作者：李軍 賀云龍 鐘陽 李朝雄 來源：中國化工報
——陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司發展紀實
神木天元全景圖
15年前，一群掌握塊煤干餾中低溫煤焦油制輕質化燃料技術的東北人，執著地來到陜西神木錦界，和淳樸厚實的西北人碰撞出干一番事業的思想“火花”，攜手創立了神木錦界天元化工有限公司(陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司的前身，以下簡稱“神木天元”)，開始建設25萬噸/年中溫煤焦油輕質化項目。隨后擴建至50萬噸/年，居國內之首。
這種獨辟蹊徑的煤制油工藝，被業內譽為“陜煤—榆林版煤制油”。如今，神木天元多項成果居行業領先水平，開啟了轉型升級新征程，致力于成為中國煤炭清潔高效轉化分質利用的技術探索者和產業踐行者。
神木天元公司黨委書記、董事長毛世強(左一)，總經理李秀輝(右二)陪同有關領導考察
新模式 開辟煤制油全新路線
我國“富煤缺油少氣”的資源稟賦，決定了煤炭清潔高效轉化分質利用的重要性，成為“十三五”期間國家能源戰略的重點領域和主攻方向。中低溫熱解技術是實現煤炭分質利用、清潔高效轉化的重要方式，國家《煤炭清潔高效利用行動計劃(2015~2020年)》《能源技術革命創新行動計劃(2016~2030年)》提出，積極推進煤炭分級分質梯級利用，加快推進低階煤中低溫熱解分質轉化。
占我國煤炭資源總量一半以上的低階煤主要分布在陜西、內蒙古、寧夏、新疆等地。這種煤油含率和水含率較高，熱值較低，直接工業應用有較大困難。低階煤通過中低溫熱解(干餾)，將煤分解為氣體(熱解氣)、液體(煤焦油)和固體(半焦，也稱蘭炭)三相物質，技術源遠流長。尤其是近年來，我國低階煤熱解技術開發和示范取得突破性進展。其中陜西榆林煤熱解產業發展迅猛，蘭炭產能占全國總產能的一半以上。
中低溫煤焦油中的化合物種類繁多、組分復雜，主要成分為環烷烴、烷烴及酚類等，可制成各種液體燃料和化工原料，甚至附加值更高的化工新材料、精細化學品等。但這種寶貴的資源，當時由于缺乏分離提取關鍵技術，中低溫煤焦油難以有效加工利用，只能作為簡單的工業燃料。
2005年8月，神木天元依托擁有自主知識產權的中低溫煤焦油制取輕質化燃料工藝技術，開工建設25萬噸/年中溫煤焦油輕質化項目，2008年4月產出合格油品——輕質化煤焦油，標志著黑土地上的科技種子在黃土地上開花結果。當年10月，神木天元與有著“中國西部能源航母”之稱的陜西煤業化工集團合作重組，組建成立陜西煤業化工集團神木天元化工有限公司，使東北老工業區科技成果“南遷”與陜煤集團“北移精神”深度融合。從此，神木天元邁上科學發展的快車道。
2010年4月，神木天元50萬噸/年中溫煤焦油輕質化工業示范項目建成并一次開車成功，產出合格油品對外銷售。這個國內單套規模最大、技術等級和煤炭資源轉化率最高煤焦油輕質化項目，10年來裝置一直安全穩定運行，產生了良好的經濟效益和社會效應，取得了驕人的業績。
2010年6月，這套裝置通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定。專家認為該裝置整體技術達到國內領先水平，填補了國內煤焦油深加工的技術空白。從此，“陜煤—榆林版煤制油”在業內廣為流傳。
在此基礎上，神木天元瞄準中低溫煤焦油提取酚類化合物自主開展技術攻關，掌握了萃取提酚法關鍵技術。2013年10月，國內最大的中低溫煤焦油提取精酚生產裝置——神木天元2.2萬噸/年精酚裝置建成投產，以預處理生產的酚油為原料，經萃取、精制后分別產出苯酚、鄰甲酚、間對甲酚、二甲酚等系列產品。
除掌握煤炭分質利用、煤焦油輕質化、煤焦油深加工等關鍵技術外，神木天元針對煤熱解高濃有機廢水處理這個世界性難題也研究攻關、反復試驗，并取得成功突破，將這部分工業廢水處理為合格中水。
2014年10月，神木天元投資4.1億元開工建設100噸/小時煤焦油輕質化廢水處理項目，采用自主研發的污水處理工藝技術。利用“預處理+生化處理+深度處理”三級處理工藝，有效降低廢水中的焦油、氨氮、酚類固體懸浮物等，處理后的回用水作為循環水補充水和熄焦水，實現中水回用和工業污水零排放，具有顯著的社會效益和蘭炭清潔生產示范和引領作用。
