作者：李军 贺云龙 钟阳 李朝雄 来源：中国化工报
——陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司发展纪实
神木天元全景图
15年前，一群掌握块煤干馏中低温煤焦油制轻质化燃料技术的东北人，执着地来到陕西神木锦界，和淳朴厚实的西北人碰撞出干一番事业的思想“火花”，携手创立了神木锦界天元化工有限公司(陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司的前身，以下简称“神木天元”)，开始建设25万吨/年中温煤焦油轻质化项目。随后扩建至50万吨/年，居国内之首。
这种独辟蹊径的煤制油工艺，被业内誉为“陕煤—榆林版煤制油”。如今，神木天元多项成果居行业领先水平，开启了转型升级新征程，致力于成为中国煤炭清洁高效转化分质利用的技术探索者和产业践行者。
神木天元公司党委书记、董事长毛世强(左一)，总经理李秀辉(右二)陪同有关领导考察
新模式 开辟煤制油全新路线
我国“富煤缺油少气”的资源禀赋，决定了煤炭清洁高效转化分质利用的重要性，成为“十三五”期间国家能源战略的重点领域和主攻方向。中低温热解技术是实现煤炭分质利用、清洁高效转化的重要方式，国家《煤炭清洁高效利用行动计划(2015~2020年)》《能源技术革命创新行动计划(2016~2030年)》提出，积极推进煤炭分级分质梯级利用，加快推进低阶煤中低温热解分质转化。
占我国煤炭资源总量一半以上的低阶煤主要分布在陕西、内蒙古、宁夏、新疆等地。这种煤油含率和水含率较高，热值较低，直接工业应用有较大困难。低阶煤通过中低温热解(干馏)，将煤分解为气体(热解气)、液体(煤焦油)和固体(半焦，也称兰炭)三相物质，技术源远流长。尤其是近年来，我国低阶煤热解技术开发和示范取得突破性进展。其中陕西榆林煤热解产业发展迅猛，兰炭产能占全国总产能的一半以上。
中低温煤焦油中的化合物种类繁多、组分复杂，主要成分为环烷烃、烷烃及酚类等，可制成各种液体燃料和化工原料，甚至附加值更高的化工新材料、精细化学品等。但这种宝贵的资源，当时由于缺乏分离提取关键技术，中低温煤焦油难以有效加工利用，只能作为简单的工业燃料。
2005年8月，神木天元依托拥有自主知识产权的中低温煤焦油制取轻质化燃料工艺技术，开工建设25万吨/年中温煤焦油轻质化项目，2008年4月产出合格油品——轻质化煤焦油，标志着黑土地上的科技种子在黄土地上开花结果。当年10月，神木天元与有着“中国西部能源航母”之称的陕西煤业化工集团合作重组，组建成立陕西煤业化工集团神木天元化工有限公司，使东北老工业区科技成果“南迁”与陕煤集团“北移精神”深度融合。从此，神木天元迈上科学发展的快车道。
2010年4月，神木天元50万吨/年中温煤焦油轻质化工业示范项目建成并一次开车成功，产出合格油品对外销售。这个国内单套规模最大、技术等级和煤炭资源转化率最高煤焦油轻质化项目，10年来装置一直安全稳定运行，产生了良好的经济效益和社会效应，取得了骄人的业绩。
2010年6月，这套装置通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。专家认为该装置整体技术达到国内领先水平，填补了国内煤焦油深加工的技术空白。从此，“陕煤—榆林版煤制油”在业内广为流传。
在此基础上，神木天元瞄准中低温煤焦油提取酚类化合物自主开展技术攻关，掌握了萃取提酚法关键技术。2013年10月，国内最大的中低温煤焦油提取精酚生产装置——神木天元2.2万吨/年精酚装置建成投产，以预处理生产的酚油为原料，经萃取、精制后分别产出苯酚、邻甲酚、间对甲酚、二甲酚等系列产品。
除掌握煤炭分质利用、煤焦油轻质化、煤焦油深加工等关键技术外，神木天元针对煤热解高浓有机废水处理这个世界性难题也研究攻关、反复试验，并取得成功突破，将这部分工业废水处理为合格中水。
2014年10月，神木天元投资4.1亿元开工建设100吨/小时煤焦油轻质化废水处理项目，采用自主研发的污水处理工艺技术。利用“预处理+生化处理+深度处理”三级处理工艺，有效降低废水中的焦油、氨氮、酚类固体悬浮物等，处理后的回用水作为循环水补充水和熄焦水，实现中水回用和工业污水零排放，具有显著的社会效益和兰炭清洁生产示范和引领作用。
2019年11月26日，神木天元大型工业化低阶粉煤回转热解成套技术在北京通过鉴定
