研發(fā)路漫漫

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(jiàn)，需要C+H，即碳加氫。這就是西南院多年來(lái)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(guó)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(duì)保障國(guó)家能源安全具有重要意義?！蔽髂显狐h委書(shū)記、總經(jīng)理陳健表示。

為煤炭找出路

中國(guó)，煤炭大國(guó)。富煤，是中國(guó)的資源稟賦特點(diǎn)。

煤炭，曾經(jīng)在我國(guó)能源和社會(huì)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(guó)仍然“以煤為主”的時(shí)候，世界步入退煤時(shí)代。

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

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(shí)這四座煤礦將臨近生產(chǎn)年限。

在美國(guó)，煤炭正在消亡。據(jù)Grist 網(wǎng)站報(bào)道，在過(guò)去的十年中，由于清潔和廉價(jià)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(guó)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(jì)劃將會(huì)進(jìn)一步加速這一趨勢(shì)。

……

中國(guó)將如何邁開(kāi)煤炭清潔高效開(kāi)發(fā)利用的步伐？引全球關(guān)注。

2014年，國(guó)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(dòng)計(jì)劃（2014-2020年）的通知》要求“推進(jìn)煤炭清潔高效開(kāi)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(kāi)發(fā)利用技術(shù)，不斷提高煤炭清潔高效開(kāi)發(fā)利用水平。

中國(guó)工程院院士杜祥琬曾表示，為做好煤炭的大文章，我國(guó)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(guó)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(duì)甲烷化催化劑的探索始于上個(gè)世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)針對(duì)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(jiǎn)稱新疆慶華）實(shí)現(xiàn)1400 小時(shí)連續(xù)工業(yè)側(cè)線運(yùn)行，開(kāi)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(shí)連續(xù)工業(yè)側(cè)線運(yùn)行，開(kāi)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(zhǎng)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(shí)，可謂占了天時(shí)地利人和。

天時(shí)。

我國(guó)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(jià)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(guó)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(wú)論從當(dāng)時(shí)還是現(xiàn)在來(lái)看，這個(gè)項(xiàng)目的立項(xiàng)無(wú)疑是有前瞻性的?！标惤”硎尽?/p>

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(guó)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(guó)外先進(jìn)技術(shù)，在國(guó)內(nèi)發(fā)展煤制天然氣的藍(lán)圖已經(jīng)鋪開(kāi)。據(jù)介紹，當(dāng)時(shí)，國(guó)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(guó)外的甲烷化技術(shù)。

人和。

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

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(gè)目標(biāo)：一定要研發(fā)出高于國(guó)外水平的甲烷化技術(shù)。“如果我們的技術(shù)落后于國(guó)外，我們永遠(yuǎn)就沒(méi)有市場(chǎng)機(jī)會(huì)?！标惤〗忉屨f(shuō)。

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

2009年，西南院正式開(kāi)始項(xiàng)目研究。2014年，開(kāi)展市場(chǎng)調(diào)研，在擬建項(xiàng)目和已建項(xiàng)目中進(jìn)行推廣。經(jīng)過(guò)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(shí)國(guó)際油價(jià)暴跌，煤制氣項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)估幾經(jīng)努力卻未獲通過(guò)。最后，這兩個(gè)項(xiàng)目都下馬了。而我們想在這兩個(gè)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?！蔽髂显捍呋瘎┦聵I(yè)部副總經(jīng)理曾旭說(shuō)。

從開(kāi)始的天時(shí)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(dòng)該技術(shù)的合作研究。僅用一年時(shí)間，就建成國(guó)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(shí)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(lái)，這一成功的意義在于三個(gè)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(shí)為技術(shù)優(yōu)化提供了工業(yè)參數(shù)；二是中試的長(zhǎng)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(guò)中試的運(yùn)行，進(jìn)一步深化了對(duì)該技術(shù)的認(rèn)知，培養(yǎng)了大批技術(shù)人才。

找尋市場(chǎng)之路

在西南院攻克國(guó)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(guó)公司，他們包攬了國(guó)內(nèi)所有煤制天然氣甲烷化技術(shù)項(xiàng)目。

“當(dāng)時(shí)人們對(duì)國(guó)內(nèi)大型煤化工技術(shù)不太有信心，都不敢做第一個(gè)吃螃蟹的人，總覺(jué)得外國(guó)的月亮比中國(guó)的圓。”當(dāng)被問(wèn)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(huì)嶄露頭角，曾旭告訴記者。

在陳健看來(lái)，經(jīng)過(guò)西南院十余載研發(fā)問(wèn)世的煤制氣甲烷化催化劑，由于沒(méi)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(guó)外的產(chǎn)品?！斑@也可以理解。誰(shuí)都擔(dān)心上百億元的資金投進(jìn)去，萬(wàn)一弄砸了咋辦?！?/p>

客戶的謹(jǐn)慎，在西南院面前豎起了一道無(wú)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(gè)時(shí)間段我們的工作量是非常飽和的。到2015年，我們整個(gè)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(shuō)。

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(duì)市場(chǎng)開(kāi)拓的酸甜苦辣記憶猶新。

2014年開(kāi)始到2020年，一次次的拜訪迎來(lái)卻多是被婉拒，現(xiàn)在想來(lái)，不無(wú)遺憾。“每年少則三四次，多則五六次，我都會(huì)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。”曾旭說(shuō)。