2019年11月26日，神木天元大型工業化低階粉煤回轉熱解成套技術在北京通過鑒定
新起點 粉煤熱解技術國際領先
天有不測風云。2014年下半年以來，國際油價出現斷崖式下跌，輕質化煤焦油單價由最高時的每噸8000多元直線跌至每噸3000元，企業經濟效益急速下滑，甚至出現虧損，周邊同類項目陸續上馬，搶原料、搶市場、搶人才的不良行業競爭加劇。天元人感受到了前所未有的挑戰與壓力。
“國內現有的熱解工藝主要以塊煤為主。我們依賴于塊煤干餾中低溫煤焦油制取輕質化燃料工藝技術，存在很大的局限性。榆林地區富產煤炭，但開采的原煤中70%~80%屬于粉煤，并沒有得到有效轉化利用。我們要瞄準價格低廉的粉煤，在技術上向低階粉煤提質高效利用延伸，實施產業轉型升級。”神木天元公司黨委書記、董事長毛世強敏銳地看到了企業存在的短板。
其實，粉煤熱解技術已成為國內科研院所和企業研發攻關的重點和難點，但至今實現長周期穩定運行的工業化裝置鳳毛麟角。之所以難以實現突破，煤化工資深專家、中國石化聯合會煤化工專委會委員賀永德說，以前由于熱解油、氣、煤塵在線分離和干熄焦技術，以及粉焦的鈍化、儲運和大規模應用等技術難題尚未完全突破，粉煤熱解沒有大規模產業化推廣應用。同時設備大型化、長周期穩定運行、產品應用等仍需下功夫。
早在2011年，神木天元就投入科研力量，針對粒度為0~30毫米之間的低階粉煤熱解開展研究，正式立項“低階粉煤分質利用技術研發項目”，與華陸工程科技有限責任公司合作科研攻關。2012年，5萬噸/年低階粉煤回轉熱解制取無煙煤工藝技術研究項目啟動建設。
2015年，該技術通過了由陜西省科技廳組織的科技成果鑒定。專家認為，該技術攻克了煤低溫熱解領域粉煤潔凈化分質利用關鍵性技術和裝備，整體技術達到國際先進水平。
2012年8月，首個國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室在陜西組建，由陜煤集團主導建設。考慮到在煤熱解及中低溫煤焦油綜合利用領域取得的豐碩成果和成功經驗，2017年2月，神木天元被認定為國家能源煤炭分質清潔轉化重點實驗室——天元試驗示范基地。
建設低價粉煤回轉熱解大型工業化示范項目迫在眉睫。神木天元規劃了660萬噸/年粉煤分質綜合利用工業化藍圖，其中一期工程60萬噸/年示范項目被陜煤集團列為重點建設項目，2017年6月開始設計，2018年3月動工建設，2018年12月25日中交。
該裝置原料適合粒度為0~30毫米的粉狀褐煤、長焰煤、弱黏煤、不黏煤等高揮發分煤種，采用回轉干燥、回轉反應爐低溫熱解等新技術，可生產提質焦粉、煤焦油、煤氣及LNG、LPG等產品，其中粉煤經熱解提質后，焦粉質量達到無煙煤標準。
經過8年艱苦努力，業內翹首以盼的粉煤回轉熱解技術取得了突破性成果。2019年5月11日17時30分將永遠載入神木天元的史冊：60萬噸/年粉煤分質綜合利用示范項目打通全部工藝流程，火炬上藍色火焰騰空而起，一次投料試車成功，主要技術指標全部達到或優于設計值，裝置運行平穩。同年11月26日，大型工業化低階粉煤回轉熱解成套技術開發與應用科技成果在北京通過中國石化聯合會組織的科技成果鑒定。由中國工程院院士謝克昌、楊啟業、倪維斗，中國科學院院士李洪鐘等9位專家組成的鑒定委員會認為，該技術攻克了煤低溫熱解領域粉煤清潔高效分質轉化利用的關鍵性技術和裝備，擁有完全自主知識產權，創新性強，對于促進低階粉煤高效轉化、煤熱解科技進步具有積極意義，整體技術達到國際領先水平。
鑒定委員會認為，低階粉煤清潔高效分質轉化利用是我國的重大課題，該技術成果突破了粉煤高效利用難度大的技術難題，探索出一條低階粉煤高效分質轉化新途徑，資源綜合利用和經濟效益優勢顯著，應盡早開展百萬噸級大型工業化示范及推廣應用。
據了解，該技術在研發及工業化過程中，神木天元相繼完成了基礎實驗、冷模實驗、中試試驗、工業化試驗、污水處理和焦油脫渣等技術課題，先后攻克了設備放大、管道堵塞、油氣粉塵含量高、運行周期短、設備結焦、油水分離困難、污水處理難等系列難題。在8年的粉煤熱解技術研發期間，神木天元累計獲得國家授權專利56件，其中發明專利12件、實用新型專利44件。
神木天元技術人員在進行科研工作
新征程 轉型升級再出發
