图①:国能宁夏煤业煤制油分公司生产的煤基费托合成蜡产品。 丁怡婷 摄

图②:国能宁夏煤业煤制油分公司生产的特种化工品和特种聚合物。 马磊 摄

图③:宁夏泰和芳纶纤维有限责任公司生产的芳纶产品。 曹婕 摄

图④:国能宁夏煤业400万吨/年煤炭间接液化项目一隅。 许祎敏 摄

    上天,变身航天煤油、降落伞骨架材料;下海,成为轮船牵引缆绳;生活中,可用于制作餐盒、玩具、香氛蜡烛……黑黢黢的煤炭除了通过燃烧发出光和热,还是重要的化工原料,可变换出许多新形态、新产品。

    煤炭“变形记”如何上演?近日,记者前往宁夏进行采访。这里正加快建设现代煤化工基地,煤制油总产能居全国首位,煤制烯烃产能占全国约1/5。

    有何变化?

    向高端化、多元化、绿色化发展,提高煤炭作为化工原料的综合利用效能

    火箭还能烧“煤”上天?答案是能。

    2024年11月30日,长征十二号运载火箭发射成功,作为主动力燃料的煤基航天煤油正是由煤炭转化而来的。这也是长征系列运载火箭首次使用煤基航天煤油飞天。

    “煤炭在高温高压环境下与氢气反应,经过复杂的化学反应和工艺控制,最终得到纯净、高热值的煤油产品。”国能宁夏煤业公司煤基航天煤油课题负责人宋迪介绍,这种油品具备低凝固点、低硫、低氮、低芳烃等特点,“能量密度更高,推进力强,有效解决了航天煤油原料来源过于单一的难题。”

    煤,可以化为“一滴油”,还能变作“一根丝”。

    走进宁夏泰和芳纶纤维有限责任公司,总经理吕继平向记者展示了一根黄色的纤维:“别看它直径不到1毫米,里面有1000多根细丝,能拉动1.8吨的汽车。”

    这种对位芳纶纤维,被业内称为“黄金丝”,强度是钢丝的5至6倍,韧性是钢丝的2至3倍,重量却仅为其1/5,而且有耐高温、阻燃、耐腐蚀等特点,可应用于特种防护装备、电气绝缘材料、橡胶骨架等领域。

    吕继平介绍,煤炭通过相关工艺可提取芳烃,是芳纶产业链的重要原料来源。企业于2018年来到宁东能源化工基地投资建厂,一个考虑就是这里的上下游产业链相对成熟,“目前,我们有三成左右的原材料来自宁东基地。”

    提升质量、向高端化升级的同时,煤炭行业也积极向多元化发展。

    来到国能宁夏煤业煤制油化工销售分公司产品展厅,一次性刀叉、舒适的氨纶面料、零下20多摄氏度仍能正常使用的“极寒柴油”等展品让人目不暇接。

    指着一瓶无色透明的粗液体蜡,公司副总经理张建寿告诉记者:“这是一款无烟无积炭的厨房新型燃料,是煤制油的产品之一。它闪点高、不易燃易爆,便于运输储存,而且燃烧稳定、效率高,受到市场欢迎。”再拿玩具注塑料来说,企业生产的煤基材料具有高冲击性能,销售到广东汕头玩具生产基地,很受市场欢迎。

    从刚开始只有液化石油气、石脑油、普通柴油等几种初级石油产品,拓展到如今的高熔点蜡、轻质白油等五大类、20余种精细化工产品集群……依托400万吨/年煤炭间接液化项目,国能宁夏煤业煤制油分公司的吨煤价值提升了7倍左右。

    “2024年分公司销售额达430.7亿元,同比增长5%,客户拓展到36个国家和地区。”张建寿说。2024年,国能宁夏煤业超577亿元的营业收入中,有七成以上来自煤制油、化工产业。

    更低碳、更绿色,也是煤炭变身的一个重要方向。

    “在宁夏电力公司十几个火电厂中,我们从亏损第一变为盈利第一,打了个‘翻身仗’。”国能宁夏电力鸳鸯湖电厂董事长王明生说,成功的关键是将煤炭“吃干榨净”。

    来到电厂的固废资源化利用中心,由粉煤灰制成的蒸压砖整齐摆放,变废为宝;另一边,由煤基固废制成的土壤调理剂,在温室大棚中进行试验使用,可用于改善土壤条件、增加土壤肥力。王明生介绍,企业打造的工业蒸汽、氮气、除盐水等“十能联供”,以及电石渣、热值废料、污泥等“五废回用”,不仅培育了创效增收点,还实现全厂机组煤耗降低15克/千瓦时,年节约标煤24万吨,减少碳排放65万吨。

    为何要变?

