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舒歌平:领跑世界的煤液化奠基人
作者: 来源: 浏览次数:3133次 更新时间:2018-01-23

我国能源禀赋的特点是富煤贫油,煤炭的地质储量达到1.48万亿吨,但石油地质资源量为1085亿吨,可采资源量仅为268亿吨。当前,我国石油对外依存度已经超过65%。如果能将煤转化为石油,我国能源安全将会得到很好的保障。


然而,煤与石油二者在外观形态、使用方式上都有很大不同。如何进行转化是一大难题,特别是进行大规模产业化高效转化。然而,有一位科技工作者,攻克了这一世界性难题,使我国成为世界上第一个掌握煤制油品/烯烃大型现代煤化工工业技术的国家。


他是舒歌平,现任中国神华煤制油化工有限公司副总经理、总工程师。2018年1月,由舒歌平牵头的煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用项目获得国家科技进步奖一等奖。


刻苦钻研三十余载  力排众议谱新篇


舒歌平生于浙江省长兴县,1978年考入杭州大学(现与浙江大学合并)化学系,1982年又考入煤炭科学研究总院攻读硕士。彼时,恰逢煤制油项目上马,舒歌平便一头扎进这片“黑色油海”,一干就是30余载。


如今,舒歌平已经成为中国煤制油技术的首席科学家。在中国煤制油事业史上,写下了浓墨重彩的一笔。


2002年,舒歌平力排众议,推翻已获得国家批准立项的美国H公司的不成熟的工艺技术,为神华集团、也为国家避免了一次重大经济损失。


“外国的月亮就一定比中国的圆?”舒歌平不相信。曾经,为了证明美国H公司的工艺的确存在缺陷,舒歌平把家搬进了实验室,日夜钻研,在推翻了美国H公司的工艺技术后,又在全面研究美国、德国、日本等国的煤液化工艺的基础上,提出一套具有独创性的“神华煤直接液化工艺路线”设想。


正是由于舒歌平的坚持和刻苦钻研,才有了世界首个现代煤直接液化和煤制烯烃工程,使我国成为全球率先全面掌握现代煤化工工业化技术的国家。


然而,科研攻关总会遇到这样那样的问题,舒歌平团队遇到最难的问题就是经费来源。据了解,煤液化是一个投资额较大的科研项目。最初,煤直接液化被列入国家“六五”“七五”科技攻关项目,科研资金较为充足。然而到了“八五”时期,由于种种原因,煤直接液化项目被搁置。直到1996年,国家决定重新启动该项目。


有了政府的支持,于是由煤科院牵头,在全国范围内选择了云南省、黑龙江省、鄂尔多斯市等3个试点,舒歌平与他的团队才正式开始了煤直接液化的工业化试验。


兢兢业业为攻关  带领中国领跑世界


资金问题解决了,试点也选好了,接下来就是选择合适的技术。


煤直接液化与其他有机化工工艺不太一样:虽然煤直接液化也属于有机化工,但煤炭是由高等植物转化而来的固体,其中又含有许多无机物,因此液化全过程中都涉及固体,固体的液化过程相当麻烦。“液体流出快了会磨损设备,流出慢了又会沉积,造成设备管道堵塞,且煤又很容易结焦,这在当时的国际工艺上都是一个未解决的问题。”舒歌平说。


据了解,舒歌平与其团队就是要带着这些问题进行煤直接液化的工业化研究。如何防止煤液化装置结焦和矿物质沉积难题,也成了他们迫切需要解决的问题。


彼时,虽然神华工艺已经形成,但从液化室日处理煤量0.1吨的装置放大到百万吨油品工业项目,跨度太大。为了验证大厂设计基础的准确性,模拟将来有可能会出现的问题,减小规模放大的风险,同时也为了培养技术工人,2003年,神华选择在上海建设一个日处理煤6吨的煤直接液化装置。


舒歌平坦言,该装置在运行的5年时间里,出现了许多问题。“有一次,装置出现了反应器全部堵死的现象,假如这个现象发生在鄂尔多斯大厂,后果不堪现象。”


虽然上海的实验装置给大厂建设和检测提供可靠的数据,但是当时的那场事故还是让舒歌平受到了不小打击。事故发生后,业界议论纷纷,认为煤直接液化真的有很多问题。


同样的压力还来自于管壁问题。煤液化整个工艺要涉及气、固、液三项,物料对于高压高温管具有腐蚀性。在神华集团工业化大厂建设之初,由于其采用的是世界首创的超厚壁管,没有可参考的经验,舒歌平与其团队只能是“摸着石头过河”。


