4年艱辛攻關(guān)終成正果。7月26日—27日，延長石油集團(tuán)碳?xì)涓咝Ю�用技術(shù)研究中心開發(fā)的流化床粉煤加壓熱解、生物質(zhì)與煤共熱解、甲烷直接轉(zhuǎn)化制芳烴聯(lián)產(chǎn)氫氣及懸浮床加氫裂化高效催化劑等4項(xiàng)新技術(shù)，在西安通過陜西省石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定，專家認(rèn)為分別處于國際或國內(nèi)領(lǐng)先地位。

    這些技術(shù)到底有哪些亮點(diǎn)？對煤化工產(chǎn)業(yè)跨界一體化發(fā)展有何意義？能否解決煤化工與其他產(chǎn)業(yè)耦合集成發(fā)展的技術(shù)瓶頸？中國化工報(bào)記者進(jìn)行了采訪。

粉煤快速熱解：低成本綠色發(fā)電

    延長石油集團(tuán)首席煤化工專家、碳?xì)渲行闹魅卫畲簌i說，流化床粉煤加壓快速熱解工藝技術(shù)以粉煤為原料，采用流化床反應(yīng)器，在加氫加壓條件下快速熱解制取煤焦油。由于該技術(shù)熱解反應(yīng)時間非常短，充分減少初級熱解產(chǎn)物二次反應(yīng)，以最大程度提高液體收率。

    據(jù)介紹，該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)之一是氣-固為熱載體的流化床提升管式熱解反應(yīng)器，通過氫氣氛下的加壓熱解，在保證焦油收率較高的同時，提高系統(tǒng)操作負(fù)荷，有利于后續(xù)產(chǎn)物分離及回收，提高裝置整體能效。同時還開發(fā)了一種熱解油氣與焦粉高效分離技術(shù)與裝備，煤焦油中粉塵含量減少，滿足下游加工條件。

    延長石油碳?xì)渲行慕�立的試�?yàn)裝置（1.0MPa、10千克/小時），先后開展了4個階段20次冷態(tài)進(jìn)料試驗(yàn)、26次冷模試驗(yàn)和134次熱態(tài)投料試驗(yàn)，形成了較為完整的熱解基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和規(guī)律，結(jié)果表明煤焦油收率超過目前6～8%的行業(yè)水平。在優(yōu)化工藝條件下煤焦油收率最高可達(dá)18.27%，平均為15.14%，為目前最高水平。

    在此基礎(chǔ)上，延長石油碳?xì)渲行慕ǔ闪?6噸/天煤提取煤焦油與合成氣一體化技術(shù)（CCSI）工業(yè)化示范試驗(yàn)裝置，獨(dú)特地將粉煤熱解與半焦氣化結(jié)合在一個反應(yīng)器內(nèi)分級轉(zhuǎn)化和優(yōu)化集成，產(chǎn)物包括煤焦油、合成氣及其下游產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)“兩頭見油”。目前已完成3次開車試驗(yàn)，煤焦油收率達(dá)到15%以上。若按年加工1億噸粉煤計(jì)算，將獲得1500萬噸優(yōu)質(zhì)煤焦油，相當(dāng)于再造一個千萬噸級大油田。若合成氣加工為精細(xì)化工產(chǎn)品，附加值就更高了。

    “這項(xiàng)技術(shù)的重要意義還遠(yuǎn)不至這些，CCSI（以空氣做氣化劑）產(chǎn)生的粗合成氣還可用來發(fā)電，與綠色發(fā)電技術(shù)集成耦合，產(chǎn)業(yè)延伸嫁接，從而構(gòu)建煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化—煤焦油深加工—綠色發(fā)電一體化的新型煤電油化多聯(lián)產(chǎn)模式。”李大鵬告訴記者，我國燃煤機(jī)組占總量的70%以上，經(jīng)計(jì)算，若對現(xiàn)有電廠燃煤鍋爐進(jìn)行CCSI配套300MW級亞臨界燃?xì)獍l(fā)電技術(shù)改造，改造費(fèi)用約為5000萬元，能源綜合效率達(dá)到42.99%，當(dāng)量供電煤耗降至293.16gec/kWh，所產(chǎn)煙氣的污染物大幅減少。若新建CCSI裝置配套350MW級燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組，投資強(qiáng)度約6000-7000元/kWh，綜合能效達(dá)到46.85%、當(dāng)量供電煤耗降至264.62gec/kWh，所產(chǎn)煙氣直接達(dá)到燃?xì)鈾C(jī)組的超低排放標(biāo)準(zhǔn)。