    煤炭加工转化,是统筹发展和安全、提升能源保障能力、推动行业优化升级的必然选择

    统筹发展和安全、提升能源保障能力、推动煤炭行业优化升级,要求我们加快推动煤炭清洁高效利用。

    以煤基航天煤油为例,目前我国使用的石油基航天煤油采用环烷基原油炼制而成,而环烷基原油是一种稀缺的石油资源,其储量仅占世界原油总储量的2%左右。相比之下,煤直接液化油品组成以环烷烃为主、含量达85%以上,可以扮演航天能源战略备份的重要角色。

    “‘平时能活、急时保供’,煤制油可作为保障我国能源安全的重要‘底牌’,在关键时刻起到兜底作用。”国能宁夏煤业公司化工管理部相关负责人回忆道,2005年左右,宁夏煤业的煤制油项目准备与南非一家公司合作,但对方仅费托合成一项技术就要价10亿元,还有其他附加条件。十几轮的磋商下来,双方始终没能就具体条款达成一致。

    “那时就感受到,关键核心技术买不来,必须牢牢掌握在自己手里。”该负责人说,后来,面对1000余个子系统、锚定37项自主国产化任务,300多名专家组成10多个创新工作室和攻关小组,不断进行技术改进。2016年12月,400万吨/年煤间接液化项目一次性试车成功,我国成为世界上少数掌握煤制油全生产链技术的国家之一。

    煤化工的原料是煤炭,在生产过程中,碳排放量往往高于石油化工。降低能耗和碳排放,是煤炭业高质量发展要解决的关键问题之一。眼下,不少企业推动煤化工与绿电、绿氢、二氧化碳捕集利用与封存等耦合发展,打造低碳循环的煤炭高效转化产业链。

    在国能国华投资宁夏分公司清水营制氢厂,电解槽有序运行。它们利用光伏电站发出的绿电制氢,绿氢经压缩机加压后,由管道输送至宁东能源化工基地的煤化工项目,替代部分煤制灰氢。“去年9月投产以来,累计产氢量突破400吨,预计今年6月产能将释放到最大,届时年度减碳量可达近4.5万吨。”制氢厂副厂长史俊杰介绍。

    一边源头“减”碳,另一边终端“捕”碳。今年初,宁夏300万吨/年CCUS(碳捕集、利用与封存)示范项目二期项目合作方案签订,项目旨在将400万吨/年煤炭间接液化项目排放的二氧化碳气体捕集后,通过管道输送至国内最大的油气生产基地长庆油田进行驱油封存。项目整体建成投产后,减排二氧化碳总规模相当于每年植树近2700万棵,助力提升煤化工绿色低碳发展水平。

    因何而变?

    产学研用协作、各方优势互补、政策引导助力,推动科技创新和产业创新深度融合

    跳出“挖煤—卖煤”的传统路子,煤炭正由单一燃料向原料和燃料并重转变。中国煤炭工业协会数据显示,我国煤制油、煤制气、煤制烯烃、煤制乙二醇产能已发展到931万吨/年、74.55亿立方米/年、1972万吨/年、1143万吨/年,煤基特种燃料、煤基生物可降解材料、高强丝等产业培育取得积极进展。

    煤炭产品变化背后,是全行业优化供给结构、着力推动科技创新和产业创新深度融合的不懈努力。

    在国能宁夏煤业洗选中心,煤基锂电负极材料中试线正在调试改进。“中试线采用的太西煤被称为‘煤中之王’,具备高热值、低灰分、低硫分等特点,过去规模化应用局限于生产常规活性炭、增碳剂等低附加值产品,特性没有得到充分发挥。”洗选中心副主任杨忠福说,这几年,中心一直和高校院所保持沟通,寻求更优转化方向,“太西煤基锂电负极材料可以弥补锂电池在低温、快充等方面的短板,项目正准备产业转化,为市场拓展奠定基础。”

    科技创新背后,离不开产学研用协作、各方优势互补。

    2024年,CTL和PAO润滑油基础油成套技术万吨级工程示范项目获得立项批复,让国能宁煤煤炭化学工业技术研究院负责人李瑞龙感到自豪:“我们成功突破了煤基高端润滑油关键技术瓶颈,自主研发的基础油产品具有低温动力黏度低、氧化安定性高、纯净环保等特点,实现了这一技术领域的自主可控。”

    中国石油大学(北京)助力研发异构脱蜡催化剂和精制催化剂;清华大学、天津大学等提供动力学理论研究成果;广州国机润滑科技有限公司提供润滑油配方及调配参考;煤炭化学工业技术研究院负责成果整合转化……企业和高校院所协同联动、融通创新,最终助力煤炭高效“变身”。

    科技创新,离不开政策引导。

    “十四五”以来,宁夏科技厅大力支持现代煤化工产业科技创新,聚焦煤制油、煤基烯烃等领域,组织实施自治区重点研发计划项目20余项,支持建设宁东现代煤化工中试基地等科技创新平台载体,借助东西部科技合作机制,汇聚区内外科技创新资源,提升参与国家重点研发计划项目的能力。

    “煤炭产业发展要转型升级,必须走绿色低碳发展的道路。”中国煤炭工业协会相关负责人说,下一步,行业要坚持延伸煤基产业链条,优化调整产品结构,探索研究煤炭原料化材料化低碳发展路径,打通煤制油气、化工和新材料产业链,推动煤炭由燃料向燃料与原料并重转变。