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自主创新 清洁转化——记砥砺奋进的中科合成油

日期: 2018-08-28
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引言 

煤炭间接液化工程是一项技术高度集成的、复杂的系统工程,最为关键的核心技术是费托合成技术及其催化剂的开发及应用。该技术的科技攻关和产业化实施关系到我国国家能源战略安全和自主保障能力,关系到我国主体能源煤炭如何高效清洁转化利用的重大问题,是对能源安全高效清洁低碳发展方式的有益探索,是不断扩大我国在煤炭加工转化领域的技术和产业优势、加快推进能源生产和消费革命的重要抓手。 

自1997年以来,中科合成油团队在党和国家领导的关怀下,在中国科学院的领导下,在原神华集团、伊泰集团等股东单位的支持和帮助下,以国家需求为己任,牢记技术创新为国家战略服务的宗旨,不屈不挠、坚定意志、顽强拼搏,历经20多年,实现了自主知识产权的煤炭间接液化产业从实验室小试—千吨级中试—16万吨级工业示范—百万吨级产业化示范的跨越发展,掌握了成套的煤炭间接液化核心技术,建立了我国自主知识产权的技术和产业化体系,开创了一套产学研发展的新模式,初步完成我国在煤炭间接液化领域技术储备、人才储备和产能储备的阶段性战略任务。
 


 

第一篇 历程回眸 

我国煤炭液化有近百年的发展历史,仅从改革开放以来也差不多走过了40年的历程。以李永旺研究员为代表的中科合成油团队在总结前人工作的基础上,站在历史的新起点,大胆创新,将煤制油技术开发方向定格在浆态床费托合成技术上,开始了自主创新、清洁转化之路,顺利完成了煤炭间接液化技术产业化需要经历的几个主要阶段。 

第一阶段:理论模拟计算和实验室小试 

自1997年至2000年,研发团队用4年时间完成了浆态床费托合成技术的理论模拟计算和实验室小试,系统地开展了费托合成详细机理动力学研究,在实验室装置上优选出高活性的浆态床铁基催化剂,构建了基于浆态床费托合成的煤制油全流程工艺模拟计算软件,实现了对不同工艺方案的技术经济分析与评价。在实验室装置上解决了浆态床费托合成蜡催化剂分离的技术难题,实现了浆态床费托合成铁基催化剂上千小时的稳定运转与煤制油工艺瓶颈的突破,并在太原中试基地着手规划千吨级浆态床费托合成中试装置建设。 

第二阶段:千吨级中试装置的建设与运行 

自2001年至2005年,研发团队用5年时间完成了千吨级中试装置的建设与运行。2001年承担国家科技部863、中科院“十五”知识创新工程重大项目“煤基合成液体燃料浆态床工业化技术”,启动了千吨级浆态床合成油中试装置建设。2002年中试装置打通全部工艺流程,2004年中试装置实现了上千小时的连续稳定运转,形成了成熟的低温浆态床合成工艺技术,达到了国际先进水平。2005年承担的国家科技部863和中科院知识创新工程重大项目“煤基合成液体燃料浆态床工业化技术”,通过了科技部和中科院的验收,开始规划和设计16万吨/年至20万吨/年合成油示范厂的建设,同时提出了高温浆态床费托合成概念。 

第三阶段:16万吨级示范厂的建设与运行 

自2006年至2010年,用5年时间完成了16万吨级示范厂的建设与运行,同时开发出了先进高效的高温浆态床费托合成新技术。2006年,中科院煤化所联合业内伙伴组建了中科合成油技术有限公司。同年,伊泰和潞安两个16万吨/年合成油示范厂开工建设,2009年成功产出高品质油品。2010年,两个示范厂实现了“安、稳、长、满、优”的工业运行,同年7月,内蒙古自治区发改委委托中国国际工程咨询公司完成对伊泰示范厂72小时现场性能标定,各项指标达到世界先进水平,标志着自主知识产权的煤炭间接液化技术16万吨级工业示范成功。
 
第四阶段:百万吨级产业化示范的建设与运行 

自2011年至2017年,用7年时间完成神华宁煤、山西潞安、伊泰杭锦旗3个百万吨级产业化示范项目的设计、建设和运行。2013年,神华宁煤项目开工建设,同年,山西潞安项目开工建设。2014年,伊泰杭锦旗百万吨级煤制油工程开工。神华宁煤项目历时3年建设,于2016年9月建成,12月21日全厂流程贯通,产出合格产品。2017年7月17日,单条生产线达到满负荷生产;12月17日,全线达到满负荷生产。自产出合格产品至满负荷达产仅用不到1年时间,创造了现代煤化工的奇迹。2017年7月7日,伊泰杭锦旗项目实现一次性投料试车成功,产出合格产品,并于9月15日实现满负荷达产,自产出油品至满负荷达产仅用70天时间,创造了达产最快的世界纪录,是“十三五”期间第一个达产的百万吨级煤制油项目。山西潞安项目于2017年12月29日成功产出合格油品。至此,采用中科合成油自主知识产权的3个百万吨级煤炭间接液化项目建成产能达到620万吨/年。 

