航天炉攻克无烟煤气化难关

航天炉攻克无烟煤气化难关

2020年《政府工作报告》提出“推动煤炭清洁高效利用”，如今无烟煤清洁高效利用有了生动注脚和案例。

9月10日，航天长征化学工程股份有限公司(简称：航天工程)在山西省晋城市发布“航天炉无烟粉煤清洁高效转化技术”科技鉴定成果。

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经中国石油和化学工业联合会组织专家鉴定：该技术系国内首套自主研发的适用无烟粉煤的大型化粉煤水冷壁加压气化技术，并在晋煤集团华昱高硫煤洁净利用化电热一体化示范项目一期年产百万吨甲醇工程中成功应用，单台日处理干煤粉1500吨，自2018年8月打通全流程以来，实现了无烟粉煤的安全、清洁、高效转化和长周期稳定运行。该技术在无烟粉煤气化领域达到国际领先水平，建议加快推广应用。

无烟煤是煤化程度最高的煤，具有固定碳含量高，挥发分低，密度大，硬度大，燃点高，燃烧时不冒烟的特点。在中国现有探明储量中，无烟煤类约占煤炭总量的11.5%，主要分布在山西和贵州两省，其后是河南和四川省。

无烟块煤曾经是优质的化工原料煤，是固定床造气工艺的最优原料。但由于固定床单炉处理能力小、有效气含量低、污染物环保处理难度大，因此《产业结构调整指导目录(2019年本)》将采用固定床间歇气化技术的项目列为限制类。今年《危险化学品安全生产淘汰落后技术装备目录(2020年第一批)》(征求意见稿)也提出常压固定床间歇煤气化工艺限制两年内改造完成。因此无烟煤清洁利用亟需寻找新的出路。

由于灰分高、灰熔融温度高、反应活性低、可磨指数低等因素，无烟煤清洁高效转化是一块“难啃的骨头”。问题摆在眼前，如何解决?

“航天方案”有高招。航天工程公司成立于2007年6月，隶属于中国航天科技集团公司中国运载火箭技术研究院，将中国航天在运载火箭和液体火箭发动机研制、生产和试验方面积累的优势，应用于煤炭洁净高效利用领域。

“技术创新是公司发展的动力源泉，是参与市场竞争的根本。”航天工程公司总经理姜从斌说：“航天工程公司成立十余年来，一直致力于开发自主知识产权、适应我国煤炭资源特点的先进煤气化技术。我们针对无烟煤气化特性进行了大量研究工作，充分掌握了煤灰灰熔融、灰黏度数据、可磨指数、热解特性数据、燃烧实验数据以及反应动力学等参数，开发出一套用于粉煤气化的解决方案。同时根据无烟煤气化特性，成功开发无烟煤气化炉和烧嘴及其配套工艺技术，并在晋煤华昱甲醇项目得到应用。”

对于无烟粉煤的清洁高效大规模工业化应用，山西晋煤华昱煤化工有限责任公司是第一个吃螃蟹的。该公司是晋煤集团的控股子公司，成立于2011年10月，负责晋煤集团“高硫无烟煤洁净利用循环经济工业园”项目的筹备、建设和运营。园区一期工程概算投资86亿元，技术路线是高硫无烟煤制甲醇，产品规模为120万吨/年甲醇，50万吨/年清洁燃料。　其高硫煤洁净利用化电热一体化示范项目一期年产百万吨甲醇工程项目于2012年7月9日取得发改委备案，2014年7月破土动工，采用四台φ3800/3800型航天炉。　2018年7月15日首台航天炉点火投煤成功，2018年8月18日系统打通流程，产出合格甲醇。

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晋煤华昱董事长、总经理牛宏宽说：“在晋煤集团和社会各界的大力支持下，特别是得益于航天煤气化技术的支撑，公司项目建设、试车投产非常顺利。2018年8月18日打通流程一次投料试车成功，到年底近4个月时间生产甲醇26.2万吨，实现销售收入6.6亿元，创造了当时国内单系列百万吨级大化工项目‘安全试车、最快投产、当年见效’的好成绩。2019年项目实现了达产达效。2020年剔除2月份疫情导致负荷降低的影响，3-6月份公司吨甲醇成本降至1118元，甲醇制造成本、完全成本均达到了晋煤集团化工板块最好水平。”

经鉴定专家组考核，航天炉在晋煤集团华昱高硫煤洁净利用化电热一体化示范项目一期百万吨/年甲醇工程中成功应用，单台日处理干煤粉1500吨，实现长周期稳定运行。考核结果表明：气化装置单炉有效气(CO+H2)产量≥96159　Nm3/h　，比氧耗<339　Nm3/k　Nm3(CO+H2)，入炉煤比煤耗<614kg/k　Nm3(CO+H2)，碳转化率≥98.5%，冷煤气效率>80.6%，有效气(CO+H2)含量达到91.7%，粗细渣比例8：2，考核数据优于设计指标。

鉴定专家组认为：航天炉无烟粉煤清洁高效转化技术拥有自主知识产权，可实现无烟粉煤的安全、清洁、高效转化，该技术在无烟粉煤气化领域达到国际领先水平。建议加快该技术的推广应用。

鉴定组组长、中国氮肥工业协会理事长顾宗勤说：“无烟煤的利用一直是个难题，在大规模全烧无烟粉煤方面，航天炉是第一个吃螃蟹的，几大难点都得以突破，形成了诸多创新点。同时用户单位晋煤华昱公司的运行指标优异，这对整个行业来说是很大的突破。”

原化工部副部长、中国石油和化学工业联合会原会长李勇武说：“航天工程公司能气化无烟煤，这样做不简单，啃了硬骨头。正所谓艺高人胆大，如果没有丰富的实干经验和扎实的技术功底，就不能创新性地解决实际问题。他们能帮企业解决实际问题，所以特别有生命力。　”

李勇武评价说：“这次通过鉴定达到国际领先水平的科技成果，是航天工程公司与晋煤华昱公司共同研发推进的结果，这是一个合作的典范。”

晋煤华昱公司董事长、总经理牛宏宽表示：“我们和航天工程一起攻克了晋城无烟煤用于气流床气化的系列技术性难题，为晋城矿区无烟煤的清洁高效转化，走出了一条可靠路径。下一步，将与航天工程一道，进一步改进和优化气化装置，致力于高硫无烟煤的高效转化利用，以期为晋城无烟煤、高硫煤乃至全国劣质煤的高效综合利用作出新贡献!

航天工程公司总经理姜从斌表示，未来航天工程公司还将充分总结在烟煤、褐煤、无烟煤气化技术开发过程中形成的气化解决方案和技术经验，继续深入研究反应活性低、可磨指数低等相似特性的含碳物质气化处理技术，为我国煤炭资源、危废资源的清洁高效利用贡献“航天方案”。