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煤化工
——新疆天业等离子体煤制乙炔技术研发纪实
近日,由新疆天业自主研发的等离子体煤制乙炔技术获得5项国家发明专利授权，其核心工艺及装置形成了技术专利群。据悉，该项目2013年列入国家科技支撑计划后，技术研发团队围绕核心装置使用寿命进行方案优化与改进，使等离子体炬连续稳定运行时间突破了200小时。项目组十三年磨一剑，通过自主创新以及与国内外著名研究单位合作，充分利用自身优势，调动相关行业技术资源，终于开辟了一条煤炭清洁利用的新途径。
等离子体裂解煤制乙炔是借助氢等离子体高温、强化学活性和煤与乙炔接近的碳氢比等特性，煤粉直接喷入温度在3500℃以上的等离子体中迅速裂解，在1500℃高温下迅速达到化学平衡，形成以乙炔、氢气为主的裂解气，再经气体分离和提浓后，得到高纯度的乙炔。该技术具有低碳、低资源消耗、低污染、流程短、洁净高效等优势，在煤炭清洁利用领域大有可为。
该技术项目负责人、新疆天业集团研究院副总工熊新阳说：“传统电石水解法乙炔生产过程中，吨乙炔约消耗电12000千瓦时、2吨焦炭和3吨石灰，资源消耗大、生产成本高。等离子体裂解煤制乙炔具有资源消耗少、生产成本低的特点。同时，该工艺气体产物中富含氢气、一氧化碳、甲烷、乙烯等产品可分离提纯使用，裂解后的煤粉可以做水煤浆气化或者加工制成活性炭、电石型焦等产品，整个工艺水资源消耗低，经济和环境效益显著。已取得的研究进展充分证明，该技术路线具有良好的工业化应用前景，对推动煤的高效清洁转化和等离子体技术的发展具有重大意义。”
新疆天业自2001年起，先后与复旦大学、俄罗斯科学院、中国科学院等离子体研究所等单位合作，共同开发了2MW氢等离子体煤裂解制乙炔技术，并建立了中试试验装置，取得了一系列重要研究成果。2007年，新疆天业与复旦大学、清华大学、浙江大学联合，进行工业规模5MW大功率氢等离子体裂解煤制乙炔关键技术的研究，建成了国际首套5MW等离子体裂解煤制乙炔示范装置，并得到了国家“863”计划重点项目的资助。
据介绍，影响等离子体裂解煤制乙炔反应器长周期稳定操作的一个瓶颈问题是反应器壁面的结焦现象，一方面结焦生长会导致流道面积逐渐减小直至堵塞，反应器无法长时间运行；另一方面，结焦过程造成系统压力波动，影响上游等离子体发生器工作，以致于影响反应器的稳态操作。项目组经过多年的试验研究，采用防焦和控焦集合的创新方法解决了反应器结焦的难题。
该技术核心装置研发负责人刘军还告诉记者，通过建立淬冷过程的数学模型，研究淬冷设备参数对淬冷过程的影响，项目组成功研制出大尺寸新型高效淬冷设备，解决了大规模工业化装置的裂解气淬冷问题，确保了乙炔收率。
在2MW等离子体炬研制过程中，项目组又遇到了新难题。俄罗斯专家提供的等离子体炬电启动方案，启动中往往形成大电流过流，一次启动就将启动回路烧毁，且启动成功率只有10%左右。洋和尚念经不灵了，怎么办？为了解决这个问题，他们与国内有关单位继续攻关，通过采取精确修正电源启动电压波形、多级单向电阻电容启动回路、优化各回路元件参数和操作工艺等措施，实现了大功率等离子体炬的工业化应用。“目前，大功率氢等离子体炬启动成功率达到100%、启动电流过流量小于30%。”装置研发专家黄峥嵘谈起此事，充满了自豪。