第二篇 发展现状 

陌上花开,不负韶华。中科合成油经过多年的奋斗与拼搏,厚积薄发、勇攀高峰,在队伍建设和人才储备、技术支撑与体系建设、资质认证和业务承接、实验室及基地建设等方面均取得了可喜的成果。
 
队伍建设和人才储备:公司在册员工1000多人,包括12名研究员、50多名博士、200多名高级工程师,其中有国家杰出青年基金获得者1位、海外千人学者1位、青年“千人计划”学者1位、中科院“百人计划”学者3位。公司人员数量不断壮大、人员构成日趋合理、整体素质不断提高,专业设置日益健全,打造出了一支具有丰富科学研究和工程设计开发经验的高素质、专业化的技术团队,为国家煤炭间接液化产业的人才储备和队伍建设作出贡献。 

技术支撑与体系建设:实现了我国自主知识产权的煤炭间接液化技术从实验室—中试—工程化示范—产业化示范的跨越。建立起包括技术公司—研发中心—工程公司—催化剂公司等煤炭间接液化产业链上的多个专业化团队,形成以产业化研发为基础,以自主知识产权的核心技术为依托,以工程咨询、工程设计为龙头,以EPC总承包、专利专有设备研发与制造为核心,以动态仿真培训、项目试运行期间的开车保运服务、项目开车运行期间的技术支持为支撑的整套体系,创立了独特的“科技研发—核心技术—工程设计—工程总承包—特种装备供应”一体化无缝衔接产业化转化专有模式。 

资质认证和业务承接方面:公司拥有化工石化医药行业专业甲级工程设计资质、化工行业工程咨询甲级资质、压力管道和压力容器特种设备设计许可证、对外工程总承包资质,以及质量、环境和职业健康安全管理四合一管理体系认证。公司业务范围涵盖工程咨询、工程设计、反应器内件供货、项目管理、EPC总承包、催化剂供应等多个领域。项目承接范围由传统的油品合成、油品加工装置,拓展到其他工艺装置、公用工程和辅助设施,业务领域不断拓展。 

实验室及基地建设:公司是煤转化国家重点实验室主要组成部分,承担煤炭间接液化国家工程实验室、国家能源煤基液体燃料研发中心、煤制清洁液体燃料北京市重点实验室的建设工作,并顺利完成验收。公司拥有国际化的表面科学实验室,是北京市博士后(青年英才)创新实践基地工作站,在内蒙古鄂尔多斯建设了中试基地和绿色的催化剂配套生产基地。

 

第三篇 成功所在 

煤制油属于投资密度大、技术复杂的现代煤化工领域,涉及技术开发、工程建设、设备制造等环节,门槛较高。同时,该领域的发展受国内外油气产量和价格走势、经济发展和安全形势等的影响。除南非外,美国、德国等国家也在该领域开展了大量的探索,但产业化道路并不平坦。中科合成油作为一家技术型企业,如何能够在国内外众多的科研机构中脱颖而出,破茧成蝶,实现华丽转身?成功的秘密到底在哪里?该公司总经理李永旺认为有如下几点: 

一是我国资源禀赋和能源消费组成,这是我国煤制油之所以成功的根本前提。“富煤贫油少气”是我国的资源禀赋,而以煤为主的一次能源消费组成则是我国能源消费的现状。煤炭是我国的基础能源,虽然我国正在压缩煤炭的消费比例,但基本国情还是以煤为主,煤炭将继续保持主体能源地位。在相当长一段时间内,我国对煤炭的注意力不会分散,煤炭的清洁高效利用是我国能源发展的战略制高点。 

二是我国能源战略安全,这是我国煤制油发展的契机。2016年,我国原油对外依存度达到65.5%。原油短缺已成为我国能源供需中主要的结构性矛盾和制约国民经济快速发展的“瓶颈”。从能源安全角度考虑,开发基于我国资源特征的石油替代燃料,依靠中国资源储备相对丰富的煤炭来替代一部分石油产品需求,对于改善我国能源结构和贸易平衡具有深远的战略意义。 

