浅析我国煤气化技术引进_研发及自主创新中存在的问题和鼓励措施
浅析我国煤气化技术引进、研发及自主
创新中存在的问题和鼓励措施
马会华,王凤敏
(鹤壁煤业(集团)公司信息处,河南鹤壁 458000)
摘 要:介绍了当前世界上最先进的壳牌干粉煤气化技术、德士古水煤浆气化技术、GSP
煤气化技术的研发过程及国内引进情况,三种技术的研发国均不以煤为主要能源,体现了他们目光长远的经济战略决策,而我国企业在自主创新中缺乏积极性及人力、物力资源,针对这些问题,提出了鼓励企业自主创新的措施。
关键词:煤炭气化;技术开发;自主创新;问题中图分类号:TQ546 文献标识码:A 文章编号:100528397(2006)0320038204
收稿日期:2006203215
作者简介:马会华(1975—
),女,河南开封人,1998年毕业于辽宁工程技术大学,工学学士,鹤壁煤
业(集团)公司经济师,电话:0392-*******。
1 我国煤化工技术现状
煤化工是以煤为原料,经过化学反应,生成
各种化学品。煤炭气化是在一定温度、压力条件下将气化剂(O 2、H 2O 或CO 2)与煤炭反应,生成洁净的合成气CO 和H 2。该法是对煤炭进行化学加工的一个重要方法,是实现煤炭洁净利用的关键技术之一。
煤气化工艺至今已有100多年历史,煤气化技术的先进性在相当程度上影响煤化工的效率、成本和发展。气化炉的开发需要煤炭、金属材料、化工流体力学、传质传热、耐火材料、自动控制等技术相互结合,但在我国由于许多领域分割过细,如煤质研究、气化技术开发和应用单位分属于不同的主管部门,力量较分散,影响了煤炭气化技术的开发。因此,我国煤气化技术总体水平落后,与世界先进技术相比差距甚远。国家从“六五”至“九五”期间投入大量人力、物
力,引进、研制和开发先进的煤气化技术。到目前为止,我国几乎开发过所有的气化方法,但往往开发到中试甚至只有实验室规模就停止了,如流化床工艺、气流床工艺等,导致真正拥有知识产权的大容量先进气化技术至今几乎仍是空白。在基础研究方面,我国对煤炭热解、气化动力学、气化过程传质及传热、气化过程污染物迁移规律等都进行过研究,但不够系统,也没有总结出可以应用的规律。
20世纪80年代末以前,我国的煤气化完全
依赖常压固定床技术。这种气化技术的缺点是原料适应性差,规模小,环境污染严重。目前我国有800多家中小型化肥厂仍采用水煤气工艺,约
4000台气化炉,每年消费无烟块煤(或焦炭)4000多万吨。
随着石油资源的日益紧缺和油价的持续攀升,我国的煤化工工业步入了快速发展的新时期,并成为当今能源化工发展的热点。从中央到地方都在研究和部署今后5～10a 煤化工发展方向、战略重点和重大项目,特别是产煤地区已将发展煤炭深加工、构建煤化工基地或园区、延伸传统煤炭产业链,作为振兴地方经济的重大举
2006年第3期 煤炭加工与综合利用
COAL PROCESSIN G &COMPREHENSIV E U TIL IZA TION
No 13,2006
措。有专家指出,煤炭能源化工工业是今后20a 的重要发展方向,我国将成为世界最大的煤化工工业国家。虽然煤炭资源在我国仍处于能源的主体地位,但长期以来,我国并没有将煤转化技术的开发放在重要地位。20世纪70年代,由于当时发生石油危机,促进了替代能源和洁净煤技术的开发,国外许多大型公司抓住机遇,开发出煤化工新技术作为战略技术贮备。由于我们没有自主知识产权的新技术,致使在发展煤化工产业时需要付出高昂的代价来引进这些技术。
2 当前世界上最先进的煤气化技术
