煤制油，中國領(lǐng)跑新賽道

百米高塔比肩林立、球形儲罐星羅棋布、望不到頭的管道縱橫交錯……走進(jìn)國家能源集團寧夏煤業(yè)有限責任公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“寧夏煤業(yè)”)400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化示范項目廠(chǎng)區，現代化大型能源企業(yè)的壯觀(guān)景象撲面而來(lái)。

這是世界上單體規模最大、投資最多的煤制油項目。

“我國富煤貧油少氣，這些年，石油對外依存度持續攀升。如果能利用自己的技術(shù)，將煤制成油，我國的能源安全將更有保障。”11月9日，在生產(chǎn)現場(chǎng)接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)，寧夏煤業(yè)煤制油分公司副總經(jīng)理姚強講起這一項目的建設初衷。

為筑牢我國能源安全的“壓艙石”，國家能源集團矢志攻關(guān)，在直接液化煤制油的基礎上奮力開(kāi)辟新賽道，使我國在大型間接液化煤制油成套技術(shù)方面達到國際領(lǐng)先水平。

攻克點(diǎn)火燒嘴難題

相比直接液化煤制油，間接液化煤制油具有煤種適應性寬、合成條件較溫和等特點(diǎn)。

間接液化煤制油的第一步是將煤轉化為合成氣。煤的氣化離不開(kāi)氣化爐，氣化爐的核心部件之一是點(diǎn)火燒嘴。

“過(guò)去，我國氣化爐的點(diǎn)火燒嘴主要從國外進(jìn)口。但是，進(jìn)口點(diǎn)火燒嘴不僅價(jià)格昂貴，一旦壞了還需要寄到國外修復，有時(shí)候送出去一兩個(gè)月回不來(lái)。時(shí)間這么久，我們真的等不起!”姚強直言。

2009年，寧夏煤業(yè)科研團隊下定決心，通過(guò)自主創(chuàng )新，攻克點(diǎn)火燒嘴這一“卡脖子”難題。

然而，攀登科技高峰之路，不可能是一片坦途。最開(kāi)始，他們研發(fā)的點(diǎn)火燒嘴只能燒著(zhù)幾秒鐘。

“當時(shí)，我們遇到了一個(gè)矛盾：點(diǎn)火燒嘴的壽命延長(cháng)了，點(diǎn)火成分就會(huì )降低，導致點(diǎn)不著(zhù)火;而點(diǎn)火成分升高了，點(diǎn)火燒嘴壽命就會(huì )縮短。”姚強介紹，“這倆就像蹺蹺板，我們實(shí)驗了成百上千次，也沒(méi)有找到‘平衡點(diǎn)’。”

攻關(guān)沒(méi)有突破，沮喪在所難免?；貞浧鹉嵌螘r(shí)光，姚強說(shuō)，熬夜加班是常態(tài)，“我們不怕加班不怕熬夜，就怕熬來(lái)熬去沒(méi)個(gè)頭，不知道啥時(shí)候是終點(diǎn)，壓力非常大”。

讓姚強感到慶幸的是，“大家勁往一處使，沒(méi)有一個(gè)人放棄”。

實(shí)驗開(kāi)展了近3年，通過(guò)不斷調整點(diǎn)火成分配比，2011年，姚強和科研團隊終于開(kāi)發(fā)出第一代點(diǎn)火燒嘴。

“雖然這一代點(diǎn)火燒嘴的燃燒壽命不算長(cháng)，只有100天左右，但它讓我們看到了期盼已久的曙光。”姚強說(shuō)。

接下來(lái)，點(diǎn)火燒嘴的燃燒時(shí)間不斷延長(cháng)——180天，200天，230天，直到如今的250多天。

掃除催化劑“攔路虎”

煤氣化后，接著(zhù)就是用催化劑將合成氣液化為油品。在這個(gè)環(huán)節，催化劑至關(guān)重要。

“催化劑雖然個(gè)頭很小，顆粒直徑只有幾十到100多微米，用量也只有幾千噸，但對項目的能源轉化效率和經(jīng)濟效益舉足輕重。”國家能源集團北京低碳清潔能源研究院(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“低碳院”)林泉博士告訴記者。

作為催化劑研發(fā)的負責人，林泉至今仍對攻關(guān)中的很多場(chǎng)景記憶猶新。

事實(shí)上，早在2006年，國家能源集團就開(kāi)始立項研究費托合成催化劑。到了2009年，林泉和科研團隊就在實(shí)驗室里開(kāi)發(fā)出第一代費托合成催化劑SFT418。

