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研發(fā)路漫漫

2023-01-17 13:35
中國石油石化 2022年24期
關(guān)鍵詞:煤制氣煤制西南

文/本刊記者 鄭 丹/姚 璐 覃 念

潛心研發(fā)與成果轉(zhuǎn)化,西南院大型煤制天然氣甲烷化催化劑實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。

煤的主要化學(xué)組成:C。

天然氣的主要化學(xué)組成:CH4

如何把煤變成天然氣?顯而易見,需要C+H,即碳加氫。這就是西南院多年來持之以恒的事。

西南院專攻的這項(xiàng)技術(shù)名為“大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)”??蒲腥藛T研發(fā)出的煤制天然氣甲烷化催化劑首次實(shí)現(xiàn)110%負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行。

“這標(biāo)志著我國自主研制的大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)取得重大突破,對保障國家能源安全具有重要意義。”西南院黨委書記、總經(jīng)理陳健表示。

為煤炭找出路

中國,煤炭大國。富煤,是中國的資源稟賦特點(diǎn)。

煤炭,曾經(jīng)在我國能源和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展中充當(dāng)頂梁柱作用。但隨著世界能源結(jié)構(gòu)調(diào)整以及低碳發(fā)展的需要,煤在世界能源消費(fèi)中的占比逐漸下降,份額被后起之秀——石油和天然氣所追趕。

當(dāng)中國仍然“以煤為主”的時候,世界步入退煤時代。

2015年12月18日,因持續(xù)惡化的煤炭行情等因素,英國煤炭控股有限公司正式宣告關(guān)閉其最后一個地下煤礦——凱靈利。這意味著始于300年前工業(yè)革命時期的英國煤炭工業(yè)徹底告別歷史舞臺。

2020年,礦商嘉能可發(fā)布公告顯示,公司將于2023年前關(guān)閉位于澳大利亞的四座煤礦,屆時這四座煤礦將臨近生產(chǎn)年限。

在美國,煤炭正在消亡。據(jù)Grist 網(wǎng)站報道,在過去的十年中,由于清潔和廉價的替代能源將曾經(jīng)占主導(dǎo)地位的煤炭推向了窮途末路,美國煤礦業(yè)就業(yè)人數(shù)下降了近一半。而且,拜登總統(tǒng)最新的能源轉(zhuǎn)型計劃將會進(jìn)一步加速這一趨勢。

……

中國將如何邁開煤炭清潔高效開發(fā)利用的步伐?引全球關(guān)注。

2014年,國務(wù)院辦公廳下發(fā)《關(guān)于印發(fā)能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年)的通知》要求“推進(jìn)煤炭清潔高效開發(fā)利用”:按照安全、綠色、集約、高效的原則,加快發(fā)展煤炭清潔開發(fā)利用技術(shù),不斷提高煤炭清潔高效開發(fā)利用水平。

中國工程院院士杜祥琬曾表示,為做好煤炭的大文章,我國制定了清潔高效利用煤炭的戰(zhàn)略方針。就是要控制那些不清潔、不高效的部分。

清潔高效利用煤炭,煤制天然氣是一條可行的路徑。

國之所望,心之所向。

在煤制天然氣關(guān)鍵技術(shù)突破的道路上,甲烷化技術(shù)的突破是重要一環(huán)。而甲烷化技術(shù)的核心就是催化劑。

據(jù)西南院副總經(jīng)理、催化劑事業(yè)部總經(jīng)理鄭珩介紹,該院對甲烷化催化劑的探索始于上個世紀(jì)90年代,當(dāng)時針對合成氨原料氣中的少量一氧化碳、二氧化碳反應(yīng)變成甲烷而實(shí)現(xiàn)凈化。

十年研究苦旅,終獲圓滿結(jié)局。

2021年12月,西南院自主研制的煤制天然氣甲烷化催化劑在新疆慶華能源集團(tuán)有限公司(以下簡稱新疆慶華)實(shí)現(xiàn)1400 小時連續(xù)工業(yè)側(cè)線運(yùn)行,開啟了一條讓煤炭清潔化利用、減少環(huán)境污染的道路。

