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这条赛道中国领跑!“世界最大”是这样炼成的→

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  我国总的能源特征是“富煤、少油、有气”。为筑牢我国能源安全的“压舱石”,国家能源集团矢志攻关,在直接液化煤制油的基础上奋力开辟新赛道,使我国在大型间接液化煤制油成套技术方面达到国际领先水平。近日,《科技日报》头版头条刊发

  百米高塔比肩林立、球形储罐星罗棋布、望不到头的管道纵横交错……走进国家能源集团宁夏煤业有限责任公司(以下简称“宁夏煤业”)400万吨/年煤炭间接液化示范项目厂区,现代化大型能源企业的壮观景象扑面而来。

  “我国富煤贫油少气,这些年,石油对外依存度持续攀升。如果能利用自己的技术,将煤制成油,我国的能源安全将更有保障。”11月9日,在生产现场接受科技日报记者正常采访时,宁夏煤业煤制油分公司副总经理姚强讲起这一项目的建设初衷。

  为筑牢我国能源安全的“压舱石”,国家能源集团矢志攻关,在直接液化煤制油的基础上奋力开辟新赛道,使我国在大型间接液化煤制油成套技术方面达到国际领先水平。

  相比直接液化煤制油,间接液化煤制油具有煤种适应性宽、合成条件较温和等特点。

  间接液化煤制油的第一步是将煤转化为合成气。煤的气化离不开气化炉,气化炉的核心部件之一是点火烧嘴。

  “过去,我国气化炉的点火烧嘴主要从国外进口。但是,进口点火烧嘴不仅价格昂贵,一旦坏了还需要寄到国外修复,有时候送出去一两个月回不来。时间这么久,我们真的等不起!”姚强直言。

  2009年,宁夏煤业科研团队下定决心,通过自主创新,攻克点火烧嘴这一“卡脖子”难题。

  然而,攀登科技高峰之路,不可能是一片坦途。最开始,他们研发的点火烧嘴只能烧着几秒钟。

  “当时,我们遇到了一个矛盾:点火烧嘴的寿命延长了,点火成分就会降低,导致点不着火;而点火成分升高了,点火烧嘴寿命就会缩短。”姚强介绍,“这俩就像跷跷板,我们实验了成百上千次,也没找到‘平衡点’。”

  攻关没有突破,沮丧在所难免。回忆起那段时光,姚强说,熬夜加班是常态,“我们不怕加班不怕熬夜,就怕熬来熬去没个头,不知道啥时候是终点,压力非常大”。

  实验开展了近3年,通过不断调整点火成分配比,2011年,姚强和科研团队终于开发出第一代点火烧嘴。

  “虽然这一代点火烧嘴的燃烧寿命不算长,只有100天左右,但它让我们正真看到了期盼已久的曙光。”姚强说。

  接下来,点火烧嘴的燃烧时间不断延长——180天,200天,230天,直到如今的250多天。

  煤气化后,接着就是用催化剂将合成气液化为油品。在这个环节,催化剂至关重要。

  “催化剂虽然个头很小,颗粒直径只有几十到100多微米,用量也只有几千吨,但对项目的能源转化效率和经济的效果与利益举足轻重。”国家能源集团北京低碳清洁能源研究院(以下简称“低碳院”)林泉博士告诉记者。

  事实上,早在2006年,国家能源集团就开始立项研究费托合成催化剂。到了2009年,林泉和科研团队就在实验室里开发出第一代费托合成催化剂SFT418。

  然而,在工业试验中,SFT418却败下阵来。“催化剂进入反应器后就被磨碎了,不仅稳定性差,还对产品有污染。”林泉说。

  科研团队没有气馁。他们重新再回到实验室,围绕催化剂的稳定性进行攻关。6年后的2015年,高抗磨性的催化剂终于在实验室开发成功。

  随后,低碳院成立先进煤间接液化技术开发团队,在国家能源集团科学技术创新项目的支持下,继续开展高抗磨催化剂的工程放大制备研究。

  “我们在进行工业应用性能评价时发现,在近工业条件下,该催化剂的目标产物是液相,但转化生成的气相产物偏多。”林泉解释。

  为此,科研团队再次回到实验室,针对工业运转条件进行对标分析,并对催化剂配方来优化调整。

  转眼又是一年。经过近1000次测试,当具有多产油蜡特性和高抗磨特性的催化剂CNFT-1开发出来的时候,林泉他们悬着的心终于落地了!

