乙炔法对煤化工最大的贡献是什么——访北京神雾环境能源科技集团董事长吴道洪博士

 　　编者按：4月23日，市政府与北京神雾集团就80万吨/年乙炔法制聚乙烯（PE）示范工程、有机固废综合处理项目签订投资合作协议。这两个项目，既是荆门生态立市的支撑性项目，也是产业强市、资本兴市、创新活市的支撑性项目。项目的成功落地，将改变荆门化工产业的发展格局。那么，什么是乙炔法煤化工工艺？乙炔法对煤化工有什么贡献？神雾集团是一家什么样的企业？今年3月11日，北京神雾集团召开乙炔法煤化工工艺全球发布会，国内煤化工权威期刊《煤化工》杂志记者对北京神雾环境能源科技集团董事长吴道洪博士进行了专访。本报全文转发，以飨读者。

　　3月11日，一场关于乙炔法煤化工工艺的全球发布会引起了业内人士的热议。在我国大批煤化工企业不敢贸然上马的情况下，掌握了乙炔法煤化工工艺的北京神雾环境能源科技集团（以下简称神雾集团）竟然投资10多亿元建成了乙炔法煤化工商业示范项目，着实让人大吃一惊。这家企业为什么敢在大多数的煤化工企业观望不前的关头扩大投资？他们为什么对自己的技术这样有信心？这个技术的市场前景究竟如何？记者带着这些问题，采访到了这家企业的董事长兼技术领军人物吴道洪博士。

　　记者：请先介绍一下什么是乙炔法煤化工工艺？

　　吴道洪：乙炔法煤化工工艺不同于目前的煤气化法煤化工工艺，它是根据煤炭的分子结构和固有特性，将煤炭中的容易转化的挥发份和很难进行转化的固定碳进行分质梯级处理，煤炭中容易转化的挥发份经过中低温热解转化为合成气、人造天然气和人造石油；煤炭中的很难转化的固定碳在超高温条件下去还原生石灰，生成电石和一氧化碳，电石再与水反应生成乙炔，唯一的副产物氢氧化钙固废去生产水泥熟料。通过以上三步分级梯级反应，最终煤炭转化为乙炔、人造石油、人造天然气、合成气。这些生产出来的低成本的化工原料再向下游进行合成转化时，可同时发挥石油化工、碳一化工及碳二化工各自转化合成的独特优势，使得下游化工产品的生产路线形成了上述三种化工工艺的高效、有机结合。

　　记者：您的团队是什么时候开始研究乙炔法煤化工工艺的？

　　吴道洪：十年前，也就是煤气化法煤化工正准备进入商业化推广阶段的时候，我们就开始专门组织研究神雾乙炔法煤化工工艺。我从1984年起就一直学习高温燃烧及高温化学反应，我很了解煤气化法煤化工，正因为了解，我们才一直没有走煤气化法煤化工的工艺路线。煤气化法就是将全组分的煤在高温高压条件下加氧、加水蒸气获得氢气和一氧化碳（称合成气），这一工艺过程的投资大、水耗高、合成气的转化效率低、二氧化碳排放大、产品成本高、经济效益差。而神雾乙炔法煤化工工艺的技术原理是采用低阶煤与生石灰磨粉后充分混合并粘接造球，在电石预热炉中烧制到900摄氏度，煤炭中的挥发份转化为人造石油、人造天然气及合成气，产生的850摄氏度以上的高温固体组分热送进电石炉中反应，生产电石。通过增大物料接触面积，提高了反应速率，降低了反应温度，从而降低了反应电耗，增加了产量；同时用低阶煤与粉状石灰替代了价格更高的兰炭和块状石灰。我们开发的乙炔法煤化工工艺与气化法煤化工工艺相比，单位产品的投资额、水耗、能耗、二氧化碳排放、生产成本等指标都大幅度降低。

　　我要特别强调一点，中国的水资源严重短缺，如果不是全球石油价格暴跌的话，我国发展煤化工最大的瓶颈还是高水耗问题。单是用水方面，乙炔法煤化工工艺就能将水耗降低68%，举个例子，气化法煤化工的原料为氧气、煤炭和水，水是作为重要原料出现在煤气化反应中的，但是乙炔法煤化工前端的煤炭热解工艺及电石生产工艺都不需要将水作为原料，这样就大大降低了工艺水耗。

