努力走出高碳原料低碳排放新路——看我国煤化工产业如何补齐短板

  洁白的纺织品,其原材料来自煤炭;以煤炭为原料生产丁二醇可以转化为日化用品;煤制油不仅可以生产出民用机动车各种油品,还是航空器材的专用油品。现代煤化工让煤炭由燃料转化为原料,已经成为我国石油化工的有力补充。

  截至“十三五”末,我国煤制油产能达到823万吨/年,与2015年度相比增长158.81%;煤制天然气产能达到51.05亿立方米/年,与2015年度相比增长64.41%;煤(甲醇)制烯烃产能达到1672万吨/年,与2015年度相比增长101.93%;煤(合成气)制乙二醇产能达到597万吨/年,与2015年度相比增长159.57%。

  高效产能、产量新突破下,产业布局更加合理,产业结构更加完善的局面初步形成。煤化工产业逐步形成了宁东能源化工基地、鄂尔多斯能源化工基地、榆林国家级能源化工基地等多个现代煤化工产业集聚区,部分化工基地已实现与石化、电力等产业多联产发展,产业园区化、基地化发展的优势已经初步显现。

  回忆起煤化工产业发展的历史,业内资深专家、内蒙古伊泰煤制油有限责任公司高级顾问姜建生向记者坦言,我国煤化工产业的发展是一部由借鉴、跟跑,到领跑的历史。

  他介绍,我国煤化工在起步之初,技术装备大多依赖进口。直到1958年,我国才建成首个拥有自主知识产权的机械化焦炉——北京焦化厂焦化炉。尤其是大型合成氨装置,20世纪50年代规模小、产量低,制约着经济发展。直到20世纪70年代,我国才引进13套大型煤制合成氨装置,到目前已发展到50多套。

  进入20世纪90年代后,全球性石油短缺现象出现。煤炭作为我国的优势能源又被赋予了新的使命,以煤为原料借助先进技术生产烯烃、芳烃、乙二醇等化工产品以及油品、天然气等能源产品,现代煤化工由此进入大众视野。

  2016年,习来到宁东能源化工基地,发出“社会主义是干出来的”伟大号召。2021年,习到国家能源集团榆林化工有限公司考察时强调,煤炭作为我国主体能源,要按照绿色低碳的发展方向,对标实现碳达峰、碳中和目标任务,立足国情、控制总量、兜住底线,有序减量替代,推进煤炭消费转型升级。

  经过近几年的发展,如今的宁东能源化工基地实现工业总产值超过1300亿元,煤化工产业增加值占全部工业经济比重达48%。陕西榆林经济技术开发区以煤化工为主导产业,2020年园区能源化工产业实现产值550亿元,已初步形成煤制烯烃、煤制油、煤基高端化学品等产业链……

  2021年,受国际局势的影响,油价及化工品价格上行,现代煤化工产业发展稳中向好。中国煤炭工业协会公布的数据显示,现代煤化工四大主要产业——煤制油、煤(甲醇)制烯烃、煤制气、煤(合成气)制乙二醇产能分别达到931万吨/年、1672万吨/年、61.25亿立方米/年、675万吨/年,除了煤制烯烃同比保持齐平,其他产能均再创新高。

  党的十九大以来,现代煤化工产业由于科技赋能,行业内较为棘手的问题得以解决,产业链不断延长,精细化产品层出不穷,创新技术走在世界前列。

  在煤气化方面,多喷嘴对置式水煤浆气化技术、航天粉煤加压气化技术、水煤浆水冷壁废锅煤气化技术、SE-东方炉粉煤气化技术、“神宁炉”干煤粉气化技术等已进入大型化、长周期运行阶段。

  在煤制油方面,国家能源集团依据煤直接液化反应的产物分布特点,着力开发超清洁汽、柴油以及特种油品的生产技术,并取得了积极进展。

  中科合成油技术有限公司开发的煤炭分级液化工艺,解决了传统煤炭液化技术存在的操作条件苛刻、油品质量较差、过程能效偏低等问题,操作条件温和、油品化学结构丰富、节能减排效果显著。陕西未来能源化工有限公司自主研发的高温流化床费托合成关键技术已完成10万吨/年中试,该技术将大大丰富和改善煤制油产品方案,与低温费托合成等其他现代煤化工、石油化工单项技术结合,将逐步打破煤制油、煤制烯烃产业的界限,形成具有较强竞争力的煤基能源化工新产业。