點(diǎn)煤成氣之路

DISCOURSE

煤制天然氣甲烷化催化劑在新疆慶華實(shí)現(xiàn)1400 小時連續(xù)工業(yè)側(cè)線運(yùn)行,開啟了一條讓煤炭清潔化利用、減少環(huán)境污染的道路。

如同石油可以制成多種化工品,煤也可以變身為油、烯烴、乙二醇、天然氣。在煤化工領(lǐng)域,以經(jīng)濟(jì)性為衡量標(biāo)尺決定了煤是否要變油、變烯烴、變乙二醇、變天然氣。

當(dāng)能否盈利成為煤制天然氣企業(yè)的決策依據(jù),西南院首先經(jīng)歷了漫長的等待。

2009年,西南院大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)研發(fā)立項(xiàng)之時,可謂占了天時地利人和。

天時。

我國新疆、內(nèi)蒙古和山西等地區(qū)富煤,但新疆等地多產(chǎn)劣質(zhì)煤,熱值較低,價格也不高。如何讓這些富煤的地區(qū)實(shí)現(xiàn)煤炭的清潔高效利用,將煤炭轉(zhuǎn)換成可輸送的能源輸送到中東部地區(qū),是國家戰(zhàn)略和能源安全保障之所需,成為業(yè)內(nèi)研究的重要課題。

“無論從當(dāng)時還是現(xiàn)在來看,這個項(xiàng)目的立項(xiàng)無疑是有前瞻性的?!标惤”硎?。

地利。

在西南院大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)立項(xiàng)之初,國內(nèi)煤制氣企業(yè)已經(jīng)伸出技術(shù)引進(jìn)的觸角,利用國外先進(jìn)技術(shù),在國內(nèi)發(fā)展煤制天然氣的藍(lán)圖已經(jīng)鋪開。據(jù)介紹,當(dāng)時,國內(nèi)有大唐克旗、新疆慶華、伊犁新天和內(nèi)蒙匯能四家煤制氣企業(yè)獲批建設(shè),它們?nèi)恳M(jìn)了國外的甲烷化技術(shù)。

人和。

“作為國家級的研究機(jī)構(gòu),西南院正是看到了這片廣闊的市場。雖然彼時國內(nèi)企業(yè)全部使用引進(jìn)技術(shù),但我們覺得中國人不能一直吃洋面包,一直依賴著國外技術(shù),因?yàn)檫@早晚要付出巨大代價。”陳健說。

高度的使命感和擔(dān)當(dāng),讓西南院組建起一支煤制天然氣甲烷化技術(shù)的研究隊(duì)伍。在研究人員的心里都有一個目標(biāo):一定要研發(fā)出高于國外水平的甲烷化技術(shù)?!叭绻覀兊募夹g(shù)落后于國外,我們永遠(yuǎn)就沒有市場機(jī)會?!标惤〗忉屨f。

天時地利人和,希望的種子不失時機(jī)地播撒,也早早結(jié)出了果子。

2009年,西南院正式開始項(xiàng)目研究。2014年,開展市場調(diào)研,在擬建項(xiàng)目和已建項(xiàng)目中進(jìn)行推廣。經(jīng)過不懈努力,中海油和西南院有了合作意向。

“在擬建項(xiàng)目中,我們調(diào)研了中海油大同項(xiàng)目和鄂爾多斯項(xiàng)目。但那時國際油價暴跌,煤制氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評估幾經(jīng)努力卻未獲通過。最后,這兩個項(xiàng)目都下馬了。而我們想在這兩個項(xiàng)目上率先實(shí)現(xiàn)自主研發(fā)技術(shù)的工業(yè)化示范,也成了泡影。”西南院催化劑事業(yè)部副總經(jīng)理曾旭說。

從開始的天時地利人和,到最終差一把東風(fēng)助力,西南院怎能服輸?在逆境中,西南院仍持續(xù)投入研發(fā),夯實(shí)技術(shù)可靠性和先進(jìn)性。2013年,西南院與中海油啟動該技術(shù)的合作研究。僅用一年時間,就建成國內(nèi)外第一套2000Nm3/h 煤制天然氣甲烷化全流程中試裝置,并成功滿負(fù)荷運(yùn)行1000 小時以上。

