技術創(chuàng)新成為支撐中國煤化工發(fā)展的脊梁
2016年6月2日 來源：防爆云平臺--防爆產業(yè)鏈一站式O2O服務平臺 防爆電氣、防爆電機、防爆通訊、防爆空調 瀏覽 2105 次
或者創(chuàng)新，或者消亡——美國創(chuàng)新學者比爾-薩波里托的這句格言，仿佛專為當今中國煤化工行業(yè)量身定做。近幾年，在環(huán)境約束加大、政策飄忽不定、石油價格急速下跌導致成本優(yōu)勢減弱、各方非議增多、項目投資降溫等極其不利的情況下，記者梳理發(fā)現(xiàn)，面對困難，我國煤化工行業(yè)不僅沒有退縮，反而迎難而上。不斷的技術創(chuàng)新破解了一個又一個制約行業(yè)健康發(fā)展的難題，成為支撐中國煤化工發(fā)展的脊梁。
煤轉化技術創(chuàng)新多
2016年3月4日，參加全國'兩會'的全國人大代表、中科院院士包信和透露：其帶領的團隊創(chuàng)造性地開發(fā)出合成氣高選擇性一步反應獲得低碳烯烴技術。這一消息立即引起國內外化學界、學術界、能源界的極大關注。業(yè)內普遍認為：該項發(fā)明是'煤轉化領域里程碑式的重大突破'、'將顛覆沿襲90多年的費托合成路線'。
相關專家指出，之所以獲得如此之高的評價，是因為該技術創(chuàng)造性地采用部分還原的復合氧化物作催化劑。這種催化劑兼具金屬催化劑和分子篩的雙重功能，反應過程中，可使一氧化碳分子在催化劑氧缺陷位上吸附并解離，氣相氫分子選擇性地與解離生成的碳原子反應，生成亞甲基自由基，而催化劑表面的一氧化碳解離生成的氧原子傾向于與另一個一氧化碳反應，形成二氧化碳。亞甲基自由基不在催化劑表面停留或發(fā)生表面聚合反應，而是迅速進入分子篩孔道，在孔道限域環(huán)境中進行擇形偶聯(lián)反應，定向生成低碳烯烴。由于是以一氧化碳替代氫氣來消除烴類形成中多余的氧原子，在不改變二氧化碳總排放的情況下，該技術摒棄了費托工藝中水煤氣變換反應，從原理上開創(chuàng)了一條低耗水、低耗能的煤炭清潔高效轉化新途徑。
而據(jù)記者了解，類似轟動國內外的煤轉化創(chuàng)新技術，近幾年在我國煤化工領域層出不窮。
2010年8月8日，采用中科院大連化物所等單位聯(lián)合開發(fā)的煤經甲醇制低碳烯烴工業(yè)化技術建設的神華包頭60萬噸/年甲醇制低碳烯烴項目投料試車成功，使我國甲醇制低碳烯烴工業(yè)化技術一舉超越德國魯奇、美國UOP等企業(yè)，達到世界領先水平。據(jù)甲醇制低碳烯烴技術首席科學家、大連化物所副所長、中國工程院院士劉中民透露，近幾年，他們的研究并未停歇，繼甲醇制低碳烯烴一代、二代技術之后，大化所研究人員又成功開發(fā)了甲醇甲苯制對二甲苯、甲醇制對二甲苯聯(lián)產低碳烯烴、丙烯加乙酸制乙醇及異丙醇、鈷基催化劑費托合成油，以及煤制甲醇經二甲醚制乙醇等新技術。
