“煤炭能源的清洁高效利用”分论坛举行

专家学者发表煤炭能源清洁高效利用前沿科技

　　2019年太原能源低碳发展论坛分论坛之一“煤炭能源的清洁高效利用”论坛10月23日举行。多名国内外知名专家学者围绕煤炭能源的清洁高效利用，分别作了主题演讲，发表了在该领域的科研成果与前沿观点。副省长贺天才出席论坛并致欢迎辞。

　　中国工程院院士谢克昌、岳光溪，俄罗斯科学院通讯院士Zinfer Ismagilov、石油和化学工业规划院副院长李志坚、美国气体技术研究院全球高级副总裁Michael Rutkowski、澳大利亚联邦科学与工业研究组织高级研究员llyushechkin Alexander、德国弗莱贝格工业大学能源过程工程与化学工程研究所高级科学家Markus Reinm?ller、自然资源保护协会高级顾问杨富强、新疆大学高层次人才学术带头人、中国矿业大学教授魏贤勇围绕煤炭清洁高效利用政策、产业及技术发展现状与趋势、成果应用等展开深入交流与讨论。

　　目前，国际能源发展整体进入深度转型期，世界主要国家均加速调整能源结构和转变能源开发利用模式，加快向绿色、多元、高效的可持续能源系统转型。转型的主要途径就是在推动化石燃料高效清洁利用的同时，大力推动可再生能源、核能的规模化开发利用，提高能源结构中新能源的占比，以满足日益严苛的环保要求。我国是世界上最大的能源消费国，且对外依存度高，“富煤、少油、贫气”的资源禀赋和相对落后的能源利用方式，已经导致了能源和环境矛盾的激化，建立独立自主、适合我国国情的可持续、安全、经济、大规模能源发展体系迫在眉睫。未来一段时间，甚至更长远看，煤炭仍将是我国主体和基础能源，能源转型的立足点和首要任务就是推动煤炭清洁高效利用，必须加快推进煤炭产业发展由资金和资源推动向以技术创新驱动为主的方式转变。能源安全可持续发展必须多元化，应从科技驱动、绿色开发、全面提质，以及运输优化、先进发电转化升级和节能降耗等方面，在整个产业链上实现煤炭清洁高效利用。

　　此次分论坛的举办，将搭建煤炭能源领域产学研用平台，推动我省能源技术创新和产业快速发展。

　　推进煤炭产业向技术创新驱动转变

　　中国工程院院士 谢克昌

　　我国的能源结构与供需关系决定了我国必须大力推进煤炭清洁高效可持续开发利用，并以此作为能源转型发展的立足点和首要任务。

　　未来20年，煤炭在我国能源消费结构中仍将长期占据主体地位，煤的清洁高效利用是唯一出路，应加快推进煤炭产业由资金和资源推动向以技术创新驱动为主的方式转变。就整体而言，我国当前的技术水平还不足以支撑煤炭的清洁高效利用。为此，我们认为，要在能源体系框架下进行能源转型和结构优化，防范不切实际的能源转型对经济发展和能源供应构成的伤害。能源革命的关键是能源技术革命，只有颠覆性技术才能有效促进能源低碳转型。突破煤炭资源勘查、安全高效绿色开发、煤炭提质、先进煤炭燃烧和气化、煤炭清洁高效转化、先进输电、煤炭污染控制、煤炭节能等一批核心技术和关键技术，建立煤炭清洁高效可持续发展支撑体系，引领世界煤炭清洁高效可持续开发利用技术发展。

　　开发利用二氧化碳 实现低碳未来

　　俄罗斯科学院通讯院士 Zinfer Ismagilov

　　二氧化碳具有安全无毒、廉价易得、可再生等优点，直接排放会对大气造成污染，形成温室效应。

　　目前，全球被回收和利用的二氧化碳资源占比极低，所有人为的二氧化碳排放中，只有0.5%得到了工业应用。开发经济价值高的二氧化碳利用新技术，对于推动全社会关注二氧化碳，建设具有绿色碳循环特征的可持续发展社会具有重要意义。