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

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

“一方面，原本國(guó)內(nèi)規(guī)劃了很多煤制天然氣項(xiàng)目，產(chǎn)能超過(guò)2000 億Nm3/a，但企業(yè)因?yàn)轫?xiàng)目不盈利，沒(méi)有動(dòng)力建設(shè)新項(xiàng)目；另一方面，當(dāng)時(shí)國(guó)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(méi)有積極性建設(shè)新項(xiàng)目，我們的催化劑與工藝推廣就沒(méi)有可能實(shí)現(xiàn)。”張新波說(shuō)。

從客戶的角度看，他們有諸多理由。

例如，用國(guó)外催化劑的好處是技術(shù)經(jīng)過(guò)了工業(yè)化應(yīng)用，相對(duì)來(lái)講比較成熟可靠，風(fēng)險(xiǎn)也較小。再說(shuō)既然已經(jīng)選定了與國(guó)外工藝包進(jìn)行對(duì)接的方案，技術(shù)和工程方面的很多問(wèn)題也與外方技術(shù)人員進(jìn)行了交流……而國(guó)內(nèi)的催化劑產(chǎn)品，只經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室、中試階段，尚無(wú)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(jué)。

最讓西南院感覺(jué)無(wú)奈的有幾個(gè)方面。

其一，由于存在著“國(guó)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(guó)外的催化劑。因?yàn)?，萬(wàn)一失敗了那就失敗了，但用了國(guó)內(nèi)產(chǎn)品如果失敗了，難免會(huì)遭到質(zhì)疑：為什么當(dāng)初不用國(guó)外的？“國(guó)內(nèi)的煤制氣項(xiàng)目投資動(dòng)輒二三百億元，他們覺(jué)得要采用我們的技術(shù)，冒的風(fēng)險(xiǎn)太大。用國(guó)外的催化劑比用國(guó)內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)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(guó)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(wàn)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(wàn)標(biāo)準(zhǔn)立方米天然氣）?！斑@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(shuō)。

其三，“走在我們前列的國(guó)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(shuō)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(shuō)服力要差一些，沒(méi)辦法完全打消潛在客戶的疑慮?！痹裾f(shuō)。

阻力重重！在與中海油合作項(xiàng)目之后，西南院始終沒(méi)有尋到愿意“第一個(gè)吃螃蟹的人”。但大家心里知道，與國(guó)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(shì)，足以贏得客戶的青睞。

例如，在供貨方面，國(guó)外催化劑供貨周期長(zhǎng)、運(yùn)輸距離遠(yuǎn)、技術(shù)服務(wù)不到位、價(jià)格昂貴，此外還存在斷貨的風(fēng)險(xiǎn)。“像新疆慶華到期需要更換催化劑，至少要提前6～8 個(gè)月向國(guó)外訂貨?！标惤≌f(shuō)。

從服務(wù)和價(jià)格方面看，國(guó)外只供貨到港口，港口完稅和其他一些問(wèn)題全要業(yè)主自己完成?！拔覀儎t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(shí)間、精力、資金?！标惤≌f(shuō)。

山窮水盡疑無(wú)路，柳暗花明又一村。終于，機(jī)遇降臨。

2021年4月，西南院通過(guò)坦誠(chéng)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(guó)產(chǎn)化的抱負(fù)和新疆慶華領(lǐng)導(dǎo)的家國(guó)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(wú)望的時(shí)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(duì)我們意味著離成功又近了一步！”曾旭說(shuō)。

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

側(cè)線試驗(yàn)完全模擬新疆慶華采用國(guó)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(guó)外技術(shù)和催化劑?！焙窝笳f(shuō)。

“我專門(mén)寫(xiě)了一篇報(bào)道，來(lái)表達(dá)對(duì)慶華的感謝。因?yàn)槟軌虼俪蛇@個(gè)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(gè)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(gè)事。”談及這次合作的驚鴻一筆，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(guó)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(kāi)車運(yùn)行，是國(guó)內(nèi)首次整爐國(guó)外催化劑的替代。我們的催化劑需要滿足對(duì)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(shí)，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(guó)外催化劑基本一致的效果。”鄭珩表示。

“我國(guó)自主研制的大型煤制天然氣甲烷化技術(shù)取得突破”“中國(guó)中化助力我國(guó)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(guó)外技術(shù)壟斷”……西南院的這項(xiàng)突破一經(jīng)媒體報(bào)道，引起了極大的社會(huì)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(tái)和媒體，以及《經(jīng)濟(jì)日?qǐng)?bào)》《參考消息》《中國(guó)化工報(bào)》《科技日?qǐng)?bào)》《南華早報(bào)》等國(guó)內(nèi)外媒體都對(duì)此進(jìn)行了報(bào)道。

今年以來(lái)，國(guó)際油價(jià)頻繁震蕩，但總體處于高位。當(dāng)油價(jià)較高時(shí)，煤制氣凸顯出經(jīng)濟(jì)效益。“對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)，選擇我們的國(guó)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(shuō)。

“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(shì)動(dòng)蕩，油氣和化工行業(yè)的原料和生產(chǎn)受到極大影響。對(duì)投資巨大的煤制氣企業(yè)而言，在這樣的形勢(shì)下能否按時(shí)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(guó)外的工藝包。但是出現(xiàn)了工廠即將建成的時(shí)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(lái)?！编嶇裾f(shuō)。

為清潔利用煤炭找到了出路，為國(guó)家解決了“卡脖子”的技術(shù)難題。尤其是在國(guó)際局勢(shì)錯(cuò)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(guó)內(nèi)一些企業(yè)交流的時(shí)候，他們也表達(dá)了想和我們合作的意愿。煤制氣技術(shù)國(guó)產(chǎn)化有信心了，終于可以揚(yáng)‘煤’吐氣了?！痹裾f(shuō)。

“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。