高碳原料变绿变氢 化石能源向绿向新——中石化宁波工程有限公司SE东方炉应用纪实

  中国石化镇海基地(以下简称镇海基地)一期项目主体装置中，以煤、石油焦和炼厂废弃物为原料的2号煤焦制氢装置自首次开车以来，截至10月23日已连续安全稳定运行1070天，目前仍在安全稳定运行中。至此，这套煤焦制氢装置已经创造了多项行业纪录，各项技术指标达到国际领先水平，为大型石化装置采用煤和石油焦等含碳原料制取低成本氢气、协同处理炼化企业废弃物，提供了切实可靠的实践样本。

  同时，镇海基地二期3号重质油制氢装置在国庆节前夕实现机械竣工，2号煤焦制氢装置和3号重质油制氢装置可直接将炼化企业难啃的“剩骨头”和“剩油渣”变成宝贵的氢气资源，成为镇海基地炼化一体化向绿向新发展的生动注脚。

  据了解，以上两套装置均由中石化宁波工程有限公司(以下简称宁波工程公司)负责工艺包编制、工程设计和EPC总承包，其核心工艺分别为日投煤2500吨级SE东方炉水煤(焦)浆气化技术和有效气产能15万标准立方米/小时的SE重质油气化技术。SE东方炉系列气化技术在煤焦制氢和重质油制氢领域相继应用，让高碳原料变绿变氢，成为建设“无废工厂”的一项关键技术。

  宁波工程公司执行工程设计和EPC总承包的镇海基地一期煤气化装置(夜景)。

  炼化企业的氢气是关键原料之一，高硫石油焦的处理又是一大难题，如何把石油焦变成氢气?镇海基地一期2号煤焦制氢装置采用日投煤2500吨级SE东方炉水煤(焦)浆气化技术，2021年11月18日18时18分投料开车一次成功，次日5时18分产出合格氢气并网，历时11小时，刷新了同类装置打通全流程时间最短纪录。截至2024年10月23日，这套装置已经连续安全稳定运行1070天，创造了煤焦制氢装置长周期运行新纪录。同时该装置的单系列气化炉烧嘴连续使用突破180天，创造了SE水煤(焦)浆气化喷嘴长寿命纪录。

  镇海炼化副总经理鹿志勇表示，镇海基地2号煤焦制氢装置采用目前国内单炉最大的国产化四通道单喷嘴，投产以来已连续平稳运行1000多天，累计供氢30万吨，运行时间大幅领先国内同类装置，创造了煤气化行业煤焦制氢装置长周期运行新纪录，各项技术指标达到国际领先水平。

  值得一提的是，这套装置不仅能“吃掉”高硫石油焦，还能把炼化装置产生的难以处理的黑硫黄、乙烯焦、含油浮渣等有机废料、废液和废渣用来制作煤焦浆。宁波工程公司与镇海炼化等单位密切合作，通过独特的进料设计，开发不一样的种类废弃物的掺烧模式，实现了炼化企业副产物、废弃物资源化利用的深层次地融合，最终实现了炼化企业多种有机副产物的共气化协同处理。截至2024年9月底，该装置已循环利用废料7.95万吨，降本减排效益显著，水煤(焦)浆与含碳废物协同高效气化技术开发与应用项目获2023年度中国化工学会科学技术进步一等奖。

  按照党的二十大报告提出的“协同推进降碳、减污、扩绿、增长，推进生态优先、节约集约、绿色低碳发展”要求，我国大型炼化一体化基地争相建设“无废工厂”和无废石化基地。

  宁波工程公司执行董事、党委书记郑立军表示，作为国内最早进行气化技术探讨研究和拥有工程设计综合甲级资质的工程企业，该公司在气化技术领域形成了独特的综合优势，构筑了以粉煤气化、水煤(焦)浆气化、重质油气化、气态烃气化、生物质气化等SE东方炉系列气化技术为龙头，生产甲醇、天然气、合成氨、醋酸、低碳烯烃、油品等多产品的丰富技术链，致力于推动国内气化产业链技术进步，助力清洁高效、低碳循环的“绿色企业”和“无废工厂”建设。

  在我国自主研发的气化技术中，SE东方炉系列煤气化技术有其独特性。这是由设计单位主导、产学研各方紧密协作、理论和工业实践充分融合创新的气化技术。

  2008年，宁波工程公司和华东理工大学等单位联合完成日投煤1000吨级SE粉煤气化技术开发，并启动工业应用探索。2011年，SE粉煤气化技术列入中国石化“十条龙”科技攻关项目，正式在扬子石化开展工业化示范装置建设，并于2014年1月一次投料成功产出合格氢气，同年10月完成装置72小时100%负荷性能标定，运行根据结果得出该技术指标先进、运行可靠性高、安全环保性好。这也标志着具有中国石化自主知识产权的煤气化技术实现了从“0”到“1”的突破，为中国石化发展煤化工业务奠定了气化技术基础。该成果获2015年度中国石化科学技术进步一等奖，同时摘得2016年上海市技术发明特等奖。