目前,世界上先进的煤气化技术有壳牌煤气化技术、德士古气化技术和GSP气化技术。这些技术都是花费几十年的时间,经过一系列的小试、中试、工业化示范装置等科学程序和持之以恒的努力,最后成功推向市场的。而这些公司所在地荷兰、美国、德国却不是以煤为主要的直接能源和化工原料,因此,这些研发技术体现了他们着眼长远,超前部署前沿技术和基础研究,引领未来经济发展战略目标。这些经验值得我国的企业思索学习。
211 壳牌干粉煤气化技术的开发
20世纪70年代初期的石油危机引发了荷兰壳牌国际石油公司(SHELL)对煤气化的兴趣。1972年SHELL公司决定开发煤气化工艺,通过对比当时的煤气化技术,对所开发的工艺制定了基本原则,形成了基本概念。
1)小试
1976年,公司在荷兰阿姆斯特丹建成处理量为6t煤/d的小试装置,进行煤种试验,验证SHELL气化理论,为工艺模型开发提供基础数据,并进行材料试验和煤气净化方法试验,收集基本环保数据。
2)中试装置
在小试的基础上,于1978年在原德国的汉堡建设了一套日处理150t煤的中试装置。主要任务是进行不同煤种的气化试验,与小试结果对比,验证煤气化数据和工艺模型;同时进行相关的设备试验,确定煤气化关键设备的设计原则,为工业化装置的设计提供数据,为生产装置积累操作经验。中试装置累计进行气化试验6000h,于1983年结束运转。
3)工业示范装置
工业示范阶段在中试的基础上,对气化和煤气冷却系统的设计进行了大幅度的改进,并在美国休斯顿郊区的壳牌工厂建设了工业示范装置。该装置于1983年设计,1986年开始运转,气化规模为250～400t/d。示范装置的主要任务是验证SHELL煤气化工艺技术,包括工艺特性及设备可靠性,为进一步开发商业化生产提供操作技能和经验。装置累计运行15000h,气化了大约18种煤,于1991年被关闭。
4)工业化应用
1993-1998年在荷兰布根伦市IGCC电站建成气化规模为2000t/d的炉子,用于整体煤气化燃烧—蒸汽联合循环发电,发电量为250MW。1994年首次用煤气化发电,1998年装置转交当地公用事业部门,进入商业化运行阶段。
壳牌煤气化技术从2001年进入中国市场以来,到2005年底,在中国市场共签约了16套装置。目前仍有多个项目在洽谈中。
212 德士古水煤浆气化技术
1)初试
1948年美国德士古公司首先创建了水煤浆气化工艺,在洛杉矶近郊建设了第一套中试装置,这在煤气化发展史上是一个重大的开端。由于20世纪50-60年代油价较低,水煤浆气化无法发挥资源优势,再加上工程技术问题,于1958年中断了试验。
2)中试
水煤浆气化技术的发展停顿了10多年,直到20世纪70年代初期,发生了第一次世界性石油危机才出现了新的转机。德士古公司重新恢复了试验装置,于1975年建成一台215MPa的低压气化炉,1978年和1981年再建两台压力为815MPa的高压气化炉,其任务是进行煤种评价和研究开发,共试烧了20种煤。
3)工业示范
1973年德士古公司与联帮德国鲁尔公司开始合作,于1978年在联帮德国建成了一套德士古气化工业试验装置。该装置是将中试成果推向工业化的关键,通过试验获得了全套放大技术,
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并为以后各套工业化装置的建设奠定了良好基础。1980年,在美国阿拉巴马建成第二套工业装置,研究天然气改煤的经济性。
随着国际石油价格的不断上涨,德士古气化装置顺应时代发展的潮流进入了商业黄金时代,国外采用德士古气化技术建成的工业化装置共有12台套。中国从1993年引进第一套设备建成投产以来,至2004年6月,已累计签署了26项许可贸易协议,其中17个项目已经在商业运行,目前仍有多个项目在洽谈之中。