2020年注定是不平凡的一年。隨著全球新冠肺炎疫情蔓延擴散，國際油價暴跌探底，煤化工等行業遭受重大沖擊。加之國內外能源需求結構發生深刻變化，油品過剩逐步擴大，榆林地區煤焦油加氫企業不斷增多，原料、產品、人才、技術等領域競爭日益加劇，行業步入發展的“天花板”，進入微利時代。
神木天元并未躺在曾經取得輝煌業績的功勞簿上，而是未雨綢繆，開啟轉型升級新征程。
“10年來，我們依賴于塊煤干餾制取輕質化燃料技術的先進性和創新性，在激烈的競爭中占得先機。但近兩年周邊同類型企業不斷上馬，與我們的差距不斷縮小。加之消費稅政策的影響，我們的優勢已經不明顯了。我們必須始終不渝地堅持創新驅動戰略，走出一條產品精細化、高端化、差異化的高質量發展之路。”神木天元公司總經理李秀輝說，圍繞煤焦油，上游產業依托工業化低價粉煤回轉熱解成套技術為核心，下游以中溫煤焦油制備碳材料、中溫煤焦油提酚制取酚基新材料、輕質化煤焦油制備芳烴等精細化工產品技術為主線，使產品鏈向上以粉煤為原料，生產提質焦粉等高端產品，向下以輕質化煤焦油為原料生產精細化工產品、環保產品，構筑特色模塊化產業格局。
經過2年多的自主攻關，神木天元利用煤焦油制取碳材料(針狀焦)技術獲得成功，通過煤焦油預處理、延遲焦化、煅燒加工生產碳功能材料，產品主要用于高功率、超高功率電極、鋰電負極材料、超級電容器及儲能材料等。2019年12月底，12萬噸/年中低溫煤焦油制備碳材料研究開發項目建成試運行，今年5月產出合格產品。目前正在優化完善工藝，穩定裝置運行。
在60萬噸/年粉煤分質綜合利用示范裝置成功運行的基礎上，神木天元正在推進二期工程600萬噸/年大型工業化項目。該項目被陜西省政府列入《〈中國制造2025〉陜西實施意見》重大項目，可產提質煤(清潔無煙煤)455萬噸/年、煤焦油56萬噸/年，同時可副產LNG、LPG等產品。目前該項目整體設計、方案優化、物流布局等前期工作已著手開展，計劃在年內啟動項目建設。
15年來，神木天元始終把技術研發、科技創新作為企業高質量發展的驅動力，堅持圍繞煤焦油上下游產業鏈不斷延伸，從來沒有止步不前，多項技術引領行業創新發展。截至目前，神木天元已累計形成各類創新性、改造性成果100余項，申報國家專利100余項，其中76項獲授權。
據了解，神木天元正在布局酚基新材料和輕質化煤焦油制取芳烴新項目。其中去年3月開始研發的酚基新材料，利用間對甲酚生產抗氧劑BHT，該產品廣泛用于塑料、橡膠、油品及食品等行業，附加值更高。目前前期試驗和成果已完成，具備工業化轉化條件，爭取3500噸/年酚基新材料項目年內開工。
借國家推進科創板等資本市場的東風，神木天元利用技術創新優勢開啟資本化之路。2019年，神木天元啟動科創板上市，逐步推進資產證券化，建立核心技術、研發、生產和管理人才的激勵機制。目前，神木天元已被列入陜西省首批7家科創板上市培育企業名單。
“如果說2019年是神木天元轉型升級的發展元年，那么今年正處在一個‘新舊動能轉換’的戰略接續期和‘存量經濟向增量發展過渡’的動能培育期。”在毛世強看來，一個“百億新天元”戰略即將全面啟動，新藍圖再次擘畫出神木天元的轉型升級方向，即以60萬噸粉煤分質綜合利用示范項目科研成果鑒定為新起點，以“高質量發展”為核心，以“改革轉型”為主線，以“科研創新”為引擎，以“12萬噸碳材料項目投產、600萬噸項目建設、科創板上市”為新征程，打造智慧化工廠，建立集團化運作模式，實現產業、科研、金融協同發展，建設以煤為基、國內一流的技術型煤炭資源綜合利用的集團化企業，成為煤炭分質利用的技術探索者、產業踐行者，做中國煤炭清潔高效轉化利用的引領者。
毛世強表示，神木天元對內要發揮混合所有制的優勢，各方股東、全體員工共建共享，確保企業長治久安;對外合作包容、互惠互利，不斷擴大“朋友圈”和影響力，把技術創新作為增長的新引擎，做大做強產業集群，推動企業增長模式由規模與成本數量型轉向技術驅動效率型增長。
未來5年，神木天元將以煤炭分質綜合利用技術系統性研發為基礎，以清潔能源、新材料和精細化學品開發利用為主導，實現煤炭分質利用全產業鏈集群化、集約化、精細化、高端化布局，形成“煤炭轉化、金融資本、技術工程、現代物流”四大業務板塊系統化、協同化發展，打造“規模化、集團化、智慧化”產業格局，建設一流高新技術企業，實現“1120”戰略目標，即到2025年資產規模達到100億元，實現銷售收入100億元、利潤20億元。
神木天元12萬噸/年中低溫煤焦油制碳材料裝置
