依靠科技创新 做优示范工程 争当现代煤化工的先行者和领跑者
神华集团有限责任公司(以下简称神华集团)是于1995年10月经国务院批准设立的国有独资公司,是中央直管的53户国有重要骨干企业之一,在国家计划和中央财政实行单列,享有对外融资权、外贸经营权、煤炭出口权。神华集团以能源为主业,集煤矿、电力、铁路、港口、航运、煤制油化工为一体,实施跨地区、跨行业、多元化经营,在国民经济中占有重要地位。
作为中国最大的煤炭企业,神华集团积极调整产品结构、转变增长方式,通过发展煤电和煤化工两次成功转型,延伸产业链,优化了产品结构,提高了企业的整体实力和核心竞争力。2011年,集团实现营业收入2820亿元,比上年增加624亿元,同比增长28.4%;实现利润750亿元,比上年增加165亿元,同比增长28.2%。煤制油板块实现历史性跨越,全面盈利。全年生产焦炭590万吨,油品83万吨,合成树脂66万吨,精甲醇173万吨,产量创历史新高,成为我国乃至全球现代煤化工的先行者和领跑者。
战略转型:抢占现代煤化工制高点
“七五”期间,为加快我国能源建设,中央提出用国务院煤代油专项资金,建设一个特大型煤炭基地,以解决东部和东南部经济发达、能源需求旺盛地区的能源紧张问题。在这种背景下,1995年10月经国务院批准,神华集团应运而生。
神华集团不辱使命,成立伊始,立即开始了煤、陆、港一条线的运作,在煤炭深加工方面迅速实现转型。第一个转型是成立了电力板块,第二个转型是成立了煤化工板块。
在战略层面,我们向煤化工方面转型主要基于以下原因:
一是开发石油资源替代产品,保障国家能源安全。从1993年起,我国原油开始依赖进口,在国内原油无法大量增加的情况下,用丰富的煤炭资源生产亟需的或战略上必须的油品、化学品十分迫切和重要。当时我国80%-90%的能源都要通过马六甲海峡,频繁爆发的中东战争对我国进口保障方面存在冲击隐患,国家从战略上考虑,要求神华集团建成具有国际竞争力的一流综合能源企业,这也要求神华集团必须实现煤炭生产、销售、运输和发电、现代煤化工等几个板块齐头并举。
二是优化我国能源结构,开辟能源供应新途径。我国资源禀赋特点是“富煤、贫油、少气”,煤炭在我国能源消费结构中所占比例约为70%,大大超过了世界平均水平。与石油相比,我国拥有丰富的煤炭资源,充分利用国内相对丰富的煤炭资源,发展煤制油化工产业是解决我国石油资源不足、优化我国能源结构的重要途径之一。
三是发展低碳清洁能源,促进我国能源持续健康发展。传统的煤炭开发、利用和消费过程中,环境问题越来越突出,对我国经济的可持续发展带来严峻挑战。因此,实现高碳能源低碳发展,既是我们应尽的国际义务,也是保证我国能源产业可持续健康发展的必然选择。神华集团公司发展煤制油化工产业是实现我国煤炭洁净利用的有效手段之一,通过CCS 研究实验,有望在煤制油化工产业解决大部分CO2排放问题,对促进我国煤炭清洁利用具有重要的示范意义。
四是神华集团延伸产业链,发挥神华模式优势的需要,也是提高企业核心竞争力的重要途径。一方面,由于亚洲金融危机的冲击和影响,煤炭行业异常困难,煤炭大量积压,发展煤制油化工产业可以提高产品附加值,提高煤炭资源利用效率,延伸产业链,促进企业自身持续发展;另一方面,发展煤制油化工产业必然要进行技术创新,可以使企业拥有更多的自主知识产权,凝聚各种专业人才,确立行业领先优势,提升核心竞争力。
在战术层面,我们选择煤制油化工项目着重考虑了以下方面:
一是适应国家产业政策。考虑示范项目存在的技术风险及当前煤化工产业存在发展“过热”的趋势,2009年国家发布的《石化产业调整和振兴规划》及国务院批转发展改革委等部门《关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展若干意见》等文件中均明确指出“要稳步开展现代煤化工示范工程建设,今后三年原则上不再安排新的现代煤化工试点项目”。按照国家政策要求和在目前阶段规避风险和审慎发展煤制油化工业务的原则,“十二五”期间新规划的项目进度要充分考虑与已投产的示范项目做好衔接,依托已有项目的实施经验,做好项目前期研究工作,在示范项目成功后能尽快开工建设。