2013年3月，由清華大學與華電煤業(yè)化工集團聯(lián)合開發(fā)的甲醇流化床制芳烴通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的技術成果鑒定，專家組確定'該技術達到同類技術國際領先水平'。同時認為：該技術使用一種催化劑完成了甲醇制芳烴、輕烴制芳烴和苯、甲苯甲醇烷基化的高效轉化，具有較高的芳烴選擇性，打通了由煤制芳烴的關鍵步驟——甲醇制芳烴過程，形成了具有完全自主知識產權的甲醇流化床制芳烴成套工業(yè)技術，整個過程甲醇轉化率高達99.99%，產品中芳烴占74.47%.其中，對二甲苯占比超過50%.這也是世界單一甲醇為原料生產芳烴的工業(yè)化技術，開啟了芳烴原料多元化的新紀元。目前，煤基甲醇流化床制芳烴工業(yè)化示范項目已經啟動，正在開展前期工作的大型工業(yè)化項目超過5個。
中科合成油技術有限公司繼推出漿態(tài)床鐵系催化劑費托煤制油技術并實現(xiàn)工業(yè)化應用后，成功開發(fā)出單反應器50萬噸/年大型設備。2015年6月投產的陜西未來能源化工有限公司年產百萬噸煤間接制油裝置，采用了兗礦集團自主開發(fā)的低溫費托合成技術，其單系列114萬噸/年的生產能力，屬國內之。加上此前神華集團開發(fā)并經工業(yè)化應用驗證的煤直接液化技術，以及陜西延長石油集團開發(fā)的煤油共煉技術，我國煤制油技術整體水平世界領先。
而在業(yè)內一直關注的煤氣化技術方面，經過不懈努力，我國不僅擺脫了對國外技術的依賴、結束了引進消化吸收的過程，實現(xiàn)了全面自主創(chuàng)新，而且整體技術達到世界領先水平。
由華東理工大學與山東兗礦集團共同開發(fā)的多噴嘴對置式水煤漿氣化技術，單爐日處理煤量達到3000噸，現(xiàn)有55臺氣化爐投入使用，簽約氣化爐高達113臺；我國自主開發(fā)的清華爐、航天爐、兩段式干粉煤氣化爐、無煙煤高效轉化爐等均實現(xiàn)了工業(yè)化應用；陜西延長石油集團正在安裝調試的大型輸運床氣化爐（KSY）一旦投入運行，日投煤量可達5000噸，成為世界煤氣化史上的巨無霸。
另外，河北新奧集團與中科院山西煤化所聯(lián)合開發(fā)的煤加氫氣化技術、中國礦業(yè)大學（北京）梁杰博士團隊開發(fā)的煤地下氣化技術等世界前沿技術也已完成中試，即將建設大型工業(yè)化示范裝置。
煤熱解領域的創(chuàng)新同樣可圈可點。僅2015年，就先后有陜煤化技術研究院有限公司與北京柯林斯達科技發(fā)展公司聯(lián)合開發(fā)的氣化—低階煤熱解一體化技術、神木天元化工有限公司與華陸工程科技有限公司聯(lián)合開發(fā)的低階粉煤熱解制取無煙煤兩項技術通過了技術鑒定。還有，河南龍成集團開發(fā)的低階煤旋轉床熱解技術、神木富油能源科技公司與相關院所聯(lián)合開發(fā)的粉煤固體熱載體快速熱解技術、北京神霧集團開發(fā)的無熱載體蓄熱式旋轉床熱解技術建成工業(yè)化示范裝置。而已經投料試車的陜西延長石油集團開發(fā)的輸運床煤氣化熱解一體化技術（CCSI）一旦取得成功，將實現(xiàn)煤熱解與氣化的無縫對接，其能效將達行業(yè)領先水平。
深加工技術全面開花
除了煤轉化技術外，其他煤化工深加工的技術創(chuàng)新，也在近幾年間呈全面開花之勢。
在包括煤焦油在內的劣質油加工方面，陜煤化集團神木富油能源科技公司2012年開發(fā)了固定床中低溫煤焦油全餾分加氫多產中間餾分油成套工業(yè)化技術，上海新佑能源科技有限公司于2014年開發(fā)出沸騰床劣質油加工技術，同年，陜西延長石油集團開發(fā)了懸浮床加氫技術；2015年，北京三聚環(huán)保新材料股份有限公司和北京華石聯(lián)合能源科技發(fā)展有限公司聯(lián)合開發(fā)了超級懸浮床加工技術，上述技術目前均已經實現(xiàn)了工業(yè)化示范應用，攻克了諸多世界性難題，使我國劣質油加工技術躋身世界前列。