    由于CCSI產(chǎn)生的合成氣成本低廉，僅相當(dāng)于天然氣價格約為0.74元/Nm3的原料成本，競爭力和經(jīng)濟(jì)效益大幅提升。若60%的燃煤電廠與CCSI技術(shù)進(jìn)行耦合，在實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)電的同時可多產(chǎn)煤焦油1.8億噸，超過我國原油進(jìn)口量的一半。

    以中國石化聯(lián)合會煤化工專委會專家、陜西省化工學(xué)會名譽(yù)理事長賀永德為主任的鑒定委員會認(rèn)為，這種新型煤熱解技術(shù)思路新穎、創(chuàng)新性強(qiáng)，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，對于提升低變質(zhì)煤炭分質(zhì)清潔高效利用水平具有重要意義。建議加快粉煤熱解氣化一體化工業(yè)試驗(yàn)，盡早實(shí)現(xiàn)科技成果轉(zhuǎn)化與推廣。

    “粉煤加壓快速熱解與半焦氣化的有機(jī)結(jié)合，不僅煤焦油收率高，而且油中的氫資源得到充分利用，進(jìn)一步可以與費(fèi)托合成油，也可以與發(fā)電結(jié)合起來，投資強(qiáng)度明顯低于IGCC，發(fā)電成本大幅下降，真是一舉兩得。”石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院總工程師李君發(fā)也對該技術(shù)給予高度評價。

生物質(zhì)與共熱解：協(xié)同效應(yīng)最大化

    近年來，生物質(zhì)與煤共熱解研究備受矚目，但由于兩者熱解溫度差異較大，對是否存在協(xié)同效應(yīng)尚存爭議。

    延長石油碳?xì)渲行脑诜勖杭訅簾峤獾幕�礎(chǔ)上，提出生物質(zhì)與煤分段兩步法熱解新思路，開發(fā)了一種加壓連續(xù)進(jìn)料裝置及熱耦合式生物質(zhì)與煤共熱解流化床反應(yīng)器等專利產(chǎn)品。

    李大鵬說，這種生物質(zhì)與煤流化床快速共熱解是一種低成本、提高焦油收率的新的工藝路線，采用自主設(shè)計(jì)的生物質(zhì)螺旋進(jìn)料裝置，解決了生物質(zhì)流動性較差引起的纏結(jié)、架橋等問題，實(shí)現(xiàn)了物料連續(xù)、穩(wěn)定輸送。

    由于生物質(zhì)與煤在一個集成反應(yīng)器中分段單獨(dú)熱解，兩者的熱解均處于最佳的反應(yīng)溫度，而且生物質(zhì)熱解產(chǎn)生H2以及K、Ca、Na等金屬元素，對煤的熱解起到加氫、催化作用。同時煤熱解產(chǎn)生足夠多的自由基，生物質(zhì)油二次反應(yīng)以及半焦發(fā)生還原反應(yīng)釋放H2、CO，為煤提供足夠多的氫供體，自由基和氫供體達(dá)到最佳平衡點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)油和煤焦油優(yōu)勢互補(bǔ)，從而提高熱解油收率，使共熱解協(xié)同效應(yīng)最大化。

    據(jù)介紹，延長石油碳?xì)渲行慕�立�?0千克/小時流化床快速熱解試驗(yàn)裝置經(jīng)過77次反復(fù)實(shí)驗(yàn)，選取適宜的生物質(zhì)秸稈與煤種，確定生物質(zhì)與煤的最佳摻混比例為70%:30%（wt），共熱解焦油收率達(dá)16—20%，協(xié)同效應(yīng)20-40%。另外，從油品品質(zhì)分析，由于共熱解油中酚類化合物和含O、N、S雜環(huán)化合物含量少，芳烴化合物含量較高，說明生物質(zhì)的加氫作用明顯，適合作為化工原料及加氫制汽、柴油。

    據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年我國秸稈產(chǎn)量約8億噸，約合4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其中60%用作能源。如果將這筆廉價的可再生綠色財(cái)富與煤共熱解生產(chǎn)焦油，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和顯著的環(huán)保效益。