  宁波工程公司的前身是原中国石化兰州设计院(原化工部第五设计院)，是渣油气化技术领域的“元老”设计院，从上世纪60年代便开始着手渣油气化相关研究，设计了国内首套以渣油气化为龙头的化肥工厂。作为最早开展气化技术探讨研究的单位，宁波工程公司在气化领域深耕多年，自上世纪参与国家气化技术攻关开始，到现代煤化工的大发展，在油气化、气态烃气化、煤气化等多种原料气化方面积淀了扎实的研发技术功底，积累了丰富的工程设计经验。

  2019年6月，日投煤1500吨级SE粉煤气化技术在中安煤化工项目成功应用，打破了安徽本地煤无法高效气化的技术禁锢，实现了高熔点、高灰分煤的高效清洁转化。中安煤化工项目获2020-2021年度国家优质工程金奖。2020年9月，日投煤2000吨级SE粉煤气化技术在中科炼化煤制氢装置成功应用。

  据石油化工行业勘察设计大师、中国石化首席专家、中国石化气化技术带头人亢万忠介绍，与国内外煤气化技术相比，SE粉煤气化技术有3个突出特点：一是煤种适应性广，可适应更宽泛的操作温度，能气化高灰熔点煤、高灰分煤、高氯煤等，从而拓宽了气化煤种的范围；二是技术可靠性高，其采用基于先进流场解析的高效气化炉和气化烧嘴技术、节能成熟的合成气分级净化技术、稳定可靠的煤粉供料与输送系统等，充分保证了装置和系统的可靠性；三是使用先进控制理念和方法，使装置具有更加好的操作灵活性和环保性。

  对于业界公认存在腐蚀性难题的高氯煤，宁波工程公司完成了多套高氯气化装置的工程设计，通过工艺参数优化、应用脱氯技术和气化炉材质选择等方式，实现高氯煤气化装置长周期稳定运行，并已形成相关专有技术。

  粉煤气化技术和水煤浆技术是我国现代煤化工的两大经典路线。除攻克粉煤气化技术外，宁波工程公司还持续推进SE水煤(焦)浆气化技术创新。2019年1月，日投煤1000吨级SE水煤(焦)浆气化技术在镇海炼化制氢原料结构调整改造项目中成功应用，主要技术指标达到同类技术国际领先水平，标志着中国石化实现了粉煤气化技术和水煤浆气化技术“比翼双飞”。

  亢万忠表示，SE水煤(焦)浆气化技术的关键设备——抗烧蚀多原料通道气化烧嘴，可充分的利用最外侧通道料浆冷却作用，大幅延长烧嘴常规使用的寿命，烧嘴运行周期延长50%，解决了一直制约气化炉长周期运行的烧嘴常规使用的寿命难题。运行数据表明，与传统技术相比，SE水煤(焦)浆的碳转化率提高3%，比煤耗降低5%，比氧耗降低8%，渣口砖寿命延长60%，烧嘴寿命延长1倍以上。

  2023年11月，日投煤1500吨级SE水煤(焦)浆水冷壁气化技术在湖南石化己内酰胺项目实现首次工业化应用。与热壁式水煤浆气化相比，该技术采用了一体化烧嘴，优化了气化炉流场结构，提高了碳转化率和煤质适应性，扩大了气化用原料煤范围，此外，该项目还全比例掺烧了己内酰胺高含盐污水。SE水煤(焦)浆水冷壁气化技术让气化炉连续运行周期实现翻倍，缩短了开车时间，减少了污染物排放，并将倒炉和检修次数减少一半以上，大幅度的提高了煤化工装置的经济性。

  亢万忠表示，如今SE东方炉系列煤气化技术工业化应用呈现全面开花的新局面，形成了多种规模的标准化炉型，打造了能源化工与环保治理深度耦合的全新技术模式。SE粉煤气化实现了日投煤1000吨级、1500吨级和2000吨级炉型的工业应用；SE水煤(焦)浆气化实现了日投煤1000吨级、1500吨级及2500吨级炉型的工业应用。SE粉煤气化和水煤(焦)浆气化均已完成日投煤3000吨级、4000吨级炉型的技术开发和成套技术工艺包编制。亮眼的应用业绩让SE东方炉成为气化技术领域的一张名片。

  “我们始终秉承为用户创造最大效益的理念，充分的发挥公司涉足的产业链长、配套完备的特色，追求集工程研发技术、咨询、设计、施工、装备制造和项目管理为一体的全产业链优势，围绕装置全生命周期和企业效益，站在全专业、大系统的角度，从工程实际出发，发挥基于系统工程的全流程优化作用，进而达到业主效益最大化的目的。”宁波工程公司总经理韩振飞表示。

