潞安集团煤油循环经济园区的探索与实践

2011-02-16胡水龙

再生资源与循环经济 2011年11期

胡水龙

（山西潞安集团，山西长治 046204）

改革开放以来，我国耀眼的经济成就开始令世界炫目的时候，庞大而粗放的经济体在1993年出现了能源拐点——中国成为了石油净进口国，并以每年千万吨的速度递增，石油对外依存度一路攀升，石油战略环境更显脆弱，中国能源安全存在极大隐患。山西潞安集团（以下简称潞安）从保障国家能源安全出发，充分发挥自身煤质煤种、煤炭资源和区位发展优势，以煤的深度转化为主线，着力探索实践煤基合成油项目，延伸发展煤基多联产产业化，产出了第一桶煤基合成油，建成了煤油循环经济园区，走出了一条“高碳能源，低碳利用”的循环经济之路。以潞安煤油园区作为研究对象，对煤基合成油及整个煤油园区的探索、实践和发展过程进行研究，以期为煤炭工业可持续发展提供一种全新的视角和思路。

长期以来，我国煤炭利用效率低、污染程度高、资源浪费严重，环境污染问题日益严重，特别是山西，随着煤炭资源持续的高强度开采，陷入了“资源诅咒”的怪圈，发展模式难以持续。因此，必须以煤炭为基础，拉长加粗产业链、发展煤化工，对煤炭进行深度转化，实现产业联动良性循环发展，实现成本、效益优势层层迭加和节能、环保，做到煤炭“吃干榨净”，最大限度地转化增值，从而使产业优化升级、规模扩张和经济效益最大化。

2000年8月，潞安改制后，随着对旧井不断技术改造和陆续进行新井建设，煤炭产量大幅增加，在对周边大用户直达运煤的同时，又发展了公路外运，但仍不能全部外运。而对此困境，潞安决定将“立足煤，延伸煤，超越煤，以煤为基础，拉长产业链条，建设绿色新型能化集团”作为企业战略，以煤的深度转化为主线，发展新型煤化工，建设煤油循环经济园区，发展具有“高碳能源，低碳利用”特色的循环经济，走上了“全面实施战略管理，建设绿色新型能化集团”的战略发展之路。

1 建设煤油循环经济园区的有利条件

1.1 资源优势

潞安矿区位于山西省上党盆地，是国家重要的煤炭生产基地，已探明煤炭可开采储量260亿t，此外还有储量120多亿t的下组高硫煤资源，为煤基合成油项目和建设煤化工基地提供了充足的资源保障。此外，潞安煤有效含碳量高、产气量高、热值高，内在含水和含氧量低，且低硫、低磷、低灰，是进行煤化工生产特别是煤变油的优选材料。同时，可利用原有矿井大面积开发尚未利用的下组高硫煤资源，在减少成本投入的同时综合利用资源。

1.2 水资源优势

潞安所在的长治地区是华北地区的富水区，水资源总量为22.96亿m3，其中：地表水量19.86亿m3，地下水量10.83亿m3，重复水量7.73亿m3。在水资源总量中，过境水量为5.04亿m3，属于长治市的水资源量为17.92亿m3，其中河川径流量14.82亿m3。规划利用的后湾水库、矿井涌水、长治污水厂的中水，每年可为煤基合成油项目提供水量1.488 7亿m3，为进行煤化工提供了充足的水资源，满足“煤变油”项目的用水需求。

1.3 人才和技术优势

山西集中了国家与地方一批国内煤化工领域具有较强实力的科研、设计和生产单位，潞安与上述科研院校单位建立了长期战略合作伙伴关系，多年来开展了全方位的深度合作，很多专家都是潞安专家决策委员会专家成员，不仅为潞安科学决策提供了重要依据，而且为企业培养了一大批技术骨干人才，为煤化工产业奠定了坚实的基础。

1.4 区位发展优势

长治区域内有电力、钢铁、水泥等一大批企业，煤炭就地消化能力强；拥有山西煤化工生产的骨干企业，电石生产规模也居全国前列，在发展煤基醇醚清洁燃料，焦化、煤炭间接液化，一碳、二碳和多碳化工、延伸产业链方面，具有充裕的资源、良好的基础和巨大的潜力。长期以来，潞安主动融入区域经济，先后派出98名总工程师帮助区域煤炭企业发展，为区域的安全发展和经济发展作出了重要贡献；长治市委、市政府努力为潞安战略发展创造良好环境，帮助潞安与当地区域经济融合渗透，实现了优势互补、产业集群发展。

