編者按 日前，陜西省人民政府公布了2021年度陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單，多項(xiàng)石油和化工類(lèi)的科技成果閃耀其中，有三項(xiàng)突出性技術(shù)成果分別榮膺技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)和科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。為此，從今日起推出《陜西科技獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)成果展示》系列報(bào)道，對(duì)這三項(xiàng)技術(shù)的創(chuàng)新理念、產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)等情況進(jìn)行解讀，以供廣大讀者參考。
在2021年度陜西省科技獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目中，由陜西煤業(yè)化工集團(tuán)有限責(zé)任公司、北京國(guó)電富通科技發(fā)展有限責(zé)任公司、神木富油能源科技有限公司等聯(lián)合完成的“低階煤分質(zhì)清潔高效利用關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目獲科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。該成果堅(jiān)持“熱解+”的煤炭利用新模式，突破多項(xiàng)技術(shù)瓶頸，實(shí)現(xiàn)煤炭分質(zhì)清潔高效多聯(lián)產(chǎn)，既生產(chǎn)高端化學(xué)品，也可獲取軍民兩用特種油品，為保障國(guó)家能源安全提供了新途徑。
原始創(chuàng)新 重塑“熱解+”模式
煤炭是我國(guó)的主體能源，加快其清潔、高效、綠色、低碳轉(zhuǎn)化利用，對(duì)推進(jìn)我國(guó)能源革命進(jìn)程，助力實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)意義重大。
2004年，陜煤集團(tuán)提出了“低階煤分質(zhì)清潔高效綜合利用”理念，即以煤熱解為龍頭，以追求能源轉(zhuǎn)化效率和碳?xì)溲趵寐矢�、�?jié)能減排、產(chǎn)品高端化為目標(biāo)，由煤的四級(jí)分質(zhì)轉(zhuǎn)化技術(shù)耦合集成的低階煤分質(zhì)清潔高效轉(zhuǎn)化多聯(lián)產(chǎn)路線(xiàn)。
低階煤是煤化作用早期階段形成的產(chǎn)物，碳含量和熱值較低，焦油產(chǎn)率和氫氧含量相對(duì)較高。“低階煤的這種化學(xué)構(gòu)成和加熱變化特征，決定了需要分質(zhì)分級(jí)才利于高效轉(zhuǎn)化利用，就是通過(guò)中低溫?zé)峤夥绞綄⑵浞仲|(zhì)轉(zhuǎn)化為氣(煤氣)、液(煤焦油)、固(半焦)3種物質(zhì)，并進(jìn)一步轉(zhuǎn)化獲取油、氣、電等清潔燃料及高附加值化工產(chǎn)品，與燃燒、氣化、液化等工藝明顯不同。”陜煤集團(tuán)公司副總經(jīng)理、國(guó)家能源煤炭分質(zhì)清潔轉(zhuǎn)化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任尚建選告訴記者。
陜煤集團(tuán)立足陜北儲(chǔ)量豐富的低階富油煤特征，在低階煤分質(zhì)清潔高效利用領(lǐng)域堅(jiān)持不懈創(chuàng)新探索，通過(guò)產(chǎn)學(xué)研合作開(kāi)展了大量核心關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)化試驗(yàn)示范，追求將煤炭兼具的燃料和原料雙重屬性發(fā)揮到極致，形成了一系列國(guó)際領(lǐng)先的產(chǎn)業(yè)技術(shù)成果。
兩項(xiàng)技術(shù) 化解行業(yè)難題
煤熱解和煤焦油加工作為煤炭分質(zhì)轉(zhuǎn)化的核心技術(shù)，面臨傳熱效率低、油塵氣分離難、瀝青質(zhì)難以轉(zhuǎn)化、特種油品收率低等行業(yè)技術(shù)難題。針對(duì)這些瓶頸，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了大量的技術(shù)攻關(guān)，開(kāi)發(fā)了煤氣熱載體分段多層低階煤熱解、中低溫煤焦油全餾分加氫定向轉(zhuǎn)化環(huán)烷基油這兩項(xiàng)核心技術(shù)。
