李大鹏：曾任陕西延长石油集团煤化工首席专家，现任中国石油和化学工业联合会煤化工专委会专家，杭州碳氢科技研究有限公司专家技术委员会主任，多所大学客座教授，主导建成全球首个煤气油综合利用示范项目和国内首个煤油共炼工业化示范项目，带领团队成功开发了粉煤加压热解和流化床气化一体化技术、粉煤临氢热解制油与半焦气流床气化一体化技术、超大型流化床气化技术、多功效热回收及废浓盐水综合利用集成系统、中压煤油共炼技术、高效反应强化集成技术、危险工业废/杂盐无害化处理集成技术、垃圾焚烧发电飞灰处理技术、高效热回收及高含盐废液处理集成技术且全部具备了工业示范条件，其中4项技术写进国家“十二五”“十三五”能源发展规划，先后荣获第七届侯德榜化工科学技术奖、中国石化联合会科技进步一等奖1项及多项省级科技奖项；申报专利150余项，其中已授权近100项。
气化是煤化工的龙头工艺，气化炉也是煤化工的龙头装置。长期以来，能耗高、黑水产生量大、工艺过程中产生的杂盐等危险固废难处理一直是困扰气化炉这个龙头的三大难题。在双碳大背景下，有没有更好的办法尽快破解这三大难题？
“HEI技术可以做到！”在不久前一次煤化工论坛上，煤化工专家、杭州碳氢科技研究有限公司科技委员会主任李大鹏十分有把握地说出了这句话。为此，记者采访了他。
记者：HEI技术具体是一项什么技术？
李大鹏：HEI技术，即高效热回收及高含盐废液处理集成技术(High Efficiency Heat Recovery & Hyper-Saline Effluent Disposal Integration)的简称，是我们杭州碳氢技术团队近年来开发的针对气流床煤气化装置能耗高、气化反应热未能有效回收利用、黑灰水产生量大，以及高浓盐废水难以低成本高效处理与资源化利用等问题而开发的集成技术。它由快速热量分散和高倍率循环流化两项核心技术耦合而成。
我简单地介绍一下它的流程，业内人士一看就明白：原料煤与气化剂(蒸汽/氧气)反应产生的1350～1700摄氏度高温合成气及熔渣，下行进入气化炉底部进行渣气分离后通过特殊设计的兼容性连接进入高倍率循环流化废锅底部，在毫秒级内通过热量快速分散体系，把高温合成气温度瞬间降低至工艺操作温度，进行热能回收利用，获得高压蒸汽。再详细地说，有这么几层关系：特殊的结构设计及流场分布可以有效避免床层颗粒对换热界面的磨损及表面结垢问题。与此同时，高浓废盐水或高盐高浓有机废水通过喷嘴直接喷注进入流化床废锅中与高温合成气、床料直接接触换热，在70～100倍的循环倍率下，借助高温合成气的显热，发生相变、化学链热分解转化，以及可溶性盐、重金属的玻璃化固溶体转化反应，将高浓废盐水中的水转变为变换工序所需的蒸汽。高浓废水中的有机物转化为合成气组分，高浓废水中的可溶性盐、重金属，借助高活性床料转化助剂，经高倍率循环床料淬冷后，变为粒径0.5～0.6毫米、无溶出风险、符合《GB/T14684-2011建筑用砂》质量标准的无定型玻璃体，可作为混凝土骨料、混凝土掺合料、路基材料、建筑喷砂原料、石油天然气压裂支撑剂等产品。你看，这是不是解决了气化炉激冷黑灰水的大量产排问题，实现了高浓废水的资源化综合利用？
图/运行中的HEI技术流化床废锅中试装置（企业供图）
记者：嗯，理论上听懂了。这项技术产生的背景是什么？
李大鹏：我国现代煤化工产业已经初步形成了涵盖煤制烯烃、煤制天然气、煤制油、煤制乙二醇等在内的规模化产业集群式发展。但作为煤化工产业龙头的煤气化装置，一直被下列几大问题困扰：一是减碳压力大。我国现役规模化气化炉总数约800台(套)，合成气产量规模约6000万立方米/小时，折算煤气化原料煤消耗量约3.4亿吨/年，存在流程长、能耗高、综合能效低等问题。二是黑灰水处理问题突出。现有煤气化工艺流程因合成气净化洗涤等环节每年会产生12.7亿立方米需处理的黑灰水，因此衍生出与黑灰水处理密切关联的多级闪蒸、絮凝沉淀、灰水处理、灰水过滤分离、滤饼处理等设施，带来运行能耗增加、处理药剂投加、固废处理等一系列问题。三是巨量反应热未高效回收利用。目前的合成气冷却主要采用水直接激冷，不仅导致煤化工水耗高、化学药剂消耗量大，每年还损失煤气化反应热1.15×109吉焦。这么巨大量值的反应热如得以回收利用，则相当于年节约5500万吨气化原料煤、减排1.02亿吨二氧化碳。四是高浓废盐水的无害化处理难题。以我国目前煤化工产业规模，每年产生的含盐量大于1%的浓废盐水超过3.5亿立方米。为实现废水零排放的要求，煤化工企业普遍采用多效蒸发、膜法浓缩、纳滤膜过滤等办法对高浓盐废水进行处理，但由此又产生了大量更加难以处理的杂盐危废，埋下更大的环境风险。
记者：也就是说，HEI技术是针对煤化工气化炉改造的技术？
李大鹏：是的，也可以称它为煤化工龙头技术。
记者：国内煤化工发展已经有几十年，针对气化炉改造的技术也不断涌现。那么，HEI技术有哪些特点？
