷了2016年到2017年化肥行業(yè)和尿素市場(chǎng)的低迷后，深刻理解了航天爐的能耗優(yōu)勢(shì)。”

　　周啟航介紹，中化長(zhǎng)山今年前7個(gè)月已經(jīng)實(shí)現(xiàn)盈利近8000萬(wàn)元，全年盈利預(yù)計(jì)有望實(shí)現(xiàn)1.5億元。

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為客戶代表現(xiàn)場(chǎng)觀摩中化長(zhǎng)山航天氣化裝置

　　逐個(gè)擊破，整體技術(shù)國(guó)際先進(jìn)

　　朱玉營(yíng)表示，為了破解這些“攔路虎”問(wèn)題，航天工程多年深入研究蒙東褐煤煤質(zhì)特性，吃透了褐煤的氣化特性、熔渣特性及煤粉的物化性質(zhì)。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)性開(kāi)發(fā)出了新型燒嘴、新型氣化爐及褐煤預(yù)干燥和輸送工藝路線，實(shí)現(xiàn)了褐煤氣化裝置的高效、清潔、安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

　　航天工程建立了典型褐煤煤質(zhì)氣化及熔渣特性、褐煤煤粉輸運(yùn)特性數(shù)據(jù)庫(kù)，為國(guó)內(nèi)其他地區(qū)以及海外褐煤氣化項(xiàng)目的推廣提供了條件。航天工程市場(chǎng)開(kāi)發(fā)部宋高鵬介紹說(shuō)，對(duì)蒙東褐煤進(jìn)行元素分析和工業(yè)分析發(fā)現(xiàn)，該地區(qū)原煤水分含量較高，約在30%左右，熱值較低、灰分波動(dòng)較大、揮發(fā)分含量高、易磨煤。

　　在充分研究褐煤數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，航天工程總結(jié)了蒙東褐煤的高效清潔轉(zhuǎn)化思路。宋高鵬表示，蒙東褐煤水分高熱值低，應(yīng)優(yōu)先選用30%左右含水，熱值3500KCal/kg以上的煤種，就近轉(zhuǎn)化，運(yùn)輸距離控制在200~300km半徑內(nèi)。蒙東褐煤渣粘溫特性較好，操作窗口較寬，優(yōu)先選用操作窗口>80℃以上的煤種作為原料煤使用。蒙東褐煤灰分含量和灰熔點(diǎn)波動(dòng)較大，優(yōu)先選用入爐基灰分在8%~15%，灰熔點(diǎn)在1200℃~1350℃的煤種作為原料煤使用。蒙東褐煤揮發(fā)分含量高，反應(yīng)活性高，物理化學(xué)性質(zhì)明顯區(qū)別與煙煤，干燥和輸送工藝要重點(diǎn)解決好安全、環(huán)保問(wèn)題，以及系統(tǒng)的工藝參數(shù)匹配問(wèn)題。

　　對(duì)此，王顯政指出，行業(yè)之前發(fā)展吃虧在先造好氣化爐再去匹配原料煤，越試產(chǎn)生的問(wèn)題越多。航天爐最大的特點(diǎn)是先研究透原料，再進(jìn)行爐型設(shè)計(jì)，這是取得成功的重要因素之一。

　　宋高鵬介紹，公司在新型燒嘴(燃燒器)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，主要針對(duì)燒嘴頭部熱防護(hù)、燒嘴噴口結(jié)構(gòu)、燒嘴粉煤通道均布結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行了研發(fā)。其中，通過(guò)燒嘴噴口結(jié)構(gòu)開(kāi)發(fā)，確定了燒嘴噴口結(jié)構(gòu)方案，實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)高溫區(qū)下移，有效延長(zhǎng)燒嘴壽命，提升氣化燒嘴性能。通過(guò)燒嘴粉煤通道均布結(jié)構(gòu)研發(fā)，保證碳轉(zhuǎn)化率和燃燒效率，避免燒嘴偏燒，平均相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差由約49.16%降低到了6.75%。

　　宋高鵬介紹，公司在新型氣化爐研發(fā)方面，通過(guò)氣化室結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)，模擬實(shí)驗(yàn)獲取了褐煤熔渣在水冷壁面流動(dòng)的一般規(guī)律，結(jié)合仿真分析和褐煤煤灰特性，確定了水冷壁直徑、長(zhǎng)徑比。通過(guò)氣化室渣口設(shè)計(jì)，確定了渣口結(jié)構(gòu)形式及關(guān)鍵尺寸，并針對(duì)煤種灰分波動(dòng)引起的異常情況設(shè)計(jì)了渣口堵渣故障處理預(yù)案，確保氣化爐運(yùn)行過(guò)程中渣口掛渣良好。另外，公司還開(kāi)發(fā)了“滾筒預(yù)干燥+褐煤密閉輸送+褐煤磨煤干燥”組合工藝路線，解決了預(yù)干燥和輸運(yùn)環(huán)節(jié)安全性和VOCs達(dá)標(biāo)排放問(wèn)題。

　　2019年8月31日，航天工程自主開(kāi)發(fā)的國(guó)內(nèi)首套適用褐煤加工的粉煤水冷壁加壓氣化技術(shù)，通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。鑒定委員會(huì)專家鑒定意見(jiàn)為：該項(xiàng)技術(shù)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，可實(shí)現(xiàn)褐煤的安全、清潔、高效轉(zhuǎn)化，整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，建議加快推廣應(yīng)用。

