黨的二十大報告提出，我國將積極穩(wěn)妥推進碳達峰碳中和，立足我國能源資源稟賦，堅持先立后破，有計劃分步驟實施碳達峰行動;深入推進能源革命，加強煤炭清潔高效利用，加快規(guī)劃建設新型能源體系，確保能源安全。

　　近年來，陜西煤業(yè)化工集團(下稱陜煤集團)在煤炭清潔高效利用方面取得一系列亮眼成就，為推動我國煤化工行業(yè)高質量發(fā)展，保障我國核心戰(zhàn)略材料自主化供給作出重要貢獻。為探索陜煤集團的科技創(chuàng)新之路，近日，記者專訪了陜煤集團總工程師、國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室主任、煤炭綠色安全高效開采國家地方聯(lián)合工程中心主任尚建選。

陜煤集團總工程師、國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室主任、煤炭綠色安全高效開采國家地方聯(lián)合工程中心主任尚建選
 

發(fā)揮“壓艙石”作用

實現(xiàn)煤炭分質利用是核心

　　我國是煤炭資源大國。在全國已探明的化石能源資源儲量中，煤炭占比94%，是我國能源安全的“壓艙石”和“穩(wěn)定器”。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，我國煤炭消費占一次能源消費的56%左右，產生的碳排放量占能源消費排放的70%左右(2021年數(shù)據(jù))。

　　“煤炭是我國能源綠色低碳化轉型的重要橋梁。未來很長一段時間內，煤炭消費量將在安全區(qū)間內波動，以支撐新能源的發(fā)展和油氣的波動。在此形勢下，煤炭清潔高效利用必將成為我國能源轉型的重要立足點。”尚建選向記者表示，立足煤化工行業(yè)實際，探索一條符合我國國情的生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的高質量發(fā)展道路是當務之急。

　　作為陜煤集團的總工程師，并同時兼任國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室主任、煤炭綠色安全高效開采國家地方聯(lián)合工程中心主任，尚建選一直在陜煤集團主持并推進實施煤炭清潔利用相關工作。在采訪中，尚建選向記者強調了低階煤資源高效利用的重要性。他談到，我國煤炭行業(yè)應當充分發(fā)揮煤炭作為能源和有機質雙重載體的屬性，探索過程高效、產品高端、工藝低碳的清潔高效轉化路徑。

　　尚建選介紹說，我國低階煤資源豐富，隨著煤炭主產區(qū)西移，未來低階煤產量會越來越大。然而，目前90%以上的低階煤直接燃燒用于發(fā)電、工業(yè)鍋爐和民用燃料，資源利用效率低、環(huán)保成本高。

　　尚建選認為，分質利用路線耗水低、排放少、能效高，可最大限度利用原煤的高值組分與化學能，是合理的煤化工方向。多年來，他帶領陜煤集團技術團隊，立足低階煤的工業(yè)組成及有機質結構等特質，開發(fā)出一系列低階煤低耗能、低碳排的綠色高效分質轉化利用工程技術。

　　談及“分質利用”的核心思想，尚建選介紹說，低階煤的分質利用是指通過中低溫熱解，使低階煤大小結構單元間發(fā)生交聯(lián)鍵斷裂和產物重組，先分質轉化為氣(熱解氣)、液(煤焦油)、固(半焦)三種形態(tài)，再對熱解氣、煤焦油、半焦進一步分質轉化利用，從而經(jīng)濟環(huán)保地獲得煤基特種燃料、高端工藝油品、稀缺化工原材料及氫氣、甲烷和熱、電清潔能源。

　　“相對于燃燒、氣化、液化等工藝，低階煤分質利用技術反應條件溫和，能耗低;碳氫氧元素轉化利用效率高，碳排低;煤的結構單元未過度拆分，液體產物主要為環(huán)烷烴;硫、氮等雜質大多進入煤氣部分，利于資源化回收利用;煤中水分干燥段回收，水耗低且污水產生少，是一條低能耗、低碳排、低物耗的煤炭清潔高效利用重要路徑。”尚建選說。