三是国家和社会各界的大力支持,这是中科合成油健康成长的关键。成绩的取得,离不开国家政策的大力扶持,离不开国家发改委与能源局对团队的信任与重托,离不开中国科学院的领导,离不开地方政府的鼎力支持,离不开投资方的慷慨解囊,离不开同行科研工作者的鼎力相助,离不开参战企业的大力配合与支持,离不开施工单位的昼夜奋战。 

四是体制与机制的突破和创新,这是煤制油技术发展成熟的内在动力,也是最关键的因素。在煤炭间接液化产业化的进程中,为加快成果的转化,在中国科学院和股东单位支持下,整个团队在体制、机制、管理、融资等方面进行了大胆的创新和尝试,探索出一条依托中国科学院与大型企业的紧密合作、引入社会资金和市场的运作机制、稳步推进科技成果产业化的社会化路径。通过社会化不仅为科技成果转化提供强有力的资金保障,还提供了诸如市场管理、资本运作等诸多方面的帮助。 

除了上述因素,中科合成油自始至终坚持创新发展、绿色发展、开放发展和共享发展的理念,也是公司能够发展到今天的关键。

一、坚持创新发展 

创新是引领企业发展的第一动力,公司始终把创新摆在发展的核心位置,不断推进技术创新、理论创新、制度创新,掌握核心技术。公司开发的煤炭间接液化技术具有明显的先进性,体现在:新一代费托合成技术可实现在较高温度下的浆态床中运行,提高了副产蒸汽的压力,彻底解决了低位能过剩问题,提高了过程综合热效率;催化剂生产技术为独创配方,反应活性大幅提高,产油能力大大提高,达到1000吨油/吨催化剂以上;生产的高清洁油品无硫、无氮、低芳,排放优于欧V标准。 

在20多年的持续创新、技术研发和产业化攻关过程中,科技团队发表有影响力的论文500多篇,其中在国际学术刊物上发表论文300多篇;获得中国发明专利130多件,国际PCT专利7件,在6个国家获国际发明专利授权,制订国家技术标准6项。专利技术覆盖了催化剂—油品合成—油品加工—反应器—化学品加工—节能节水环保等煤炭间接液化全流程的技术,形成了完善的知识产权保护体系,与国外技术相比,具有明显的先进性和独特性。技术团队获2005年中科院杰出科技成就奖、2010年国家能源科技进步一等奖、2017年山西省科技进步二等奖。 

目前,公司正在承担国家级、中国科学院等多项重大研发课题,涉及低阶煤分级液化技术、大型高效煤气化设备开发、煤制油工程中的水处理技术、焦油/重油/渣油加氢技术、超清洁汽油/航煤/润滑油技术等,持续的创新发展将是公司前进的核心动力。

二、坚持绿色发展

绿色是技术永续发展的必要条件和中科合成油对美好生活追求的重要体现。煤制油必须走绿色发展、清洁转化的道路,体现在技术研发和工程实践中概括起来就是节能、节水、减排、环保八个字。公司打破传统的思维限制,从源头抓起,而不是局限在油品合成和加工装置上,充分考虑煤炭间接液化的整个工艺流程,进行全厂系统的集成优化和协调配置。 

公司将绿色发展、清洁转化的理念贯彻在技术研发、工程设计和项目实施的各个环节,从源头上降低污染源,从设计上减少排放量,从实施上严把排放关,坚持执行最严格的环保标准。在节能方面,通过优化费托合成反应条件、开发高效换热分离设备和先进的余热回收技术等,能量利用效率大大提高,达到43%至45%。在节水方面,通过采用先进的空冷技术、密闭循环水系统、原煤中外水的回收、废水回用技术等措施,形成了煤制油先进的节水流程,使吨油耗水从8至10吨降到5吨左右。在减排方面,通过采用污水回用和浓盐水蒸发结晶及分盐等技术,实现废水近零排放;通过采用先进的脱硫脱硝技术,实现废气的达标排放;通过采用催化剂回收、炉渣制建材等技术,大大降低了固废的排放量。

三、坚持开放发展

开放是一个企业发展壮大的必由之路,企业要想做大做强必须坚持互利共赢的开放战略,加强与合作伙伴的合作,构建广泛的利益共同体。中科合成油能够由单一课题组—整合5个课题组—合成油品工程中心理事会—中科合成油技术有限公司,走的就是开放发展的道路。公司通过不断地吸收合作伙伴、吸收业界的力量,实现开放共赢。
 
为加强科技研发的开放性,公司长期与中国科学院、北京大学、北京化工大学、天津大学、中国石油大学、大连理工大学、煤炭科学研究总院等大学及科研院所合作,共同开发部分科技成果。为进一步加强国际合作,2016年公司建设的国际化表面实验室投入使用,采用国际最先进的人才引进和科技研发机制,与麻省理工学院、西弗吉尼亚大学等建立广泛的合作关系。 

