胡水龍
(山西潞安集團(tuán),山西 長(zhǎng)治 046204)
改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)耀眼的經(jīng)濟(jì)成就開(kāi)始令世界炫目的時(shí)候,龐大而粗放的經(jīng)濟(jì)體在1993年出現(xiàn)了能源拐點(diǎn)——中國(guó)成為了石油凈進(jìn)口國(guó),并以每年千萬(wàn)噸的速度遞增,石油對(duì)外依存度一路攀升,石油戰(zhàn)略環(huán)境更顯脆弱,中國(guó)能源安全存在極大隱患。山西潞安集團(tuán)(以下簡(jiǎn)稱潞安)從保障國(guó)家能源安全出發(fā),充分發(fā)揮自身煤質(zhì)煤種、煤炭資源和區(qū)位發(fā)展優(yōu)勢(shì),以煤的深度轉(zhuǎn)化為主線,著力探索實(shí)踐煤基合成油項(xiàng)目,延伸發(fā)展煤基多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化,產(chǎn)出了第一桶煤基合成油,建成了煤油循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū),走出了一條“高碳能源,低碳利用”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)之路。以潞安煤油園區(qū)作為研究對(duì)象,對(duì)煤基合成油及整個(gè)煤油園區(qū)的探索、實(shí)踐和發(fā)展過(guò)程進(jìn)行研究,以期為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供一種全新的視角和思路。
長(zhǎng)期以來(lái),我國(guó)煤炭利用效率低、污染程度高、資源浪費(fèi)嚴(yán)重,環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重,特別是山西,隨著煤炭資源持續(xù)的高強(qiáng)度開(kāi)采,陷入了“資源詛咒”的怪圈,發(fā)展模式難以持續(xù)。因此,必須以煤炭為基礎(chǔ),拉長(zhǎng)加粗產(chǎn)業(yè)鏈、發(fā)展煤化工,對(duì)煤炭進(jìn)行深度轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)良性循環(huán)發(fā)展,實(shí)現(xiàn)成本、效益優(yōu)勢(shì)層層迭加和節(jié)能、環(huán)保,做到煤炭“吃干榨凈”,最大限度地轉(zhuǎn)化增值,從而使產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)、規(guī)模擴(kuò)張和經(jīng)濟(jì)效益最大化。
2000年8月,潞安改制后,隨著對(duì)舊井不斷技術(shù)改造和陸續(xù)進(jìn)行新井建設(shè),煤炭產(chǎn)量大幅增加,在對(duì)周邊大用戶直達(dá)運(yùn)煤的同時(shí),又發(fā)展了公路外運(yùn),但仍不能全部外運(yùn)。而對(duì)此困境,潞安決定將“立足煤,延伸煤,超越煤,以煤為基礎(chǔ),拉長(zhǎng)產(chǎn)業(yè)鏈條,建設(shè)綠色新型能化集團(tuán)”作為企業(yè)戰(zhàn)略,以煤的深度轉(zhuǎn)化為主線,發(fā)展新型煤化工,建設(shè)煤油循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū),發(fā)展具有“高碳能源,低碳利用”特色的循環(huán)經(jīng)濟(jì),走上了“全面實(shí)施戰(zhàn)略管理,建設(shè)綠色新型能化集團(tuán)”的戰(zhàn)略發(fā)展之路。
潞安礦區(qū)位于山西省上黨盆地,是國(guó)家重要的煤炭生產(chǎn)基地,已探明煤炭可開(kāi)采儲(chǔ)量260億t,此外還有儲(chǔ)量120多億t的下組高硫煤資源,為煤基合成油項(xiàng)目和建設(shè)煤化工基地提供了充足的資源保障。此外,潞安煤有效含碳量高、產(chǎn)氣量高、熱值高,內(nèi)在含水和含氧量低,且低硫、低磷、低灰,是進(jìn)行煤化工生產(chǎn)特別是煤變油的優(yōu)選材料。同時(shí),可利用原有礦井大面積開(kāi)發(fā)尚未利用的下組高硫煤資源,在減少成本投入的同時(shí)綜合利用資源。
潞安所在的長(zhǎng)治地區(qū)是華北地區(qū)的富水區(qū),水資源總量為22.96億m3,其中:地表水量19.86億m3,地下水量10.83億m3,重復(fù)水量7.73億m3。在水資源總量中,過(guò)境水量為5.04億m3,屬于長(zhǎng)治市的水資源量為17.92億m3,其中河川徑流量14.82億m3。規(guī)劃利用的后灣水庫(kù)、礦井涌水、長(zhǎng)治污水廠的中水,每年可為煤基合成油項(xiàng)目提供水量1.488 7億m3,為進(jìn)行煤化工提供了充足的水資源,滿足“煤變油”項(xiàng)目的用水需求。
