行业要闻
煤化工
党的二十大报告提出，我国将积极稳妥推进碳达峰碳中和，立足我国能源资源禀赋，坚持先立后破，有计划分步骤实施碳达峰行动；深入推进能源革命，加强煤炭清洁高效利用，加快规划建设新型能源体系，确保能源安全。
近年来，陕西煤业化工集团（下称陕煤集团）在煤炭清洁高效利用方面取得一系列亮眼成就，为推动我国煤化工行业高质量发展，保障我国核心战略材料自主化供给作出重要贡献。为探索陕煤集团的科技创新之路，近日，记者专访了陕煤集团总工程师、国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室主任、煤炭绿色安全高效开采国家地方联合工程中心主任尚建选。
陕煤集团总工程师、国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室主任、煤炭绿色安全高效开采国家地方联合工程中心主任尚建选
发挥“压舱石”作用
实现煤炭分质利用是核心
我国是煤炭资源大国。在全国已探明的化石能源资源储量中，煤炭占比94%，是我国能源安全的“压舱石”和“稳定器”。统计数据显示，我国煤炭消费占一次能源消费的56%左右，产生的碳排放量占能源消费排放的70%左右（2021年数据）。
“煤炭是我国能源绿色低碳化转型的重要桥梁。未来很长一段时间内，煤炭消费量将在安全区间内波动，以支撑新能源的发展和油气的波动。在此形势下，煤炭清洁高效利用必将成为我国能源转型的重要立足点。”尚建选向记者表示，立足煤化工行业实际，探索一条符合我国国情的生态优先、绿色低碳的高质量发展道路是当务之急。
作为陕煤集团的总工程师，并同时兼任国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室主任、煤炭绿色安全高效开采国家地方联合工程中心主任，尚建选一直在陕煤集团主持并推进实施煤炭清洁利用相关工作。在采访中，尚建选向记者强调了低阶煤资源高效利用的重要性。他谈到，我国煤炭行业应当充分发挥煤炭作为能源和有机质双重载体的属性，探索过程高效、产品高端、工艺低碳的清洁高效转化路径。
尚建选介绍说，我国低阶煤资源丰富，随着煤炭主产区西移，未来低阶煤产量会越来越大。然而，目前90%以上的低阶煤直接燃烧用于发电、工业锅炉和民用燃料，资源利用效率低、环保成本高。
尚建选认为，分质利用路线耗水低、排放少、能效高，可最大限度利用原煤的高值组分与化学能，是合理的煤化工方向。多年来，他带领陕煤集团技术团队，立足低阶煤的工业组成及有机质结构等特质，开发出一系列低阶煤低耗能、低碳排的绿色高效分质转化利用工程技术。
谈及“分质利用”的核心思想，尚建选介绍说，低阶煤的分质利用是指通过中低温热解，使低阶煤大小结构单元间发生交联键断裂和产物重组，先分质转化为气（热解气）、液（煤焦油）、固（半焦）三种形态，再对热解气、煤焦油、半焦进一步分质转化利用，从而经济环保地获得煤基特种燃料、高端工艺油品、稀缺化工原材料及氢气、甲烷和热、电清洁能源。
“相对于燃烧、气化、液化等工艺，低阶煤分质利用技术反应条件温和，能耗低；碳氢氧元素转化利用效率高，碳排低；煤的结构单元未过度拆分，液体产物主要为环烷烃；硫、氮等杂质大多进入煤气部分，利于资源化回收利用；煤中水分干燥段回收，水耗低且污水产生少，是一条低能耗、低碳排、低物耗的煤炭清洁高效利用重要路径。”尚建选说。
近年来，低阶煤分质利用已上升为国家战略需求。国家陆续出台了多项涉及煤炭分质利用的规划及行动计划。“目前，我国已规划布局了陕西榆林、新疆准东等四个现代煤化工产业示范区，稳妥推进陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯等煤油气战略基地建设，建立产能和技术储备，鼓励低阶煤技术研发和示范，推广低阶煤产地分级提质，对于粉煤热解、焦油分质转化、半焦利用等关键技术进行集中攻关，推进煤炭分质分级梯级利用。”尚建选向记者介绍说。
打通低阶煤高效热解通道
陕煤集团是我国西部地区国有特大型能源化工企业，经过19年的改革发展，已成长为陕西乃至全国的能源化工骨干企业。尚建选介绍说，陕煤集团立足陕北储量丰富的低阶煤资源，成立之初就系统性地提出低阶煤分质清洁转化多联产利用的理念。