2 建设煤油循环经济园区经过长期充分的准备

煤基合成油即煤基液体燃料合成技术，是以固体状态的煤炭为原料，通过化学加工过程，使其转化成为汽油、柴油、液化石油气等液态烃类燃料和高附加值化工产品的技术。

我国煤基合成油技术研究，始于20世纪50年代，中间几起几落。2001年，为了满足国家能源战略对间接液化技术的迫切需要，国家“863”计划和中国科学院联合启动了“煤变油”重大科技项目。中科院山西煤化所等部门承担了这一项目的研究。2002年9月，山西煤化所千吨级中试装置试车成功，打通了流程，并获得了油品大样。2003年8月，中试项目通过装置改造，进入了长期稳定运转和技术优化匹配的试验阶段。

早在2001年，潞安集团就开始紧密关注、跟踪国内外煤炭间接液化技术的发展，根据企业的资源条件和煤质特点，先后进行了“潞安矿区煤炭产品开发技术经济研究”、“潞安140万t煤炭间接液化项目方案研究”、“潞安煤用于高炉喷吹技术开发与应用研究”、“型煤技术经济研究”、“潞安矿区新矿井煤质评价报告”、“潞安矿区煤炭地下气化技术调研”等多项研究工作，对直接关系煤基合成油项目的潞安煤气化技术、间接液化技术、煤质煤种分析评价、经济技术分析等因素，做了大量的技术储备工作。

2004年，潞安专门召开了“煤化工发展战略研讨会”，邀请国内的一批煤化工专家参加，制定了潞安发展煤基合成油产业的前期规划。同年，潞安主要领导又专程到中科院山西煤化所，参观了煤基合成油品工程研究中心小店中试基地的千吨级合成装置；中科院山西煤化所主要领导专程到潞安，表示愿意为潞安项目提供技术支持。

2005年，山西省主要领导就《关于在长治市以潞安矿业集团为主，建设煤基合成油万吨级示范厂的建议》做了重要指示，指出：要严密论证，稳妥推进，化解风险，为今后大规模发展打好基础。同年，山西省政府把潞安煤基合成油项目列入“十一五”发展规划和高新技术产业化项目，大力发展煤基合成油项目。

根据省领导的指示精神，潞安集团完成了《潞安520万t煤基合成油多联产项目预可行性研究报告》，从资源、环境、基础条件、技术路线多方面进行了基础研究和技术论证。

2005年5月，我国具有自主知识产权煤基合成油示范项目公开招标。经过精心准备，在山西省委省政府的大力支持下，潞安代表山西省政府参加竞标。经过激烈的角逐，潞安凭借得天独厚的资源和科技创新的软、硬实力，以总分第一名的成绩，获得该项目技术转让权，世人瞩目的国家级煤间接液化技术示范项目，落户到长治，建在了潞安。

3 煤油循环经济园区的建设

2006年2月22日，潞安21万t/a煤基合成油示范厂奠基开工。该项目被列为国家“863”、“973”高新技术项目和中科院知识创新工程重大项目，得到了中科院、科技部和山西省委、省政府的高度重视和大力支持，中科院、科技部、省领导多次深入现场调研，解决问题；潞安集团制定了“特区政策”，在机制、政策、人力、财力上给予全力支持，集团主要领导亲自挂帅，分管领导常驻现场，各职能部门提供“保姆式服务”；项目实施分级负责、责任到人，各项目建设单位倒排工期、交叉作业。为了全面加快项目建设进程，潞安集团先后开展了两次“百日会战”。

为了建设好煤油循环经济园区，潞安集团通过专家论证、民主决策，制订出明确的目标：发展煤基合成油，不能只注重油品，必须站在长远可持续发展的高度，致力于建设煤油循环经济园区，发展以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳循环经济。山西省也将潞安作为全省循环经济试点企业，同意建设以煤制油、劣质煤开发、化肥生产、喷吹煤生产、瓦斯发电、矸石制砖、水的循环利用为主线的煤油循环经济园区方案。

3.1 园区建设主要内容

600万t/a屯留煤矿及配套模块选煤厂、2×13.5万kW煤矸石综合利用电厂、新型建材厂、21万t/a煤基合成油示范项目（包括铁基和钴基两种催化生产技术）、1830化肥以及余吾煤业瓦斯抽采、羿神焦化、慈林山和郭庄矿下组煤开发、IGCC发电项目等，目的是把煤炭开采、洗选加工、高硫下组煤开发、瓦斯抽采利用、焦炉煤气利用、矸石发电、煤基合成油、化肥、联合循环发电、氮气干熄焦、硫磺回收等融为一体，实现减量化、资源化和再利用。

经过一年半的努力拼搏，2008年12月22日，示范项目产出中国第一桶完全具有自主知识产权的钴基间接液化费托合成油；2009年8月，继钴基催化剂出油之后铁基浆态床生产出合格油品；2009年10月，2×13.5万kW煤矸石综合利用电厂正式运行；2009年12月，联产的1830化肥项目投产；2010年10月，回收利用低热值尾气的IGCC发电项目建成投产，初步形成了集“煤炭开采、洗选加工、煤基合成油、精细化工，以及瓦斯、焦炉煤气、矸石、尾气综合利用”为一体的特色园区。

