經(jīng)過十多年技術(shù)攻關(guān)，國家能源集團鄂爾多斯煤制油分公司近日宣布，我國成功實現(xiàn)百萬噸級煤直接制油系列關(guān)鍵裝備的國產(chǎn)化。
從20世紀(jì)90年代開始，我國嘗試發(fā)展煤液化工藝生產(chǎn)油品，希望將我國豐富的煤炭資源轉(zhuǎn)化成“油優(yōu)勢”。如今曾經(jīng)的理想已經(jīng)成為現(xiàn)實。
煤炭直接液化
所謂煤炭液化，是指將固體煤炭轉(zhuǎn)化為液態(tài)產(chǎn)物，獲得液態(tài)碳氫化合物替代石油及其制品，生產(chǎn)液體燃料和化學(xué)品。
國家能源集團鄂爾多斯煤制油分公司總工程師陳茂山向《中國科學(xué)報》介紹說，煤炭液化分為煤直接液化和煤間接液化兩種完全不同的技術(shù)路線。其中，煤炭直接液化是通過加氫使煤中復(fù)雜的有機高分子結(jié)構(gòu)直接轉(zhuǎn)化為液體燃料，轉(zhuǎn)化過程是在含煤粉、溶劑和催化劑的漿液系統(tǒng)中進行加氫、解聚；而煤炭間接液化是將煤氣化制成合成氣（CO+H2），合成氣經(jīng)凈化、調(diào)整H2/CO比，在催化劑作用下合成為液體燃料。兩個工藝產(chǎn)品具有互補性，規(guī)模化的組合工藝將使下游產(chǎn)品的開發(fā)利用效益、性能和質(zhì)量等超過石油產(chǎn)品。
“煤直接液化的能源轉(zhuǎn)化率近60%，遠高于煤電和其他煤化工40%多的水平，可以實現(xiàn)煤炭資源的就地、清潔、高效轉(zhuǎn)化。”陳茂山指出。
煤液化技術(shù)起源于德國，早在19世紀(jì)即已開始研究。此后日本、蘇聯(lián)、南非等國家都曾開展了對該技術(shù)的研究。第二次世界大戰(zhàn)后，隨著中東石油的大規(guī)模開采，油價下跌，各國對于煤制油的研究熱情逐漸冷卻。目前，在進行煤制油規(guī)模化生產(chǎn)嘗試的國家還有馬來西亞、巴西等國家，但產(chǎn)能都沒超過百萬噸。
在我國，煤直接液化于20世紀(jì)80年代便被列為科技部“六五”“七五”重大科技攻關(guān)項目，也是國家“十五”重點項目之一。
據(jù)了解，煤直接液化工藝路線首創(chuàng)高效現(xiàn)代煤直接液化工藝和工程化技術(shù)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。同時，實現(xiàn)了煤直接液化污水近零排放，直接利用配套煤礦礦井水作為煤直接液化生產(chǎn)水源，在污水處理方面，污水回用率達到98%以上。目前噸油水耗比設(shè)計值已下降42%。
煤直接液化還實現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備的“中國制造”，終結(jié)了“洋貨”暴利。據(jù)介紹，此前生產(chǎn)線上多個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵部件曾一度依靠進口，壽命短、價格高，長期制約著煤制油的生產(chǎn)效率。在十年攻關(guān)中，該公司先后實現(xiàn)了高溫高差壓減壓閥、高溫高固耐磨離心泵、煤漿進料泵和耐磨球閥等一系列關(guān)鍵部件的國產(chǎn)化，目前設(shè)備國產(chǎn)化率已達到98.39%。
以高差壓減壓閥為例，它是連接加氫反應(yīng)器與下游生產(chǎn)環(huán)節(jié)的“關(guān)卡”，對生產(chǎn)線穩(wěn)定運行至關(guān)重要。陳茂山介紹說，最初，生產(chǎn)線上的4套高差壓減壓閥全部為進口產(chǎn)品，單套購價880萬元，閥芯的壽命卻只有70個小時左右。
陳茂山介紹了閥芯國產(chǎn)化的過程。他表示：“十幾年的時間里，我們聯(lián)合國內(nèi)科研機構(gòu)、生產(chǎn)廠家持續(xù)攻關(guān)，最終實現(xiàn)了國產(chǎn)化。目前國產(chǎn)閥芯的使用壽命最新紀(jì)錄達到2700多小時，整套高差壓減壓閥也已經(jīng)實現(xiàn)國產(chǎn)化，每套國產(chǎn)產(chǎn)品的價格降低到200多萬元。”
二氧化碳的捕集與封存
為應(yīng)對氣候變化對全球環(huán)境的影響，二氧化碳的捕集、利用與封存已日漸成為一種重要的碳減排技術(shù)手段。鄂爾多斯煤制油分公司百萬噸煤直接液化項目首次實現(xiàn)了煤制油化工CO2捕集、陸相低孔低滲咸水層封存、監(jiān)測預(yù)警評價體系為一體的CCS（二氧化碳捕集和封存技術(shù)）技術(shù)集成，這也是亞洲首套全流程10萬噸/年CCS示范工程。
據(jù)介紹，煤制油產(chǎn)生的CO2被捕集后，先要去除水、硫、氮、有機物等雜質(zhì)，將純度提高到99.9%，再經(jīng)冷卻、加壓制成溫度為零下20攝氏度的液體CO2，然后用專用罐車運到作業(yè)區(qū)。
注入井和監(jiān)測井深2495米，借助壓力，CO2被注入地下1500~2500米的咸水層封存。資料顯示，自2011年5月9日開始CO2連續(xù)注入作業(yè)，至2015年4月16日，該項目共試驗封存二氧化碳30.26萬噸。
因鄂爾多斯盆地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)圈閉性好，電廠、化工廠等企業(yè)多，被認(rèn)為是實施CO2封存的理想?yún)^(qū)域，CO2的封存總潛力預(yù)計在300億噸以上。
陳茂山介紹說，該項目將開展長期監(jiān)測，并且受到國內(nèi)外科研機構(gòu)的高度關(guān)注。近9年的監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，封存區(qū)地下水質(zhì)、壓力、溫度和地面沉降、地表二氧化碳濃度等指標(biāo)沒有明顯變化，采用示蹤技術(shù)也未監(jiān)測到CO2泄漏現(xiàn)象。2019年，他們計劃再建一座監(jiān)測井，進一步提高監(jiān)測能力。
鄂爾多斯項目是我國首個CCS全流程項目。此后我國還相繼開展了一系列碳捕捉及封存項目，極具代表性的示范項目有華能集團的10萬噸/年碳捕集示范和3000噸/年碳捕集實驗、中電投重慶雙槐電廠的10萬噸/年捕集示范等。
二氧化碳封存技術(shù)目前包括地質(zhì)封存和海洋封存兩種方式，美、英、澳等國已將其列入清潔煤技術(shù)的重要戰(zhàn)略組成部分。在研發(fā)及推廣方面，高成本一直是CCS技術(shù)商業(yè)化的最大問題之一。根據(jù)國際能源署的報告，在對各類減排技術(shù)長期減排成本進行綜合分析后，有專家認(rèn)為使用CCS技術(shù)可降低總減排成本，該技術(shù)將成為減排貢獻最大的單項技術(shù)。