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“所企聯姻”技術研發 保障國家能源安全 [2018-1-15]

“研發煤制天然氣技術是為了應對‘明天’潛在的危機,越是在氣量充分、氣價便宜之時,越不能放慢技術研發的速度,只有這樣,國家才能在能源市場上占據主動地位。”中國科學院山西煤炭化學研究所(以下簡稱山西煤化所)研究員、新奧能源研究院煤氣化首席科學家畢繼誠堅定地告訴《中國科學報》記者。

我國能源消費結構長期處于“多煤、貧油、少氣”的失衡狀態。一方面,粗放型的煤炭利用方式,導致環境污染嚴重;另一方面,石油和天然氣過度依賴進口,不利于我國能源安全。

“從全局來看,國家非常需要清潔利用煤炭的‘煤制天然氣’技術。”新奧能源控股有限公司(以下簡稱新奧集團)董事局主席王玉鎖曾在采訪中強調。這種理念與畢繼誠及其團隊所從事的研究非常契合。山西煤化所提供研發思路,新奧集團搭建研發平臺,雙方“聯姻”,共同推動煤制天然氣產業化,真正實現科技成果“落地生根”。

結緣:理念與技術的契合

新奧集團是一家以提供城市燃氣為主要業務的民營企業。為應對激烈的市場競爭和天然氣短缺危機,新奧集團必須要擁有獨立可靠的氣源。2004年,新奧集團正式提出發展“煤制天然氣”技術,并預計投資20億元。

最初,新奧集團采用的是美國大平原工廠以魯奇爐氣化為先導的煤制天然氣工藝,但由于該技術本身存在很多不足,它經歷了一段探索時期。

那么,如何改變現狀?誰來“率領”研發團隊?他們找到了有著數十年煤轉化技術研發經驗的畢繼誠,并聘請其兼任新奧集團煤基低碳能源國家重點實驗室副主任、煤氣化首席科學家。

“早在上世紀20年代就已經有了煤催化氣化制天然氣的概念,但受諸多因素影響,較長時間僅停留在實驗室研究階段。”2009年,畢繼誠帶領山西煤化所團隊一行6人來到了位于河北廊坊的新奧集團煤制天然氣研發基地,聯合企業申請國際科技支撐計劃和“973”計劃,開發“煤催化氣化制天然氣技術”和“煤加氫氣化聯產芳烴和甲烷技術”。

針對美國魯奇爐煤制天然氣技術和工藝存在的問題,畢繼誠帶領團隊與企業另辟蹊徑,在原有催化氣化概念的基礎上,進行創新,顯著提高了能量利用效率,引入氧氣燃燒難于氣化的頑固碳,并使用分散進氧的方式避免氣化爐結渣,形成具有自主知識產權的“煤催化氣化制天然氣技術”。

“該技術使得每天5噸煤處理量的催化氣化PDU裝置在國際上得以首次運行。”畢繼誠告訴記者,該技術正在內蒙古達拉特旗新能源化工工業園區建設1500噸/日的投煤量、2億立方米/年的天然氣工業化示范裝置,已完成主體設備吊裝,預計今年7月進行投煤試車。

畢繼誠表示,與現有的魯奇爐煤制天然氣技術相比,煤催化氣化技術可投資節省1/5,成本降低1/4,能源轉化效率提高約10%。

合作:寬松的研發環境很重要

“煤加氫氣化聯產芳烴和甲烷技術”是一種更高效率的煤制天然氣技術。

畢繼誠曾在日本大阪煤氣公司工程部做過煤加氫氣化技術研發。他深知,將粉煤和氫氣同時加入氣化爐內,依靠氫氣作用會得到富含甲烷的氣體和輕質焦油,“此工藝流程簡單、投資成本低且過程的熱效率較高”。

在畢繼誠的建議下,他們再次聯合申請了國家“863”計劃,開始研發“煤加氫氣化聯產芳烴和甲烷技術”。該技術經歷了小試、PDU研發過程,正在內蒙古達拉特旗進行400噸/天的中試建設,預計今年7月投入運行。

技術上的一次次突破,與新奧集團和諧的研發氛圍密切相關。畢繼誠在采訪時強調,山西煤化所與新奧集團的合作堪稱典范。至今,他都記得技術研發之初時的那段艱難時光,“科研難度大大超出預期,大家每天都在黑暗中摸索。”這時,王玉鎖代表新奧集團給他們了一針“鎮定劑”,他告訴畢繼誠:一不要怕花錢,二不要怕失敗,三要帶出一支隊伍來。

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“有了寬松的環境、良好的平臺,合作就很順利,技術研發也能加快。”畢繼誠說。

碰撞:科研思維與工程思維的融合

工程和科研有矛盾怎么辦?畢繼誠回答:“工程有工程的思維,科研有科研的思維,兩者需要碰撞和融合。”

“有矛盾是正常的,但我們沒有沖突。”畢繼誠指出,科研人員考慮的是如何按照原有實驗方案達到高效率和高指標,而工程技術人員則關注設備制造能否具有可行性。他說:“我們有著相同的目標,出發點都是按照客觀規律辦事。”

科研人員在工程建設初期發揮著重要作用。在內蒙古達拉特旗的工業示范裝置建設初期,畢繼誠和團隊成員僅用三年時間便快速實現了實驗室基礎研究和小試、中試試驗的關鍵突破,提供了工藝和氣化爐設計、風險分析等初步結果和數據。

這個每天1500噸投煤量的工業示范裝置建成后,將成為我國擁有完全自主知識產權、世界上規模最大的煤催化氣化制甲烷工業示范裝置。

山西煤化所與新奧集團的合作已近十年,畢繼誠認為,“新奧雖是一家民企,但危機意識很強。”他強調,要想真正解決煤化工能耗高、排放多的問題,我們必須迎難而上,加快技術創新、集成優化,開發出更多先進實用、環境友好的新技術。

“雖然我們這個技術現在看來是領先的,但若干年后未必會領先。”畢繼誠指出,未來,他希望與新奧集團開展進一步的合作,一方面加緊煤催化氣化工業化示范項目建設,穩步進行推廣應用,另一方面加快研發效率更高、成本更低的新型煤氣化制甲烷技術,以期實現煤的高效清潔利用。

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