彼时,神华集团制造了很多超厚壁管,但在焊接完成后,却出现了硬粒,很多管道无法使用,面对如此场景,现场很多人都失去了信心。面对困难,舒歌没有想过放弃,在与相关单位的集体攻关下,这一问题最终得到解决。


当被问及如何能够坚持下来的原因时,舒歌平坦言:“我们的设备是全世界首套,当然会遇到各种各样的世界性难题。发现问题、找出原因、解决问题,是科研技术人员的职责所在。”


一番话朴实无华却令人肃然起敬。正是有舒歌平这样兢兢业业的科技工作者,才得以攻克了一系列世界性难题,成功实现了煤炭清洁高效转化的工程化和大型化,成为世界煤化工技术的领跑者,向世界科技展示了“中国力量”!


以下为2014年《能源》杂志的一篇文章:


口述 | 舒歌平(神华煤制油化工公司副总裁、总工程师)

作者 | 《能源》杂志记者 沈小波


从依赖国外资助到自主技术商业化落地,中国煤炭直接液化走过了三十年的不平凡历程。

  

舒歌平现为神华煤制油化工公司副总裁、总工程师。他出生于1961年,1985年分配到煤科院煤化所液化室工作,在他长达29年的职业生涯中,他从没有离开煤直接液化这一领域。他是国内最早接触煤直接液化的那一批人,由于长期在煤直接液化一线担任关键职务,他对煤直接液化在中国演变、以及技术路线的嬗变均曾亲身经历。

  

时下神华集团正在推进煤直接液化第二、三条线建设,但业内对煤直接液化的质疑声仍未平息。有鉴于此,《能源》杂志记者于近日专门拜访舒歌平,拟从其亲身所历,来梳清中国煤直接液化发展脉络。

  

1982年春节没多久,我以杭州大学(浙江大学前身)本科生的身份,参加了煤科院煤化所液化室(现名为煤科院煤化工分院液化所)研究生招生考试。过了几个月,我很顺利的拿到了录取通知书,成了那一年液化室录取的两名研究生之一。9月份我到液化室报到的时候,办公楼还没有完全竣工,试验厂房也在建设之中。

  

液化室成立的使命即为推进煤直接液化的研究,包括办公楼和试验厂房,都由当时的煤炭部出资。这也是中国最早开始煤直接液化的机构。成为液化室的研究生,也使得我从杭大物化专业的毕业生,第一次与煤直接液化接触。只是当时到液化室报到的时候,还没有想到煤直接液化,会成为我一生的事业。

  

从液化室毕业之后,我一直留在液化室工作,职务也逐级上升,后来成为液化室的副主任,与史士东主任搭档,2001年成为煤化所副所长。2002年张玉卓以煤科院院长的身份,应聘到神华集团任副总经理,负责推进煤直接液化项目,我应张玉卓邀请进入神华集团,参与到世界上第一个煤直接液化项目的建设与管理,一直到现在。

  

想起当初在液化室的岁月,研究经费捉襟见肘,大家都不敢奢望煤直接液化能够工业化落地。但到了现在,神华第一个煤直接液化项目取得了阶段性成功,实现了长周期稳定运行,去年也实现了盈利。这是起初不可想象的。再看看自己,刚到液化室的时候,对煤直接液化一无所知,但一路走下来,自己也成了这个领域最资深的专家之一了。算算自己和煤直接液化打交道的时间,不知不觉也已经有32年了。

  

液化室岁月

  

算上研究生所在的3年时间,我在液化室历时长达20年。这其中最深刻的记忆,是研究经费寥寥,使得研究工作十分窘迫,为了维持煤直接液化的研究,有一段时间,所里不得不去外面接活,以补贴研究。

  

液化室的研究经费来源有三部分。其中一部分是国家科技部下拨的研究资金。因为煤直接液化是被列入中国“六五”科技攻关项目的,科技部为此下拨液化室直接液化费用150余万元。“七五”的时候,煤直接液化也在科研项目之中,但到了“八五”,煤直接液化就被剔除了,自此也再无国家经费支持。

  

液化室最主要的经费来源是与日本的合作。合作方为日本新能源产业综合研究机构,自从上世纪70年代石油危机后,该机构便开启了“新阳光计划”,以寻找石油替代能源,其中一个重点部分是煤直接液化与煤转化,他们与液化室的合作,主要是寻找中国适合直接液化的煤。日方提供了一套煤直接液化设备,并提供试验经费。

  

最后一部分的经费是由联合国开发计划署提供。这部分资金主要用于人员出国和培训,及购买分析仪器。人员工资由煤科院发放。国家和日方提供的经费,则用来进行试验装置的运转。