　　记者：既然乙炔法煤化化工工艺原理简洁明了，为什么没有普及？

　　吴道洪：主要是一些核心技术难以掌握，需要投入大量的资金及人才来解决其中的技术难题。比如就电石工艺的技术细节而言，核心技术壁垒在于粘连造球、预热及热送三个环节。

　　第一个是粘连造球环节。由于生产电石的反应会有气体产生，因此反应物料必须保持块状，否则粉状堆积会阻碍气体流动，严重是可能引起炉体爆炸。因此粘连造球环节的紧实效果对于后端安全生产至关重要。我们在前期的电石行业调研中了解到，之前曾有企业了尝试利用反应物料磨粉充分混合，通过增大反应接触面积提高反应效率，但由于后端粉料压块效果差，装料送料过程中易碎，或即使可达到良好压块效果，但粘连成本过高，而最终放弃。我们粘连造球工艺的成熟也是内蒙古港原化工有限公司最终选择与我们进行合作的因素之一。

　　第二个是预热环节。预热炉是技术的核心环节，充分混合并粘连造球成型的物料，进入预热炉中，搭载在履带上，通过其中不同温度梯度的蓄热式辐射管，使煤炭中的挥发充分分析出，并分离出人造石油、人造天然气及合成气。其预热炉的设计、制造工艺，经过神雾集团技术专家多年的研究、摸索、已经非常成熟，并在神雾集团冶金板块也有过类似成熟的项目运行经验。该项工艺依托于神雾环保独家专利的蓄热式电石生产工艺，并在加热模块、设备材质和参数设置等方面有着多年的设计及运行经验积累，这也是这一技术核心之一。

　　第三个是热送环节。从预热炉中产出的物料温度达到900摄氏度，通过热送装置送入电石炉，并升温至1800摄氏度以上进行电石生成反应。相比之前冷料入炉，相当于物料加热的一部分热量已经由电能加热被煤气加热所代替，显著降低能耗，降低电耗，从而降低了生产成本。

　　记者：您认为对煤化工来说，乙炔法煤化工工艺最大的贡献是什么？

　　吴道洪：2015年4月27日国家能源局发布的《煤炭高效清洁利用行动计划2015-2020》（2015）141号文件明确指出，鼓励降低煤提质技术研发和示范。开展煤炭分持分级梯级利用，提高煤炭资源综合利用效率。此前2015年3月9日，工业和信息化部、财政部联合下发了《工业领域煤炭清洁高效利用行动计划（2015-2020）》，对工业领域煤炭清洁化利用作出布局。行动计划中推荐了21种工业领域煤矿清洁高效利用技术，其中有3项技术为推荐了我们公司具有自主知识产权的颠覆性节能减排与大气雾霾治理技术。它们分别是蓄热式电石生产工艺、中低阶煤炭分质梯级利用新技术、合成气无循环两段甲烷化制合成天然气技术。其中，蓄热式电石生产工艺是乙炔法煤化工的核心工艺。这说明，从国家层面，乙炔法煤化工工艺是被认可、被看好的。乙炔法煤化工工艺能够解决目前我国煤化工产业发展遇到的一些问题，对比气化法煤化工工艺，单位产品的投资额更低、能源转化效率更高、水耗更低、二氧化碳排放更少，更关键的是产品生产成本大幅度降低。所以我认为，乙炔法煤化工工艺最大的贡献是在对我国未来煤炭清洁高效利用工艺路线的选择上，让学术界、企业界、政府界看到了一项全新的创新成果路线。

　　记者：您认为乙炔法煤化工的市场前景如何？

　　吴道洪：这么说吧，以聚乙烯产品为例，神雾乙炔法制聚乙烯产品市场可承受的最低油价水平为27亿美元。神雾乙炔法制聚乙烯工艺的核心优势在于其流程短、成本低，可将乙炔生产成本比传统工艺降低24%，制氢成本降低40%。受益于此工艺的优越性，能够用煤炭和石灰生产低成本的乙炔、人造石油、人造天然气及合成气，使得我们公司的技术在目前电石行业升级改造和下游石油化工、煤化工及乙炔化工产品市场表现出很强的成本优势。