3.2 煤油园区的循环流程

屯留矿开采的优质动力煤，直接作为碎煤加压气化原料，其余送模块化洗煤厂进行洗选，洗精煤作为喷吹煤出售，中煤和矸石作为余吾煤矸石电厂燃料使用。

屯留、石圪节、慈林山等煤矿开采的下组原煤经筛分后，作为煤基合成油的原料煤使用。在气化加压过程中，煤经干馏产生的初级油品在煤气水处理和煤气净化装置中分别产生焦油和粗苯，园区内配置了焦油加工及粗苯精制装置，同时处理从羿神焦化和周边焦化厂收集的煤焦油和粗苯，生产芳烃类系列产品和精苯产品。

煤气化装置产生的含硫粗煤气经净化后脱硫化氢及二氧化碳，净化气进入F-T合成装置，含硫尾气经硫收装置处理后达标排放，同时副产工业硫磺。副产的高纯度二氧化碳部分用于1830化肥厂生产尿素等产品，部分返回煤气化装置及甲烷转化装置作为气化剂使用，调节原料气的氢碳比例。

屯留煤矿预抽采瓦斯气、焦炉气和合成油排放的高热值尾气送入甲烷转化装置，经转化后进入净化装置，脱除二氧化碳后大部分送F-T合成装置，剩余部分经变压吸附（PSA）提氢装置，氢气送到下游油品加氢、焦油精制、粗苯加氢合成氨装置，富一氧化碳气送入F-T合成装置。F-T合成的粗产品经油品加工后产生硬蜡、软蜡、石油脑、柴油、LPG（液化石油气）等系列产品。

屯留矿井通风气与合成油装置排放的低热值尾气调配后作为IGCC发电站的燃料使用。

园区内所有装置产生的工业废水、生活污水及居民区的生活污水统一进入园内的综合水处理厂分级处理，处理后根据水质的好坏分别作为锅炉水、循环水补充水、办公楼及居民区的绿化用水和冲洗水、洗煤厂补充水，实现了污水零排放。

碎煤加压气化装置和矸石电厂排出的炉渣，根据其成分和特性分别用于水泥配料、炉渣砖原料、修路路基材料、填充煤矿采空塌陷区，其余送到矿山修复整理区域作为填充物。

余吾煤矸石综合利用热电厂主要为园区内提供动力蒸汽，剩余蒸汽发电，低位热能用于园区内办公楼、工业厂房和居民区的冬季采暖和热水供应。

4 煤油循环经济园区的特点

一是钴基、铁基两种催化剂工艺都在正常运行。潞安是世界上唯一一个同时掌握两种工艺进行煤基合成油的企业。

二是潞安煤基合成油不是简单把煤变成油，而是充分体现低碳发展理念，以煤基合成油为基础，在生产柴油、石脑油、润滑油的同时，生产航空煤油、洗化油、含氧化合物等6大系列200余种化学品，实现煤基合成油的多联产、产业化，建设循环经济的煤油园区。不仅矿井预抽瓦斯以及附近焦化厂的焦炉煤气作为原料补充，利用合成油过程中的富余氢气、氮气，处理二氧化碳废气联产“1830”化肥，使二氧化碳排放总量减少一半，而且大规模利用因环保要求50年弃采的高硫高灰劣质下组煤资源，为延长矿井服务年限、推进现代煤化工产业发展探索了一条新路。

目前，21万t/a示范项目实现了长周期稳定运行，生产的高品质柴油、石脑油、石蜡、硫磺等产品销往河南、山东、上海、广东、香港等地，并成功进入上海世博会。

三是以循环经济园区为载体，把煤炭开采、洗选加工、高硫下组煤开发、瓦斯抽采利用、焦炉煤气利用、矸石发电、煤基合成油、化肥、联合循环发电、氮气干熄焦、硫磺回收等融为一体，实现了节能减排、资源综合化利用。其中，30万t/a尿素装置，可每年减少27万t二氧化碳排放；焦炉煤气和预抽瓦斯气与二氧化碳重整，每年可减少14万t二氧化碳排放，走出了一条煤化工多联产低碳排放的路子。

四是示范项目已获得国家发明专利40余项。具有自主知识产权的“潞安煤基合成油多联产低碳化技术与应用”、“钴基合成油固定床技术与工业示范装置”两项科技成果，先后通过了专家鉴定，潞安煤基合成油关键技术达到国际领先水平，项目全部实现国产化，是在政府主导支持下，产学研用紧密结合的一个成功范例。潞安煤油园区成为国家循环经济示范园区，潞安集团成为国家循环经济试点企业。