多年来，陕煤集团创立了低阶煤分质清洁高效转化技术开发系统，先后搭建了一批科研平台，并以“以企业为主体的产学研结合”为支撑，开展了大量关键核心技术攻关，按阶段、分步骤稳妥推进工程化开发，建成一批工业示范项目，取得了一系列科技成果。
在这些成就当中，尤为值得一提的是布局了以“低阶煤高效热解和煤焦油定向高端转化”为核心的技术开发体系（如下图所示）。
图片
在这个核心体系中，如何将低阶煤进行高效热解是一个需要突破的关键点。尚建选告诉记者，近年来，陕煤集团为实现低阶煤“分子适度裁剪和结构单元定向转化”，自主研发了一系列适用于不同粒径的分级高效热解技术，实现了关键技术创新方面的重大突破。
据介绍，针对块煤，陕煤集团开发了新型内热式直立炉热解技术（SM-DXY）。该技术实现了宽粒径清洁高效热解，单位产品综合能耗降低30%以上，废水产量减少50%以上。目前此项技术已进入规模化商业运行阶段。
针对粒煤，集团开发了蓄热式富氢煤气热载体热解技术（SM-GF），该技术解决了粒煤透气性差、换热效率低等难题；较传统工艺，煤气中有效组分提高85%，吨煤水耗降低70%，能耗降低25%。
此外，集团还开发了针对粒煤热解的低阶煤回转热解技术（SM-TY）。该技术先后攻克设备放大、管道堵塞、油气中粉尘含量高、运行周期短、设备结焦、油水分离等系列难题，并于2019年通过了中国石油和化学工业联合会的技术鉴定。参与鉴定的谢克昌、倪维斗、杨启业、李洪钟等9位中科院院士及专家一致认为，该项技术整体水平达到国际领先水平。
针对粉煤，集团公司开发了低阶粉煤气固热载体双循环快速热解技术（SM-SP），并于2022年建成世界首套“120万吨/年粉煤快速热解示范工程”，一次投料试车成功，运行良好。尚建选表示，该技术突破了装置规模放大、焦油收率提升、高温油尘气在线分离等重大难题，平均焦油收率17.53%，突破葛金试验理论值1.5倍，实现了低阶煤大规模快速高效热解。
此外，陕煤集团还开发了针对粉煤热解的输送床粉煤快速热解技术。这项技术与燃煤发电耦合，能够有效推进煤炭与发电产业链价值提升，助推煤炭清洁高效利用及传统煤电的转型升级。目前，该技术已完成万吨级工业化试验，正在开展百万吨级工艺包开发。
尚建选透露，目前陕煤集团已实现块煤热解产能1000万吨/年、粒煤热解产能110万吨/年、粉煤热解产能120万吨/年。
图片
图为尚建选（右三） 陪同彭苏萍院士（左三）及业内专家现场考察120万吨每年粉煤热解、50万吨每年煤焦油制特种油品两个国家重大示范工程
瞄准“定向高端转化”
实现核心材料自主化生产
当前，我国关键核心材料自主化生产仍有空白领域。尚建选带领陕煤集团技术团队，瞄准低阶煤“定向高端转化”，自主研发了一系列突破性技术，填补了多项国内空白。
煤焦油是低阶煤热解过程中的主要产物，尚建选表示，高效利用煤焦油，是实现低阶煤高效清洁利用的关键点。近年来，陕煤集团针对热解产品中的低温煤焦油，构建了3条加氢分质及1条分离精制路线，在绿色生产及实现产品高附加值跨越方面取得新的重大突破。
记者了解到，目前，陕煤集团油品加工能力达267万吨/年，其中不乏附加值很高的特种产品。“在提高产品附加值方面，陕煤集团开发了中低温煤焦油全馏分加氢制环烷基特种油品成套工业化技术（SM-FU），这一技术生产的产品已应用于航空航天、特种军工等领域，真正实现了煤炭的高端转化。”尚建选介绍说，这一技术体系首次构建了煤焦油基高端化10大类23种系列产品体系，率先实现了中低温煤焦油制取煤基航天煤油、军用柴油、高闪点喷气燃料、大比重喷气燃料等特种油品，全系列产品性能指标均达到或优于相应国标/军标要求。
利用该项技术，陕煤集团建成全球首套“50万吨/年煤焦油制环烷基油品示范工程”，所生产的焦油基航空煤油先后完成了2次大推力火箭发动机的长程试车，均取得圆满成功。数据表明，该航天煤油具有比冲高、传热性能和结焦性能优越等特点；取得了国家武器装备质量管理体系认证，通过了新一代运载火箭应用评审，开辟了煤基航空航天及军用特种燃料新路径。
此外，陕煤集团还开发了煤焦油制芳烃及高密度燃料技术；自主研制出高效加氢改制、贵金属临氢异构降凝等系列催化剂，攻克了煤焦油重质组分转化难题，为我国实现芳烃生产原料的多元化提供了强有力的技术支撑。
