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煤制油,煤炭高效利用的“绿色大道”——对全球首个百万吨级煤直接液化项目的调研报告
字号:[    ] 发布时间:2019-06-04 来源:中国矿业报

  4月中旬,按照上级统一部署,记者有机会到全球首个百万吨级煤直接液化项目——国家能源集团鄂尔多斯煤制油分公司进行蹲点调研。这次调研不但让记者深入到基层一线,对煤直接液化工程项目进行立体交叉、全方位的调研,近距离感受了令人引以为傲、具有我国自主知识产权的煤直接液化工艺对能源安全的战略意义和国防安全的保障作用;同时也深切地感受到,煤直接液化是煤炭清洁高效利用的一条重要途径。

  一、煤直接液化项目概况

  鄂尔多斯煤制油分公司是国家能源集团中国神华煤制油化工有限公司的全资公司,组建于2008年,位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇,北有库布齐沙漠、南有毛乌素沙漠。公司运营着世界首条108万吨/年的煤直接液化生产线、一条18万吨/年的煤间接液化生产线和亚洲首个10万吨/年全流程CO2捕集封存项目。

  煤直接液化是以煤炭为原料,采用被列入国家“863”计划的纳米级催化剂,在供氢溶剂的作用下,通过高温、高压液化反应及提质加工过程,使固体煤炭直接转化为液体燃料,生产出优质的清洁油品,主要产品有煤基直接液化柴油、石脑油、汽油和液化气,副产品有煤基沥青、粗酚、液氧、液氮和液体二氧化碳等。经过十余年的不断自主研发和工艺改进,鄂尔多斯煤制油分公司已经成为位居世界领先地位的现代化大型煤直接液化工业化生产企业。

  二、项目创新成果丰硕

  (一)七大首创成果

  鄂尔多斯煤直接液化项目采用自主研发的煤直接液化工艺路线,具有完全自主知识产权,成功取得七大首创成果。

  一是首创高效现代煤直接液化工艺和工程化技术。二是首创煤直接液化高效转化工艺并成功放大1000倍。三是首创合成煤粉担载的高效煤直接液化催化剂。四是集成创新煤直接液化成套工业化技术,首创大型煤直接液化系统安全高效运行成套技术,整体稳定性大幅优于国外煤直接液化工艺。五是首次实现煤直接液化污水近零排放。首次利用配套煤矿矿井水作为煤直接液化生产水源,开发煤直接液化污水处理技术,污水回用率达98%,吨油水耗比设计值下降42%,目前吨油水耗是5.82吨。六是创新设计理念,实现关键设备“中国制造”。七是首次实现了煤制油化工CO2捕集、咸水层封存、监测预警评价体系为一体的CCS技术集成,成功建设运行了亚洲首套全流程10万吨/年CCS示范工程。

  (二)实现了煤基能源行业绿色发展

  一是煤直接液化制油的能源转化率近60%,是由煤生产液体产品中最有效的技术途径。其生产过程实现了煤炭资源的清洁和高效率转化,实现了传统能源清洁化利用。

  二是供给低污染排放燃料。硫、氮含量极低的煤基油品燃烧废气所含污染物极少,具有在城市和井下等环保要求较高场所使用的优势。

  三是成功开发CO2工业化减排路径——CCS技术。集团在大力推进煤炭清洁转化的同时,积极关注CO2减排和气候变化等重大议题,建设了10万吨/年CCS全流程(CO2捕集、封存)示范项目,将煤直接液化生产中产生的CO2捕集压缩注入封存到地下1500~2500米之间的咸水层,开发了CO2封存监测、安全性评估与泄漏预警处置平台,形成了CO2捕集、输送、封存、监管等成套技术,打造了CCS技术研发平台,培养出一支CCS研发团队。该项目每年可减少5100万立方米的CO2排放量,相当于274公顷阔叶林吸收储存二氧化碳总量。项目的成功示范为实现大规模CO2捕集和封存奠定了基础。

  四是实现工业水源替代和污水近零排放,大幅降低水资源消耗。煤直接液化项目生产水源原定为地下水。企业积极响应国家保护地下水资源的号召,主动担责,投资2.5亿元建设净水场,将经过净化处理的煤矿疏干用于煤直接液化生产,实现了煤直接液化先期工程工业水源替代。此举在保护地下水资源的同时解决了煤矿疏干水的综合利用难题,充分体现了央企维护地方生态的责任担当。集成采用先进的污水处理工艺,摸索出“清污分离、污污分治、分质回用”的治理方法,吨油水耗由设计的10吨降到6吨以下,是水耗极低的煤化工项目。

  五是综合利用煤基沥青。为有效解决煤直接液化固废问题,企业开展了煤直接液化沥青原料化综合利用研究,主导建立了《煤直接液化沥青》产品标准,实现了煤基沥青产品化管理。正在建设的油渣萃取项目,以煤直接液化沥青为原料,萃取生产高品质煤基沥青,用以生产针状焦等高端产品。与科研院所研究生产防水材料和超硬质道路沥青已取得阶段性成果。上述措施在解决固废问题的同时,将进一步延伸产品链,提高项目整体效益。

  (三)工程化过程中攻克了多项世界难题

  一是掌握了超大型煤直接液化反应器关键技术。单台设备和单系列装置处理能力达到6000吨干煤/天,是国外鼓泡床反应器的两倍。

  二是攻克反应器矿物质沉积和结焦这一世界性难题。煤直接液化反应器连续运行最高达到10080小时(420天)。

  三是解决了壳牌气化炉长周期运行问题。气化炉连续稳定运行200天以上,连续四年荣获壳牌全球煤气化装置“最佳运行奖”。

  四是设备国产化带动“中国制造”升级。高温高差压减压阀、高温高固耐磨离心泵、煤浆进料泵和耐磨球阀等一系列关键部件的国产化攻关均取得成功,设备国产化率已达到98.39%,解决了生产运行瓶颈,提高了国内关键设备研发制造能力,为国内现代煤化工项目的发展铺平了道路。