2014年12月，由山東玉皇化工有限公司與清華大學聯(lián)合開發(fā)的甲醇制聚甲氧基二甲醚工業(yè)化技術被中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會鑒定為'處于世界領先水平'；延長石油集團根據(jù)自身油氣煤富集于一身的特點，創(chuàng)造性地將煤化工、天然氣化工和石油化工耦合，建成全球首套煤氣油綜合利用示范項目；經過持續(xù)改進優(yōu)化，內蒙古通遼金煤化工有限公司采用中科院福建物構所開發(fā)的煤制乙二醇技術建設的全球首套煤制乙二醇工業(yè)化示范裝置，2015年下半年以來實現(xiàn)滿負荷運行，所得乙二醇產品完全滿足聚酯行業(yè)質量要求，標志著我國煤制乙二醇工業(yè)化技術達到世界領先水平。
地處西北邊陲的新疆天業(yè)集團，對電石氯堿行業(yè)的貢獻功不可沒。2011年，該公司針對電石法聚氯乙烯汞觸媒污染問題，成功開發(fā)了低汞觸媒并實現(xiàn)工業(yè)化應用，使中國氯堿企業(yè)得以從容應對《水俁公約》帶來的約束和影響。該集團利用電石爐尾氣陸續(xù)建成20萬噸/年產品質量符合聚酯行業(yè)要求的乙二醇生產能力，則開創(chuàng)了電石爐尾氣制高端化學品的先河。該公司還聯(lián)手多家科研院所開發(fā)的等離子體煤制乙炔工藝，現(xiàn)已建成5兆瓦中試裝置，規(guī)模與技術全球領先。
2009年5月哈爾濱工業(yè)大學教授韓洪軍團隊開發(fā)了多級生化處理（EBA）技術。該技術將外循環(huán)厭氧技術、生物增濃技術、多級厭氧/好氧脫氮技術集成，輔以高密度沉淀、高級氧化、曝氣生物濾池和多效蒸發(fā)技術，實現(xiàn)了對煤化工廢水的深度處理，基本實現(xiàn)了廢水零排放。利用該技術，現(xiàn)已建成中煤龍化哈爾濱煤化工有限公司和中煤圖克大化肥廢水零排放兩個示范基地。北京沃特爾水技術股份公司則開發(fā)了適用范圍廣泛的正滲透技術。
針對困擾煤化工廢水零排放后一公里的濃鹽廢水結晶鹽分離難題，深圳能源資源綜合利用開發(fā)有限公司聯(lián)合上海晶宇環(huán)境工程股份公司聯(lián)合開發(fā)了煤化工濃鹽廢水資源化工藝技術，并通過兩次現(xiàn)場小型試驗和一次連續(xù)分鹽中型裝置驗證取得了成功。2016年1月18日，深圳能源資源綜合利用開發(fā)有限公司成功中標內蒙古伊泰煤化工公司120萬噸/年精細化工項目高濃鹽水蒸發(fā)和結晶EPC總包工程。據(jù)該公司煤化工廢水事業(yè)部市場總監(jiān)吳春蓮女士介紹，將利用深能資源和晶宇環(huán)境核心技術，通過化學軟化沉淀—高倍濃縮—純化單元—蒸發(fā)濃縮—分級結晶—干燥打包等工序，為我國煤化工行業(yè)打造真正能夠實現(xiàn)廢水零排放及雜鹽分離提純與資源化利用的樣板工程。