213 德国GSP煤气化技术
原民主德国一直致力于煤炭综合利用的研究工作,即使在国际石油市场过剩的年代,也没有中断褐煤气化的开发工作。弗来贝格矿业大学在1964年组建了燃料研究所(DB I),主要研究煤矿开发、燃料开发和气化技术。
1970年,DB I开始研发气流床气化炉。1979年建成3MW中试装置,并进行了多种煤的试验。1984年在德国黑水泵市建成130MW (30t/h)工业装置。从1986年到1990年主要气化褐煤,生产民用煤气,1988-1989年达到高负荷运行,1991年后主要烧废油和污泥。东西德合并后,1991年德国诺尔公司收购了前东德燃料所气化工艺部门,成为技术的拥有者。1996年建成5MW的完整中试装置,期间对城市垃圾、石油焦、生物质和其他燃料等进行试验。1999年,此项技术又被劳柏格电厂收购,2001年在英国建设30MW水冷壁气化炉,气化渣油,用于燃料气。2002年,此项技术又被瑞士未来能源公司收购,在捷克建成140MW水冷壁气化炉,气化渣油,用于IGCC的燃气。2005年,在中国市场已经签订了两个技术转让合同,还有多家企业正在与之洽谈。
214 技术引进费
引进一套处理量750t/d的德士古煤气化装置,专利费、工艺设计软件包费及培训服务费约300万美元。引进一套处理量2000t/d的壳牌煤气化装置,软件费约为900万美元。引进GSP 煤气化装置,以后续工艺所需气体量收取软件费。引进两台GSP气化装置的费用与引进单套壳牌气化装置的费用相当。3 其他技术
煤化工的其他领域如甲醇合成、煤制油、煤制烯烃等都存在类似的情况,关键技术被几家国外大型公司控制,甚至通用技术大型空分装置也是如此。
4 提高企业研发能力的重要性
目前,我国许多产业都缺乏能够支持结构调整和产业升级的技术,特别是具有自主知识产权的关键性技术供给和技术储备严重不足。由以上几家气化技术的研发过程及市场推广可以看出,在科学技术迅猛发展的今天,技术创新能力直接决定着企业的生命力,从而决定企业的生存与发展。若企业具有较强的技术创新能力,一方面可以获得超额利润,甚至垄断利润;另一方面能够使企业在本领域内始终保持技术领先地位。这两方面都是企业实现可持续发展的重要条件。
2006年1月9日在北京召开的新世纪第一次全国科技大会,以胡锦涛同志为总书记的党中央向全国人民发出“加强自主创新、建设创新型国家”的科技动员令。总体目标是:到2020年,使我国的自主创新能力显著增强,科技促进经济社会发展和保障国家安全的能力显著增强,基础科学和前沿技术研究综合实力显著增强,取得一批在世界具有重大影响的科学技术成果,进入创新型国家行列,为全面建设小康社会提供强有力的支撑。
5 企业开展技术创新的主要问题
企业是科技创新的基础。掌握着国家优势资源的国有大中型企业在科技自主创新方面应发挥领军作用,但是这些企业自主创新能力不足却是普遍存在的现象。核心技术缺失带来的产业技术空心化在企业中显著存在,并成为制约企业国际竞争力和经济社会发展的瓶颈。
(1)企业自主创新的意识还不强,动力机制不完善,科技投入明显不足。这是因为:一方面,一些行业中国有大型企业长期具有垄断地位,因而缺乏竞争的创新动力;另一方面,国有大中型企业领导的长任制,对其缺乏有效激励,企业家的创新意愿和创新动力明显不足。这在很
04 煤炭加工与综合利用2006年第3期
大程度上影响了我国大中型企业的科研开发。(2)技术开发成本高是企业技术创新的主要障碍。企业技术创新是以现有的资本投入来换取未来可能的收益,因此存在着较大的风险。尤其是企业自主研发需要大量的人力、物力,资金短缺是影响企业技术创新的现实障碍,而中高级技术开发人员的缺乏直接影响着企业技术创新的进程。6 鼓励企业自主创新的措施