二是选择适宜的工艺路线。根据目前煤制油化工产业的发展现状和神华的发展基础,重点发展煤制油、煤制烯烃、煤制天然气三种工艺路线。考虑到产品的互补性,煤制油的发展要兼顾直接液化和间接液化两种工艺路线。针对当前国内甲醇产能严重过剩的局面和集团公司即将形成较大规模甲醇产能的现状,考虑发展甲醇制烯烃及下游产品项目。
三是保持适当的投资规模和投资强度。煤制油化工作为资金密集型、技术密集型产业,必须量力而行,适当控制总投资规模和逐年投资强度,加快在建工程建设进度,提高资金使用效率。
四是大力开发副产品综合利用项目。要在已投产项目稳定运行的基础上大力开发副产品综合利用项目,延伸产业链,增加产品附加值,提高项目整体经济效益。
2011年,在“2011(第三届)中国能源企业高层论坛暨‘能源之夜’能源年度评选颁奖典礼”上,神华集团被授予2010-2011年度“社会责任突出贡献奖”。神华集团还入选了美国《新闻周刊》发布的2011年“全球500绿色企业”榜。
科技创新:攻克世界级技术难题
现代煤化工作为一个新兴产业,具有技术密集、资金密集的特点,只有依靠科技创新,才能占领现代煤化工技术的制高点和持续处于领先地位,才能确立核心竞争优势,保证现代煤化工产业持续稳定发展。
神华集团以保障国家能源安全为己任,积极抢占市场先机,在国内率先开展多项技术示范,坚持产业发展与科技创新发展相结合、相辅相成、同步发展的原则,加快项目建设、掌握核心技术、降低项目运行成本,逐渐扩大技术创新的力度与范围。目前,拥有国家煤炭直接液化工程实验室、国家能源研发中心等国家级煤炭清洁研发平台,承担着国家能源煤基燃料行业标委会秘书处工作,投入5亿元,筹建了低碳能源领域的国家级研究机构—北京低碳清洁能源研究所,已启动了37项瞄准世界前沿和引领行业未来发展的低碳能源项目。
通过近十年的科技攻关和科技创新,神华集团已经掌握实施了目前主流的现代低碳清洁煤化工工艺技术,主要包括:
煤炭直接液化技术:2003年,按照神华煤直接液化工艺,完成了对煤炭科学研究总院0.12t/d煤直接液化连续试验装置(BSU)的改造,进行了10次近5976小时的试验;2003年,在上海建设规模为6t/d(干煤)的神华煤直接液化工艺开发装置(PDU),截至2008年6月,PDU研发装置共进行了四次技术改造、五次投煤运行试验;在建设百万吨级煤直接液化示范工程中,与不同的技术专利商结合,针对神华煤直接液化示范工程特点,共同完成示范工程不同工艺单元技术软件包的开发,联合具有煤直接液化工程经验的美国Axens工程公司,合作开发了神华煤直接液化工艺包;成功完成百万吨级工业示范,针对“煤直接液化核心工艺及放大技术、超大型设备研制和安装、首套工业化示范装置的安全稳定长周期运行”三大工程技术难题,开发了防止反应器矿物质沉聚、含固物料系统防止结焦、超大超厚煤直接液化反应器现场制造和吊装、高温高差压耐磨阀等核心技术和装备,通过系统集成创新,成功地将现代煤化工、石油化工和无机化工有机地结合为一体。开发并掌握了大型煤液化装置的操作和运行技术。形成了具有自主知识产权的、世界领先水平的煤直接液化成套工艺技术;筛选和开发出了适合煤直接液化柴油(DDCL)作为车用燃料的功能性添加剂,开展了DDCL燃料及其混配燃料的发动机性能的试验研究及4台轿车每台8万公里的耐久性行驶试验和4台商用车发动机每台500h(折合8万公里)的耐久性试验;进行了煤液化残渣的萃取工艺研究,考察并选出了了残渣萃取剂,建立了一套处理量为100kg/d的中间试验装置,并开展了煤液化残渣制备碳素材料和道路沥青改性剂研究。