　　对二氧化碳进行化学利用，首先要对它进行捕捉，否则很难进入下一步化学反应环节，这是一个重要步骤。捕捉之后要利用它，就要加催化剂了，使用的催化剂就是加入到化学反应当中所需要消耗的能量，通过加入催化剂之后可以进一步提高二氧化碳能量的转换，而且能减少消耗。我们生产出一种比较稳定的纳米级催化剂，稳定性和性能都比较好。

　　希望通过这次论坛，我们能够进一步扩大合作领域，在未来能够和煤炭大省山西的相关机构合作。

　　加快发展煤化工下游产品

　　石油和化学工业规划院副院长、教授级高工 李志坚

　　大规模发展的煤化工是我国特有产业，我国煤化工产业发展已具相当规模，煤炭年转化能力已达2.5亿吨以上。

　　传统煤化工包括煤制合成氨、煤制甲醇、煤制电石，已成为行业主体。现代煤化工包括煤制油、煤制天然气、煤（甲醇）制烯烃、煤制乙二醇。这些是煤炭清洁高效利用重要方式，成为石油化工的重要补充。

　　煤炭清洁高效利用，不仅要关注将煤炭转化为清洁能源，更应关注煤炭转化为材料的发展路径。特别是对于煤炭价格较高的山西省，煤基新材料是实现煤炭高效、高值转化，提升竞争力的重要途径。在煤化工初级产品的基础上，发展以合成材料和精细化工为主导产品的煤化工深加工，符合山西省煤化工产业发展特点和产业升级的要求，应予以重点关注和研究。

　　合成树脂、合成纤维、合成橡胶、工程塑料的领域产品门类众多，产品更新换代和产品升级的潜力很大，随着新技术的突破，煤化工深加工产业竞争力不断提升，具有广阔的发展空间。

　　为高灰熔点煤气化提供全新技术

　　美国气体技术研究院（GTI）全球高级副总裁 Michael Rutkowski

　　GTI是一家从事燃气研究、技术开发的非盈利性机构，致力于运用高新技术对煤炭清洁利用和天然气进行研发创新。

　　R-GAS煤气化技术是一种新型煤气化技术，借鉴航天领域喷射器的设计经验，气化区域最高温度可达2500摄氏度，可气化高灰熔点劣质煤等原料。该技术以山西当地高灰熔点劣质煤为原料，经测算合成气成本约可降低0.2元/Nm，合成氨成本约可降低420元/吨，尿素生产成本约可降低246元/吨。

　　开展R-GAS气化新技术的研究推广，是为了给高灰熔点煤的清洁利用寻找更好的途径。阳煤集团此前运送的高灰熔点煤到美国GTI公司进行中试装置试烧，各项参数达到预期值，试验效果理想。

　　气化是煤炭清洁转化利用的重要过程之一。新型煤气化技术不仅可在不添加任何添加剂和配煤的情况下，完全气化高灰熔点煤，而且可使造气成本整体降低1/4，可为山西乃至全国高灰熔点煤的气化提供一种全新的气化技术。

　　气化在工业中发挥重要作用

　　澳大利亚联邦科学与工业研究组织高级研究员 Ilyushechkin Alexander

　　澳大利亚联邦科学与工业研究组织在煤炭、生物质和其他含碳原料气化过程和现象等方面进行了研究。

　　以气化为基础的系统在规模和产品方面提供了灵活性，并在澳大利亚的多元化能源资源工业中发挥重要作用。

　　生物质气化是在一定的热力学条件下，借助于空气部分（或者氧气）、水蒸气的作用，使生物质的高聚物发生热解、氧化、还原重整反应，最终转化为一氧化碳、氢气和低分子烃类等可燃气体的过程，是一种灵活的技术。