在西南院副總工程師、催化劑事業(yè)部副總經(jīng)理張新波看來,這一成功的意義在于三個方面。一是打通了工藝流程,驗(yàn)證了催化劑與工藝的匹配性,為工藝包編制提供了參數(shù),同時為技術(shù)優(yōu)化提供了工業(yè)參數(shù);二是中試的長周期運(yùn)行,讓西南院發(fā)現(xiàn)了現(xiàn)有催化劑存在的不足,為進(jìn)一步完善催化劑體系提供了依據(jù);三是通過中試的運(yùn)行,進(jìn)一步深化了對該技術(shù)的認(rèn)知,培養(yǎng)了大批技術(shù)人才。

找尋市場之路

在西南院攻克國產(chǎn)化煤制氣甲烷化催化劑技術(shù)之前,甲烷化技術(shù)領(lǐng)域呼風(fēng)喚雨的都是外國公司,他們包攬了國內(nèi)所有煤制天然氣甲烷化技術(shù)項(xiàng)目。

“當(dāng)時人們對國內(nèi)大型煤化工技術(shù)不太有信心,都不敢做第一個吃螃蟹的人,總覺得外國的月亮比中國的圓?!碑?dāng)被問及為什么西南院的煤制天然氣甲烷化催化劑技術(shù)立項(xiàng)十多年后才有機(jī)會嶄露頭角,曾旭告訴記者。

在陳健看來,經(jīng)過西南院十余載研發(fā)問世的煤制氣甲烷化催化劑,由于沒有大規(guī)模的實(shí)際應(yīng)用,客戶不放心選用,還是堅(jiān)持選擇用國外的產(chǎn)品。“這也可以理解。誰都擔(dān)心上百億元的資金投進(jìn)去,萬一弄砸了咋辦。”

客戶的謹(jǐn)慎,在西南院面前豎起了一道無形的障礙。

盡管如此,年復(fù)一年,西南院一直在推進(jìn)煤制天然氣甲烷化催化劑的工業(yè)化進(jìn)程。

“2009年立項(xiàng),2014年與中海油合作項(xiàng)目中試成功,2015年工藝包完成……這個時間段我們的工作量是非常飽和的。到2015年,我們整個項(xiàng)目的工藝和催化劑也大致定型了?!蔽髂显捍呋瘎┦聵I(yè)部總經(jīng)理助理、煤制氣立項(xiàng)研發(fā)負(fù)責(zé)人何洋說。

作為負(fù)責(zé)商務(wù)推廣的催化劑事業(yè)部副總經(jīng)理,曾旭對市場開拓的酸甜苦辣記憶猶新。

2014年開始到2020年,一次次的拜訪迎來卻多是被婉拒,現(xiàn)在想來,不無遺憾?!懊磕晟賱t三四次,多則五六次,我都會反復(fù)地與煤制天然氣項(xiàng)目的一些技術(shù)負(fù)責(zé)人和專家講我們的技術(shù)和催化劑產(chǎn)品?!痹裾f。

自從與中海油成功合作進(jìn)行了國內(nèi)第一套2000Nm3/h 煤制天然氣甲烷化全流程中試后,當(dāng)時的大環(huán)境就急轉(zhuǎn)直下。

由于國際油價在2014年暴跌,國內(nèi)煤制氣企業(yè)遭遇滑鐵盧。而這一不景氣時期一下就持續(xù)了近十年。2013 至2020年,國內(nèi)煤制天然氣項(xiàng)目長期處于虧損狀態(tài)。

“一方面,原本國內(nèi)規(guī)劃了很多煤制天然氣項(xiàng)目,產(chǎn)能超過2000 億Nm3/a,但企業(yè)因?yàn)轫?xiàng)目不盈利,沒有動力建設(shè)新項(xiàng)目;另一方面,當(dāng)時國內(nèi)已建成的煤制氣項(xiàng)目只有7 套,造成實(shí)際產(chǎn)能與規(guī)劃產(chǎn)能的差別極大。特別是因?yàn)槠髽I(yè)沒有積極性建設(shè)新項(xiàng)目,我們的催化劑與工藝推廣就沒有可能實(shí)現(xiàn)。”張新波說。