  

日本人提供的煤直接液化装置日处理煤量为0.1吨,采用的还是老IG工艺,最后的固液分离还是采用离心机处理。根据液化室与日方的合作协议,液化室要面向国内筛选适合煤直接液化的煤种,一开始的试验范围是10个地方的煤种,后来扩大到15个。煤种每在试验装置上运转一次,日方提供5万美金的运转费用。这部分得到的运转数据,由我们与日方共享。

  

另一方面,我们利用液化室自己拥有的高压釜设备,在更大范围内探索国内煤种直接液化的属性,这部分获取的数据包括转换率、油产率、水产率等,成果由我们独享。

  

事实上,除了一些小课题外,那段时间液化室最主要的工作,即是执行与日方的合作协议。到了1986年,通过国家科技部与德国研究技术部的合作项目,我们从德方免费获得了一套煤直接液化装置,这套装置日处理煤量0.12吨,采用的是新IG工艺,其特点在于固液分离,采用减压蒸馏的方式。

  

当时国际上关于煤直接液化主要有三种技术路线,包括新的IG工艺、供氢溶剂分解法和溶剂萃取法。日本人做事十分严谨,他们综合了这三种技术路线的优点,最后形成了具有自己特点的NEDOL工艺,在日本新日铁公司内,建立了一个日处理煤量1吨的试验装置,以及后来日处理150吨煤的工业化试验装置。

  

日方又将液化室的两套装置,将德国装置的减压蒸馏部分,改装到日本的装置上,并根据NEDOL工艺进行了改造,德国装置剩余部分,改造成了溶剂加氢装置。于是两套装置合二为一,成为一套新的NEDOL工艺煤直接液化试验装置,日处理煤量仍然是0.1吨。

  

从1991年到1995年这5年,是液化室研究经费最困难的5年。因为煤直接液化没有列入“八五”科技攻关项目,没有国家经费。也是从这时候开始,日本人从初始提供设备、人员支持,开始为我们提供资金,以维持设备运转。

  

1995年之后,液化室的资金状况更加窘迫,因为和日方的合作协议已经到期,日方再无资金支持。为了维持设备运转,由煤科院出面,每年提供10万元人民币。这一段时间被我们成为“维持会”时期,史士东主任被我们成为“维持会”会长,我们利用煤科院的影响力,会去煤矿进行一些专家咨询,获得收入用来补贴设备运转和技术研究。

  

正如事物发展有低谷有高潮,身处那段最低潮的岁月,我们所有人都没有想到,转折点很快就来到了,煤直接液化也随之进入到一个新时期。

  

视察与转机

  

那是1996年的1月17日,当时的国家主席江泽民,要来液化室考察。那一天江泽民考察了两个地方,一个是中国矿大北京分校的水煤浆技术,另一即是液化室的煤直接液化技术。

  

后来我回想起来,江泽民的视察也有迹可寻。一是从1993年开始,中国成为了石油净进口国。当时我和石油部一个副部长交流过,也是通过他,我了解到石油勘探成本非常高,他告诉我,打100口井,可能只有几口井有石油。平均下来发现100万吨油,需要50亿元。我们也在编煤直接液化的投资估算,当时算的不太准,得出的结果差不多也是100万吨油,投资在50亿左右。和他交流后,感觉如果比较全生命周期,煤直接液化制油,也许不比直接开采原油高。后来这个副部长有可能写了内参提交了上去,促成了江泽民的来访。

  

江泽民到了液化室,我是陪同人员之一。我拿着液化室用煤液化而成的石脑油,江泽民握着瓶口闻了闻,说了一声“还挺有味的”。他说,中国正在制订“十五”规划,“我当然希望‘十五’期间再发现几个大庆油田,抱几个金娃娃。但从各种情况来看,几乎不太可能。”当时他听了我们的介绍,感觉煤直接液化技术不成问题,主要是经济问题。不过江泽民提到中国的国情不一样,能源结构是“富煤、贫油、少气”。当时陪同他前来视察,还有好几个相关部委的领导,江泽民发话,要求各部委也支持,选几个点,做一下工业示范。

  

于是由煤科院牵头,在全国范围内进行选点。选点有几个考量因素,包括煤种液化性能、储量、当地油品市场等。最后我们选了3个点,一是云南先锋的褐煤,储量大、液化性能也好,而且云南当地石油短缺,很适合建厂。二是黑龙江省的依兰煤,虽然储量不高,但液化性能在液化室试验过的煤种中,排列第一。第三是鄂尔多斯,那里煤的液化性能在我们试验的10个煤种中排倒数第一,但是储量很大,开采条件也很好。