依托国家发改委“煤炭直接液化国家工程实验室建设”项目完成了总建筑面积6772平方米的国家工程实验室厂房、煤直接液化工艺技术工程化等7个试验平台建设,建成了煤炭直接液化研究领域世界最高水平的实验室,使神华具备了从煤直接液化小试、中试到百万吨工业示范装置,形成了目前世界上最完整的研发体系,为煤直接液化基础技术、应用技术研究提供良好的研发平台。
多年来,神华在煤炭直接液化领域共承担5项国家科技项目,多项研究成果已成功应用到百万吨级示范工程中。共获得国家知识产权局授权专利63项,其核心技术“一种煤炭直接液化的方法”于2006年5月在中国获得发明授权。2005年7月通过PCT(专利合作条约)途径,进行了国际申请,目前已在美国、俄罗斯、日本、加拿大、澳大利亚、乌克兰、印尼、印度8个国家获得发明专利授权。
煤炭间接液化技术:2006年起,开始开展具有自主知识产权的浆态床费托合成关键技术的开发,利用3年时间,建成了5kg/批次催化剂中试放大制备装置(CPU)、10L/h油品规模费托合成催化剂评价装置(CEU)、多套费托合成催化剂微反评价装置和搅拌釜评价装置,开发出了高活性、较好选择性、高机械强度的浆态床费托合成铁系催化剂;开发了费托合成浆态床反应器,其反应器内构件、反应取热技术、浆液固液分离技术均有创新特色,并在自主研发、建设的中试试验装置上得到验证。2009年,经过CEU1200小时连续运转,以煤基合成气为原料,采用自主研发的费托合成铁系催化剂,在浆态床工艺装置上成功生产出费托合成油和蜡产品。
2010年3月30日,神华自主研发的“煤基浆态床费托合成催化剂及工艺”在北京通过中国煤炭工业协会组织的成果鉴定。核心专利“一种费托合成反应的含钴助剂铁催化剂及其制备方法”获得国家发明授权。“一种费托合成方法及系统”于2010年7月9日向国家专利局提交了发明申请,2011年7月进行了PCT国际申请。2010年3月,神华费托合成铁系催化剂专利技术实施对外许可。
褐煤热解技术:为对开发利用率较低的褐煤进行高效、高附加值利用,扩大我国化工用煤渠道、保障煤化工产业可持续发展,针对褐煤水分含量高、发热量低,热稳定性差等特点及优质气化原料要求,神华集团开发出了拥有自主知识产权、适应性广的模块化褐煤提质制取优质气化原料新工艺关键技术及装备,已申请3项国家发明专利。
2011年4月,6000吨/年褐煤热解中试装置在内蒙古鄂尔多斯煤制油厂区内正式开工建设,10月实现项目中交,11月开始进行设备单机试车和能力标定试验,目前,该装置已完成全系统冷态带料联调、固体热载体(兰炭)热态投料和循环联调,即将开展运转试验。6000吨/年褐煤热解中试装置的建立,为开发低变质煤热解技术和项目提供了良好的研究和试验平台,可为新工艺大规模工业化应用和项目开发提供基础数据和技术支持,有助于褐煤资源战略规划和布局。
CO2捕集与封存(CCS)技术:从2003年开始,神华集团开展了煤直接液化环境与经济研究、煤直接液化CCS预可行性研究;2005年作为中美化石能源合作协议附件Ⅱ内容的“神华煤直接液化CCS技术研究”项目启动;2008年10月,依托中美合作开发成果和神华自主研发技术,中国第一个煤转化过程CO2捕集、输送、盐水层封存全流程项目——神华10万吨级/年CCS示范项目启动,示范项目是世界上首个采用多层合注工艺与多层多方式监测的CCS项目,集成了目前世界CCS领域最先进的注入及监测技术。
为继续对高浓度CO2捕集、CO2输送和盐水层规模化封存、典型煤化工过程二氧化碳排放全生命周期分析等技术开展更深入研究,神华集团承担了国家科技支撑计划、科技部国际合作计划和国家能源局应用技术研究及工程示范等3项国家科技项目。
