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开发“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”的经验
中国天辰化学工程公司 章荣林
1 前言
为了拓宽氮肥工业原料路线，解决国内煤气化技术落后的问题，以及发展煤化工的需要，1980年，国家科委、国家计委和化工部决定设立“水煤浆加压气化制合成气”的开发课题，以化肥研究所（即西北化工研究院）和化工部第一设计院（即中国天辰化学工程公司）为主，科研与设计合作在临潼建立水煤浆加压气化中间试验装置，开发研究水煤浆加压气化技术，主要服务对象是为鲁南化肥厂工业示范装置提供技术服务，将国内技术攻关与技术引进相结合，争取把国内第一套水煤浆气化工业示范装置开好，并实现技术装备国产化。由我公司负责中试装置的设计和参加试车，化肥研究所负责中试装置的建设和试验研究，以及协同国内有关科研院所解决装置中的难题。同时，国家计委、国家科委、化工部和山东省还决定在鲁南化肥厂引进德士古公司水煤浆加压气化工艺软件包，国内自行工程设计和建设，建一套水煤浆加压气化装置，配套建设年产80kt合成氨加工成尿素的示范装置，成立“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”国家重点节能科技攻关课题。该课题中，主要采用了四项新技术：① 水煤浆加压气化技术； ② 加压耐硫中变串低变工艺技术 ；③ NHD溶液脱除硫化氢、硫氧碳和二氧化碳等酸性气体的气体净化技术； ④ 轴径向氨合成塔。
通过科研院所、设计单位与生产厂的紧密结合，通力合作，四项技术开发都取得了满意的科技开发成果，闯出了一条制合成氨的新的原料路线和气体净化技术。“水煤浆加压气化制取合成气”的攻关研究课题荣获1991年国家科学技术进步一等奖。鲁南化肥厂工业性示范装置于1993年建成投产，生产出合格的合成氨和尿素，并通过国家考核和验收，达到了预期的节煤、节能、降低生产成本的效果。“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”攻关课题荣获1995年国家科学技术进步一等奖。至今，我公司已为农业部的浩良河化肥厂重油改煤项目和中石化的金陵化肥厂300kt合成氨/a、30kt氢气/a 的石脑油改煤项目等工程进行了工程设计和工程承包。这二个厂都已顺利投产，满负荷运行。
“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”的开发，一直是在国家科委、国家计委、化工部、山东省、枣庄市领导的关心、重视和支持下开展工作的。化工部领导很重视，秦部长、潘部长、林部长、陈总、黄总和王总及司局领导曾多次到现场指导工作，在工作中遇到困难就能及时得到协调解决。化工部还专门成立了煤气化四人指导小组协调科研、设计、工厂和施工单位的关系和工作。在工程设计中，我们将我国科研设计单位自主开发的耐硫宽温中低变催化剂、NHD脱硫脱碳、轴径向氨合成塔和消化吸收水煤浆加压气化工艺集成了“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”，集原始创新、集成创新和消化吸收再创新于一体，积累了技术创新的经验和思路。
2 开发工作的内容和采取的措施
2.1 水煤浆加压气化技术的消化、吸收和创新
当时国外对水煤浆加压气化技术报导很少，去国外考察也只能看到一个外表，不允许入内考察。化肥研究所和我公司只能根据化肥研究所做模试的经验进行中试装置工程设计，由化肥研究所的科研人员和我公司的工程技术人员一起讨论和决定设计方案，困难很多。设计单位只能凭以往的工程设计经验开展设计。
通过水煤浆加压气化制合成气中试装置的设计、建设和试验研究，通过设计单位和研究单位以及洛阳耐火材料研究所等科研单位的合作开发，掌握了如水煤浆制备技术、添加助熔剂技术、耐火材料国产化等关键技术问题和煤种试烧及评价技术。为鲁南化肥厂只引进专利商德士古公司水煤浆加压气化工艺软件包，由我公司进行工程基础设计和详细设计提供了技术支撑，为鲁南化肥厂培养了熟悉水煤浆加压气化技术的技术人才。形成了科技攻关与只引进专利商的工艺软件包、消化吸收引进技术相结合的科技攻关局面，以期缩短深入掌握国外先进技术，加快赶上世界先进技术水平。中试装置于1986年建成，不但配合鲁南化肥厂示范装置的建设做了大量的试验研究工作，并且还对国内许多煤种作了煤种实验室评价和试烧评价工作。该装置已成为我国煤种试验评价基地。
在鲁南化肥厂工业性示范装置引进水煤浆加压气化技术谈判的时候，专利商不认可我公司有资格对其专利技术作工程设计，他们通过考察，尤其是后来见到了我们自行设计的水煤浆加压气化中试装置之后，他们才对我公司只引进其工艺软件包，承担工程设计有了信心。后来通过鲁南化肥厂水煤浆加压气化装置的顺利投产和上海焦化总厂三联供水煤浆加压气化装置的设计和顺利投产的业绩，德士古公司提出愿按照国际的惯例与我公司签订工程协议，进一步认可中国天辰化学工程公司可以采用其专利技术，在我国和亚洲太平洋周边国家和地区承担其水煤浆加压气化技术的工程设计、设备和材料采购及工程总承包，具有与承担过采用其专利技术进行建设的国外工程公司平等竞争的资格，有利于我公司开拓国外市场。