(1)完善税收优惠政策,
以鼓励企业自主创
新。可以设置行业专项基金,为具备行业领先的技术研发活动提供资金支持。针对重点发展的行业项目提供税收返还和税率优惠等政策,以鼓励企业积极主动开展创新活动。
(2)将提高企业自主创新能力的指标纳入国有大中型企业领导的考核体系,激励企业家的自主创新行为。可考虑将科研经费投入量占销售收入的比例和每年企业获得的发明专利指标,纳入国有大中型企业领导人的年度和任期考核中,激励国有大中型企业自主创新,以培育核心竞争力。
(3)建立各类激励企业自主创新的专项基金,支持和引导企业加大科研经费的投入,为企业自
主创新所需科研经费的筹集提供更为广阔的资金
渠道。
(4)建立国家技术创新平台,培育共性技术创新能力。打破传统部门所有的壁垒,减少重复建设,根据共性技术开发的需要,加快技术创新基础设施的建设,建立科技基础平台和公共信息、公共数据的有效共享机制,提高科技基础设施利用效率。
(5)引进、消化、吸收、再创新。国家要加强宏观调控和管理,有效抑制重复引进的行为,在政策和资金筹措方面,鼓励对引进技术进行消化、吸收、自主创新。
(6)重视人才培养和引进。开发中长期的应用技术和有关的基础技术,要有专业队伍从事研发工作,高素质人才是自主创新、科技开发的最重要资源,要着力培养、吸纳研发人才,特别是领导人才的发掘和培养。
(7)一个企业资金与技术的力量总是有限的,若多家企业合作进行技术开发,达到集成创新,是一条投资少、效果好、优势互补、各方共赢的路子,对于认准的、有市场前景的技术也可以通过并购获得所需人才和相关的技术专利。
晋城劣质高硫无烟煤生产合成油示范工程奠基
2006年5月27日,晋城煤业集团高硫无烟煤生产合成油(10万t/a )示范工程奠基。
该项目与其他“煤制油”项目比较,其特别之处就在于所利用的原料煤是灰分高达22%～30%,硫分高达214%～
316%,灰熔点高于1500℃的“三高煤”,没有单独开采和直接使用价值,更准确地说,它属于非经济性资源,目前在晋
城矿区赋存丰富。据资料显示,类似煤种在山西省以至全国均有一定储量。
该项目所使用的煤气化技术是由中科院山西煤化所历经20余年研究开发,拥有我国自主知识产权的“灰熔聚流化床粉煤气化技术”,曾获中国科学院科技进步一等奖、国家“八?五”科技成果奖、国家发明专利和实用新型专利。项目投产后,主要产品是高质量的93号汽油,副产液化天然气、硫磺,可调产精甲醇、二甲醚、乙烯、丙烯等化工产品,可灵活适应市场需求,具有广阔的市场前景和巨大的经济潜力。该项目预计投资1018亿元,建设周期30个月,投资回收期税前8192a ,税后9185a 。
(宫 文)
淄博矿业集团煤炭热解提取煤沥青技术获得成功
淄博矿业集团历经6a 攻关,先后投入2000多万元自主研发的煤炭热解提取煤沥青技术获得成功。这是该集团继从煤沥青中提取碳纤维和活性碳纤维后突破的第三大核心技术。碳纤维具备耐高温、耐磨、抗拉强度高、导电四大特点,可广泛应用于航空航天及民用工业等领域,素有“材料之王”的美誉。这项高精尖产品的生产技术此前完全掌握在少数发达国家手中,我国全靠进口。
有了这项技术,每吨煤的沥青提取率可由10%提高到50%左右,意味着每215t 价值不过千元的煤,可生产出1t 售价分别高达15万元和40万元的碳纤维或活性碳纤维,增值150～400倍。
(崇 文)
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