    賀永德認(rèn)為，生物質(zhì)與煤快速、高效共熱解協(xié)同效應(yīng)明顯，提高了熱解效率和焦油收率，還改善了油品品質(zhì)。該技術(shù)成果處于國內(nèi)領(lǐng)先水平，對于提升低變質(zhì)煤炭與生物質(zhì)清潔高效利用水平具有重要意義。建議加強(qiáng)煤與生物質(zhì)共熱解定向轉(zhuǎn)化為精細(xì)化學(xué)品開發(fā)研究。

甲烷制芳烴聯(lián)產(chǎn)氫氣：兩種資源都寶貴

    甲烷直接轉(zhuǎn)化制芳烴聯(lián)產(chǎn)氫氣技術(shù)，則是利用天然氣、頁巖氣、煤層氣等富含甲烷、乙烷等低級烷烴資源，在無氧條件下一步法直接轉(zhuǎn)化生成國內(nèi)短缺的苯、甲苯、萘等芳烴產(chǎn)品，同時聯(lián)產(chǎn)寶貴的氫氣，實(shí)現(xiàn)資源利用率和產(chǎn)品價值最大化，而且能夠與石油化工、煤化工協(xié)同發(fā)展。

    “該技術(shù)既獲得了芳烴又聯(lián)產(chǎn)氫氣，可與煤化工結(jié)合發(fā)展，這是最大亮點(diǎn)。”以中石油咨詢中心專家、原中石油煉化局總工程師門存貴為主任的鑒定委員會認(rèn)為，甲烷制芳烴技術(shù)國內(nèi)外也有研究，但延長石油碳?xì)渲行拈_發(fā)的流化床再生循環(huán)新工藝是獨(dú)一無二的，而且實(shí)驗(yàn)裝置規(guī)模最大，該成果整體處于國際領(lǐng)先地位。針對甲烷無氧芳構(gòu)化反應(yīng)中單程轉(zhuǎn)化率低、催化劑失活快、反應(yīng)-再生難以連續(xù)進(jìn)行等難題，建成了甲烷無氧芳構(gòu)化流化反應(yīng)-再生循環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置（反應(yīng)/再生器內(nèi)徑50毫米，催化劑最大裝填量300克），并實(shí)現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行。

    通過循環(huán)流化裝置實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，甲烷轉(zhuǎn)化率保持在15%以上，苯選擇性45%左后，芳烴選擇性55%以上，為中試放大奠定了基礎(chǔ)。

高效催化劑：推動國產(chǎn)化進(jìn)程

    延長石油碳?xì)渲行牟捎醚趸�、沉淀、�?fù)載一步法制備的懸浮床加氫裂化高效催化劑，是一種微納米結(jié)構(gòu)復(fù)合催化劑，主要應(yīng)用于煤直接液化、煤油共煉、重劣質(zhì)油輕質(zhì)化及煤焦油加氫等，提高了轉(zhuǎn)化率和液體收率，降低了結(jié)焦風(fēng)險，有利于促進(jìn)懸浮床加氫裂化技術(shù)推廣應(yīng)用及煤炭清潔利用、重劣質(zhì)油高效利用，將在煤制油領(lǐng)域替代目前大多采用的進(jìn)口催化劑，加快高端技術(shù)國產(chǎn)化過程。

    “這種鐵基催化劑的創(chuàng)新點(diǎn)是將納米級α-FeOOH活性組分與大比表面積的微米級碳材料載體高度復(fù)合，制備上具有流程短、可控性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，性能上不僅轉(zhuǎn)化率和液體收率高，而且還具有減緩結(jié)焦功能能。”門存貴對記者說，該成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平，建議加快催化劑工業(yè)放大并推廣應(yīng)用。

    據(jù)了解，延長石油碳?xì)渲行囊淹瓿汕Э思壌呋瘎┲苽�，并�?50千克/天的懸浮床加氫裂化中試裝置進(jìn)行性能評價連續(xù)實(shí)驗(yàn)，與延長石油煤油共煉工業(yè)示范裝置目前使用的商業(yè)催化劑相比，催化劑使用量降低45%、液體收率（<525℃餾分）提高5.4個百分點(diǎn)。該成果的成功開發(fā)，將有效節(jié)約懸浮床加氫裂化裝置運(yùn)行成本、保障長周期運(yùn)行，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。