　　近年來，低階煤分質利用已上升為國家戰(zhàn)略需求。國家陸續(xù)出臺了多項涉及煤炭分質利用的規(guī)劃及行動計劃。“目前，我國已規(guī)劃布局了陜西榆林、新疆準東等四個現(xiàn)代煤化工產業(yè)示范區(qū)，穩(wěn)妥推進陜西榆林、內蒙古鄂爾多斯等煤油氣戰(zhàn)略基地建設，建立產能和技術儲備，鼓勵低階煤技術研發(fā)和示范，推廣低階煤產地分級提質，對于粉煤熱解、焦油分質轉化、半焦利用等關鍵技術進行集中攻關，推進煤炭分質分級梯級利用。”尚建選向記者介紹說。

圖為尚建選（左一）在國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室進行實驗指導
 

　　潛心自主研發(fā)之路

　　打通低階煤高效熱解通道

　　陜煤集團是我國西部地區(qū)國有特大型能源化工企業(yè)，經(jīng)過19年的改革發(fā)展，已成長為陜西乃至全國的能源化工骨干企業(yè)。尚建選介紹說，陜煤集團立足陜北儲量豐富的低階煤資源，成立之初就系統(tǒng)性地提出低階煤分質清潔轉化多聯(lián)產利用的理念。

　　多年來，陜煤集團創(chuàng)立了低階煤分質清潔高效轉化技術開發(fā)系統(tǒng)，先后搭建了一批科研平臺，并以“以企業(yè)為主體的產學研結合”為支撐，開展了大量關鍵核心技術攻關，按階段、分步驟穩(wěn)妥推進工程化開發(fā)，建成一批工業(yè)示范項目，取得了一系列科技成果。

　　在這些成就當中，尤為值得一提的是布局了以“低階煤高效熱解和煤焦油定向高端轉化”為核心的技術開發(fā)體系(如下圖所示)。

　　在這個核心體系中，如何將低階煤進行高效熱解是一個需要突破的關鍵點。尚建選告訴記者，近年來，陜煤集團為實現(xiàn)低階煤“分子適度裁剪和結構單元定向轉化”，自主研發(fā)了一系列適用于不同粒徑的分級高效熱解技術，實現(xiàn)了關鍵技術創(chuàng)新方面的重大突破。

　　據(jù)介紹，針對塊煤，陜煤集團開發(fā)了新型內熱式直立爐熱解技術(SM-DXY)。該技術實現(xiàn)了寬粒徑清潔高效熱解，單位產品綜合能耗降低30%以上，廢水產量減少50%以上。目前此項技術已進入規(guī)?；虡I(yè)運行階段。

　　針對粒煤，集團開發(fā)了蓄熱式富氫煤氣熱載體熱解技術(SM-GF)，該技術解決了粒煤透氣性差、換熱效率低等難題;較傳統(tǒng)工藝，煤氣中有效組分提高85%，噸煤水耗降低70%，能耗降低25%。

　　此外，集團還開發(fā)了針對粒煤熱解的低階煤回轉熱解技術(SM-TY)。該技術先后攻克設備放大、管道堵塞、油氣中粉塵含量高、運行周期短、設備結焦、油水分離等系列難題，并于2019年通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會的技術鑒定。參與鑒定的謝克昌、倪維斗、楊啟業(yè)、李洪鐘等9位中科院院士及專家一致認為，該項技術整體水平達到國際領先水平。

　　針對粉煤，集團公司開發(fā)了低階粉煤氣固熱載體雙循環(huán)快速熱解技術(SM-SP)，并于2022年建成世界首套“120萬噸/年粉煤快速熱解示范工程”，一次投料試車成功，運行良好。尚建選表示，該技術突破了裝置規(guī)模放大、焦油收率提升、高溫油塵氣在線分離等重大難題，平均焦油收率17.53%，突破葛金試驗理論值1.5倍，實現(xiàn)了低階煤大規(guī)模快速高效熱解。

　　此外，陜煤集團還開發(fā)了針對粉煤熱解的輸送床粉煤快速熱解技術。這項技術與燃煤發(fā)電耦合，能夠有效推進煤炭與發(fā)電產業(yè)鏈價值提升，助推煤炭清潔高效利用及傳統(tǒng)煤電的轉型升級。目前，該技術已完成萬噸級工業(yè)化試驗，正在開展百萬噸級工藝包開發(fā)。