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圖為客戶代表聽(tīng)取有關(guān)中化長(zhǎng)山航天氣化裝置的現(xiàn)場(chǎng)講解

　　反響良好，加大推廣應(yīng)用

　　9月3日，航天爐褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)鑒定成果發(fā)布會(huì)上，來(lái)自全國(guó)的代表對(duì)該技術(shù)和中化長(zhǎng)山運(yùn)行情況進(jìn)行了深入了解、交流。來(lái)自某煤化工企業(yè)的代表告訴記者，該技術(shù)投資低，流程短，容易實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行，推廣前景非常好。

　　一位新疆煤化工企業(yè)代表借參觀機(jī)會(huì)，與中控車(chē)間操作員就干燥機(jī)的參數(shù)進(jìn)行深入交流。他告訴記者，自己企業(yè)當(dāng)?shù)赜妹弘m非褐煤，但含水量與褐煤相近，此次專程來(lái)考察褐煤航天爐運(yùn)行情況，在新上項(xiàng)目時(shí)會(huì)考慮選用航天爐。

　　此外，多家企業(yè)代表借著此次機(jī)會(huì)交流學(xué)習(xí)，考察航天爐運(yùn)行情況。一位來(lái)自褐煤氣化技術(shù)研發(fā)企業(yè)代表告訴記者，利用此次機(jī)會(huì)學(xué)習(xí)交流航天褐煤技術(shù)，很有收獲。

　　針對(duì)航天爐褐煤清潔高效轉(zhuǎn)化技術(shù)今后發(fā)展的重點(diǎn)方向，朱玉營(yíng)表示，航天工程將加快我國(guó)褐煤產(chǎn)區(qū)的技術(shù)推廣應(yīng)用，積極開(kāi)發(fā)印尼和澳大利亞等褐煤資源豐富的海外市場(chǎng);建立褐煤預(yù)干燥、褐煤輸送、褐煤氣化設(shè)計(jì)和運(yùn)維的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系，并進(jìn)一步豐富褐煤氣化特性數(shù)據(jù)庫(kù);推動(dòng)更大規(guī)模褐煤氣化項(xiàng)目實(shí)施，提升規(guī)模效益。

　　中化長(zhǎng)山褐煤航天爐選用記

　　中化吉林長(zhǎng)山化工有限公司(簡(jiǎn)稱中化長(zhǎng)山)始建于1969年，自1976年投產(chǎn)的幾十年發(fā)展歷程過(guò)程中，氣化裝置幾經(jīng)更迭。

　　中化長(zhǎng)山總工程師謝德全介紹說(shuō)：“由于原油價(jià)格上漲，中化長(zhǎng)山2000年油改煤，上馬了6臺(tái)富氧連續(xù)氣化爐，以山西白煤和焦化煤為原料。剛運(yùn)行兩年，白煤和焦炭?jī)r(jià)格大幅上漲，于2003年上馬了兩套恩德?tīng)t。從2003年開(kāi)始，直至2018年1月，兩套恩德?tīng)t解決了當(dāng)時(shí)中化長(zhǎng)山的生存問(wèn)題。”

　　他說(shuō)：“但基于恩德?tīng)t常壓制氣能耗高所帶來(lái)的環(huán)保問(wèn)題逐漸顯現(xiàn)，中化長(zhǎng)山于2008年就開(kāi)始調(diào)研氣化爐�？疾烨昂蠡�了3~4年時(shí)間，很耐心也很?chē)?yán)謹(jǐn)，在調(diào)研多種煤型和氣化爐實(shí)際運(yùn)行情況的基礎(chǔ)上，最后下定決心向總部打報(bào)告，選用粉煤加壓氣化技術(shù)。”

　　選定氣化爐之后，煤種適應(yīng)性問(wèn)題就首當(dāng)其沖。謝德全介紹說(shuō)：“之前運(yùn)行的航天爐燒的都是煙煤和無(wú)煙煤，但蒙東褐煤含水量達(dá)30%多，變成煤粉送入氣化爐成為一道難題。恰好當(dāng)時(shí)，某化工企業(yè)煤制烯烴項(xiàng)目成功運(yùn)行，選用的預(yù)干燥系統(tǒng)能把40%的水干燥至8%左右。我們與航天工程受此啟發(fā)，開(kāi)發(fā)了干燥工藝路線，并用在航天爐前端，解決了煤種干燥問(wèn)題。”

　　同時(shí)，航天工程還針對(duì)燒嘴和氣化室進(jìn)行了適應(yīng)性改造，克服諸多技術(shù)困難后，氣化爐順利投產(chǎn)運(yùn)行。

　　他說(shuō)：“航天爐投用之后，該裝置操作人員在主控室操作就行，現(xiàn)場(chǎng)人員都撤出來(lái)了。2018年初，就把恩德?tīng)t完全停下來(lái)了。這主要基于兩方面原因：一是恩德?tīng)t的造氣、環(huán)保、安全等各方面成本高;二是兩套裝置生產(chǎn)工藝完全不一樣，完全獨(dú)立，人員不好配置。”

　　近兩年，在中化集團(tuán)“科學(xué)至上”戰(zhàn)略的指引下，中化長(zhǎng)山不斷改進(jìn)創(chuàng)新、優(yōu)化運(yùn)行指標(biāo)，2018年以來(lái)該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。