  

初步选择了建煤直接液化工厂的地点,接下来的工作就是选择合适的技术。现在看起来,如果不是在技术选择时出现了一些不如意的地方,也不会有神华煤直接液化技术的横空出世,所以说祸福相依,其中的得失只能由时间去判断。

  

美德日三家竞逐

  

因为确定的是三个地方,我们准备采用三个国外的煤直接液化工艺。我们首先想到的是我们长期的合作伙伴,日本新能源产业综合开发机构,我们第一个给他们发了函,说明此事。然后我们又联系了德国DMT矿业研究院,他们拥有IGOR工艺,还有美国的HTI公司。

  

德方是最先作出反应的,他们派了一个技术人员和副经理过来,因为第一个到访,我们告诉他们我们选择了三个地点,他们就先选择了云南先锋的褐煤。紧随其后的是美方,他们选择了陕西神木的煤。日本人最后到,他们一开始不相信中国有能力做煤直接液化,后来看到德方、美方都来了,派遣了一个十几人组成的调查团,三个地点都考察了一遍,但是因为两个点已经被选走了,所以日方只能选择黑龙江的依兰煤,他们还挺不高兴。

  

当时黑龙江和云南的点都没有业主方,只有鄂尔多斯是神华的煤矿,所以神华集团一开始就参与到鄂尔多斯项目中来。这块的选点陕西和内蒙古一直在争夺,很长一段时间没有确定,但对直接液化来说,选点在两省交界地,属于同一块煤田,本身没有影响,最后才定在了内蒙古。

  

这样从江泽民视察之后第二年,1997年煤科院牵头开始启动选点和技术方接触,并最后完成了三个地方煤直接液化的技术经济报告,并提交给当时的国家计委。

  

也是考虑到黑龙江和云南没有业主单位,日方感觉神华项目最有可能落地,于是做完黑龙江依兰煤技术经济报告后,日方又找到神华,买走50吨煤,回到自己的日处理1吨的试验装置,免费再给神华做一个技术经济报告,这样神华鄂尔多斯项目,就有两个技术经济报告。

  

最后选择技术合作方主要看技术经济报告,美方采用HIT工艺获得的油收率可以达到66%,而日方采用NEDOL工艺获得的油收率在51-52%左右,于是神华集团最后选择了美方的HTI工艺。

  

神华工艺出世

  

美国的HTI公司没有资金,只有一个很小的装置,比液化室的装置规模还小。他们还有一个日处理煤量3吨的装置,但不是HTI工艺。后来又神华集团分两次出资,将这个装置改造成HTI工艺,并进行运转,最后出报告。

  

但现在事后看起来,日本人的工作做的更为扎实,鄂尔多斯的煤,现在经过工业项目的验证,油收率也就在51-52%。美方的报告油收率高估了。

  

定下HTI技术大约在2002年前后,这一年张玉卓进入神华任副总经理,负责推进直接液化项目,他也是在此时开始筹建团队,我是2002年1月底到神华报到,实际到神华是在4月份,进入神华之后,我开始详细了解HTI技术,我感觉这个技术存在风险,我就去和张玉卓沟通。

  

HTI技术油收率高的原因在于煤直接液化之后的残渣,还含有一定的油,HTI工艺把这部分通溶剂萃取又返回到主流程中去。但在实际运行中,这部分油进行主流程后重质物质会在系统沉积,最终影响系统运行。

  

4月份决定把液化室的NEDOL装置改造成HTI装置,验证HTI工艺包的数据,7月份开始改造,八月份完成,然后投料运行,投一次停一次,完全无法持续运行。有时候情况好,能运转1天,但从没超过5天。

  

但是当时国务院已经批准了直接液化项目,并且确定了HTI工艺,张玉卓也感到很为难。这样到当年的9月份,我、张玉卓,还有神华总经理陈必亭到德、法、意大利、美国进行考察。在路上张玉卓就说起这个事,他说,我现在过来了,你把种子(HTI工艺)交给我了,我根据这个种子的条件,我找最好的园丁,给它最好的生长条件,但是要是种子不行,长不出来,我可没责任。当时陈必亭就说,种子不行怎么行?还得要再研究。

  

从美国回来正好是10月1日。利用假日时间我就写报告,提出建议,要对HTI工艺进行重大调整。写完报告我提交给张玉卓,他肯定了我的报告,认为写的很好,也很及时,但就个别用词要求我作调整,以缓和语气。然后他就把这个报告提交给神华董事长叶青。

  