另據(jù)了解，上海安賜環(huán)?？萍脊鹃_發(fā)的特殊板組+疏松纖維除霧除塵技術，可使經鈣法脫硫后的尾氣除塵滿足5毫克/立方米要求，且運行成本比現(xiàn)有濕法電廠脫硫還低。陜西延長石油集團與西北大學、陜西省能源化工研究院聯(lián)合攻關的二氧化碳捕集與驅油技術，已經分別在陜北靖邊和吳起兩個油田進行了驅油提高采收率示范試驗，取得了顯著效果。該成果也因此進入《中美氣候變化工作組提交第七輪中美戰(zhàn)略與經濟對話的報告》。
神華集團依托鄂爾多斯百萬噸煤直接液化項目建設的我國10萬噸/年碳捕集與封存工業(yè)化示范項目，截至2015年4月，已經累計注入二氧化碳30.2365萬噸，捕集尾氣近1.8億標準立方米，被石化聯(lián)合會鑒定為'項目創(chuàng)新性強、總體達到國際先進水平，在低孔低滲咸水層二氧化碳封存技術方面達到國際領先水平'。
中國工程院院士、四川大學校長謝和平團隊開發(fā)的二氧化碳礦化發(fā)電技術，則通過二氧化碳與電石渣、有機廢堿、水泥粉塵以及鋼渣等工業(yè)堿性廢物發(fā)生礦化反應，在固化二氧化碳的同時，可將礦化過程產生的化學能轉化成電能，并聯(lián)產高附加值的碳酸氫鈉。中科院青島生物能源與過程研究所、河北新奧集團等單位，現(xiàn)已分別開發(fā)了微藻減排煤化工二氧化碳技術并建成中試基地。隨著技術的進一步突破和微藻面積的擴大，未來將打造二氧化碳—微藻—生物柴油產業(yè)鏈，實現(xiàn)二氧化碳資源化利用……
煤化工領域的技術創(chuàng)新還惠及其他領域。
2015年10月，美國《電力雜志》評出2015年度世界火力發(fā)電廠，上海外高橋第三發(fā)電有限責任公司成為中國火電廠獲獎企業(yè)。理由是其通過煙氣余熱利用、廣義回熱、改進型給水回熱、改進型鍋爐啟動、固體顆粒侵蝕防治等一系列技術革新與創(chuàng)新，以及嚴格的脫硫脫硝除塵與選擇性催化還原等措施，使投入運行的2×1000兆瓦燃煤超超臨界發(fā)電機組的凈效率達到45%以上的世界領先水平，且氮氧化物、二氧化硫、煙塵、黑格曼指數(shù)等指標低于天然氣發(fā)電機組排放指標，為全世界燃煤發(fā)電行業(yè)樹立了標桿。追根溯源，上述技術相當一部分來自煤化工領域的實踐。
在工業(yè)鍋爐領域，陜西煤業(yè)化工新型能源有限公司借助自有技術和特殊加工工藝，以神木地區(qū)優(yōu)質末煤為原料，調配加工成粒徑只有20～30微米的超細煤粉，同時聯(lián)手相關鍋爐企業(yè)和科研院所，開發(fā)出高效煤粉鍋爐。兩者結合使用后，由于超細煤粉粒徑小、比表面積大，當其以霧態(tài)噴入高效煤煤粉鍋爐的爐膛并與空氣充分接觸后，便能實現(xiàn)低溫快速燃燒，從而大幅縮減了氮在高溫下被氧化為氮氧化物的概率，顯著提升了煤的燃盡率和鍋爐熱效率。
該公司建成并運營的多個高效煤粉鍋爐經環(huán)境主管部門監(jiān)測發(fā)現(xiàn)：其煤的燃盡率超過98%，鍋爐熱效率超過90%，分別較傳統(tǒng)鏈條式鍋爐提高30%和25%，節(jié)煤30%以上，顆粒物、二氧化硫、氮氧化物排放濃度不僅遠低于GB13271-2014《鍋爐大氣污染物排放標準》中規(guī)定的燃煤鍋爐大氣污染物排放限值，甚至低于該標準中要求嚴格的'重點地區(qū)燃氣鍋爐大氣物污染物特別排放限值'。這一成果，為我國大量存在的高耗能、高排放、高污染燃煤工業(yè)鍋爐的節(jié)能改造指明了方向，被業(yè)內譽為探索出又一條煤炭清潔高效利用的嶄新路徑。
