全球单体最大煤制油项目的国产化长征
作者：化小北 来源：煤化工信息网 浏览次数：545次 更新时间：2024-11-07
“当时很多人认为，一没技术、二无人才，靠卖煤为生的宁煤人想建煤化工基地，简直就是痴人说梦！”回忆起那场堪比石油大会战的能源技术攻坚战，国家能源集团宁夏煤业有限责任公司（以下简称“宁煤”）副总经理杨加义脑海中浮现出一幕幕令其动容的画面：有做完手术刚扔掉拐杖就奔波在工地的“拼命三郎”，有扎根现场反复模拟推算的技术人员，有退休后仍“时时放心不下”坚持知识报国的返聘专家……杨加义是首批“国家卓越工程师团队”、宁煤400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化团队的核心骨干之一。这个2020年度国家科学技术进步奖一等奖获奖项目，其示范项目在建设过程中就曾迎接了习近平总书记的现场考察，“社会主义是干出来的”伟大号召从这里传遍全国。煤制油对中国具有特殊意义。中国是仅次于美国的世界第二大石油消费国，美国通过页岩气革命已变身石油出口国，中国却困于“富煤、贫油、少气”的国情，石油对外依存度多年维持在70%以上。寻找石油替代方案迫在眉睫。与新能源汽车主要从燃料方向实现替代不同，煤制油可以从燃料和化工原料双重角度替代石油。而比起旨在双重替代但尚在萌芽期的相关生物技术，煤制油从技术到产业都更加成熟。
国家能源集团400万吨/年煤间接液化示范项目2016年12月，全球单体规模最大的煤制油项目——宁煤400万吨／年煤间接液化示范项目建成投产。该项目承担了37项重大装备技术国产化的任务，打破了国外对煤制油化工核心技术的长期垄断，我国从此成为全球唯一同时掌握百万吨煤炭直接液化和间接液化技术的国家。项目投产7年多来，已累计生产油化品超2500万吨，近三年油化品年产量均突破400万吨。在外界的关注和鼓励之中，宁煤的改革与创新仍在继续。
大国重器诞生记
夜幕降临，宁夏回族自治区银川市东南45公里的黄河之畔，宁东能源化工基地里依然灯火璀璨、机器轰鸣。宁煤400万吨／年煤间接液化示范项目就坐落在这片基地。巨大的工厂里，错综复杂的管道连接着鳞次栉比的生产装置。煤在“神宁炉”中被气化，合成气在催化剂作用下再转化成合成蜡、柴油、轻质白油等相关油化品。宁煤在煤制油领域的国产化长征起步已久。早在2003年，宁夏回族自治区党委、政府便作出决策，全面开发建设以亿吨级煤炭基地、千万千瓦级火电基地、现代煤化工基地为基本构成的宁东能源化工基地，并将之确定为举全区之力加快建设的“一号工程 ”。宁煤成为“一号工程”建设的主力军和排头兵。不过，在当时中国“入世”之初的技术引进潮中，宁煤也优先选择了“引进来”战略。从2004年到2011年，宁煤先后引进主流的水煤浆和干煤粉气化技术。但前者对煤种要求范围窄，宁东煤田仅有一个煤矿的煤成浆性达到要求；后者则受制于气化装置运行工况不稳、合成气转化率不高、无法长周期运行等问题，严重制约煤制油产业从孵化走向成熟。宁煤与某国际巨头长达10年的谈判也陷入僵局，对方挟核心技术以自重。碰壁后的宁煤终于明白了“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”。在反复研究探讨之后，宁煤作出转轨国产化创新之路的决策。所有前期工作均需推倒重来。值得庆幸的是，团队主要成员大多潜心跟踪项目10余年，又接受过25万吨/年煤基甲醇、21万吨/年二甲醚装置、60万吨/年煤基甲醇、50万吨/年煤基烯烃、6万吨/年聚甲醛等项目的洗礼，早已对所有技术环节烂熟于心。宁煤在既有团队基础上，还先后从全国各地引进了一大批管理、技术和操作人才，构建起一支综合实力更强的煤化工建设队伍。在重新编制项目可研和申请报告时，宁煤采取了技术拼图的形式——气化环节改为西门子和宁煤的干煤粉气化技术，油品合成和加工环节则采用国内技术。