甲醇制烯烃技术:神华集团历经三年,开发出了具有自主知识产权的SAPO-34分子筛中试合成技术、以及SAPO-34为主要成分的MTO催化剂中试制备技术,并完成了实验室小试、5L、1M3和10M3规模的催化剂放大试验,现已获得发明专利授权9项。2011年8月公司对MTO催化剂及制备等相关专利和非专利技术进行了对外许可和实施,并在包头煤制烯烃项目开展了工业试验。
粉煤灰制备氧化铝技术:2005年神华启动了准格尔粉煤灰提取氧化铝的技术研发。通过几年攻关,成功开发出了基于“一步酸溶法”的粉煤灰制备氧化铝成套工艺技术和装备,年产4000吨粉煤灰制取氧化铝的中试生产线建成并试车成功。目前正在规划建设10×50万吨氧化铝示范生产线,形成以煤炭开发—燃煤热电联产—粉煤灰制取氧化铝、镓—电解铝、铝加工及硅、镓系列产品的循环产业链条。
目前,神华集团掌握了煤直接液化工艺及催化剂工业化技术,使我国成为世界上唯一掌握现代煤直接液化工业技术的国家,在该领域处于国际领先水平;掌握了煤基费托合成催化剂及工艺,开发的催化剂达到国际先进水平,开发出百万吨级费托合成工艺包,拥有建设百万吨级工业示范装置的自主知识产权技术;建设了全球首个全流程二氧化碳咸水层封存示范项目,掌握了咸水层地质封存选址、注入、监测等核心技术,为煤制油化工大规模产业化发展提供了保障。成功开发出自主知识产权的MTO催化剂,并已进行工业应用。开发了粉煤灰制备氧化铝技术,进一步拓展了神华的产业领域。
闯创结合:做优做强示范工程
神华集团在政策、技术、人才、市场、区域、资金等方面进行了充分调研和全面、科学、理性的分析,整合资源,合理布局。以煤制烯烃、煤制油(直接液化、间接液化)等为突破口,争取了一批国家示范项目。目前建成投产的有包头煤制烯烃项目、鄂尔多斯煤制油(直接液化)项目、宁夏甲醇制丙烯项目,正在建设的有煤制油(间接液化)项目、陕西榆林煤制烯烃项目。
神华煤直接液化示范工程:作为世界上唯一的煤直接液化工业化示范项目,采用了神华集团自主研发、具有我国自主知识产权的煤炭直接液化新工艺技术和高效合成催化剂,设计年产各种煤炭液化油品108万吨。示范工程2005年5月开工建设、2008年5月建成;2008年12月30日装置一次投煤开车成功,并安全稳定运行了13天。该项目的建成投产,使我国成为世界上惟一掌握百万吨级煤炭直接液化工业化技术的国家。
针对煤炭直接液化项目首次开车发现的设计、设备、自控等方面的问题,在2009~2010年我们通过采取一系列技术攻关、技术改造、设备国产化攻关和优化生产运行等措施,初步实现了安全、稳定、较长周期、较高负荷运行。
2011年,煤直接液化百万吨级示范工程转入商业化运行,全年累计生产各类油品79.26万吨。通过加强技术攻关,消除了煤液化减压炉结焦等制约长周期稳定运行的隐患,开工率、能源转化效率达到较高水平,2011年全年平均运行负荷84%,最高负荷达到105%,装置安稳长满优运行水平进一步提高。
神华包头煤制烯烃(MTO)示范工程:包头煤制烯烃项目是目前世界上惟一的煤炭经甲醇生产聚烯烃塑料的示范项目,项目坐落于包头市九原区,建设规模为180万吨/年煤制甲醇装置、60万吨/年甲醇制烯烃装置、30万吨/年聚乙烯装置、30万吨/年聚丙烯装置、10万千瓦热电联产装置以及相应的公用工程和辅助设施。核心工艺甲醇制烯烃技术采用了我国自主研发的工艺技术。项目于2007年9月开工建设、2010年5月项目全面建成;2010年8月8日甲醇制烯烃装置投料开车、8月21日打通全厂流程,生产出了合格的聚乙烯、聚丙烯塑料产品。该项目的成功建成投产,使我国成为世界上惟一掌握煤制烯烃工业化技术的国家。
通过技术攻关、优化操作,示范工程已实现了安全、稳定、长周期、高负荷运行,各项技术经济指标均达到或好于设计值。