同时,公司积极与设计单位和施工单位合作。针对费托合成反应器的单台设备重量大、吊装难度大的特点,联合中化二建集团和太原重型机械集团,共同研制开发了“6400吨液压复式起重机”,该技术于2017年11月获得山西省科技进步二等奖。

四、坚持共享发展 

坚持共享发展是中科合成油区别于其他科研机构和企业的又一个鲜明特点。公司始终坚持发展为了社会、发展依靠社会、发展成果由社会共享的理念,将企业在发展中取得的成果和技术,通过技术许可、授权等方式,向社会公开,使全社会在共建共享发展中产生更多获得感。单个企业的发展带动不了社会的总体进步,更多企业的加入、整个产业的发展,才能促进大家朝着共同的目标前进。
 
中科合成油掌握了从实验室—中试—示范厂—产业化示范的高温浆态床油品合成和油品加工全套工艺技术,但是,中科并没有把这个技术把持在自己手里,而是通过技术许可的方式,进一步扩大技术的使用范围,让更多的企业参与进来,共享发展盛宴。中科合成油深知,高温浆态床油品合成和油品加工成套技术是中科合成油和股东单位的,也是整个煤制油产业界的,归根到底是我国自主知识产权的。 

目前,多个企业已经尝到了中科合成油共享发展的甜头,原神华集团、伊泰集团、潞安集团先后使用了自主知识产权的煤炭间接液化成套技术,并顺利建成投产百万吨级煤制油项目。坚持共享的核心是实现共赢,中科也在分享的过程中体验到了共赢,实现了企业的做大、做强。通过项目实施获得发展的经济支持,以项目实施推动企业发展、以企业发展推动行业形成,共享发展带动了整个煤炭间接液化行业和产业的发展和进步。 

第四篇 展望未来 

廿年磨砺风雨铸,征尘未洗再出发。神华宁煤、伊泰杭锦旗和山西潞安3个百万吨级产业化示范项目的成功运行,是我国煤制油技术产业化进程中的重要里程碑,也是以中科合成油为核心的煤制油团队迈出的关键一步。但是,当前阶段只是我国煤炭间接液化产业发展的初级阶段。产业布局亟待规范,产业支撑有待健全,工艺技术尚需完善,节能环保存在空间,体系建设任重道远,距离国家远景规划,还有很长的路要走。 

面对严峻复杂的经济环境、多变的市场形势,站在历史的新起点,如何保持企业活力、延续战斗力、创造新的辉煌,是摆在中科合成油面前最大的挑战。作为肩负煤炭间接液化国家能源战略技术储备重担的核心技术团队,今后公司将继续秉承“科技先导、为国分忧”的企业精神和“我们的事业、能源的未来”的宗旨,在中国科学院的指导下,在股东单位的共同努力下,开拓创新、继续前进,实现公司可在宁夏地区开展煤炭间接液化项目,由来已久。基于我国“富煤、缺油、少气”的一次能源的赋存结构和消费现状,宁夏回族自治区政府结合宁持续发展、跨越式发展。 

当前,公司将集中力量协助业主完成第一批示范项目“安、稳、长、满、优、盈”的运行目标。同时,抓住国家《煤炭深加工产业示范“十三五”规划》的机遇,积极开展第二批百万吨级煤制油示范工程的推进,预计在“十四五”末新增产能750万吨/年油品。在做好第二批次百万吨级煤制油示范工程的同时,公司积极参与新疆地区大型煤制清洁燃料基地规划和建设工作,力争“十五五”末,在新疆地区高起点、高标准、高水平地建设具有我国特色的国家级大型煤制清洁燃料基地。

科技报国,仁人志士终不悔;上下求索,栉风沐雨追梦人。未来,中科合成油将深入贯彻落实《国家创新驱动发展战略纲要》,打造北京怀柔科技创新城技术平台。稳固与提升已成熟的煤制油技术,以费托合成技术为核心,深耕煤炭间接液化及相关衍生技术领域,引领煤炭间接液化、重油加工、焦油加工等相关衍生技术领域技术发展方向,构建煤炭清洁利用新生态。同时,以发展煤炭高效清洁转化技术为主导,在“一带一路”战略的引领下,积极开拓美洲、欧洲、非洲、澳洲,东南亚、中东等海外市场,抢占煤炭高效清洁转化战略制高点、技术制高点,不断扩大我国在煤炭高效清洁转化领域的技术优势和产业优势。


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