山西集中了國(guó)家與地方一批國(guó)內(nèi)煤化工領(lǐng)域具有較強(qiáng)實(shí)力的科研、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)單位,潞安與上述科研院校單位建立了長(zhǎng)期戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系,多年來(lái)開(kāi)展了全方位的深度合作,很多專家都是潞安專家決策委員會(huì)專家成員,不僅為潞安科學(xué)決策提供了重要依據(jù),而且為企業(yè)培養(yǎng)了一大批技術(shù)骨干人才,為煤化工產(chǎn)業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
長(zhǎng)治區(qū)域內(nèi)有電力、鋼鐵、水泥等一大批企業(yè),煤炭就地消化能力強(qiáng);擁有山西煤化工生產(chǎn)的骨干企業(yè),電石生產(chǎn)規(guī)模也居全國(guó)前列,在發(fā)展煤基醇醚清潔燃料,焦化、煤炭間接液化,一碳、二碳和多碳化工、延伸產(chǎn)業(yè)鏈方面,具有充裕的資源、良好的基礎(chǔ)和巨大的潛力。長(zhǎng)期以來(lái),潞安主動(dòng)融入?yún)^(qū)域經(jīng)濟(jì),先后派出98名總工程師幫助區(qū)域煤炭企業(yè)發(fā)展,為區(qū)域的安全發(fā)展和經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn);長(zhǎng)治市委、市政府努力為潞安戰(zhàn)略發(fā)展創(chuàng)造良好環(huán)境,幫助潞安與當(dāng)?shù)貐^(qū)域經(jīng)濟(jì)融合滲透,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)、產(chǎn)業(yè)集群發(fā)展。
煤基合成油即煤基液體燃料合成技術(shù),是以固體狀態(tài)的煤炭為原料,通過(guò)化學(xué)加工過(guò)程,使其轉(zhuǎn)化成為汽油、柴油、液化石油氣等液態(tài)烴類(lèi)燃料和高附加值化工產(chǎn)品的技術(shù)。
我國(guó)煤基合成油技術(shù)研究,始于20世紀(jì)50年代,中間幾起幾落。2001年,為了滿足國(guó)家能源戰(zhàn)略對(duì)間接液化技術(shù)的迫切需要,國(guó)家“863”計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合啟動(dòng)了“煤變油”重大科技項(xiàng)目。中科院山西煤化所等部門(mén)承擔(dān)了這一項(xiàng)目的研究。2002年9月,山西煤化所千噸級(jí)中試裝置試車(chē)成功,打通了流程,并獲得了油品大樣。2003年8月,中試項(xiàng)目通過(guò)裝置改造,進(jìn)入了長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)和技術(shù)優(yōu)化匹配的試驗(yàn)階段。
早在2001年,潞安集團(tuán)就開(kāi)始緊密關(guān)注、跟蹤國(guó)內(nèi)外煤炭間接液化技術(shù)的發(fā)展,根據(jù)企業(yè)的資源條件和煤質(zhì)特點(diǎn),先后進(jìn)行了“潞安礦區(qū)煤炭產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究”、“潞安140萬(wàn)t煤炭間接液化項(xiàng)目方案研究”、“潞安煤用于高爐噴吹技術(shù)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究”、“型煤技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究”、“潞安礦區(qū)新礦井煤質(zhì)評(píng)價(jià)報(bào)告”、“潞安礦區(qū)煤炭地下氣化技術(shù)調(diào)研”等多項(xiàng)研究工作,對(duì)直接關(guān)系煤基合成油項(xiàng)目的潞安煤氣化技術(shù)、間接液化技術(shù)、煤質(zhì)煤種分析評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析等因素,做了大量的技術(shù)儲(chǔ)備工作。