2020年5月，煤制油项目可研报告和申请报告最终定稿。 这份报告得到国家层面的认可。2013年9月18日，国家发展改革委正式批复400万吨/年煤间接液化示范项目。10天之后，该项目在宁东能源化工基地破土动工。“技术人员都住在现场机柜间，几把椅子拼在一起就是一张床。这么大的装置交到我们手上，大家都憋着一股子劲呢，立志要把项目建成建好。”宁煤煤制油分公司总工程师杨占奇回忆。为推动项目落地，宁煤联合国内20多家企业和科研院所，在大型气化和费托合成关键技术、重大装备及特种材料制造、工程放大及系统集成技术等方面取得一大批创新成果，形成了可复制、可推广的煤间接液化成套技术。项目整体国产化率高达98.5%，带动了一大批国内装备制造企业跻身国际一流行列。经历了2013年设计采购年、2014年土建施工年、2015年工程安装年和2016年生产试车年，39个月的日夜奋战后，2016年12月，宁煤400万吨／年煤间接液化示范项目正式投产。期间，该项目于2016年10月产出合格甲醇，两个月后又产出轻质油、重质油、合格蜡和合格柴油。该项目把“低碳化”摆在突出位置。宁煤通过脱硫回收装置，每年可制硫磺20.2万吨；通过300万吨/年CCUS项目，实现了二氧化碳资源化利用；通过分质分级处理及综合利用，污水回用率达98.5%，剩余高浓盐水通过梯级蒸发和杂盐结晶处理，实现废水“零排放”。
二、联合创新“朋友圈”
示范项目从千吨级中试到400万吨/年的工程放大，不仅是宁煤工程师团队圆梦的战场，也是国内装备制造业的示范实验室。“神宁炉”成为该项目联合创新的一个缩影。作为煤制油项目的龙头装置，气化装置承担着全厂原料气的供给任务。设计之初该装置拟采用国外技术，但在审查时发现工艺方面存在诸多“水土不服”的问题，修改需要高昂的改造费用。情急之下，团队萌发了自主研发气化炉的构想。宁煤整合技术力量，联合中国五环工程有限公司（以下简称“中国五环”）、中国船舶集团有限公司第七一一研究所（以下简称“中国船舶七一一所”）等，成立了气化炉烧嘴研制、粉煤密相输送工艺开发、工程过程优化等多工段、跨学科的联合研发团队。顶着国外技术人员“做梦”的评判压力，团队经过反复模拟推算，重点实施了关键核心设备结构开发、工艺参数模拟计算、工艺技术流程优化和联锁控制程序开发等，最终于2016年成功研发具有自主知识产权的“神宁炉”，并获得15项发明专利，打破了国外技术垄断。2016年10月，首台“神宁炉”投料成功，在日投煤3000吨级单喷嘴干煤粉加压气化技术领域填补了国际空白。整个宁煤400万吨／年煤间接液化示范项目则一次性建设了28台“神宁炉”。“神宁炉”具有煤种适应性广、产气规模大、碳转化率高、合成气含尘量低、渣灰比高、主烧嘴使用寿命长、智能化程度高等优点。尤其是“神宁炉”能“通吃”各种煤的特性，为劣质煤清洁利用提供了新的途径，使国外气化炉在我国市场失去了竞争力，彻底改变了我国大型煤化工技术长期受制于人的局面。“神宁炉”联合研发团队决定以资本为纽带，推动多方联合创新的可持续发展。2017年5月，宁煤与中国船舶七一一所旗下上海齐耀科技集团有限公司、中国五环、中科合成油技术股份有限公司（以下简称“中科合成油”）、宁夏天健丰融股权投资合伙企业（有限合伙）成立合资公司——宁夏神耀科技有限责任公司（以下简称“神耀科技”）。“神耀科技在国家能源集团和各股东方的大力支持下，抢抓‘国有控股员工持股试点’难得机遇，充分发挥创新孵化器作用，科研创新成效显著。”神耀科技总经理匡建平说。他介绍，神耀科技耗时6年，解决了上百个技术难点，研发出高效、节能、节水的新型干煤粉废锅流程气化技术“神宁炉II”，综合能效较同等规模激冷流程干煤粉气化技术提高6%以上，达到节煤减排目的。 同时，神耀科技还研发了一批“神宁炉”气化产业链技术。