神華集團則與空軍經過3年聯(lián)合攻關，于2015年8月成功推出煤基噴氣燃料。這一成果不僅標志著我國在煤基噴氣燃料研究領域已經達到國際領先水平，而且由于煤基燃料比重大，同等容積存儲油品多，有助于我國戰(zhàn)斗機飛得更高更遠，具有重大戰(zhàn)略意義。
2016年初，神華寧煤集團相繼試產出1101SC、1148TC兩個牌號的中高融指均聚聚丙烯產品。前者是無紡布專用料，后者為薄壁注塑用料，從而終結了該公司煤制聚丙烯裝置只能做生產通用料的歷史。
創(chuàng)新帶來無限生機
此起彼伏的技術創(chuàng)新，使中國煤化工發(fā)生了巨大變化。在經濟效益和社會效益方面，與10年前剛剛起步相比，如今的煤化工產業(yè)已令人刮目相看。
比如通過甲醇制聚甲氧基二甲醚技術的運用，柴油發(fā)動機臺架試驗和小范圍試用結果表明，若在常規(guī)柴油中添加20%，發(fā)動機排放煙度可降低70%～90%，一旦在我國推廣應用，每年不僅能夠節(jié)約3000余萬噸柴油，還能使機動車排放降低12%～20%.
又比如超細煤粉及高效煤粉鍋爐技術的運用，若用其對現(xiàn)有中小燃煤工業(yè)鍋爐技術改造，每年可節(jié)煤1.7億噸，減排二氧化碳4.17億噸、減排二氧化硫435萬噸、減排氮氧化物73萬噸。全國燃煤機組若全部采用上海外高橋第三發(fā)電廠超低排放技術，則電力行業(yè)的煤煙型污染可較2013年下降90%；若在全球燃煤電廠推廣使用，每年可減排二氧化碳40億噸，節(jié)能7.3億噸標煤。
再比如，神華煤直接液化裝置通過持續(xù)技術改進、工藝優(yōu)化并加加強內部管理，噸油品消耗已經由設計時的10噸降至5.8噸，時曾達5噸。通過清污分流、污污分治、一水多用、巧用礦井水等措施，限度地減少了項目對當?shù)厮Y源的開采，同時產生了良好效益。2015年，神華煤化工板塊實現(xiàn)營業(yè)收入55.5億元，實現(xiàn)利潤6.49億元。
截至2016年2月，中國煤制烯烴（含煤制聚丙烯、外購甲醇制烯烴）投產項目19個，合計烯烴產能841萬噸；在建企業(yè)13家，合計烯烴產能814萬噸。預計'十三五'末，我國煤制烯烴（含煤制聚丙烯、外購甲醇制烯烴）總產能將超過1700萬噸，占屆時國內烯烴總產能的23%.在大幅提升國內烯烴產品及其衍生品國際市場競爭力的同時，也使我國乙烯行業(yè)擺脫石腦油價高貨缺的困擾，年節(jié)約原油1.7億噸。
更令人欣慰的是，一批更有創(chuàng)意、更能帶動經濟效益和社會效益的技術，已經在醞釀和開發(fā)之中。
'不同濃度的二氧化碳均可直接進行礦化發(fā)電，不需要進行二氧化碳捕捉過程；礦化1噸二氧化碳，能夠穩(wěn)定輸出140度電能，同時產出1.91噸價格超過1500元/噸的碳酸氫鈉。二氧化碳礦化發(fā)電技術一旦實現(xiàn)工業(yè)化大面積應用，產生的經濟環(huán)保與節(jié)能減排效益難以估量。'謝和平這樣表示。