2004年,潞安專門(mén)召開(kāi)了“煤化工發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”,邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)的一批煤化工專家參加,制定了潞安發(fā)展煤基合成油產(chǎn)業(yè)的前期規(guī)劃。同年,潞安主要領(lǐng)導(dǎo)又專程到中科院山西煤化所,參觀了煤基合成油品工程研究中心小店中試基地的千噸級(jí)合成裝置;中科院山西煤化所主要領(lǐng)導(dǎo)專程到潞安,表示愿意為潞安項(xiàng)目提供技術(shù)支持。
2005年,山西省主要領(lǐng)導(dǎo)就《關(guān)于在長(zhǎng)治市以潞安礦業(yè)集團(tuán)為主,建設(shè)煤基合成油萬(wàn)噸級(jí)示范廠的建議》做了重要指示,指出:要嚴(yán)密論證,穩(wěn)妥推進(jìn),化解風(fēng)險(xiǎn),為今后大規(guī)模發(fā)展打好基礎(chǔ)。同年,山西省政府把潞安煤基合成油項(xiàng)目列入“十一五”發(fā)展規(guī)劃和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目,大力發(fā)展煤基合成油項(xiàng)目。
根據(jù)省領(lǐng)導(dǎo)的指示精神,潞安集團(tuán)完成了《潞安520萬(wàn)t煤基合成油多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目預(yù)可行性研究報(bào)告》,從資源、環(huán)境、基礎(chǔ)條件、技術(shù)路線多方面進(jìn)行了基礎(chǔ)研究和技術(shù)論證。
2005年5月,我國(guó)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)煤基合成油示范項(xiàng)目公開(kāi)招標(biāo)。經(jīng)過(guò)精心準(zhǔn)備,在山西省委省政府的大力支持下,潞安代表山西省政府參加競(jìng)標(biāo)。經(jīng)過(guò)激烈的角逐,潞安憑借得天獨(dú)厚的資源和科技創(chuàng)新的軟、硬實(shí)力,以總分第一名的成績(jī),獲得該項(xiàng)目技術(shù)轉(zhuǎn)讓權(quán),世人矚目的國(guó)家級(jí)煤間接液化技術(shù)示范項(xiàng)目,落戶到長(zhǎng)治,建在了潞安。
2006年2月22日,潞安21萬(wàn)t/a煤基合成油示范廠奠基開(kāi)工。該項(xiàng)目被列為國(guó)家“863”、“973”高新技術(shù)項(xiàng)目和中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重大項(xiàng)目,得到了中科院、科技部和山西省委、省政府的高度重視和大力支持,中科院、科技部、省領(lǐng)導(dǎo)多次深入現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,解決問(wèn)題;潞安集團(tuán)制定了“特區(qū)政策”,在機(jī)制、政策、人力、財(cái)力上給予全力支持,集團(tuán)主要領(lǐng)導(dǎo)親自掛帥,分管領(lǐng)導(dǎo)常駐現(xiàn)場(chǎng),各職能部門(mén)提供“保姆式服務(wù)”;項(xiàng)目實(shí)施分級(jí)負(fù)責(zé)、責(zé)任到人,各項(xiàng)目建設(shè)單位倒排工期、交叉作業(yè)。為了全面加快項(xiàng)目建設(shè)進(jìn)程,潞安集團(tuán)先后開(kāi)展了兩次“百日會(huì)戰(zhàn)”。
為了建設(shè)好煤油循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū),潞安集團(tuán)通過(guò)專家論證、民主決策,制訂出明確的目標(biāo):發(fā)展煤基合成油,不能只注重油品,必須站在長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的高度,致力于建設(shè)煤油循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū),發(fā)展以低能耗、低污染、低排放為基礎(chǔ)的低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)。山西省也將潞安作為全省循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)企業(yè),同意建設(shè)以煤制油、劣質(zhì)煤開(kāi)發(fā)、化肥生產(chǎn)、噴吹煤生產(chǎn)、瓦斯發(fā)電、矸石制磚、水的循環(huán)利用為主線的煤油循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)方案。