如专有“气化固废资源化利用及低热值焚烧技术”，可将煤气化生产过程中的气化细渣含水率从55%降至28%，并实现气化细渣自稳定燃烧，产生高压绿色蒸汽，生成白灰实现CO2耦合等高附加值利用，实现气化固废减量化、资源化、无害化利用。不只是神耀科技股东名单，“400万吨/年煤间接液化成套技术创新开发及产业化”项目的联合创新“朋友圈”，还体现在2020年度国家科学技术进步奖一等奖获奖项目的主要完成单位列表里。这份列表，除宁煤、中国五环、中科合成油以外，还囊括了中国科学院山西煤炭化学研究所、中国寰球工程有限公司、沈阳透平机械股份有限公司、内蒙古伊泰集团有限公司、舞阳钢铁有限责任公司、山西潞安矿业（集团）有限责任公司、甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司等相关领域的企业和科研院所。对自主创新的坚持，凝聚起联合攻关的“朋友圈”，也为团队日后的开疆拓土打下基石。
三、开疆拓土新征程
“高端化、多元化、低碳化”成为宁煤加快产业结构升级的主基调。依托400万吨/年煤间接液化示范项目，宁煤加快拓展煤制油产品种类。目前，煤制油项目已形成“5大类、21种”精细化工产品集群，不仅使吨煤价值提升了7倍，还实现了从单一的油品和聚烯烃产品向“油—化—新材料”多元化产品体系转变。“日常的塑料饭盒、口罩、水杯等等都是由这些‘白珍珠’加工而成，而做成这些的原料就是我们常见的煤。”宁煤煤化工研究院先进材料创新团队副主任黄河指着各类聚丙烯产品说。而这些产品过去大多以石油为原料加工而成。油品方面，宁煤通过优化工艺路线，生产出柴油、汽油、高端润滑油、食品蜡、航空航天燃料等多种产品，在多元化道路上不断取得新突破。在构建多元化产品体系的同时，技术输出的步伐也在有条不紊地迈进。匡建平介绍，“神宁炉”于2016年通过了美国专业评估机构的专利知识产权审查，并向美国得克萨斯州顶峰集团技术许可2台，成为首个向国外输出的干煤粉加压气化技术。国内方面，“神宁炉”技术已在山西兰花煤化工有限责任公司、宁夏鲲鹏清洁能源有限公司、安徽碳鑫科技有限公司等多家国家能源集团系统外的煤化工企业推广应用。神耀科技自主研发的2000吨级“神宁炉Ⅱ”干煤粉半废锅技术，在延安能源化工（集团）子长化工公司100万吨/年洗中煤多联产循环综合利用示范项目中，实现示范应用。相关“神宁炉”气化产业链技术，则先后在浙江石油化工公司、陕西渭河重化工公司、安徽碳鑫科技公司等企业推广应用。肩负保障国家能源安全的历史使命，国家能源集团从宁夏出发扩充煤化工的地域版图。2024年3月28日，国家能源集团哈密能源集成创新基地基础设施建设项目在新疆开工建设。这个煤矿、煤制油、煤化工、新能源、新材料一体化项目，总投资1700亿元，分两期实施。“这是我国目前技术最先进、规模最大的煤制油项目。”中国工程院院士袁亮说。国家能源集团新疆哈密能源化工有限公司董事长武振林表示，该项目预计2027年底建成投产，一期计划每年用煤1420万吨，产油品超400万吨。其中，设计直接液化煤制油生产线年产油品320万吨、间接液化煤制油生产线年产油品80万至100万吨。最终，两种液化方式油品耦合，调制出特种油品。如今，宁煤400万吨/年煤间接液化示范项目的诸多技术骨干已远赴新疆，投入到如火如荼的新项目建设之中。开辟疆土的努力还延伸到新能源领域。匡建平提到，神耀科技对“神宁炉”进行优化升级，通过掺烧生物质粉等，可生产绿色甲醇、绿色航油等新产品。 生物技术是另一个被业界看好的油气替代方向。中国工程院院士、国家能源专家咨询委员会副主任杜祥琬认为，生物质能是唯一一种能够以固体成型燃料技术、液体燃料技术、气化技术等多种形态对能源作出贡献的非化石能源。“生物质能在能源转型中的战略地位亟待提高。”从煤替代油，再到未来生物质能替代煤，宁煤为国家能源集团乃至中国能源转型的多元化路径埋下伏笔。