  2016年12月21日,随着点火烧嘴、催化剂等一系列关键核心技术被攻克,400万吨/年煤炭间接液化示范项目成功打通全流程,并产出合格产品。在2020年度国家科学技术奖励大会上,400万吨/年煤炭间接液化成套技术创新开发及产业化项目荣获国家科技进步奖一等奖。

  在收获巨大荣誉的同时,宁煤人感到肩上的担子更重了。为确保装置安全稳定清洁运行,他们每3年要对装置进行一次大检修。

  “这可不是件容易的事,必须做到精与细,哪一个环节出了问题,都会影响装置的安全运行。”姚强说。

  “一年前,我们就开始为这次大检修做准备,建立了400多个检修细化表,大到一项技术方案,小到一块垫片,都要提前谋划好。”检修期间,宁夏煤业煤制油分公司机械动力部的成富宁对每一项检修任务都不敢有丝毫放松。用他的话说:“装置停车一天的‘损失’就是2000万元,我们一定要争分夺秒,尽一切可能缩短检修时间。”

  比如,为推进气化炉激冷水过滤器改造,时任煤制油分公司气化一厂二车间主任陈鹏程每天都在现场办公,对照现场情况一遍遍修改方案。“他今年获得了‘全国五一劳动奖章’,但为了不耽误检修进度,选择坚守岗位,错失了去北京领奖的机会。”成富宁告诉记者。

  经过连续奋战,宁煤人仅用33天,就通过了检修“大考”,交出了令人满意的答卷。

  今年7月初,习在江苏考察时指出,能源保障和安全事关国计民生,是须臾不可忽视的“国之大者”。要加快推进关键技术、核心产品迭代升级和新技术智慧赋能,提高国家能源安全和保障能力。

  截至目前,400万吨/年煤炭间接液化示范项目安全生产超过1200天,累计生产油化品超2000万吨。作为全世界最大的煤炭企业,国家能源集团依靠自主创新,提高了国家能源保障和安全能力,书写了“端牢能源饭碗”的崭新篇章!

  富煤、缺油、少气的资源禀赋决定了我国以煤为主体的能源结构短期内难以改变。利用我国相对丰富的煤炭资源,发展煤间接液化技术,对解决我国石油资源短缺、降低对外依存度、应对国际封锁,提升国家能源安全保障能力具有重大战略和现实意义。

  同时,煤间接液化技术路线有利于将原料煤中的硫、氮、氯、铅、汞等有害元素富集回收,合成出超洁净燃料,是实现煤炭清洁转化利用的重要方向之一。自2006年开始,国家能源集团累计投入数亿元用于费托合成催化剂的开发,现已形成30余人的专业化研究团队,开发的有关技术已创造了显著的经济效益。

  煤间接液化技术是以煤为原料,首先经气化制成合成气(CO+H₂),再在催化剂的作用下,将合成气转化成烃类燃料、醇类燃料和化学品的过程。其中,费托合成催化剂就是煤间接液化过程中的关键技术。

  低碳院技术团队通过催化剂、反应器及系统集成创新,突破了制约我国煤炭清洁高效利用和新型节能技术发展的瓶颈问题,形成了先进煤间接液化和产品加工成套技术,明显提升了我国煤间接液化技术水平。

  低碳院参与国家能源集团牵头承担的国家重点研发计划“先进煤间接液化及产品加工成套技术开发”项目课题2“高性能铁基费托合成催化剂开发、规模化制备及工业应用”核心技术开发。

  课题2完成了高性能催化剂CNFT-1的实验室定型、中试生产放大和工业试生产。

  低碳院自主开发的Fe-B体系CNFT-1费托合成催化剂技术具有稳定性很高、抗磨性强、甲烷选择性低、含氧化合物选择性低、蜡量高等技术特点。成本较传统技术降低10%以上,吨油气耗较现在水平低1%,重质产品提高约3%,能够大大降低400万吨/年煤间接液化装置的运行的成本,非常适合于以高端油品为基本的产品的中高温浆态床费托合成装置。

  绿色、低能耗的CNFT-1费托合成催化剂成套技术,为提高我国煤炭清洁高效转化水平奠定了坚实基础。助力我国煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展。

  低碳院CNFT-1费托合成催化剂以技术许可方式来进行生产和销售,已在宁夏煤业400万吨/年、潞安100万吨/年费托合成装置实现长周期工业应用,助力宁夏煤业2020年、潞安煤化工2022年产能达到设计值。