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煤制油技术团队何以走向产业成功

来源:科技日报 作者:李大庆 2017-05-25 11:20:37

  中科合成油技术有限公司与神华宁煤合作,在贺兰山下茫茫荒漠中,实现了世界上单套规模最大的年产400万吨煤制油装置一次性试车成功,开创了中国煤制油的崭新历史。

  中国是富煤少油的国度,使煤变油曾是几代中国人的梦想。

  实验室里曾经成功过,小规模的量产也曾实现过。但工业量产一直是中国科技界和工业界的梦。

  日前,科技日报记者来到北京全国科创中心怀柔科学城,走进中科合成油技术有限公司(以下简称中科公司)一探究竟。因为近日这家公司与神华宁煤合作,在贺兰山下茫茫荒漠中,实现了世界上单套规模最大的年产400万吨煤制油装置一次性试车成功,开创了中国煤制油的崭新历史。

  中科院院长白春礼说,经过10年的拼搏和探索,中科合成油公司成为煤炭间接液化领域工程整体解决方案的引领者,成为理论指导实践、需求驱动创新,创新链、产业链与资本链联动创新方面的成功典范。这在我国现代煤化工技术的发展和大化工工业自主创新开发方面具有里程碑意义。

  几十年来的煤制油梦想,为何能由中科公司实现?

  ——历史时刻——

  首次实现工业规模量产

  我们先来看一组数据:2016年我国石油总消费量达到5.56亿吨,其中进口量为3.81亿吨,对外依存度达到了65%,也就是说有将近2/3的石油依赖进口。石油资源的短缺一直是困扰我国经济社会发展的重大问题。

  去年12月5日22时16分,在神华宁煤,由中科公司开发的世界单套规模最大的年产400万吨煤制油装置的反应器开始投料;12月21日20时30分常一线、常二线、减一线柴油产出,23时50分,各项指标分析合格,煤制油全流程贯通。自此,由中国人开发的煤制油工业规模量产首次实现。

  这一重大项目的建成投产,对我国增强能源自主保障能力、推动煤炭清洁高效利用具有重大意义,是对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索。这充分说明,转变经济发展方式、调整经济结构,推进供给侧结构性改革、构建现代产业体系,必须大力推进科技创新,加快推动科技成果向现实生产力转化。

  ——研发之旅——

  要有技术经济学的概念


  “由中科公司实现工业规模量产煤制油不是偶然的。”公司总经理李永旺如是说。

  在煤制油过程中,关键是一氧化碳和氢气反应合成烃,也称为费托合成反应。

  我们曾沿着这条技术路线研究过煤制油技术。

  从新中国一成立,我国便开始了探索。1951年2月我们生产出了新中国第一桶煤油。但随着1959年大庆油田的发现,煤制油装置逐次关闭,技术开发终止。

  改革开放后,中科院山西煤化所开始了第二次煤制油之旅。当时主要采用的是固定床费托合成两段法合成汽油工艺,1993—1994年进行了年产2000吨的工业试验,由于受到当时技术条件与经济性的限制而没有规模化生产。而国际上费托合成工艺虽然最早是在固定床反应器中合成,但后来发展出了循环流化床合成技术、固定流化床合成技术、浆态床合成技术。

  1997年,煤制油研发进入瓶颈期。那时还在山西煤化所的李永旺,将技术研发方向由固定床费托合成转变为更先进的浆态床费托合成,目标就是要做出属于我们自己的煤制油技术。他说:“我们希望能在中国建设百万吨级的煤制油工厂,把技术做到能有经济性,起码要做到与天然石油炼制相接近的水平。”

  没有经济性的技术是不会受到市场欢迎的。如果煤制油的成本高出石油许多,市场对这项技术就不会有热情,充其量它也就是一项战略技术储备。

  ——创新超越——

  科研底蕴铸就今天辉煌


  1997年李永旺重新组织研发团队,到2004年,团队实现了千吨级浆态床合成油中试装置上千小时的连续稳定运行,解决了中试装置上的合成反应器换热、费托初油品质量稳定与加工等一系列技术难题,生产出高品质的合成柴油产品。

