不久前，由中国化学工程集团公司所属中国五环工程有限公司参与攻关完成的“400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化”项目荣获2020年度国家科技进步一等奖。
中国五环主要承担了该项目中最重要的一项共性技术大型干煤粉加压气化工艺和关键设备——3000吨级干煤粉加压气化成套工艺技术及关键设备的开发。该项技术是大型煤间接液化“卡脖子”关键核心技术之一。
打破垄断精粗通吃
2013年以前，国外对中国的2000吨级以上的大型干煤粉气化技术一直存在钳制。而引进国外的煤气化装置也暴露出不能长周期运行、投资高、建设周期长、对煤种适应性差等问题，严重制约了我国煤化工产业的发展。
中国五环联合神华宁煤集团聚焦国内煤气化装置运行中暴露的问题进行技术攻关，开发出大型粉煤加压气化成套工艺技术及3000吨级单烧嘴顶置干煤气化炉，降低了投资成本和运营成本，实现了装置的长周期运行。该项技术的研制成功，打破了国外技术垄断，使国产化率达到100%。
该技术煤种适应广，可气化高硫、高灰、高灰熔点的褐煤、烟煤等多煤种，既可“吃粗粮”劣质煤，也可“吃细粮”精煤；智能程度高，整套系统检测控制点达2200个，通过严密的联锁逻辑控制系统，实现全过程智能控制，保障了装置安全稳定。该技术以多煤种理化特性数据为基础，构建了气化炉流场等分析模型，研究了氧气和煤粉的强化反应规律，发展了气化炉研制的理论和工程应用，为开发更加大型、高效、节能、节水的先进煤气化技术奠定了良好基础。
四大突破引领创新
该项技术取得了以下四个方面的重大创新突破。
一是独创了湍流强度大、反应程度高的闭式循环膜式水冷壁反应室，使得反应室与组合式燃烧器及稳流排渣系统耦合效率高、灰渣比低、运行可靠。通过理论分析和实验研究确定了合理高径比的反应室与旋流式燃烧器、稳流式渣口匹配的结构，既有效控制了反应时间，又确保了反应室良好的湍流混合及返混效果。多路、独立、闭式循环的膜式水冷壁盘管结构设计，使得冷却水分布均匀、传热过程无相变，炉内温度场变化可测可控。提出了螺旋水冷壁内介质无相变传热的新思路，确保了水冷壁以渣抗渣的可靠性。外壳与水冷壁之间填充合成气或二氧化碳、中部无连接件设计，既有效消除反应室内件与反应室承压壳体的变形协调，又能有效减小气化炉壳体直径，降低投资，减轻制造难度，加快制造进度。
二是基于燃烧器强动量传导机制，揭示了顶置式旋流气化场湍流燃烧的动力学机理，揭示了氧气和煤粉的强化反应规律。集成火焰检测、火焰温度、火焰图像三合一监测系统，全过程监控，主烧嘴使用寿命达3年以上，气化炉热损失低，挂渣稳定。
三是发明了先进的水冷式梯级扩径稳流排渣系统，削减了合成气及熔渣由燃烧室进入激冷室过程中出现的散射和涡流。发明了下降管保护半管结构，合理控制合成气空速，避免了由于煤种的变化引起的气化炉操作不稳定导致的下降管磨损和破裂。
四是开发了智能操控系统，保证装置运行更加安全稳定。该装置实现了投料条件自动确认，投料过程一键启动，运行过程自动调整，异常情况自动保护。提出了带压点火、等压投料的新理念，缩短了投料时间，提高了系统稳定性。提出了炉内长明灯热保护的新理念，提高了气化效率和气化炉的在线率。
权威认证成套输出
2018年5月，中国石油和化学工业联合会组织专家对“3000吨级干煤粉加压气化成套工艺技术及关键设备的开发”进行了现场标定。专家对27#气化炉进行了100%~115%的高负荷运行测试，单炉原煤日处理量达到3012吨，成为目前国内外率先达到3000吨/日原煤处理能力的单烧嘴顶置干煤粉加压气化技术。
2018年5月27日，中国石油和化学工业联合会组织由中国工程院谢克昌院士、石油和化学工业规划院顾宗勤院长等我国煤化工、石油和化学工业方面的资深专家组成鉴定委员会，在北京召开了“3000吨级干煤粉加压气化成套工艺技术及关键设备的开发”科技成果鉴定会。鉴定结论为：该技术在3000吨级单烧嘴干煤粉加压气化技术领域填补了国际空白，处于世界领先水平。
此外，“一种旋流干煤粉气化炉”获得了第十九届中国专利金奖，并通过美国LD知识产权律师事务所知识产权评估，出口到美国。
目前，大型干煤粉加压气化成套技术在国内外多个领域应用，带动了国内一批装备制造企业的提升，改变了我国大型煤化工技术长期受制于国外企业的现状，使得我国具备了向国外成套输出大型煤制油化工技术和装备的能力。