2011年,包头煤制烯烃项目投入商业化运行,生产运行稳定,经济效益良好,该项目生产聚烯烃产品50.01万吨,其它产品12.7万吨。2011年包头煤制烯烃全年平均运行负荷91%,聚烯烃装置最高负荷达到110%。
神华宁煤煤制丙烯(MTP)示范工程:神华宁煤煤制丙烯(MTP)项目设计规模为50万吨/年聚丙烯、副产品18.48万吨/年汽油、4.12万吨/年液化石油气(LPG)、1.38万吨/年硫磺。该项目为目前世界上在建的最大煤制丙烯项目,由煤气化、变换和净化、甲醇合成、甲醇制丙烯、聚丙烯、动力站、空分等装置和公用工程组成。
该项目于2007年5月开工建设,2010年9月投料试车,于2010年底打通全流程。项目GSP气化工艺及甲醇制丙烯(MTP)工艺技术均为首次工业化应用,神宁集团针对试车过程中暴露出的一些问题,及时技改消缺,目前全厂装置生产运行逐步趋于稳定。2011年4月28日产出合格的聚丙烯产品,顺利转入试生产阶段。2011年神华宁煤煤制丙烯项目共计生产聚丙烯16.02万吨,混合芳烃7.55万吨、液化石油气3.84万吨。
神华煤炭间接液化示范项目:在煤炭间接液化技术的研发和产业化方面,神华集团依托煤直接液化项目的原料气和公用工程,走产学研用结合的道路,2009年底建成了一套规模18万吨/年的煤间接液化合成油示范装置,并采用神华自主研发的费托合成催化剂进行了运转试验,已平稳运行超过1100小时。
神华集团开发的费托合成工艺通过了煤炭工业协会组织的技术鉴定、自主开发的费托合成催化剂在工业试验装置上成功使用,标志着神华在煤间接液化技术方面具备了进一步建设大规模工业化装置的条件。
10万吨/年CO2捕捉和封存示范:在进行煤炭清洁转化技术的研发和产业化实践的同时,神华集团也积极应对低碳技术挑战,在CO2的捕集和封存(CCS)技术上进行了有益的尝试,建设了一套CCS全流程示范项目。
该项目是我国首例全流程工业示范装置,项目封存CO2规模为10万吨/年,将煤直接液化项目生产的CO2经过提浓、压缩和液化注入地下深部盐水层进行封存。项目每年能减少约5100万立方米CO2排放量,相当于274公顷阔叶林碳汇造林。目前项目已经建成并成功实现了将CO2液体注入地下2000多米的低渗透咸水层区域。该项目的成功,标志着神华在CO2捕集和封存关键技术上取得了突破,为实现大规模CO2捕集和封存奠定了基础,从而实现在发展煤炭转化项目时不增排CO2,真正实现煤炭的清洁、低碳化利用。
展望未来:培育新的经济增长极
“十二五”期间,神华集团将重点抓好已投产示范项目的“安稳长满优”运行,为煤制油和煤化工行业发展做好产业示范;根据国家发展规划和战略部署,建设一批新的煤制油、煤制烯烃、煤基多联产、褐煤提质、煤基甲醇下游深加工项目,着力将现代煤化工产业培育成为神华集团新的经济增长极。
按照国家政策要求和目前阶段规避风险、有序发展现代煤化工项目的原则,新规划项目进度将充分考虑与已投产的示范项目做好衔接,依托已有项目的实施经验,做好项目前期研究工作,在示范工程项目成功实践的基础上、加快煤制油和煤化工项目的产业化发展。
根据目前煤制油化工产业的发展现状和发展基础,神华将重点发展煤制油、煤制烯烃、煤制天然气三种工艺路线。考虑到产品的互补性,煤制油兼顾直接液化和间接液化两种工艺路线。针对当前国内甲醇产能严重过剩的现状,稳步推进发展甲醇制烯烃及下游产品深加工项目。
预计到2015年,神华煤制油化工板块预计实现油品产量296万吨、化学品产量471万吨、天然气产量17.3亿标准立方米,兰炭产量920万吨,其它副产品(油渣)69万吨。到2020年实现油品产量1068万吨、化学品产量975万吨、天然气产量17.3亿标准立方米,兰炭产量1060万吨。
大风起兮云飞扬,安得猛士兮守四方!我们有信心、有能力,五年之后,再造一个充满生机和活力,国内领先、世界一流的新神华。同时,为煤炭的清洁转化和高效利用,多元化保障国家能源供应做出我们的贡献。