  李永旺发现,浆态床费托合成在200℃—250℃反应时,产生的热量不能得到很好的利用,对煤制油的系统能效影响很大。他大胆地提出将反应温度提高到260℃—290℃,这样就使一部分高品位的蒸汽可以在全系统中很好地平衡利用,整个系统的能源利用效率就能提高5—8个百分点。

  这一概念的突破,是浆态床费托合成技术提升的关键。这项技术在内蒙古伊泰集团和山西潞安集团建设的两个年产16万吨煤制油示范厂的应用获得成功,并最终实现年产400万吨的煤制油工厂建成并试车成功,使我国煤制油技术达到了国际领先水平,形成了具有中国自主知识产权的成果。

  中科院山西煤化所副所长房倚天说:“中科院30年的科研底蕴,20年的创新超越,10年的产业推广,铸就了中国煤制油今天的辉煌。”

  ——高效耦合——

  研究所的成果顺利转化

  在煤制油从实验室技术走向工业化应用的过程中,既需要一支过硬的核心技术研究力量,也需要一支有热情、负责任的煤制油工程化技术开发队伍。而在一般国立科研机构里,致力于工程化研究的人不多甚至没有。

  2006年,中科院山西煤化所大胆进行了体制、机制改革,联合内蒙古伊泰集团、山西潞安集团、中国神华集团、徐州矿业集团等大型煤炭企业组建了股份制高技术公司——中科合成油技术有限公司,形成了集基础研究、核心技术开发、工程设计、催化剂生产、特种专用设备的制造、工程总承包为一体的无缝对接的技术支撑体系。

  中科公司副总经理杨勇告诉科技日报记者,企业化运营的技术创新和产业化支撑体系极大地促进了煤制油技术研发及产业化进程。

  首先,公司打破了以往研究所的课题组模式,所有的专业学科都投入到开发工作中去,但如果是课题组的模式就会有很多困难。课题组能不能随便招人?又有多大的容量招收所需的各专业的人才?杨勇坦承,现在我们研发队伍的各专业人才配置齐全,可能一个研究所都不会有这么专业配置齐全的队伍。

  其次,强化基础研究的技术开发。与一般公司不同,中科公司在技术开发的同时,把基础研究的力量配置得很大,这对公司在基础理论的认识和突破上十分有利,容易形成原创性的成果。

  再次,新技术开发和工程化能够高效耦合。一般设计院都擅长做成熟工艺路线的设计,靠的是经验;一般研究院的研究常常是为了某项指标研究,考虑工程因素不多。而中科公司最大的优势是把工程和研发高效耦合在一起。在技术开发过程中工程开发就同步进行了。

  通常做设计的,画完图纸就行了。但在中科合成油公司,那得看技术研发人员说行不行。如果不行,你就得重新设计。而许多单位,让设计员改图纸重画是一件很头疼的事。杨勇说,因为我们是在一个老板手下工作,不会出现这种问题。

  中科合成油研发中心基础研究部部长温晓东说,我们的特点是基础与开发不分家,实验与理论不分家,技术与工程不分家。

  许多在研究院所解决不了的成果转移转化问题,在中科合成油公司并不存在。

  专家点评

  去年底,由中科合成油技术有限公司提供技术支撑的神华宁煤400万吨/年煤制油装置打通全部工艺流程,实现一次性投料试车成功。这是我国煤制油技术领域的重大成果。这套装置是全球单套最大规模的,也是目前世界上煤间接制油整体技术上最先进的。

  目前我国煤炭资源的利用方式还不太合理,主要是作为燃料用于发电、冶金、建材等行业,不仅能源利用率不高,而且污染环境。

  中科合成油公司煤间接制油技术以煤作原料,经过化工处理,生产油品和化学品,所生产的油品不含硫、芳烃,属于清洁油品;所生产的高档石蜡、润滑油基础油、烯烃等,属于高附加值化学品。

  中科合成油公司的技术创新对于我国实施煤炭清洁高效转化、促进煤炭深加工产业发展、实现能源革命都具有重大意义。

  中国石油和化学工业联合会副秘书长兼科技部主任 胡迁林

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