從客戶的角度看,他們有諸多理由。

例如,用國外催化劑的好處是技術(shù)經(jīng)過了工業(yè)化應(yīng)用,相對來講比較成熟可靠,風(fēng)險也較小。再說既然已經(jīng)選定了與國外工藝包進(jìn)行對接的方案,技術(shù)和工程方面的很多問題也與外方技術(shù)人員進(jìn)行了交流……而國內(nèi)的催化劑產(chǎn)品,只經(jīng)過實(shí)驗(yàn)室、中試階段,尚無工業(yè)化應(yīng)用,而且試驗(yàn)數(shù)據(jù)也是停留在中試階段或者模擬試驗(yàn)階段,有種“霧里看花”的感覺。

最讓西南院感覺無奈的有幾個方面。

其一,由于存在著“國外的技術(shù)就是世界先進(jìn)的”這種固有思維,客戶還是比較愿意用國外的催化劑。因?yàn)?,萬一失敗了那就失敗了,但用了國內(nèi)產(chǎn)品如果失敗了,難免會遭到質(zhì)疑:為什么當(dāng)初不用國外的?“國內(nèi)的煤制氣項(xiàng)目投資動輒二三百億元,他們覺得要采用我們的技術(shù),冒的風(fēng)險太大。用國外的催化劑比用國內(nèi)的風(fēng)險小,他們擔(dān)負(fù)的責(zé)任也少?!痹癖硎?。

其二,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室試驗(yàn)都是小規(guī)模的,不可能達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用的同等規(guī)模。2014年,西南院與中海油合作的國內(nèi)第一套煤制天然氣甲烷化全流程中試成功,規(guī)模也僅是達(dá)到2000Nm3/h。而大型工業(yè)化煤制氣項(xiàng)目往往是每天生產(chǎn)幾百萬標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣(如新疆慶華項(xiàng)目每天生產(chǎn)460萬標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣)。“這就很難讓潛在客戶下定決心在裝置上采用我們的催化劑?!痹裾f。

其三,“走在我們前列的國外公司積累了大量的工程數(shù)據(jù),能夠把項(xiàng)目的裝置、技術(shù)、工藝和設(shè)備說得比較清楚明白,而我們還只是停留在能夠中試階段,因此說服力要差一些,沒辦法完全打消潛在客戶的疑慮。”曾旭說。

阻力重重!在與中海油合作項(xiàng)目之后,西南院始終沒有尋到愿意“第一個吃螃蟹的人”。但大家心里知道,與國外技術(shù)相比,西南院的煤制天然氣甲烷化技術(shù)和產(chǎn)品服務(wù)具有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢,足以贏得客戶的青睞。

例如,在供貨方面,國外催化劑供貨周期長、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、技術(shù)服務(wù)不到位、價格昂貴,此外還存在斷貨的風(fēng)險?!跋裥陆畱c華到期需要更換催化劑,至少要提前6~8 個月向國外訂貨?!标惤≌f。

從服務(wù)和價格方面看,國外只供貨到港口,港口完稅和其他一些問題全要業(yè)主自己完成。“我們則可以直接發(fā)貨到業(yè)主的工廠,給業(yè)主節(jié)約大量的時間、精力、資金?!标惤≌f。

山窮水盡疑無路,柳暗花明又一村。終于,機(jī)遇降臨。

2021年4月,西南院通過坦誠交流得到了新疆慶華的初步認(rèn)可。

西南院催化劑人立志實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的抱負(fù)和新疆慶華領(lǐng)導(dǎo)的家國情懷與使命擔(dān)當(dāng),終于碰撞出了火花:他們同意在自己的煤制氣裝置進(jìn)行側(cè)線試驗(yàn)。

工業(yè)應(yīng)用之路

“當(dāng)感到項(xiàng)目推廣好像已經(jīng)無望的時候,新疆慶華簽下與我們合作進(jìn)行側(cè)線試驗(yàn)的消息,令我們都很振奮。因?yàn)?,這對我們意味著離成功又近了一步!”曾旭說。

苦“煉”十年,一朝進(jìn)爐。這次機(jī)遇,再次印證了天時、地利、人和!