　　尚建選透露，目前陜煤集團已實現(xiàn)塊煤熱解產能1000萬噸/年、粒煤熱解產能110萬噸/年、粉煤熱解產能120萬噸/年。

圖為尚建選（右三） 陪同彭蘇萍院士（左三）及業(yè)內專家現(xiàn)場考察120萬噸每年粉煤熱解、50萬噸每年煤焦油制特種油品兩個國家重大示范工程
 

　　瞄準“定向高端轉化”

　　實現(xiàn)核心材料自主化生產

　　當前，我國關鍵核心材料自主化生產仍有空白領域。尚建選帶領陜煤集團技術團隊，瞄準低階煤“定向高端轉化”，自主研發(fā)了一系列突破性技術，填補了多項國內空白。

　　煤焦油是低階煤熱解過程中的主要產物，尚建選表示，高效利用煤焦油，是實現(xiàn)低階煤高效清潔利用的關鍵點。近年來，陜煤集團針對熱解產品中的低溫煤焦油，構建了3條加氫分質及1條分離精制路線，在綠色生產及實現(xiàn)產品高附加值跨越方面取得新的重大突破。

　　記者了解到，目前，陜煤集團油品加工能力達267萬噸/年，其中不乏附加值很高的特種產品。“在提高產品附加值方面，陜煤集團開發(fā)了中低溫煤焦油全餾分加氫制環(huán)烷基特種油品成套工業(yè)化技術(SM-FU)，這一技術生產的產品已應用于航空航天、特種軍工等領域，真正實現(xiàn)了煤炭的高端轉化。”尚建選介紹說，這一技術體系首次構建了煤焦油基高端化10大類23種系列產品體系，率先實現(xiàn)了中低溫煤焦油制取煤基航天煤油、軍用柴油、高閃點噴氣燃料、大比重噴氣燃料等特種油品，全系列產品性能指標均達到或優(yōu)于相應國標/軍標要求。

　　利用該項技術，陜煤集團建成全球首套“50萬噸/年煤焦油制環(huán)烷基油品示范工程”，所生產的焦油基航空煤油先后完成了2次大推力火箭發(fā)動機的長程試車，均取得圓滿成功。數(shù)據(jù)表明，該航天煤油具有比沖高、傳熱性能和結焦性能優(yōu)越等特點;取得了國家武器裝備質量管理體系認證，通過了新一代運載火箭應用評審，開辟了煤基航空航天及軍用特種燃料新路徑。

　　此外，陜煤集團還開發(fā)了煤焦油制芳烴及高密度燃料技術;自主研制出高效加氫改制、貴金屬臨氫異構降凝等系列催化劑，攻克了煤焦油重質組分轉化難題，為我國實現(xiàn)芳烴生產原料的多元化提供了強有力的技術支撐。

　　除了對關鍵技術進行“點”的突破外，尚建選還將目光聚焦于“鏈”的問題。圍繞產業(yè)鏈部署創(chuàng)新鏈，是他帶領集團技術團隊推進實施的又一項重點工作。尚建選介紹說，陜煤集團以“物質的循環(huán)利用”及“能量的梯級利用”為原則，形成了低階煤分質轉化系統(tǒng)方案。在攻關高效熱解和焦油定向轉化核心技術的同時，通過礦業(yè)、化工、熱能、環(huán)境等多學科交叉和跨領域融合創(chuàng)新，又相繼開發(fā)了低階煤熱解-半焦氣化/發(fā)電一體化、聚烯烴彈性體、高強高模碳纖維等產品鏈高值高端化延伸技術。

　　“集團開發(fā)了低階煤熱解氣化一體化、半焦發(fā)電、煤氣制氫、煤焦油制芳烴及精細化學品、余熱余氣余能利用、污染物資源化、礦井水利用與生態(tài)重建等關鍵技術，形成了以低階煤分質轉化為核心的全產業(yè)鏈技術體系。”尚建選表示。

　　我們在采訪中了解到，以全產業(yè)鏈技術體系為依托，陜煤集團開發(fā)了一系列產品鏈高值化、高端化延伸項目。這些項目打破了國外技術壟斷，實現(xiàn)了一批核心戰(zhàn)略材料自主化生產。如3萬噸/年聚烯烴彈性體項目，實現(xiàn)了對傳統(tǒng)乙丙橡膠的顛覆性替代，打破國外技術壟斷;5000噸/年二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI、TDI)項目，采用非光氣路線綠色合成技術，替代原有的高毒性、高污染光氣法工藝，大幅降低產品對外依存度，實現(xiàn)國產化替代;1000噸/年超級活性炭項目，有望打破國內超級電容器用超級活性炭的對外依賴;百噸級T1100級碳纖維項目開發(fā)出強度7000MPa、模量324GPa量級的新一代超高強度碳纖維產品，實現(xiàn)了核心材料國產化自主保障。