600萬(wàn)t/a屯留煤礦及配套模塊選煤廠、2×13.5萬(wàn)kW煤矸石綜合利用電廠、新型建材廠、21萬(wàn)t/a煤基合成油示范項(xiàng)目(包括鐵基和鈷基兩種催化生產(chǎn)技術(shù))、1830化肥以及余吾煤業(yè)瓦斯抽采、羿神焦化、慈林山和郭莊礦下組煤開(kāi)發(fā)、IGCC發(fā)電項(xiàng)目等,目的是把煤炭開(kāi)采、洗選加工、高硫下組煤開(kāi)發(fā)、瓦斯抽采利用、焦?fàn)t煤氣利用、矸石發(fā)電、煤基合成油、化肥、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、氮?dú)飧上ń?、硫磺回收等融為一體,實(shí)現(xiàn)減量化、資源化和再利用。
經(jīng)過(guò)一年半的努力拼搏,2008年12月22日,示范項(xiàng)目產(chǎn)出中國(guó)第一桶完全具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的鈷基間接液化費(fèi)托合成油;2009年8月,繼鈷基催化劑出油之后鐵基漿態(tài)床生產(chǎn)出合格油品;2009年10月,2×13.5萬(wàn)kW煤矸石綜合利用電廠正式運(yùn)行;2009年12月,聯(lián)產(chǎn)的1830化肥項(xiàng)目投產(chǎn);2010年10月,回收利用低熱值尾氣的IGCC發(fā)電項(xiàng)目建成投產(chǎn),初步形成了集“煤炭開(kāi)采、洗選加工、煤基合成油、精細(xì)化工,以及瓦斯、焦?fàn)t煤氣、矸石、尾氣綜合利用”為一體的特色園區(qū)。
屯留礦開(kāi)采的優(yōu)質(zhì)動(dòng)力煤,直接作為碎煤加壓氣化原料,其余送模塊化洗煤廠進(jìn)行洗選,洗精煤作為噴吹煤出售,中煤和矸石作為余吾煤矸石電廠燃料使用。
屯留、石圪節(jié)、慈林山等煤礦開(kāi)采的下組原煤經(jīng)篩分后,作為煤基合成油的原料煤使用。在氣化加壓過(guò)程中,煤經(jīng)干餾產(chǎn)生的初級(jí)油品在煤氣水處理和煤氣凈化裝置中分別產(chǎn)生焦油和粗苯,園區(qū)內(nèi)配置了焦油加工及粗苯精制裝置,同時(shí)處理從羿神焦化和周邊焦化廠收集的煤焦油和粗苯,生產(chǎn)芳烴類(lèi)系列產(chǎn)品和精苯產(chǎn)品。
煤氣化裝置產(chǎn)生的含硫粗煤氣經(jīng)凈化后脫硫化氫及二氧化碳,凈化氣進(jìn)入F-T合成裝置,含硫尾氣經(jīng)硫收裝置處理后達(dá)標(biāo)排放,同時(shí)副產(chǎn)工業(yè)硫磺。副產(chǎn)的高純度二氧化碳部分用于1830化肥廠生產(chǎn)尿素等產(chǎn)品,部分返回煤氣化裝置及甲烷轉(zhuǎn)化裝置作為氣化劑使用,調(diào)節(jié)原料氣的氫碳比例。
屯留煤礦預(yù)抽采瓦斯氣、焦?fàn)t氣和合成油排放的高熱值尾氣送入甲烷轉(zhuǎn)化裝置,經(jīng)轉(zhuǎn)化后進(jìn)入凈化裝置,脫除二氧化碳后大部分送F-T合成裝置,剩余部分經(jīng)變壓吸附(PSA)提氫裝置,氫氣送到下游油品加氫、焦油精制、粗苯加氫合成氨裝置,富一氧化碳?xì)馑腿隖-T合成裝置。F-T合成的粗產(chǎn)品經(jīng)油品加工后產(chǎn)生硬蠟、軟蠟、石油腦、柴油、LPG(液化石油氣)等系列產(chǎn)品。
屯留礦井通風(fēng)氣與合成油裝置排放的低熱值尾氣調(diào)配后作為IGCC發(fā)電站的燃料使用。
園區(qū)內(nèi)所有裝置產(chǎn)生的工業(yè)廢水、生活污水及居民區(qū)的生活污水統(tǒng)一進(jìn)入園內(nèi)的綜合水處理廠分級(jí)處理,處理后根據(jù)水質(zhì)的好壞分別作為鍋爐水、循環(huán)水補(bǔ)充水、辦公樓及居民區(qū)的綠化用水和沖洗水、洗煤廠補(bǔ)充水,實(shí)現(xiàn)了污水零排放。
碎煤加壓氣化裝置和矸石電廠排出的爐渣,根據(jù)其成分和特性分別用于水泥配料、爐渣磚原料、修路路基材料、填充煤礦采空塌陷區(qū),其余送到礦山修復(fù)整理區(qū)域作為填充物。
余吾煤矸石綜合利用熱電廠主要為園區(qū)內(nèi)提供動(dòng)力蒸汽,剩余蒸汽發(fā)電,低位熱能用于園區(qū)內(nèi)辦公樓、工業(yè)廠房和居民區(qū)的冬季采暖和熱水供應(yīng)。
一是鈷基、鐵基兩種催化劑工藝都在正常運(yùn)行。潞安是世界上唯一一個(gè)同時(shí)掌握兩種工藝進(jìn)行煤基合成油的企業(yè)。
二是潞安煤基合成油不是簡(jiǎn)單把煤變成油,而是充分體現(xiàn)低碳發(fā)展理念,以煤基合成油為基礎(chǔ),在生產(chǎn)柴油、石腦油、潤(rùn)滑油的同時(shí),生產(chǎn)航空煤油、洗化油、含氧化合物等6大系列200余種化學(xué)品,實(shí)現(xiàn)煤基合成油的多聯(lián)產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化,建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的煤油園區(qū)。不僅礦井預(yù)抽瓦斯以及附近焦化廠的焦?fàn)t煤氣作為原料補(bǔ)充,利用合成油過(guò)程中的富余氫氣、氮?dú)?,處理二氧化碳廢氣聯(lián)產(chǎn)“1830”化肥,使二氧化碳排放總量減少一半,而且大規(guī)模利用因環(huán)保要求50年棄采的高硫高灰劣質(zhì)下組煤資源,為延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限、推進(jìn)現(xiàn)代煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展探索了一條新路。