　　目前，内蒙古港原化工有限公司采用该工艺的电石生产线已经成功投产，使用该工艺后，电石生产成本为1620元/吨，较之传统工艺2140元/吨的成本，下降24%。2016年3月23日，西北地区电石市场平均价位2245元/吨。传统工艺的成本线已经非常接近市场价，叠加运费与运行不畅等扰动因素，部分企业已经进入微亏状态。但神雾乙炔法煤化工工艺仍有625元/吨的盈利空间，工艺优越性带来的业绩安全边际增加，从而不必担心电石市场价格的波动，也不必担心石油化工、煤化工及乙炔化工下游各种特色产品市场的价格波动了。

　　记者：下一步你们的目标是什么？

　　吴道洪：下一步将重点推动电石——乙炔——聚乙烯、芳烃、1.4丁二醇、丙烯醇、醋酸乙烯乙炔下游特色产品及乙二醇、天然气、汽柴油等石油化工特色产品商业化示范项目的快速落地投产，并在今后向更多的石油化工下游产品市场延伸。

　　记者：如果有企业也想引进这一技术项目，需要达到什么条件、应做哪些准备？

　　吴道洪：其实也没有什么硬性条件。如果目标企业有足够的资金，可以直接购买我们的生产线。如果企业已有电石化工生产线在运行但是效益很差或达不到最新的国家节能环保要求，我们就可以对他原有的传统电石炉生产线进行节能降耗技术改造。企业即使资金不足，也可以跟我们一起共同投资合作或采用合同能源管理模式，神雾环保既可以出资金也可以出技术，最后根据各方的股份多少等决定收益的分配。

　　记者：讲讲您和您的企业经历吧!

　　吴道洪：我1988年从国防科技大学固体火箭发动机专业本科毕业，1991年从国防科技大学液体火箭发动机专业硕士毕业，1994年从北京航空航天大学航空发动机专业博士毕业，1994年底，我进入中国石油大学重质油加工国家重点实验室从事博士后研究一年。我一直在高温燃烧技术及高温化学反应技术领域进行了12年的专业学习，煤化工也属于我专业学习的一小部分。当时中国的博士后较少，博士后毕业的待遇是非常好的，工作包分配，两室一厅配全套家具的房子，毕业后就能获得副教授职称。但我1996年博士后出站之后，我没接受分配、没找工作，直接选择了自主择业，在中关村创办成立了北京神雾公司。当时就想着把自己的知识变成实实在在的产品。刚开始开公司的时候没有想到过会有今天这么大，当时就是想着如何让公司站稳脚跟，如何发挥自己在专业领域的创新研究优势。1999年，我在国内率先发明了烧嘴式蓄热高温空气燃烧技术。2004年，我们投资1亿元在昌平建成占地60亩的神雾工业园；2005年，我们公司全资收购了中石化下属的北京华福工程有限公司，开始全面进入石油化工节能减排工艺变革市场；2007年，我们又全资收购了江苏省冶金设计院有限公司，开始全面进入钢铁、有色行业的节能减排及工艺变革市场；同年，我们投资近5亿元建设了集团核心节能减排装备制造基地；2009年，我们投资近7亿元建设占地100亩的节能与大气雾霾治理技术大型中试实验室；2014年以来，我们并购了上市公司天立环保（300156）、金城股份（000820）两家上市公司，为神雾集团的各项颠覆性节能低碳技术的快速推广提供融资平台。总之，近20年来，我们的定位一直是提高化石能源利用效率、减少大气污染、减少二氧化碳排放、提高企业产品竞争力、保障国家能源供应安全。

