张启科，段小锋，胡小斌，毛吉会，张小琴
[陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心，陕西 西安710075]
［摘 要］由陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心自主研发的万吨级粉煤热解-气化一体化（CCSI）技术，通过之前16次中试试验的总结，完成了三大重要项改造——多管旋风分离器改造、焦油取样系统改造、热解炉锥部气化剂流化分布改造，2021年8月25日启动第17次中试试验进行考察验证，以评估三大重要项改造后中试装置运行的平稳性和长周期性。第17次中试试验结果表明：多管旋风分离器分离效果明显，细灰捕集量增多，解决了制约中试装置长周期运行的“卡脖子”问题；热解炉锥部气化剂流化分布均匀，反应彻底；焦油取样系统实现公斤级取样，样品回收简单方便。目前本CCSI技术产业化有序推进，接下来将继续予以优化完善，探讨与落实大型产业化的问题，推动现代煤化工向清洁转化、环保经济、资源高效利用的能源化工转型。
［关键词］万吨级粉煤热解-气化一体化（CCSI）技术；中试试验；多管旋风分离器；热解炉锥部气化剂流化分布；焦油公斤级取样；试验结果；产业化探讨
［中图分类号］TQ536.1 ［文献标志码］A ［文章编号］1004-9932（2023）01-0021-04
0 引 言
由陕西延长石油（集团）有限责任公司碳氢高效利用技术研究中心（简称延长石油碳氢中心）自主研发的万吨级粉煤热解-气化一体化（CCSI）技术工业中试试验装置建于陕西兴平市兴化工业园区，历经多次试验与尝试，圆满完成了空气版和氧气版的气化试验，完成试验目标，达到预期效果。试验期间，CCSI空气气化技术于2017年4月通过了由中国石化联合会组织的专家鉴定；CCSI氧气气化技术于2019年7月14日顺利通过了由陕西省化工学会组织的72 h现场标定任务，完成装置的长周期、稳定运行考察。CCSI技术自开始研发以来，历经小试、冷模试验、工艺包设计编写、万吨级试验装置建设及试验等一系列研发阶段，历时8 a，开展了深入的探索、理论性研究和工程化技术开发工作，在万吨级试验装置上同时完成了空气气化、氧气气化条件下的试验评价，取得了一系列关键技术突破和重要的工程化数据。
CCSI技术的核心在于独创了“一器三区”粉煤热解与气化一体化反应器，在同一反应器内完成粉煤热解以及半焦或粉煤气化两种反应，生成焦油、粗合成气两种产物：焦油一般作为加工精制的原料制取各种化工产品，也可以直接循环利用；合成气是化工行业的重要原料，在化工生产中具有十分广泛的用途，可以制成不同形式的新型燃料等。CCSI技术开发的由一体化反应系统、高效分离系统、油气回收系统耦合集成的新工艺技术，反应过程中可实现物料互供、热量自平衡，反应过程能耗低、资源利用率高，产品回收率高，工艺流程简单，智能化控制水平高。研发过程中，通过持续开展中试装置试验，不断摸索、总结经验，探寻制约CCSI技术产业化的症结所在，并不断地整改问题、解决难题，以加快技术的产业化，实现资源的清洁化转型和高效利用，实现经济效益与技术突破的双丰收。
8 a的试验开展以及产业化探索表明，CCSI技术可实现煤炭的分质转化和高效清洁利用，该技术的成功研发及今后的工业化推广应用，必将为我国煤化工产业变革带来新的生机，对保障我国能源安全、实现煤炭资源高效清洁利用及解决大气污染等问题具有重要的战略意义。
1 CCSI中试装置试验的开展
1.1 试验目的
CCSI中试装置试验的目的是，据延长石油碳氢中心自主研发的粉煤热解-气化一体化（CCSI）技术的设计理念与初衷，通过持续的中试试验解决各种瓶颈问题、关键性问题，进而持续地在中试装置上进行改造，并通过试验运行来考察验证改造效果，以加快CCSI技术产业化的步伐。2021年8月25日，CCSI中试试验装置启动第17次试验，在此之前的16次中试试验主要开展的是空气版和氧气版的气化试验，解决了进煤堵塞、气/固/液三相彻底分离、气体取样和煤气洗涤效果等方面的问题，完成了试验任务，取得了现场72 h标定和鉴定，完成了产业化工艺包的编写，计划在陕北工业园区建厂试验，已列入“十四五”规划中。通过之前16次试验的总结，明确了目前CCSI技术存在旋风分离效率低下、热解炉锥部气化剂流化效果差和焦油取样困难等问题，并完成了三大重要项改造——多管旋风分离器改造、焦油取样系统改造、热解炉锥部气化剂流化分布改造，改造完成后启动第17次试验进行考察验证，以评估三大重要项改造后中试装置运行的平稳性和长周期性。本次改造技术难度大、安全环保要求高，试验准备周期长，旨在通过重大关键核心技术的突破解决中试装置长周期、稳定运行的“卡脖子”问题，为CCSI技术产业化提供有力的理论依据和技术支持。
1.2 试验过程与结果
1.2.1 中试试验装置工艺流程简述
粉煤热解-气化一体化（CCSI）中试装置热解炉分为气化段和热解段两段循环流化床，煤粉与气化剂（氧气、蒸汽和二氧化碳）在其中进行反应——在热解段通过煤粉热解产生半焦及焦油，在气化段以热解产生的半焦为原料与气化剂反应生成粗合成气，粗合成气夹带的固体颗粒可用来作为热解的热载体。
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