目前,21萬(wàn)t/a示范項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行,生產(chǎn)的高品質(zhì)柴油、石腦油、石蠟、硫磺等產(chǎn)品銷(xiāo)往河南、山東、上海、廣東、香港等地,并成功進(jìn)入上海世博會(huì)。
三是以循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)為載體,把煤炭開(kāi)采、洗選加工、高硫下組煤開(kāi)發(fā)、瓦斯抽采利用、焦?fàn)t煤氣利用、矸石發(fā)電、煤基合成油、化肥、聯(lián)合循環(huán)發(fā)電、氮?dú)飧上ń?、硫磺回收等融為一體,實(shí)現(xiàn)了節(jié)能減排、資源綜合化利用。其中,30萬(wàn)t/a尿素裝置,可每年減少27萬(wàn)t二氧化碳排放;焦?fàn)t煤氣和預(yù)抽瓦斯氣與二氧化碳重整,每年可減少14萬(wàn)t二氧化碳排放,走出了一條煤化工多聯(lián)產(chǎn)低碳排放的路子。
四是示范項(xiàng)目已獲得國(guó)家發(fā)明專利40余項(xiàng)。具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“潞安煤基合成油多聯(lián)產(chǎn)低碳化技術(shù)與應(yīng)用”、“鈷基合成油固定床技術(shù)與工業(yè)示范裝置”兩項(xiàng)科技成果,先后通過(guò)了專家鑒定,潞安煤基合成油關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,項(xiàng)目全部實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,是在政府主導(dǎo)支持下,產(chǎn)學(xué)研用緊密結(jié)合的一個(gè)成功范例。潞安煤油園區(qū)成為國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)示范園區(qū),潞安集團(tuán)成為國(guó)家循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)企業(yè)。
潞安煤油循環(huán)經(jīng)濟(jì)園區(qū)建設(shè)得到了中央領(lǐng)導(dǎo)、中科院、山西省委省政府的充分肯定和高度評(píng)價(jià)。
通過(guò)示范項(xiàng)目建設(shè)的長(zhǎng)周期運(yùn)營(yíng),潞安集團(tuán)積累了豐富的經(jīng)驗(yàn),蓄積、培養(yǎng)了一大批高素質(zhì)的技術(shù)人才和高技能產(chǎn)業(yè)工人,為煤基合成油產(chǎn)業(yè)化多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。目前,潞安集團(tuán)正在抓緊進(jìn)行年產(chǎn)540萬(wàn)t煤基合成油多聯(lián)產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目的前期準(zhǔn)備工作,發(fā)展構(gòu)想是:
一是建成我國(guó)首個(gè)540萬(wàn)t/a煤基合成油多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目。
二是依托潞安集團(tuán)目前已經(jīng)建成的煤基合成油循環(huán)經(jīng)濟(jì)工業(yè)園區(qū),持續(xù)進(jìn)行新技術(shù)示范和新工藝開(kāi)發(fā),從產(chǎn)品輸出逐步轉(zhuǎn)向技術(shù)輸出。
三是建立研發(fā)和工程技術(shù)團(tuán)隊(duì),開(kāi)展技術(shù)研發(fā)和集成創(chuàng)新,打造清潔煤化工技術(shù)研發(fā)平臺(tái)和人才培養(yǎng)基地。
四是將潞安煤基合成油多聯(lián)產(chǎn)項(xiàng)目建設(shè)成為保障我國(guó)能源安全的戰(zhàn)略石油儲(chǔ)備“動(dòng)態(tài)油庫(kù)”。
再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)2011年11期