在工程设计和建设中，我们还特别重视与设备制造厂、科研院所合作开展技术装备国产化的工作。除工艺烧嘴、破渣机和高低压煤浆泵等专利设备和一些动设备之外，其余关键设备如气化炉、锁斗、文氏管洗涤器、洗涤塔、高低压闪蒸罐等都由我公司自行设计，在国内设备制造厂订货制造。水煤浆磨煤机由化肥研究所选型及改进，在沈阳有色冶金机械总厂制造；气化炉由我公司设计，在金州重型机器厂制造；洗涤塔循环泵、锁斗循环泵及黑水减压阀是与航天部11所合作，由我公司提出要求，他们试制；捞渣机是与青岛锅炉辅机厂和四洲锅炉设备公司合作，由我公司提出要求，他们制造和改进；耐火砖是由冶金部洛阳耐火材料研究所和新乡耐火材料厂为鲁南化肥厂研制了备用砖；有沈阳有色冶金机械总厂为鲁南化肥厂研制了备用低压煤浆泵。国产化率按设备台数计达到90%，按投资计达70%以上。此外，由化肥研究所选出了国产合适的灰水絮凝剂；天津化工研究院研制出灰水阻垢剂和阻垢技术；我公司与鲁南化肥厂还开发了氧/煤比自调技术。
2.2 耐硫宽温中低变催化剂的应用
水煤浆加压气化的特点是制出的煤气中水/气比高达1.4，当气化高硫煤时，煤气中硫化氢、硫氧碳含量较高。采用甲烷化流程，要求低变出口一氧化碳含量低于0.4%，用常规的变换催化剂和脱硫脱碳技术都不适用，要引进国外的耐硫变换催化剂，需要大量外汇。我们与鲁南化肥厂商议，大胆采用了当时尚处于试验阶段的湖北化学研究所试制的宽温耐硫变换催化剂，在科研、设计、生产厂的结合下，共同商议、反复论证，一起选定该所研制和生产的B303Q、BQ302、EB-6球形耐硫宽温中、低变催化剂，开创了国内首创的带有废钴钼催化剂予变换的耐硫中变串低变新工艺。
2.3 NHD脱硫脱碳新工艺的研究开发
当时国外适用于这种条件下脱硫脱碳的工艺只有低温甲醇洗比较合适，但要引进低温甲醇洗脱除酸性气体工艺及技术装备需要大量外汇。通过对国内脱硫脱碳技术的联合调查研究，在四人指导小组的组织下，我们与鲁南化肥厂商议，大胆采用了当时南京化工研究院开发的尚处于模试阶段的NHD脱硫脱碳技术。当时，由化工部安排请杭州化工研究所利用乙二醇下脚料研究开发生产NHD溶剂，南京化工研究院在φ51×3.5吸收塔的模试装置上完善NHD脱除硫化氢、硫氧碳和二氧化碳的研究。在化工部陈总的关心下，由有关司局组织研究院、中国天辰化学工程公司和工厂三方共同协作完成NHD脱硫脱碳科研开发任务，并签订了共同开发协议。规定由南京化工研究院负责工艺软件包的编制；我公司和南京化工研究院共同完成基础设计；我公司负责工程设计；鲁南化肥厂负责承担工程建设；三方共同承担开发课题，资料相互公开，共同承担风险，如出现因研究不完善或设计不周时，有关各方要尽快补充研究或修改设计，厂方承担修改工程费用；成果使用权三家共享。实际上是要求我公司把φ51×3.5吸收塔的模试结果放大作工程设计，责任很重，风险和压力很大。我公司根据模试和测得的溶剂理化数据，在流程方案设计上用大型计算机模拟作过多次多方案比较，陈总十分关心这个课题，多次对我们进行指导，最后我们选定了最佳方案，与研究单位合作编制了基础设计，由我公司承担工程放大设计。在三方通力合作下，气体净化新工艺开车非常顺利，通过了生产考核和国家验收，为我国合成氨生产闯出了耐硫中变串低变、NHD脱硫脱碳和甲烷化新净化工艺技术。
2.4 新型轴径向氨合成塔的设计
当时，南京化工研究院正在开发阻力低、净值高、生产强度大的轴径向氨合成塔，我公司与南京化工研究院商议，选定采用轴径向付产蒸汽氨合成塔，由他们提供基础设计，我公司承担详细设计，经生产考验，设计也是成功的。
3 经验和体会
通过“水煤浆加压气化及气体净化制合成氨新工艺”的开发和攻关实践，深深地体会到要开发一项创新技术必须有以下几个条件：
① 领导重视、关心和支持是科技开发取得成功的关键。
② 选题要准，要考虑选择有经济效益和社会效益的课题，投入力量开发一项新技术，必须经过技术经济综合评价和论证。从系统工程上考虑总体优化和总体效益。
③ 必须得到使用单位（生产厂）的支持，敢于承担风险。实际上，使用单位也就是开发新技术的首家受益者。
④ 要充分重视科研、设计和生产的三结合，设计、设备制造和生产的三结合，发挥三结合的作用，上下齐心、通力合作，在工作中互相理解和谅解。参加开发研究单位的 领导和技术人员要有科技创新、赶超世界先进科学技术水平的信心和责任感。
⑤ 要发挥依托老厂的优势，使科研成果迅速转化为生产力。科研成果也只是用于生产实现工业化后，才能转化为生产力。
⑥ 要重视工程设计单位在科技创新中的作用，科研单位要与工程设计单位通力合作，才能将科研成果尽快转化为生产力。
⑦ 要重视跨行业的合作开发，实现技术装备国产化。
⑧ 要重视与科研单位和大专院校合作开发新技术。使他们的科研成果在工程设计中应用推广。同时，设计单位也获得了专有技术。
⑨ 设计单位要通过自主创新、集成创新、消化吸收再创新，拥有本单位专利和专有技术，占领市场，使在工程设计和总承包上更具有竞争力。
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