北京化工大學生命科學與技術學院教授傅鵬程力挺將微藻技術開發(fā)與應用作為重點方向。他說，微藻中脂類含量達20%～70%，是陸地植物所不能比擬的。在1年生長期內，1公頃玉米、大豆、油菜籽、棕櫚樹可分別生產生物柴油172升、446升、1190升和5950升，而同樣1公頃微藻可生產生物柴油95000升。如果將中國鹽堿地的14%用來培養(yǎng)和種植微藻，生產的柴油量就可滿足全國50%的柴油需求。
不僅如此，微藻經光合作用吸收二氧化碳放出氧氣的同時，用其生產的生物柴油由于含氧量在10%以上，燃燒過程需氧量比石油基柴油少，燃燒與點火性優(yōu)于石油基柴油，使其燃燒過程一氧化碳較石油基柴油減少10%.加之微藻吸收轉化二氧化碳的能力相當于同面積森林的10～50倍，一旦實現(xiàn)產業(yè)化，其產生的經濟環(huán)保與節(jié)能減排效益十分巨大。
劉中民透露，他的團隊正在開發(fā)單套甲醇處理能力達300萬噸/年、通過優(yōu)化催化劑和工藝設計與反應器結構即能大幅提升乙烯、丙烯收率與裝置效率和投資效益的第三代甲醇制低碳烯烴技術。實施后，將進一步提升煤制烯烴競爭力，鞏固我國煤制烯烴技術的世界領先地位。
還有，清華大學教授王金福團隊正在開發(fā)困擾粉煤熱解油塵氣分離難題的新技術，目標是'十三五'實現(xiàn)工業(yè)化應用；陜煤化集團今后的研發(fā)重點是解決制約煤炭分質分級利用的粉煤熱解工業(yè)化裝置的油氣塵高效經濟性分離問題；陜西延長石油集團與西北大學等合作，正在開發(fā)甲烷無氧芳構化制芳烴聯(lián)產氫氣循環(huán)流化床工藝技術；山東兗礦集團和山西潞安礦業(yè)集團已經著手開發(fā)高碳單烷烴、α-烯烴、聚α-烯烴、1-己烯、1-辛烯、工業(yè)用潤滑油、混合醇、高碳醇、烷基苯、烷基酚、氧化蠟、微粉蠟、精制蠟、食品級白油、潤滑基礎油、高凝點蠟、表面活性劑等高附加值且是石油路線難以獲得的化工產品，以避免與煉油行業(yè)在成品油市場競爭，提高煤制油項目競爭力。
包信和的設想更有針對性也更令人振奮。他說，今后幾年，他的團隊除了繼續(xù)深入催化劑基礎研究外，還將重點推動包括合成氣制烯烴、甲烷無氧制烯烴、芳烴、氫氣等現(xiàn)有技術成果的工業(yè)化應用，使這些成果盡早實現(xiàn)工業(yè)化，轉化為生產力。同時，將積極開展煤溫和分解生產液體產品和烴類產品的理論研究，以期攻克相關難題，終實現(xiàn)像煉制石油那樣溫和高效清潔加工煤炭的目標。
在今年4月21～22日于青島召開的中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會科技工作會議上，中國石化聯(lián)合會副秘書長、煤化工專委會秘書長胡遷林點出了煤化工行業(yè)今后的創(chuàng)新方向。
他說，'十三五'期間，現(xiàn)代煤化工技術要瞄準五大發(fā)展方向：一是優(yōu)化現(xiàn)代煤化工關鍵工藝生產條件和流程設計，提高現(xiàn)有示范工程的穩(wěn)定性；二是開發(fā)一批重點技術及新產品；三是建成一批新的示范工程；四是針對占煤炭儲量55%以上的低階煤開展高效綜合利用的技術研發(fā)和示范；五是研發(fā)一批適用于煤化工'三廢'特點的治理和回用技術。
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