李大鹏：有以下三大技术特点：
一是1+1+1的热量回收集成系统。业内都知道，煤气化后产生的合成气中含有大量细灰，为了获得干净的合成气，需要用水对气化炉出来的合成气进行洗涤并降温。这不仅会产生大量黑灰水，而且白白浪费了合成气所带的化学反应热量，导致煤化工能耗高、污染重。为了解决这一难题，近几年业界科技人员开发了水冷壁+半废锅+水激冷气化炉，对合成气热能进行回收以实现节能䧏耗的目的，赢得了市场的青睐。但对现役气化炉的升级改造仍有提升空间。其一，气化炉炉体增加了20余米，整体框架高度也随之等量抬升。而现役气化岛实施改造的困难很大，因为意味着原气化框架载荷发生重大变化以及大幅改变框架和配管的空间布置。其二，这种设计只能回收合成气从1350～1700摄氏度降至700～800摄氏度的部分热量，即只进行了高温辐射热回收，因此对气化反应热的利用仍显不足。而HEI技术的热量回收集成系统解决了这个问题。其三，由于降温至700～800摄氏度的的合成气，仍要进入气化炉底部的激冷室进行水激冷，依然会产生大量黑灰水，使装置继续面临黑灰水处理、灰水循环带来的高水耗、高能耗、高排碳问题。而且，无法解决煤化工企业高浓废盐水无害化处理及资源化利用难题。HEI技术则不然。一方面，无需对现役煤气化装置的本体结构及空间布局大幅调整，也不会提升气化装置框架的整体高度，整个改造过程工程量小、费用低；另一方面，由于从气化炉出来的高温合成气，直接进入HEI技术的核心区进行高效热回收利用，而非水激冷，从而使煤气化反应热的回收利用效率提高至94%以上，省去了黑灰水处理系统的同时，可以获得高品质的蒸汽。
二是工业废盐转化技术。如前所述，HEI技术实现了合成气净化、高效显热回收利用，以及高浓废盐水无害化处理与资源化综合利用等工艺过程的高度集成，即充分利用高温合成气显热，在生产高品质蒸汽的同时，对高浓废盐水进行气、固、液分离，最终将煤化工最头痛的危废杂盐转化为对环境无影响的玻璃体。这不仅从源头上杜绝了煤气化黑灰水的产生，省掉了高能耗/高成本的黑灰水处理、高浓废盐水浓缩及蒸发/分盐结晶系统，大幅削减煤气化的投资与运营成本，还增加了4种产品——高品质过热蒸汽、变换工序用蒸汽、高浓废盐水中所含有机组分转换而成的合成气，以及由危废杂盐转化而成的建筑材料和油气田压裂支撑剂。
三是节水降耗及减碳技术。采用HEI技术后，由于省去了粗合成气水洗净化、合成气变换、黑灰水板框压滤、高浓废盐水处理单元膜组件反冲洗等工艺过程的水消耗，相比常规煤气化装置，其激冷水消耗削减75%以上。与此同时，能够大幅降低灰水循环泵、激冷水泵、反冲洗水泵、闪蒸系统、黑灰水、高浓废盐水处理系统的机泵、蒸汽热能等消耗以及循环冷却水消耗，从而显著降低煤气化单元的水耗、能耗及碳排放。
记者：HEI技术的可靠性、可行性得到验证了吗？
李大鹏：HEI技术的运行安全性、稳定性、可靠性已经在3.3万吨/年的煤气化工程化试验装置上经过了验证，完全具备工业化应用的基础。其中，作为HEI技术核心之一的工业废盐无害化处理集成技术，是在高温及高活性废盐转化助剂的协同作用下，将废盐中的可溶性盐及重金属组分与反应体系中的活性硅、铝物种进行毫秒级高效反应，生成具有稳定网络结构的玻璃相及矿化产物如霞石、钠钙长石、硅酸钙钠，含钠元素及氯元素的方钠石、氯硅酸钙，含钠元素、硫元素的蓝方石等。这个技术的工业示范装置已完成了可研、环评等前期工作，目前已在鄂尓多斯大路工业园区批准立项，即将开始工程设计和装置建设。
记者：HEI技术的经济性如何？
李大鹏：以目前常用的1500吨/天和3000吨/天水煤浆气化炉升级改造为例。1500吨/天气化炉进行HEI技术改造后，每年副产高压蒸汽68.04万吨，按100元/蒸吨计算，增收6804万元；减少黑灰水排放量约160万吨/年，减排高浓废盐水处理量约30万吨/年，节省黑灰水处理费用、高浓废盐水处理费用及高浓废盐水分盐结晶杂盐处理费等合计约1.03亿元/年。同样的道理，3000吨/天水煤浆气化炉实施HEI系统升级改造后，节本增效将增加至2.06亿元/年。
记者：HEI技术一旦推广应用，会对煤化工产业产生哪些影响？
李大鹏：我仔细计算过，如果采用HEI技术对国内现有的约800台（套）气化炉进行节能减碳升级改造，可产出10兆帕压力等级高压蒸汽4.67亿吨/年(折实物煤约5500万吨/年)，减排二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物分别为1.02亿吨/年、294.48万吨/年、147.24万吨/年，停排煤气化黑水12.07亿吨/年，减排高浓盐水2.05亿吨/年，气化炉综合能耗降低13%～15%，年节本增效约800亿元。
记者：这很诱人啊！相信业内人士会感兴趣的。谢谢您接受采访。