国庆长假后第一个工作日,叶青就召集开会,到会现场除叶青外有5个人,分别是屠竹鸣副董事长、张玉卓、我、金嘉璐(原液化室副主任)、史士东。我提出对HTI工艺应做调整,张玉卓同意我的意见。屠竹鸣的意见和我们的也很接近。于是叶青就拍板说要对HTI工艺进行修改。当时意见与美方签订了基础设计合同,会议开完后立即联系美方暂停。

  

但是神华煤直接液化项目基础设计马上就要开始,我们只能先期通过模拟来获得煤直接液化的数据,来提供给设计方进行基础设计。同时进一步改造液化室那套小装置,取消原先HTI残渣萃取中油返回单元,进行试验,获得数据后再顶替原先模拟后的数据。

  

液化室试验做完之后,叶青又召开了一次会,因为这个工艺与其他工艺完全不一样,叶青做了决定,不用HTI工艺,改用自己的工艺。这部分工艺主要来源我的那份报告,即神华出思路、资金,由液化室出人力,最终形成了这个神华工艺,与原来的HTI工艺相比,HTI工艺有4种溶剂油,第一种是加氢溶剂油,第二种是减压蒸馏的重质油,第三种是残渣萃取油,还有一种是高温高压出来的含固液化油。神华工艺最后只留一种加氢溶剂油,其他相关设备全部取消。

  

还有催化剂的问题,一开始迫于工程进度,我们用天然含铁矿物来替代原先催化剂,同时加紧推进“863”催化剂的研发。2002年底HTI工艺取消,2003年“863”催化剂就开发成功。2004年4月份,神华工艺完成最后一个试验,6月份由中国石油化工协会和中国煤炭协会联合进行了鉴定,7月份请中咨公司对调整后的工艺再评估。程序走完后,神华直接液化项目随之开工建设。同时神华集团2004年7月30日向国家知识产权局为神华工艺申请知识产权,最终于2006年5月24日获得认证证书。

  

百万吨项目

  

尽管神华工艺已经形成,但从液化室日处理煤量0.1吨的装置放大到百万吨油品工业项目,跨度太大。这样在2003年,神华选择在上海建设一个日处理煤6吨的煤直接液化装置,以减小规模放大的风险,同时也培养技术工人,2004年12月17日建成后,一共运行5000多小时,培养操作工500多人次。现在看来,这个装置非常重要,5年时间,这个装置出现了许多问题,一些问题如果在工业装置上出现,将是毁灭性的,但因这个装置得以避免。

  

神华直接液化项目于2004年8月25日,正式开工,2008年12月30日开始投料试车。当时国家高层对这个项目非常重视,项目开车之前,由张德江副总理在中南海就首次开车专门召开会议,确立以工信部部长李毅中为首次开车指导协调组组长。李毅中组建了三个组,安全组由安监总局为组长单位,保障组以国资委为组长单位,专家组由曹湘洪为组长,成员主要来自中石化。这三个组在现场调研了2个多月,最终下结论认为具备开车条件。

  

我现在还记得当时开车是12月30日下午2点40分左右,第一次开车就非常成功,持续运行了303个小时。日本NEDOL工艺几个工艺中开车情况最好的,第一次开车也只持续了30多个小时。第一次开车完毕后,大家心定了,这说明神华工艺大的问题没有了,神华集团对外发布了消息。

  

运行几年来,神华直接液化项目每年都在不断改进,年运行时间也在稳步上升,到去年运行了315天,项目达到了长周期稳定运行,也实现盈利。现在我们准备上煤直接液化第二、三条线,上个月在北京召开了第二次内部审查会,第二三条线除在设计上进行完善外,产品部分还是继续延伸,经济性效益会进一步提升,届时神华直接液化总产能将达到400万吨(含70万吨调和油装置)。规划2018年建成。

  

我们还要改进的一个方面是环保。2013年绿色和平组织指责神华直接液化项目违规排污和超采地下水。实际排污是因为装置运行不稳定,后端处理污水菌种死亡,不得已将污水临时排放在蒸发塘中。项目采用地下水是经过国家部门批准的,但考虑到当地水资源不丰富,神华已经做出了承诺,未来要利用神华附近煤矿用水,处理后进行煤直接液化再利用,届时地下水仅作为备用水源。

  

现在看起来,尽管神华直接液化技术还需要进一步提升,但目前已达到阶段性成功。但回想起当时江泽民的话,在神华的努力下,煤直接液化最终还是落了地,在为国家能源战略安全提供技术储备的同时,也实现了经济效益,达到企业利益与国家利益的统一。