“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有30多年的歷史。該校潔凈煤技術研究所聯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完成的“大型氣流床煤氣化爐內湍流多相流動、傳遞與反應過程基礎研究與工程應用”項目，聚焦自主知識產權多噴嘴対置式水煤漿氣化技術在大型化、長周期高效穩定運行中面臨的挑戰，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，為自主知識產權大型煤氣化技術的進一步發展和應用提供了可靠支撐，取得了國內外同行公認的成果。
“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、甲醇等有機化工產品和支持農業發展的尿素。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，團隊開始開發自主知識產權的大型煤氣化技術。隨著研究的深入，團隊成員發現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年繼續得到支持。深入的基礎研究，讓技術走得更遠。
氣化爐內高溫、高壓、湍流多相流動的環境極其復雜。要想獲得煤氣化過程狀態，進而建立數學模型，就必須了解不同因素影響下反應過程的基本規律。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，團隊經研究發現，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”。項目組通過開發高分辨率紫外成像系統，辨識了氣化爐內三維溫度場及火焰結構，獲得了爐內顆粒的結構、形態、行為及轉換規律等關鍵信息。
項目組基于這些信息建立了氣流床煤氣化過程的數學模型，對多噴嘴對置式水煤漿氣化爐進行了優化模擬，并基于氣流床煤氣化過程區域模型，建立了多噴嘴對置式氣化爐降階模型，為開展氣化爐動態模擬奠定了基礎。
這些研究成果產生了顯著的效果。與國內外同類技術相比，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，降低了工業成本。
在項目組的共同努力下，團隊已授權發明專利20余項(其中包括美國專利2項)，發表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噸煤氣化裝置在內蒙古榮信化工有限公司正式投產，標志著項目組自主知識產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外40余家企業，為企業新增產值180多億元，新增利稅超過41億元，為企業節支4.3億元，節省專利費3.8億元，極大地促進了我國現代煤化工行業的發展。
（來源：解放日報）