煤氣熱載體分段多層低階煤熱解技術(shù)具有以下創(chuàng)新點(diǎn)。一是開(kāi)發(fā)煤氣熱載體熱解工藝，提高了煤氣品質(zhì)及焦油收率。煤氣中有效組分由45%提高至84%以上，焦油收率提高35%以上。二是發(fā)明油塵氣高效分離技術(shù)，攻克了油塵氣高效分離技術(shù)難題，焦油含塵量小于0.5%。三是研制出混煤分段多層高效熱解爐，創(chuàng)新設(shè)計(jì)干燥、干餾和冷卻三段式結(jié)構(gòu)，構(gòu)建起干熄焦與原料干燥冷熱氣體的熱循環(huán)系統(tǒng)，提升了熱載體與原料煤之間傳質(zhì)傳熱效率，實(shí)現(xiàn)30毫米以下混煤全粒徑熱解，系統(tǒng)能源轉(zhuǎn)化效率由85%提高至91%以上。
中低溫煤焦油中的化合物種類(lèi)繁多，主要成分為少環(huán)芳烴、烷烴、酚類(lèi)及硫氮化合物等。受制于技術(shù)瓶頸，原有加工技術(shù)只能生產(chǎn)普通燃料油和延遲焦。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的中低溫煤焦油全餾分加氫定向轉(zhuǎn)化環(huán)烷基油技術(shù)，開(kāi)辟了中低溫煤焦油生產(chǎn)特種油品的新路線(xiàn)，發(fā)明了煤焦油高效預(yù)處理技術(shù)，煤焦油中的水分、金屬離子、氯離子脫除效率達(dá)95%以上；攻克瀝青質(zhì)難以轉(zhuǎn)化技術(shù)難題，轉(zhuǎn)化率達(dá)98%以上；研制煤焦油定向轉(zhuǎn)化環(huán)烷基油催化劑，環(huán)烷烴產(chǎn)率提高至45%以上。
在此基礎(chǔ)上，該項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)通過(guò)系統(tǒng)優(yōu)化，形成了整套低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化制特種油品系統(tǒng)集成技術(shù)，涉及熱解、煤焦油加工、煤氣及半焦利用、“三廢”循環(huán)等35個(gè)單元，構(gòu)建了低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化物質(zhì)和能量耦合系統(tǒng)。
示范項(xiàng)目 引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)變革
目前，上述兩項(xiàng)核心技術(shù)在陜煤集團(tuán)均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。2016年3月，50萬(wàn)噸/年混煤熱解裝置在陜西陜北乾元能源化工有限公司投入運(yùn)行。2018年7月，該技術(shù)成果經(jīng)中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)鑒定為，綜合性能達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。
2020年10月，50萬(wàn)噸/年煤焦油全餾分加氫制環(huán)烷基油工業(yè)示范裝置在神木富油科技能源科技有限公司建成。該項(xiàng)目開(kāi)創(chuàng)了煤焦油生產(chǎn)高附加值特種油品和精細(xì)化工品的新路徑，拓寬了我國(guó)稀缺資源環(huán)烷基油的生產(chǎn)渠道。神木富油公司負(fù)責(zé)人介紹，自2021年5月投料打通全流程以來(lái)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定，生產(chǎn)出變壓器油、冷凍機(jī)油、白油、橡膠填充油等環(huán)烷基油產(chǎn)品及精細(xì)化學(xué)品環(huán)己烷，附加值明顯提高。同時(shí)，他們還開(kāi)發(fā)成功煤焦油基航天火箭煤油和軍用特種油品，掌握了關(guān)鍵核心技術(shù)。
該示范裝置的成功運(yùn)行，為大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。記者了解到，低階煤分質(zhì)轉(zhuǎn)化制特種油品系統(tǒng)集成技術(shù)，已應(yīng)用于全球最大的現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目——陜煤化榆林1500萬(wàn)噸/年煤炭分質(zhì)清潔高效轉(zhuǎn)化示范工程。
我國(guó)低階煤儲(chǔ)量和產(chǎn)量分別占全國(guó)總量的55%和57%以上，主要分布在陜西、內(nèi)蒙古、新疆等地區(qū)。若該技術(shù)成果得以大規(guī)模推廣應(yīng)用，不僅能夠明顯提高我國(guó)煤炭清潔高效利用水平，也將對(duì)西北地區(qū)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展起到促進(jìn)作用。