然而，在工業(yè)試驗中，SFT418卻敗下陣來(lái)。“催化劑進(jìn)入反應器后就被磨碎了，不僅穩定性差，還對產(chǎn)品有污染。”林泉說(shuō)。

科研團隊沒(méi)有氣餒。他們重新回到實(shí)驗室，圍繞催化劑的穩定性進(jìn)行攻關(guān)。6年后的2015年，高抗磨性的催化劑終于在實(shí)驗室開(kāi)發(fā)成功。

隨后，低碳院成立先進(jìn)煤間接液化技術(shù)開(kāi)發(fā)團隊，在國家能源集團科技創(chuàng )新項目的支持下，繼續開(kāi)展高抗磨催化劑的工程放大制備研究。

讓人沒(méi)想到的是，這款催化劑在工業(yè)放大試驗中又出現了問(wèn)題。

“我們在進(jìn)行工業(yè)應用性能評價(jià)時(shí)發(fā)現，在近工業(yè)條件下，該催化劑的目標產(chǎn)物是液相，但轉化生成的氣相產(chǎn)物偏多。”林泉解釋。

為此，科研團隊再次回到實(shí)驗室，針對工業(yè)運轉條件進(jìn)行對標分析，并對催化劑配方進(jìn)行優(yōu)化調整。

轉眼又是一年。經(jīng)過(guò)近1000次測試，當具有多產(chǎn)油蠟特性和高抗磨特性的催化劑CNFT-1開(kāi)發(fā)出來(lái)的時(shí)候，林泉他們懸著(zhù)的心終于落地了!

33天完成檢修“大考”

2016年12月21日，隨著(zhù)點(diǎn)火燒嘴、催化劑等一系列關(guān)鍵核心技術(shù)被攻克，400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化示范項目成功打通全流程，并產(chǎn)出合格產(chǎn)品。在2020年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )上，400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化成套技術(shù)創(chuàng )新開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項目榮獲國家科技進(jìn)步獎一等獎。

在收獲巨大榮譽(yù)的同時(shí)，寧煤人感到肩上的擔子更重了。為確保裝置安全穩定清潔運行，他們每3年要對裝置進(jìn)行一次大檢修。

“這可不是件容易的事，必須做到精與細，哪一個(gè)環(huán)節出了問(wèn)題，都會(huì )影響裝置的安全運行。”姚強說(shuō)。

今年恰逢大修之年，4月18日，裝置大檢修拉開(kāi)序幕。

“一年前，我們就開(kāi)始為這次大檢修做準備，建立了400多個(gè)檢修細化表，大到一項技術(shù)方案，小到一塊墊片，都要提前謀劃好。”檢修期間，寧夏煤業(yè)煤制油分公司機械動(dòng)力部的成富寧對每一項檢修任務(wù)都不敢有絲毫放松。用他的話(huà)說(shuō)：“裝置停車(chē)一天的‘損失’就是2000萬(wàn)元，我們必須爭分奪秒，盡一切可能縮短檢修時(shí)間。”

比如，為推進(jìn)氣化爐激冷水過(guò)濾器改造，時(shí)任煤制油分公司氣化一廠(chǎng)二車(chē)間主任陳鵬程每天都在現場(chǎng)辦公，對照現場(chǎng)情況一遍遍修改方案。“他今年獲得了‘全國五一勞動(dòng)獎?wù)?rsquo;，但為了不耽誤檢修進(jìn)度，選擇堅守崗位，錯失了去北京領(lǐng)獎的機會(huì )。”成富寧告訴記者。

經(jīng)過(guò)連續奮戰，寧煤人僅用33天，就通過(guò)了檢修“大考”，交出了令人滿(mǎn)意的答卷。

今年7月初，習近平總書(shū)記在江蘇考察時(shí)指出，能源保障和安全事關(guān)國計民生，是須臾不可忽視的“國之大者”。要加快推動(dòng)關(guān)鍵技術(shù)、核心產(chǎn)品迭代升級和新技術(shù)智慧賦能，提高國家能源安全和保障能力。

截至目前，400萬(wàn)噸/年煤炭間接液化示范項目安全生產(chǎn)超過(guò)1200天，累計生產(chǎn)油化品超2000萬(wàn)噸。作為全球最大的煤炭企業(yè)，國家能源集團依靠自主創(chuàng )新，提高了國家能源保障和安全能力，書(shū)寫(xiě)了“端牢能源飯碗”的嶄新篇章!