  本世纪初，宁波工程公司着手开展气化及碳一产业链技术自主开发。目前除了适用于煤、石油焦、含碳废物、废塑料和生物质等多原料处理的气化技术外，还研发了S-AGR酸性气体脱除、S-COS变换、大型甲醇合成、短流程SNG、FT合成油等产业链技术，业务覆盖石油化学工业、天然气及精细化工、新型煤化工、新能源和新材料等领域。其中，S-AGR酸性气体脱除技术可明显提高产品氢气品质，在技术指标、装置能耗等方面达到国际领先水平，该成果获2021年度中国化工学会科学技术进步一等奖。S-COS变换技术可灵活匹配不同煤气化技术和目标产品，配备完善的工艺余热回收体系，实现能量的逐级合理规划利用；S-COS变换凝液回收技术采用双塔汽提工艺，可回收酸性冷凝液中的氨，有很大成效避免和减少腐蚀；该公司研发的高硬、高浊、高氨煤气化污水预处理技术，节约能源的效果显著，抗堵性能优异，连续运行周期得到非常明显提高，达到国内先进水平。

  2024年，宁波工程公司和南化研究院等单位合作开发的240万吨/年甲醇合成技术工艺包和2亿立方米/年高温甲烷化技术工艺包2项煤化工产业链关键技术通过中国石化科技部审查，为打造煤化工优势产业链进一步奠定了基础，对增加技术储备、拓展业务领域、提升市场竞争力等具备极其重大意义。

  信息化和智能化一样能出效益。中国石化目前拥有煤制烯烃、煤焦制氢等18套煤化工装置、共计61台气化炉，分布在全国各地。2018年，宁波工程公司牵头推进智慧气化绿色低碳协同制造与创新平台的开发与应用，建成了中国石化煤气化数据中心，形成了面向煤气化装置优化运行与绩效评价、装置平稳运行与优化、工艺诊断与预警、数据治理、设备故障预警及专家诊断等一体化的云管控平台，提升了煤气化装置信息化、智能化管理与水平。

  从2020年起，该平台在中国石化总部及相关煤化工公司进行广泛推广应用，系统运行稳定可靠。在平台支撑下，相关企业对煤化工装置关键运行参数如比煤耗、比氧耗、蒸汽消耗等来优化，煤耗平均降低1.6%。以中安联合煤气化装置为例，因企业煤炭来源广泛且不确定因素大，借助于平台的煤质气化性能数据库，在切换煤种或混配煤使用前，企业就能预判生产操作参数的调整值，避免了因煤质经常性更换而造成安全、环保事故和效益损失。

  在安全防控方面，2023年，由宁波工程公司、生产企业等协同完成的大型煤气化工艺装置安全防控关键技术及应用示范项目获2023年度中国化工学会科学技术进步一等奖。目前，该大型煤气化工艺装置安全防控关键技术已在多家煤化工企业得到应用。实际根据结果得出，使用此项技术的气化系统可有效提升运行周期、减少非计划停车等，为企业创造可观的经济效益。

  面对炼厂重质油处理难、成本高等难题，宁波工程公司主导开发了SE重质油气化技术，实现脱油沥青和加氢未转化油等含碳资源的高效利用，为炼化企业供应氢气和合成气。2024年9月30日，首次应用该技术的镇海基地二期3号重质油制氢装置机械竣工。该技术开发了协同废弃物处理一体化工艺烧嘴和成套技术，不仅实现了炼厂废弃物高效资源化利用，还有效助推炼化公司实现近零排放，将气化装置打造为炼厂“环保岛”的龙头。

  随着“双碳”战略目标的持续推进，宁波工程公司落实中国石化关于积极发展绿色煤化工的决策部署，聚焦多种原料气化，进行核心技术迭代升级，开发了一系列可再生原料气化制绿色燃料和化学品的全流程技术。

  2021年，宁波工程公司生物质与煤共气化工业试验取得成功，在不改变工艺路线、不对装置实施技术改造的情形下，在巴陵石化煤气化装置成功进行了生物质掺烧的首次工业试烧探索。2023年，宁波工程公司在中安联合煤气化装置分两阶段开展生物质掺烧工业试验，生物质掺烧比例最高达到20%，具有创新性的示范效应，为现有煤气化装置降碳减碳开辟了新途径。

  据介绍，基于良好的生物质及气化研发基础，近年来，宁波工程公司开展全生物质气化技术探讨研究，相继开发了SCG生物质固定床气化技术、SFBG生物质加压循环流化床气化技术和SEBG生物质加压气流床气化技术，能适应不同种类、不同产品路线的多种应用场景，技术选择灵活，指标先进。目前，宁波工程公司正在打造多技术、多原料的拓展试烧平台，为多种生物质原料的技术选择、参数调优提供量身定制服务。

  经过丰富的项目实践，SE东方炉已成为系列化、成套化、大型化的先进气化平台技术，原料涵盖粉煤、水煤(焦)浆、重质油、气态烃、生物质以及废塑料等含碳物质；具有清洁高效、产品结构多样、技术指标先进、运行成本低、与废物再资源化深层次地融合等特点；拥有热壁式、冷壁式、激冷型、废锅型、低温气化炉等炉型，可与不同原料和应用场景相适应。

  郑立军表示，在数十年的工程探索与实践中，该公司将含碳物质气化技术成果与工厂智能化建设、废物协同处理等要求深层次地融合，积极培育和发展绿色新质生产力，为石油化学工业和现代煤化工企业绿色化、低碳化、高端化、智能化发展提供了多样化、定制化、专业化的解决方案，促进煤炭清洁高效利用，助力化石能源应用向绿向新而行!

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