  (四)完善了国内煤制油产品标准体系

  鄂尔多斯煤制油分公司努力推动建立煤基新型产品标准体系。如今,《煤直接液化石脑油》《煤直接液化制混合芳烃》两项国家标准,《车用煤直接液化柴油》《煤直接液化沥青》两项地方标准均已发布实施,填补了国内相关产品标准空白,助力产业健康高效发展。

  (五)创新水平获得高度评价

  截至先期工程后评价时(2017年上半年),煤直接液化项目获专利213项,其中发明专利108项、实用新型专利105项,制定企业产品标准8项。

  “一种煤炭直接液化的方法”获得第十四届中国专利金奖,系原神华集团首次在知识产权领域获奖。“百万吨级煤直接液化关键技术及示范”获2011年中国煤炭科学技术奖特等奖。中国第一个全流程CO2捕集封存项目获中国石油与化学工业联合会科技进步一等奖。2017年,“煤制油品/烯烃大型现代化煤化工成套技术开发及应用”荣获国家科技进步一等奖,系国内煤化工领域首次获得该奖项。项目核心专利已获得美国、日本、俄罗斯、乌克兰、加拿大、澳大利亚、印度尼西亚、印度和欧盟等9个国家和地区的专利授权。2010年和2012年的两届世界煤制油大奖均授予中国煤直接液化工程主要奠基人。

  三、项目运营水平稳步提升

  (一)安全环保水平高

  煤直接液化工艺、设备和操作较为复杂,安全管控难度远高于传统石化行业。项目一直强化安全风险预控管理体系运行,严格管控现场作业,自2008年底试生产以来,未发生过人员死亡及较大财产损失的安全生产事故,连续8年被评为集团安全体系建设一级达标单位,持续保持在集团安全管理第一方阵。

  (二)社会经济效益显著

  近两个生产周期,煤液化装置单周期运行时间两度突破400天,分别达到420天和410天,远超310天的设计值。商业化运营以来,2011年至2018年,企业累计生产油品665万吨,实现营业收入374.4亿元,利税合计73.6亿元,年均利税9.2亿元。

  国家能源局开展的现场标定表明,该项目工艺技术先进,装置设计合理,设备选择恰当,装置运行稳定、安全可靠,产品质量特点明显,能源转化效率高,“三废”排放达到国家标准要求,已取得明显的社会效益,具有较好的经济效益。

  四、未来主要发展方向

  近几年,鄂尔多斯煤制油分公司以前期发展成果为基础,以习近平新时代中国特色社会主义思想为指南,充分挖掘产业优势,推动煤直接液化产业高质量发展。

  (一)研发煤基特种油品,开发稀缺性高端产品市场

  煤基直接液化油品具有区别于石油基油品的独特品质——显著的“一大三高四低”(即比重大、高体积热值、高体积比热容、高热安定性、硫含量低、氮含量低、芳烃含量低、凝点低)特性,是不可多得的优异、清洁油品,具有作为特种油品的潜质,将在能源供给革命中做出突出贡献。

  国家能源集团依托煤炭直接液化国家工程实验室,成立了航空油品研究室、低凝点油品研究室等科研机构;与有关单位联合开展的煤基特种燃料技术攻关均取得重大突破。由于煤基特种燃料具有特殊性和稀缺性,主要性能指标达到世界领先水平,可拓展高品质燃料来源,有效服务国民经济,保障国家能源安全。

  实践证明,煤基特种油品研发应用是落实能源安全战略的重要举措,当前煤基直接液化产品的高端发展格局愈发清晰。

  (二)推动新产品项目建设,延伸煤直接液化产品链

  高效建设油渣萃取项目,调试环烷基油项目产出目标产品,策划实施煤间接液化气项目。

  (三)后续生产线继续推动清洁能源规模化,致力于高端燃料保障

  第二、第三条生产线将实现煤炭规模化清洁高效利用,推动燃料多元化供应,保障国家能源安全,同时,为中西部煤炭资源区域经济发展注入活力,促进我国装备制造产业的发展,特别是带动特种、重型装备设计制造水平的提升。

  未来,企业将继续推动科技成果研发和转化。全力推广煤基特种燃料新工艺、新技术、新标准,推动煤基新型燃料应用。
  
  五、项目示范意义

  经过半个多月的调研学习,记者深切地感受到,作为拥有我国自主知识产权、关键装备的国产化,目前世界第一、全球唯一的百万吨级煤直接液化项目,其战略定位、保障作用和示范意义非常重要。

  首先,它是保障国家能源战略安全的示范工程。煤直接液化项目是国家“十五”重点项目之一,是我国石油安全战略的重要组成部分。项目成功运营对解决我国石油资源短缺,保障能源安全具有重大的战略和现实意义,也使我国成为唯一掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。

  其次,它是实现煤炭清洁高效转化利用的示范工程。煤直接液化的能源转化率近60%,远高于煤电和其他煤化工40%左右的水平。该项目实现了煤炭资源的就地、清洁、高效转化,是我国推进煤炭清洁转化利用的重要示范工程。

  再次,未来随着第二条、第三条生产线的开工和投产,鄂尔多斯煤制油分公司将在充分吸收首套生产线经验成果的基础上,有效提升装备的安全高效运行水平,进一步推动煤炭规模化清洁高效利用,实现高端燃料多元化供应,保障国家能源安全,为我国高质量发展打造“绿色引擎”。(特约记者 张立宽)

 

 


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