新起点 粉煤热解技术国际领先
天有不测风云。2014年下半年以来，国际油价出现断崖式下跌，轻质化煤焦油单价由最高时的每吨8000多元直线跌至每吨3000元，企业经济效益急速下滑，甚至出现亏损，周边同类项目陆续上马，抢原料、抢市场、抢人才的不良行业竞争加剧。天元人感受到了前所未有的挑战与压力。
“国内现有的热解工艺主要以块煤为主。我们依赖于块煤干馏中低温煤焦油制取轻质化燃料工艺技术，存在很大的局限性。榆林地区富产煤炭，但开采的原煤中70%~80%属于粉煤，并没有得到有效转化利用。我们要瞄准价格低廉的粉煤，在技术上向低阶粉煤提质高效利用延伸，实施产业转型升级。”神木天元公司党委书记、董事长毛世强敏锐地看到了企业存在的短板。
其实，粉煤热解技术已成为国内科研院所和企业研发攻关的重点和难点，但至今实现长周期稳定运行的工业化装置凤毛麟角。之所以难以实现突破，煤化工资深专家、中国石化联合会煤化工专委会委员贺永德说，以前由于热解油、气、煤尘在线分离和干熄焦技术，以及粉焦的钝化、储运和大规模应用等技术难题尚未完全突破，粉煤热解没有大规模产业化推广应用。同时设备大型化、长周期稳定运行、产品应用等仍需下功夫。
早在2011年，神木天元就投入科研力量，针对粒度为0~30毫米之间的低阶粉煤热解开展研究，正式立项“低阶粉煤分质利用技术研发项目”，与华陆工程科技有限责任公司合作科研攻关。2012年，5万吨/年低阶粉煤回转热解制取无烟煤工艺技术研究项目启动建设。
2015年，该技术通过了由陕西省科技厅组织的科技成果鉴定。专家认为，该技术攻克了煤低温热解领域粉煤洁净化分质利用关键性技术和装备，整体技术达到国际先进水平。
2012年8月，首个国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室在陕西组建，由陕煤集团主导建设。考虑到在煤热解及中低温煤焦油综合利用领域取得的丰硕成果和成功经验，2017年2月，神木天元被认定为国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室——天元试验示范基地。
建设低价粉煤回转热解大型工业化示范项目迫在眉睫。神木天元规划了660万吨/年粉煤分质综合利用工业化蓝图，其中一期工程60万吨/年示范项目被陕煤集团列为重点建设项目，2017年6月开始设计，2018年3月动工建设，2018年12月25日中交。
该装置原料适合粒度为0~30毫米的粉状褐煤、长焰煤、弱黏煤、不黏煤等高挥发分煤种，采用回转干燥、回转反应炉低温热解等新技术，可生产提质焦粉、煤焦油、煤气及LNG、LPG等产品，其中粉煤经热解提质后，焦粉质量达到无烟煤标准。
经过8年艰苦努力，业内翘首以盼的粉煤回转热解技术取得了突破性成果。2019年5月11日17时30分将永远载入神木天元的史册：60万吨/年粉煤分质综合利用示范项目打通全部工艺流程，火炬上蓝色火焰腾空而起，一次投料试车成功，主要技术指标全部达到或优于设计值，装置运行平稳。同年11月26日，大型工业化低阶粉煤回转热解成套技术开发与应用科技成果在北京通过中国石化联合会组织的科技成果鉴定。由中国工程院院士谢克昌、杨启业、倪维斗，中国科学院院士李洪钟等9位专家组成的鉴定委员会认为，该技术攻克了煤低温热解领域粉煤清洁高效分质转化利用的关键性技术和装备，拥有完全自主知识产权，创新性强，对于促进低阶粉煤高效转化、煤热解科技进步具有积极意义，整体技术达到国际领先水平。
鉴定委员会认为，低阶粉煤清洁高效分质转化利用是我国的重大课题，该技术成果突破了粉煤高效利用难度大的技术难题，探索出一条低阶粉煤高效分质转化新途径，资源综合利用和经济效益优势显著，应尽早开展百万吨级大型工业化示范及推广应用。
据了解，该技术在研发及工业化过程中，神木天元相继完成了基础实验、冷模实验、中试试验、工业化试验、污水处理和焦油脱渣等技术课题，先后攻克了设备放大、管道堵塞、油气粉尘含量高、运行周期短、设备结焦、油水分离困难、污水处理难等系列难题。在8年的粉煤热解技术研发期间，神木天元累计获得国家授权专利56件，其中发明专利12件、实用新型专利44件。
神木天元技术人员在进行科研工作
新征程 转型升级再出发