  在煤制化学品方面,现代煤化工打破了原有的煤制烯烃、乙二醇工艺,目前正朝着精细化、高端化产业延伸,形成了煤基多联产耦合工艺。2014年9月,我国煤基多联产一体化项目投产,实现了煤基产品的多元化,丁二醇、聚四氢呋喃等基础原材料应运而生,成为继石油化工之外生产日化产品的又一重要原材料。

  中国科学院大连化学物理研究所开发的“第三代甲醇制烯烃(DMTO-Ⅲ)技术”在甲醇转化率、乙烯丙烯选择性、吨烯烃甲醇单耗等方面具有明显优势,继续引领行业技术进步。

  在低阶煤分级分质利用方面,陕西煤业化工集团分别完成了低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术(SM-SP)、煤气热载体分层低阶煤热解成套工业化技术(SM-GF)、输送床粉煤快速热解技术、大型工业化低阶粉煤回转热解成套技术等一系列热解技术的开发。

  姜建生表示,党的十九大以来,科技工作者集智攻关、团结协作,攻克了行业内较为棘手的问题,如高盐废水浓缩技术,实现了零排放;碳捕捉技术,不断减少碳排放,现代煤化工实现了“既管住了天,又管住了地”,绿色化、高端化产业链不断被拉长。

  “十三五”期间,虽然我国煤化工产业取得了非凡的成绩,但随着不确定因素增多,新形势下煤化工产业还面临着许多挑战。

  在近期召开的“现代煤化工高端化发展论坛”上,中国石油和化学工业联合会会长李寿生表示,与世界能源科技强国相比,与引领能源革命的要求相比,我国能源科技创新还存在明显差距,突出表现为:一是部分能源技术装备尚存短板,关键零部件、专用软件、核心材料等大量依赖国外;二是能源技术装备长板优势不明显,能源领域原创性、引领性、颠覆性技术偏少,绿色低碳技术发展难以有效支撑能源绿色低碳转型;三是推动能源科技创新的政策机制有待完善,重大能源科技创新产学研“散而不强”,重大技术攻关、成果转化、首台(套)依托工程机制、容错以及标准、检测、认证等公共服务机制尚需完善。

  面对新形势、新机遇,我们需全面认识现代煤化工发展面临的挑战,紧紧抓住科技创新的“牛鼻子”,大力推进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展,努力走出一条具有中国特色的高碳原料低碳排放的新路子。

  “十四五”期间,煤化工产业要集中攻关,煤制油工艺升级及产品高端化技术,突破煤炭分级液化的温和加氢液化、残渣热解、固体残渣-废水共气化等关键技术,提高煤制油的过程能效、油品回收率和油品品质;研发百万吨级煤油共加氢制芳烃、航空燃料等高品质特种燃料油成套技术;优化升级超百万吨级大型煤炭间接液化成套技术装备,进一步开发汽油等超清洁液体燃料生产技术。

  低阶煤分质利用技术一直困扰着行业多年,开展该技术攻关,将有助于我国对低阶煤资源的利用。“十四五”期间,要开展百万吨级低阶煤热解及产品深加工、万吨级粉煤热解与气化耦合一体化等技术装备工程示范,推进低阶煤分质利用。

  延伸产业链,提高产品附加值。现代煤化工行业在“双碳”目标下,要不断向下游延伸,提高产品附加值。从现在的煤制油向超清洁油品、特种油品等高附加值油品发展,煤制化学品向化工新材料和高端精细化学品延伸,推动产业高端化、高值化发展。

  当前,绿色低碳循环发展已成为全球共识。现代煤化工要拥抱“绿电”“绿能”,减少碳排放。利用现代煤化工基地的可再生能源优势,如风能、太阳能等可再生能源制取“绿氢”,部分替代煤制氢,大幅减少二氧化碳排放。现代煤化工项目中燃煤工业锅炉、电站锅炉等公用工程需要的电能和热能与可再生能源或其他能源相结合,从而减少燃料煤的使用,充分发挥煤炭的原料价值。

  新时代,我们应充分发挥科技创新引领能源发展第一动力作用,立足能源产业需求,着眼能源发展未来,健全科技创新体系,夯实科技创新基础,突破关键技术瓶颈,为推动能源技术革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系提供坚实的资源保障。(记者 张继勇)