側(cè)線試驗(yàn)完全模擬新疆慶華采用國外催化劑運(yùn)行的實(shí)際工況。雙方達(dá)成協(xié)議后,2021年9-10月,西南院在新疆慶華進(jìn)行側(cè)線試驗(yàn)。

“結(jié)果表明,試驗(yàn)很成功,天然氣的質(zhì)量和運(yùn)行的參數(shù)都優(yōu)于國外技術(shù)和催化劑?!焙窝笳f。

“我專門寫了一篇報道,來表達(dá)對慶華的感謝。因?yàn)槟軌虼俪蛇@個項(xiàng)目,最大的原因是慶華的領(lǐng)導(dǎo)有責(zé)任有擔(dān)當(dāng)。一個技術(shù)專家型的領(lǐng)導(dǎo)加上責(zé)任擔(dān)當(dāng),才最終促成了這個事?!闭劶斑@次合作的驚鴻一筆,曾旭表示。

側(cè)線試驗(yàn)成功后,各方面的調(diào)研也完成了。西南院在2022年初與新疆慶華簽訂了合同,新疆慶華煤制氣催化劑裝置全部采用西南院的國產(chǎn)甲烷化催化劑產(chǎn)品。

2022年7月28日,新疆慶華煤制天然氣裝置實(shí)現(xiàn)滿負(fù)荷生產(chǎn)。

“本次開車運(yùn)行,是國內(nèi)首次整爐國外催化劑的替代。我們的催化劑需要滿足對方工藝參數(shù)設(shè)置,并達(dá)到100%的負(fù)荷。因此,7月28日投料時,我們完全按照原有的操作參數(shù)(溫度、壓力、流量、蒸汽量、循環(huán)量等)進(jìn)行投料,取得了與國外催化劑基本一致的效果?!编嶇癖硎?。

“我國自主研制的大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)取得突破”“中國中化助力我國煤制天然氣催化劑技術(shù)實(shí)現(xiàn)自主可控”“這一重大科研成果打破了國外技術(shù)壟斷”……西南院的這項(xiàng)突破一經(jīng)媒體報道,引起了極大的社會反響。包括西南院、中海油、新疆慶華,央視和新疆維吾爾自治區(qū)、四川省的電視臺和媒體,以及《經(jīng)濟(jì)日報》《參考消息》《中國化工報》《科技日報》《南華早報》等國內(nèi)外媒體都對此進(jìn)行了報道。

今年以來,國際油價頻繁震蕩,但總體處于高位。當(dāng)油價較高時,煤制氣凸顯出經(jīng)濟(jì)效益。“對企業(yè)來說,選擇我們的國產(chǎn)化技術(shù)降低成本,我們又可以提供便利的交流和優(yōu)質(zhì)服務(wù),因此前景看好?!编嶇裾f。

“前景看好”還有另一層意義。當(dāng)前,俄烏沖突持續(xù),世界局勢動蕩,油氣和化工行業(yè)的原料和生產(chǎn)受到極大影響。對投資巨大的煤制氣企業(yè)而言,在這樣的形勢下能否按時供貨是他們最為關(guān)注的。

“據(jù)了解,俄羅斯某些在建項(xiàng)目買的是國外的工藝包。但是出現(xiàn)了工廠即將建成的時候,歐美公司不給提供催化劑的情況。而業(yè)主所需的催化劑一旦斷貨,投資數(shù)百億的生產(chǎn)線只能停下來?!编嶇裾f。

為清潔利用煤炭找到了出路,為國家解決了“卡脖子”的技術(shù)難題。尤其是在國際局勢錯綜復(fù)雜的今天,西南院的大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)為煤制氣企業(yè)提供了更加放心的技術(shù)服務(wù)和保障。

“前些日子,我在與國內(nèi)一些企業(yè)交流的時候,他們也表達(dá)了想和我們合作的意愿。煤制氣技術(shù)國產(chǎn)化有信心了,終于可以揚(yáng)‘煤’吐氣了。”曾旭說。

“催”煤成氣,揚(yáng)“煤”吐氣,西南院不辱使命!

▲陜西榆林煤制氫PSA裝置。

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