　　煤气化是一个多阶段的过程，指煤或焦炭、半焦等固体燃料在高温常压或加压条件下与气化剂反应，转化为气体产物和少量残渣的过程。所得气体产物视所用原料煤质、气化剂的种类和气化过程的不同而具有不同的组成，可分为空气煤气、半水煤气、水煤气等。煤气化过程可用于生产燃料煤气，作为工业窑炉用气和城市煤气，也用于制造合成气，作为合成氨、合成甲醇和合成液体燃料的原料，是煤化工的重要过程之一。

　　通过废物气化进行化学回收

　　德国弗莱贝格工业大学高级科学家 Markus Reinm?ller

　　位于德国弗莱贝格的能源过程工程与化学工程研究所是欧洲领先的热转化工艺和大规模气化技术研发机构之一，在促进褐煤和废弃物等国内碳资源的可持续利用方面发挥着关键作用。2019年，我们建立了国家循环碳经济网络，其中一个关键目标是利用不同类型的废弃物作为生产合成材料的化学原料燃料、SNG和化学产品，即废弃物的化学回收。国际电工委员会借鉴了以往示范项目的经验开发了创新技术，如施瓦兹泵，其中75%的废弃物和25%的煤炭被共同气化生产甲醇。

　　过去10年，我们进行了垃圾气化研究。在废弃物气化上，促进不同类型废弃物作为石油、天然气和煤炭的替代原料用于化学生产方面，发挥着重要作用。遵循“减量化、再利用、循环利用、焚烧、填埋”，通过可持续的管理，特别是通过废弃物气化进行化学回收，将是中国发展电力生产、交通运输和生产部门的一个重要组成部分。

　　各相关行业需实现煤控目标

　　自然资源保护协会（NRDC）高级顾问 杨富强

　　根据煤控情景，中国煤控消费2013年已达峰，石油消费将于2025年达峰，天然气及一次能源消费将于2040年达峰。2013年-2018年能源部门的二氧化碳排放进入平台期。“十三五”减煤三大途径为清洁化、减量化和替代，其中，减量化占减煤的72.9%，替代占17.1%，清洁化占10%。

　　在各相关行业实现煤控目标的关键政策上：电力，煤电由主角转向配角，发展清洁能源；钢铁，建立和完善废钢资源综合利用政策，削减高能耗钢铁出口，化解产能过剩1—1.5亿吨；建筑，去库存，到2020年建筑总量控制在700亿平方米以下，新建能效水平达到国际先进水平85%，50%为绿色建筑，可再生能源在建筑总能耗的占比达到15%；水泥行业化解过剩产能，利用水泥窑协同处置技术承担生活、污泥和工业废料。

　　煤控研究项目在山东、山西、河南三省进行，山东重点是加强控煤力度，推动新旧动能转换；山西重点是摆脱煤炭依赖，争当能源革命排头兵；河南重点是优化能源结构，催生中部经济新动力。

　　煤炭资源低碳和高值化利用

　　新疆大学高层次人才学术带头人、中国矿业大学教授 魏贤勇　　

　　目前煤的气化、液化、热解等转化技术存在投资大、操作条件恶劣、原煤和水消耗量大，二氧化碳、废水等排放量大等明显缺点。

　　煤中有机质除无烟煤和高阶烟煤外，主要由富含芳香环的大分子有机物组成，特别是以不同键连接的稠环。

　　煤中有机质定向加氢转化的最终目的是完全裂解所有的键和侧链，从而获得相对简单组成的可溶物种，即非取代芳烃。从可溶物质中提取纯芳烃应易于后续分离。

　　煤中有机质定向加氢转化的关键技术是制备高活性催化剂。例如，二硫化铁通过链式反应催化氢气生成氢。而含碳材料，如活性炭和炭黑，可以均匀地将氢气分解为H。酸性强的固体酸能有效地将氢气杂解离为相对流动的H+和不流动的H-，而碱性强的固体碱能将氢气杂解离为相对流动的H-和不流动的H+。H、H+和H-能在煤的有机质中裂解某些键，而H被证明对不饱和部分，特别是芳香环的氢化是有效的。

