近日,由新疆天業(yè)自主研發(fā)的等離子體煤制乙炔技術(shù)獲得5項國家發(fā)明專利授權(quán)，其核心工藝及裝置形成了技術(shù)專利群。該項目2013年列入國家科技支撐計劃后，技術(shù)研發(fā)團隊圍繞核心裝置使用壽命進行方案優(yōu)化與改進，使等離子體炬連續(xù)穩(wěn)定運行時間突破了200小時。
等離子體裂解煤制乙炔是借助氫等離子體高溫、強化學(xué)活性和煤與乙炔接近的碳?xì)浔鹊忍匦裕悍壑苯訃娙霚囟仍?500℃以上的等離子體中迅速裂解，在1500℃高溫下迅速達到化學(xué)平衡，形成以乙炔、氫氣為主的裂解氣，再經(jīng)氣體分離和提濃后，得到高純度的乙炔。該技術(shù)具有低碳、低資源消耗、低污染、流程短、潔凈高效等優(yōu)勢，在煤炭清潔利用領(lǐng)域大有可為。
該技術(shù)項目負(fù)責(zé)人、新疆天業(yè)集團研究院副總工熊新陽說：“傳統(tǒng)電石水解法乙炔生產(chǎn)過程中，噸乙炔約消耗電12000千瓦時、2噸焦炭和3噸石灰，資源消耗大、生產(chǎn)成本高。等離子體裂解煤制乙炔具有資源消耗少、生產(chǎn)成本低的特點。同時，該工藝氣體產(chǎn)物中富含氫氣、一氧化碳、甲烷、乙烯等產(chǎn)品可分離提純使用，裂解后的煤粉可以做水煤漿氣化或者加工制成活性炭、電石型焦等產(chǎn)品，整個工藝水資源消耗低，經(jīng)濟和環(huán)境效益顯著。已取得的研究進展充分證明，該技術(shù)路線具有良好的工業(yè)化應(yīng)用前景，對推動煤的高效清潔轉(zhuǎn)化和等離子體技術(shù)的發(fā)展具有重大意義。”
新疆天業(yè)自2001年起，先后與復(fù)旦大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、中國科學(xué)院等離子體研究所等單位合作，共同開發(fā)了2MW氫等離子體煤裂解制乙炔技術(shù)，并建立了中試試驗裝置，取得了一系列重要研究成果。2007年，新疆天業(yè)與復(fù)旦大學(xué)、清華大學(xué)、浙江大學(xué)聯(lián)合，進行工業(yè)規(guī)模5MW大功率氫等離子體裂解煤制乙炔關(guān)鍵技術(shù)的研究，建成了國際首套5MW等離子體裂解煤制乙炔示范裝置，并得到了國家“863”計劃重點項目的資助。
影響等離子體裂解煤制乙炔反應(yīng)器長周期穩(wěn)定操作的一個瓶頸問題是反應(yīng)器壁面的結(jié)焦現(xiàn)象，一方面結(jié)焦生長會導(dǎo)致流道面積逐漸減小直至堵塞，反應(yīng)器無法長時間運行;另一方面，結(jié)焦過程造成系統(tǒng)壓力波動，影響上游等離子體發(fā)生器工作，以致于影響反應(yīng)器的穩(wěn)態(tài)操作。項目組經(jīng)過多年的試驗研究，采用防焦和控焦集合的創(chuàng)新方法解決了反應(yīng)器結(jié)焦的難題。
該技術(shù)核心裝置研發(fā)負(fù)責(zé)人劉軍，通過建立淬冷過程的數(shù)學(xué)模型，研究淬冷設(shè)備參數(shù)對淬冷過程的影響，項目組成功研制出大尺寸新型高效淬冷設(shè)備，解決了大規(guī)模工業(yè)化裝置的裂解氣淬冷問題，確保了乙炔收率。
項目組十三年磨一劍，通過自主創(chuàng)新以及與國內(nèi)外著名研究單位合作，充分利用自身優(yōu)勢，調(diào)動相關(guān)行業(yè)技術(shù)資源，終于開辟了一條煤炭清潔利用的新途徑。俄羅斯專家提供的等離子體炬電啟動方案，啟動中往往形成大電流過流，一次啟動就將啟動回路燒毀，且啟動成功率只有10%左右。怎么辦?為了解決這個問題，他們與國內(nèi)有關(guān)單位繼續(xù)攻關(guān)，通過采取精確修正電源啟動電壓波形、多級單向電阻電容啟動回路、優(yōu)化各回路元件參數(shù)和操作工藝等措施，實現(xiàn)了大功率等離子體炬的工業(yè)化應(yīng)用。“目前，大功率氫等離子體炬啟動成功率達到100%、啟動電流過流量小于30%。”裝置研發(fā)專家黃崢嶸談起此事，充滿了自豪。