尚建選（右二）在百萬噸級熱解裝置生產現(xiàn)場指導工作
 

　　煤化工轉型時不我待

　　低階煤分質利用大有可為

　　“煤化工產業(yè)潛力巨大、大有前途，要提高煤炭作為化工原料的綜合利用效能，促進煤化工產業(yè)高端化、多元化、低碳化發(fā)展，把加強科技創(chuàng)新作為最緊迫任務，加快關鍵核心技術攻關，積極發(fā)展煤基特種燃料、煤基生物可降解材料等產品。”進入采訪的尾聲，尚建選對我國煤化工行業(yè)的發(fā)展進行了這樣的總結和展望。

　　談及低階煤分質利用的發(fā)展前景，他為記者提供了這樣一組數(shù)據(jù)：

　　若就地轉化2億～4億噸低階煤(低階煤產量的10%～20%)，至少可產出約2000萬～4000萬噸中低溫煤焦油。通過煤焦油定向轉化技術，可至少生產出1000萬～2000萬噸特種軍用及航空航天燃料及1000萬～2000萬噸高性能工藝油品和環(huán)己烷類精細化學品。

　　若在西部礦區(qū)就地轉化10億噸原料煤，可生產油品能源1.5億噸，可使我國原油對外依存度由71.2%降至50.2%左右(2022年數(shù)據(jù));同時，向市場提供基礎化工原料6000萬噸，緩解化工原料對石油的消耗;向發(fā)電、化工、民用提供清潔半焦近5億噸，減輕下游環(huán)保壓力。

　　可以看出，推動低階煤分質利用，對我國實現(xiàn)能源綠色轉型，穩(wěn)妥達成“雙碳”戰(zhàn)略目標具有重要意義。此外，低階煤分質利用路線耗水低、能源轉化效率高，還是促進西北富煤缺水地區(qū)經(jīng)濟社會高質量發(fā)展的重要路徑。

　　推動煤化工行業(yè)向綠色高端化轉型時不我待。尚建選呼吁，應將煤炭分質清潔高效利用技術列為國家能源新技術對待。“建議將基礎研究和前沿技術納入國家實驗室研究體系，支持開展具有前瞻性、先導性和‘卡脖子’的重大技術及裝備攻關，給予煤炭分質清潔高效利用工業(yè)化示范支持政策。”他表示。

　　此外，尚建選還提出“考慮煤制油產業(yè)的特殊性，酌情減免煤制油品消費稅”“鼓勵煤炭清潔高效轉化與新能源、電力等多行業(yè)協(xié)同耦合發(fā)展”等發(fā)展建議。

　　尚建選介紹，下一步，陜煤集團將用開發(fā)出的先進技術全面提升榆林蘭炭產業(yè)，建立以中低溫煤焦油和熱解煤氣為主體原料的新化工體系，同時推動潔凈半焦對商品煤的“應替盡替”。同時，基于資源技術優(yōu)勢和產業(yè)基礎，陜煤集團規(guī)劃在陜西榆林、內蒙古鄂爾多斯、新疆吐哈等地分別建設大型低階煤分質利用基地，構建低階煤分質利用資源開發(fā)、技術標準和產業(yè)發(fā)展體系。

　　“以煤為基、能材并進、技融雙驅、零碳轉型，矢志躋身世界一流企業(yè)”，這不僅是陜煤集團的發(fā)展愿景，也是尚建選作為集團技術主帥所肩負的重任。近年來，國際形勢錯綜復雜，而我國能源化工行業(yè)正是因為有了像尚建選一樣潛心自主創(chuàng)新、孜孜不倦求取科技進步的專家存在，才能不斷跨越一座又一座科研險峰，突破一個又一個科技屏障，在日益激烈的國際競爭中，站穩(wěn)大國位置，實現(xiàn)長足發(fā)展。