2020年注定是不平凡的一年。随着全球新冠肺炎疫情蔓延扩散，国际油价暴跌探底，煤化工等行业遭受重大冲击。加之国内外能源需求结构发生深刻变化，油品过剩逐步扩大，榆林地区煤焦油加氢企业不断增多，原料、产品、人才、技术等领域竞争日益加剧，行业步入发展的“天花板”，进入微利时代。
神木天元并未躺在曾经取得辉煌业绩的功劳簿上，而是未雨绸缪，开启转型升级新征程。
“10年来，我们依赖于块煤干馏制取轻质化燃料技术的先进性和创新性，在激烈的竞争中占得先机。但近两年周边同类型企业不断上马，与我们的差距不断缩小。加之消费税政策的影响，我们的优势已经不明显了。我们必须始终不渝地坚持创新驱动战略，走出一条产品精细化、高端化、差异化的高质量发展之路。”神木天元公司总经理李秀辉说，围绕煤焦油，上游产业依托工业化低价粉煤回转热解成套技术为核心，下游以中温煤焦油制备碳材料、中温煤焦油提酚制取酚基新材料、轻质化煤焦油制备芳烃等精细化工产品技术为主线，使产品链向上以粉煤为原料，生产提质焦粉等高端产品，向下以轻质化煤焦油为原料生产精细化工产品、环保产品，构筑特色模块化产业格局。
经过2年多的自主攻关，神木天元利用煤焦油制取碳材料(针状焦)技术获得成功，通过煤焦油预处理、延迟焦化、煅烧加工生产碳功能材料，产品主要用于高功率、超高功率电极、锂电负极材料、超级电容器及储能材料等。2019年12月底，12万吨/年中低温煤焦油制备碳材料研究开发项目建成试运行，今年5月产出合格产品。目前正在优化完善工艺，稳定装置运行。
在60万吨/年粉煤分质综合利用示范装置成功运行的基础上，神木天元正在推进二期工程600万吨/年大型工业化项目。该项目被陕西省政府列入《〈中国制造2025〉陕西实施意见》重大项目，可产提质煤(清洁无烟煤)455万吨/年、煤焦油56万吨/年，同时可副产LNG、LPG等产品。目前该项目整体设计、方案优化、物流布局等前期工作已着手开展，计划在年内启动项目建设。
15年来，神木天元始终把技术研发、科技创新作为企业高质量发展的驱动力，坚持围绕煤焦油上下游产业链不断延伸，从来没有止步不前，多项技术引领行业创新发展。截至目前，神木天元已累计形成各类创新性、改造性成果100余项，申报国家专利100余项，其中76项获授权。
据了解，神木天元正在布局酚基新材料和轻质化煤焦油制取芳烃新项目。其中去年3月开始研发的酚基新材料，利用间对甲酚生产抗氧剂BHT，该产品广泛用于塑料、橡胶、油品及食品等行业，附加值更高。目前前期试验和成果已完成，具备工业化转化条件，争取3500吨/年酚基新材料项目年内开工。
借国家推进科创板等资本市场的东风，神木天元利用技术创新优势开启资本化之路。2019年，神木天元启动科创板上市，逐步推进资产证券化，建立核心技术、研发、生产和管理人才的激励机制。目前，神木天元已被列入陕西省首批7家科创板上市培育企业名单。
“如果说2019年是神木天元转型升级的发展元年，那么今年正处在一个‘新旧动能转换’的战略接续期和‘存量经济向增量发展过渡’的动能培育期。”在毛世强看来，一个“百亿新天元”战略即将全面启动，新蓝图再次擘画出神木天元的转型升级方向，即以60万吨粉煤分质综合利用示范项目科研成果鉴定为新起点，以“高质量发展”为核心，以“改革转型”为主线，以“科研创新”为引擎，以“12万吨碳材料项目投产、600万吨项目建设、科创板上市”为新征程，打造智慧化工厂，建立集团化运作模式，实现产业、科研、金融协同发展，建设以煤为基、国内一流的技术型煤炭资源综合利用的集团化企业，成为煤炭分质利用的技术探索者、产业践行者，做中国煤炭清洁高效转化利用的引领者。
毛世强表示，神木天元对内要发挥混合所有制的优势，各方股东、全体员工共建共享，确保企业长治久安;对外合作包容、互惠互利，不断扩大“朋友圈”和影响力，把技术创新作为增长的新引擎，做大做强产业集群，推动企业增长模式由规模与成本数量型转向技术驱动效率型增长。
未来5年，神木天元将以煤炭分质综合利用技术系统性研发为基础，以清洁能源、新材料和精细化学品开发利用为主导，实现煤炭分质利用全产业链集群化、集约化、精细化、高端化布局，形成“煤炭转化、金融资本、技术工程、现代物流”四大业务板块系统化、协同化发展，打造“规模化、集团化、智慧化”产业格局，建设一流高新技术企业，实现“1120”战略目标，即到2025年资产规模达到100亿元，实现销售收入100亿元、利润20亿元。
神木天元12万吨/年中低温煤焦油制碳材料装置