　　记者：您刚才说。2009年，你们投资4亿元建设占地100亩的神雾节能与大气雾霾治理技术大型中试实验室。作为一家民营企业，这可是个大手笔。你们为什么要这样做？

　　吴道洪：在目前国际是够价格及大众产品价格长期低迷的形势下，我国现代煤化工要实现可持续发展，最重要的是改变目前低经济效益或无经济效益的局面，不改变现有的煤化工艺路线就很难改变目前中国煤化工高投资、高能耗、高水耗、高排放、低经济效益的现状。但制作行业工艺的颠覆性改变，不可能像互联网行业那样，半年一年就会有飞跃，更不可能是一撮而就的事情。煤化工新工艺绝不是计算机出来的，也不是简简单单凭借一些基础实验研究成果就能解决问题得。它是除了基础实验和理论研究之外，还要投入大量的资金、人才，不断的进行大型中试试验研究，才有可能取得大的成果，更谈不上颠覆了。舍不得大的投资就永远不可能搞出大的成果出来。目前我国的技术研究大多还集中在基础研究阶段，这一阶段的投资少、人力成本低。从技术研发到投入市场，最重要的是要经历一个漫长的中试阶段。中试阶段不走通的话，后面商业示范和技术推广的风险就太大了。中国有些大型央企国企都很有钱，但是就是舍不得在中试研究阶段去大投资。就想前几年一些大型央企国企都争先恐后的投巨资上大型煤化工项目，但是他们投入到大型中试研究上的经费却很少，很多没有经过大型中试试验或验证的新工艺仓促上马，最后投产后的损失大家今天都看到了。所以，我们觉得投入近7亿元建设节能与低碳技术大型中试实验室是十分必要的。

　　记者：你们在技术改造推广中遇到的最大困难是什么？

　　吴道洪：遇到的最大困难是技术示范和推广前期。现在的实际情况是大型煤化工企业大多是国有企业，纵观全球科技创新现状，国有企业的创新机制有其先天的不足，缺少市场化竞争力，他们因为死不掉，所以也强不了。一般的大型国有企业他们宁愿相信外国的一些研究的还很不成熟的科技成果，却不太相信我们中国民营企业的成熟的创新研究成果。不过，这也没有把我们的新技术新工艺的示范和前期推广的路径堵死。过去20年来，我们神雾集团的每一项颠覆性节能减排新技术新工艺都是先从民营企业开始示范推广的，先易后难。当大型国有企业看到我们的新技术的众多成功案例后，他们还是会很乐意跟我们合作的，只是比市场反应慢一两拍而已。

　　记者：您再多个场合都有提倡，多把煤炭当原料，少把煤炭当燃料，您为什么坚持这样的观点？

　　吴道洪：分析一下我国能源禀赋现状就可以看到，中国是“富煤、贫油、少气”的国家。全球可开采的煤炭可供110年使用，中国可开采的煤炭可供217年使用，煤在一次能源消费中的主导地位在相当长一段时间内也很难发生根本变化。但目前我国煤炭还是以烧为主。有资料显示：2015年中国全年共利用煤炭39.5亿吨，其中燃烧用煤（火力发电燃煤占49.7%，民用级工业燃煤占27.8%）占77.5%，原料用煤只占到22.5%。目前，我国二氧化硫排放量的90%，氮氧化合物排放量的67%，烟尘排放量的70%，以及二氧化碳排放量的70%都来自于燃煤。煤炭燃烧导致我国二氧化硫、氮氧化物、大气汞排量高居全球首位。所以我认为，要真正做到煤炭清洁高效利用，就应该最大限度避免煤炭燃烧过程中造成的大气污染，多把煤炭当原料，少把煤炭作燃料。

　　记者：下一步您的研发方向是什么？能透露吗？

　　吴道洪：目前我国城市的生活垃圾产量已达到1.6亿吨，垃圾产生量增速达，成分复杂，处理手段单一，全国661个城市大多已经被垃圾包围。神雾公司要开发的这项新工艺不燃烧生活垃圾，二是通过绝氧解热，将其变成燃油、燃气和固体碳 使整个过程无二噁英等二次污染，无飞灰等危险废弃物，资源化水平高，真正做到了垃圾的“无害化、减量化、资源化”利用。我们还计划推出分布式清洁能源站，以乡、镇、区为单位建立小范围区域性垃圾热解处理站，按每天处理50吨生活垃圾计算，可获得燃气1.2万立方米/天，燃油7吨/天，固体碳20吨/天，这些高热值能源既可供本地使用，也可储存、运输后深加工处理，使每个乡、镇、区变成一个小型的“油、气、煤田”。目前，这项颠覆性技术的商业化示范项目——河北霸州200吨/天生活垃圾热解处理生产线已经顺利投产验收，此示范项目也是科技部“十二五”重大支撑课题、北京市科委“京津冀协调发展一体化”重大课题。

　　记者：这似乎离煤化工远了点？

　　吴道洪：不远，与化石能源一样，这些都是在围绕各种有机物的清洁高效利用在做文章，它们的目标是一致的，都是为了节能减排和资源综合利用，其研究手段和技术路线也是相似的，

　　记者：那就祝你们成功！

　　吴道洪：谢谢，我们会努力的。

　　《煤化工》杂志记者 王尚