除了对关键技术进行“点”的突破外，尚建选还将目光聚焦于“链”的问题。围绕产业链部署创新链，是他带领集团技术团队推进实施的又一项重点工作。尚建选介绍说，陕煤集团以“物质的循环利用”及“能量的梯级利用”为原则，形成了低阶煤分质转化系统方案。在攻关高效热解和焦油定向转化核心技术的同时，通过矿业、化工、热能、环境等多学科交叉和跨领域融合创新，又相继开发了低阶煤热解-半焦气化/发电一体化、聚烯烃弹性体、高强高模碳纤维等产品链高值高端化延伸技术。
“集团开发了低阶煤热解气化一体化、半焦发电、煤气制氢、煤焦油制芳烃及精细化学品、余热余气余能利用、污染物资源化、矿井水利用与生态重建等关键技术，形成了以低阶煤分质转化为核心的全产业链技术体系。”尚建选表示。
我们在采访中了解到，以全产业链技术体系为依托，陕煤集团开发了一系列产品链高值化、高端化延伸项目。这些项目打破了国外技术垄断，实现了一批核心战略材料自主化生产。如3万吨/年聚烯烃弹性体项目，实现了对传统乙丙橡胶的颠覆性替代，打破国外技术垄断；5000吨/年二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI、TDI）项目，采用非光气路线绿色合成技术，替代原有的高毒性、高污染光气法工艺，大幅降低产品对外依存度，实现国产化替代；1000吨/年超级活性炭项目，有望打破国内超级电容器用超级活性炭的对外依赖；百吨级T1100级碳纤维项目开发出强度7000MPa、模量324GPa量级的新一代超高强度碳纤维产品，实现了核心材料国产化自主保障。
图片
尚建选（右二）在百万吨级热解装置生产现场指导工作
煤化工转型时不我待
低阶煤分质利用大有可为
“煤化工产业潜力巨大、大有前途，要提高煤炭作为化工原料的综合利用效能，促进煤化工产业高端化、多元化、低碳化发展，把加强科技创新作为最紧迫任务，加快关键核心技术攻关，积极发展煤基特种燃料、煤基生物可降解材料等产品。”进入采访的尾声，尚建选对我国煤化工行业的发展进行了这样的总结和展望。
谈及低阶煤分质利用的发展前景，他为记者提供了这样一组数据：
若就地转化2亿～4亿吨低阶煤（低阶煤产量的10%～20%），至少可产出约2000万～4000万吨中低温煤焦油。通过煤焦油定向转化技术，可至少生产出1000万～2000万吨特种军用及航空航天燃料及1000万～2000万吨高性能工艺油品和环己烷类精细化学品。
若在西部矿区就地转化10亿吨原料煤，可生产油品能源1.5亿吨，可使我国原油对外依存度由71.2%降至50.2%左右（2022年数据）；同时，向市场提供基础化工原料6000万吨，缓解化工原料对石油的消耗；向发电、化工、民用提供清洁半焦近5亿吨，减轻下游环保压力。
可以看出，推动低阶煤分质利用，对我国实现能源绿色转型，稳妥达成“双碳”战略目标具有重要意义。此外，低阶煤分质利用路线耗水低、能源转化效率高，还是促进西北富煤缺水地区经济社会高质量发展的重要路径。
推动煤化工行业向绿色高端化转型时不我待。尚建选呼吁，应将煤炭分质清洁高效利用技术列为国家能源新技术对待。“建议将基础研究和前沿技术纳入国家实验室研究体系，支持开展具有前瞻性、先导性和‘卡脖子’的重大技术及装备攻关，给予煤炭分质清洁高效利用工业化示范支持政策。”他表示。
此外，尚建选还提出“考虑煤制油产业的特殊性，酌情减免煤制油品消费税”“鼓励煤炭清洁高效转化与新能源、电力等多行业协同耦合发展”等发展建议。
尚建选介绍，下一步，陕煤集团将用开发出的先进技术全面提升榆林兰炭产业，建立以中低温煤焦油和热解煤气为主体原料的新化工体系，同时推动洁净半焦对商品煤的“应替尽替”。同时，基于资源技术优势和产业基础，陕煤集团规划在陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯、新疆吐哈等地分别建设大型低阶煤分质利用基地，构建低阶煤分质利用资源开发、技术标准和产业发展体系。
“以煤为基、能材并进、技融双驱、零碳转型，矢志跻身世界一流企业”，这不仅是陕煤集团的发展愿景，也是尚建选作为集团技术主帅所肩负的重任。近年来，国际形势错综复杂，而我国能源化工行业正是因为有了像尚建选一样潜心自主创新、孜孜不倦求取科技进步的专家存在，才能不断跨越一座又一座科研险峰，突破一个又一个科技屏障，在日益激烈的国际竞争中，站稳大国位置，实现长足发展。