　　专访

　　推动山西煤基产业链迈上新台阶

　　——访中国工程院院士、清华大学教授岳光溪

　　“我曾在岚县工作6年，在这里留下了深深的感情，就我个人而言，能多为山西的老百姓做事，就是我作为一个知识分子的应尽责任，我希望尽己任推动山西煤基产业链迈上新台阶。”10月23日应邀出席2019年太原能源低碳发展论坛的中国工程院院士、清华大学教授岳光溪在接受记者采访时说。

　　岳光溪说，世界上所有化石燃料的核心难点在于如何清洁使用。自上世纪80年代起，针对我国急需解决的劣质煤炭和洗煤过程产生的煤矸石清洁高效利用问题，他和课题组开展了循环流化床燃烧技术研发，奠定我国循环流化床燃烧技术发展的基础。

　　在清华大学工作闲暇，岳光溪常常回想起在山西度过的愉快时光，至今难以忘怀，这也促使他的科研与山西再度结缘，他把研究课题与我省的能源需求紧紧结合起来，力争推动山西煤基产业链迈上新台阶。针对全世界循环流化床燃烧锅炉的风机电耗高、可用率低的共性问题，他的团队2007年提出了基于流态条重构的节能型循环流化床技术。岳光溪选择太原锅炉集团为合作对象，完成产品开发，使得企业年产值从1亿元提高到了8亿元。2015年以来，国家对燃煤污染排放提出了最严格的标准，他再次从理论上提出调整循环流化床的内部流化状态，从而开发了在燃烧过程中直接达到超低排放的循环流化床技术，太原锅炉集团的年产值也因此突破了10亿元。

　　为推动我国煤化工、煤气化技术的发展，岳光溪团队与丰喜肥业（集团）有限公司、阳煤化机集团等单位组成产学研用联盟，开展水煤浆水冷壁气化技术的技术攻关。他说：“从2000年开始，我们选定GE-TEXACO的水煤浆气化技术作为团队研发起点，提出了分级给氧水煤浆气化观点，形成了第一代清华煤气化技术。进而用带有高导热耐火材料层的膜式水冷壁代替原有高温耐火热绝缘砖，形成了水煤浆膜式壁的第二代清华煤气化技术。在此基础上，团队与阳煤集团形成产学研团队，解决了GE-TEXACO气化始终没有成功的高温煤气熔渣混合气流热回收与积灰的难题，形成了清华第三代气化技术，命名为晋华炉气化技术。”2016年4月1日，晋华炉在阳煤丰喜肥业（集团）有限责任公司临猗公司投入运行，实现了水煤浆气化炉结构创新和旧炉改造，技术处于国际领先水平，至今已为企业创造了22亿元产值。

　　岳光溪说，所谓创新就是每个环节的进步累积。与其天天喊创新口号，不如深入生产实际，一个环节一个环节地改进，积累进步。能源革命看山西，争当全国能源革命排头兵是山西转型的现实要求，他希望山西发挥好自身优势，做好煤基产业链，争当清洁能源的示范者、引领者。

　　相关链接

　　清洁能源

　　清洁能源即绿色能源，是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源。清洁能源不是对能源的简单分类，而是指能源利用的技术体系，清洁能源不但强调清洁性同时也强调经济性，清洁能源的清洁性指的是符合一定的排放标准。

　　清洁能源包含两方面的内容：第一是可再生能源，指消耗后可得到恢复补充，不产生或极少产生污染物。中国目前是国际洁净能源的巨头，是世界上最大的太阳能、风力与环境科技公司的发源地。第二是非再生能源，指在生产及消费过程中尽可能减少对生态环境的污染，包括使用低污染的化石能源（如天然气等）和利用清洁能源技术处理过的化石能源，如洁净煤、洁净油等。（沈佳 程国媛 孙荣祥）