煤，傳統能源的清潔高效利用

編者按：能源是現代社會和文明賴以發展的物質基礎。我國是世界上最大的能源消費國，且對外依存度高，面臨著「富煤、少油、貧氣」的資源稟賦和不相適應的能源結構，以及相對落後的能源技術等諸多問題。

即日起，中科院之聲將聯合中國科學院大連化學物理研究所推出五期「說能解源」系列文章，介紹傳統能源清潔高效利用，新型潔凈能源的發展、儲存、高效利用等問題。

我國是世界上最大的能源消費國，一方面，面臨「富煤、貧油、少氣」的資源稟賦現狀，在未來相當長時間裡，煤炭仍將佔據我國能源的基礎及主導地位，而相對落後和粗放的煤炭生產利用技術，會使我國生態環境面臨嚴峻挑戰。另一方面，我國能源對外依存度高，2017年中國的石油進口量為3.96億噸，對外依存度達到67.4%，大量的石油進口嚴重威脅我國的能源戰略安全和社會的可持續發展。因此煤炭生產和消費方式亟待根本性革命，煤炭清潔高效轉化制清潔燃料和大宗及特殊化學品具有重要意義。

圖1 煤炭清潔轉化技術鏈

煤制清潔燃料

煤制清潔燃料，包含直接液化和間接液化兩種技術路線。煤的直接液化是在高溫高壓下通過催化加氫直接液化合成液態烴類燃料，存在反應條件苛刻、對煤的種類適應性差、在發動機上直接燃用較為困難等諸多不利因素。而煤的間接液化是先將煤進行氣化，轉化為CO2和O2的合成氣，合成氣在催化劑作用下反應生產碳氫化合物的混合物，繼而加工生產液態油品。其具有操作條件溫和、合成產品質量高、污染小的優點，因而是煤制清潔燃料的有效途徑。

我國在煤制清潔燃料方面，在對已有關鍵技術革新升級的同時，也在不斷開發拓展新的技術路徑。中科院山西煤化所李永旺研究員團隊實施了基於漿態床的煤間接液化技術研究，實現了鐵基催化劑費托合成油煤炭間接液化技術的工程開發，完成了2000噸/年規模的煤基合成油工業實驗，5噸煤炭可合成1噸成品油。中科院大連化物所丁雲傑研究員和朱何俊研究員領導的團隊開發了具有自主知識產權的世界首套活性炭負載鈷基催化劑及其相配套的漿態床費托合成工藝，填補了國內煤制油領域鈷基催化劑工業化的空白並克服了活性較低和甲烷選擇性過高的缺點。該團隊已完成了「合成氣制合成油15萬噸/年工業示範」技術項目的研究。

圖2 15萬噸合成氣制油示範項目工業裝置

煤制大宗及特殊化學品

近年來我國成功開發了煤經甲醇制烯烴、乙醇、芳烴和煤制乙二醇等工藝技術。特別是甲醇制烯烴技術，處於國際領先地位。中科院大連化物所劉中民院士領導的團隊於2006年成功實現了世界首次萬噸級甲醇制烯烴（DMTO）工業化試驗，並於2010年完成了甲醇制烯烴第二代技術（DMTO-II）的研發。烯烴產率比一代技術提高10%以上，熱量利用更加合理，大幅度降低了烯烴生產的原料成本。2016年，中科院大連化物所包信和院士和潘秀蓮研究員領導的團隊顛覆了90多年來煤化工一直沿襲的費托路線，創造性地直接採用煤氣化產生的合成氣在一種新型複合催化劑的作用下，高選擇性地一步反應獲得低碳烯烴（如乙烯、丙烯等），此類低碳烯烴作為原料廣泛應用於太空梭的建造、日常生活用品的生產中，是現代化學工業的基石。此外，中科院福建物質結構研究所與企業聯手合作，成功開發了"萬噸級煤制乙二醇"成套技術，在世界上率先實現了全套"煤制乙二醇"技術路線和工業化應用。我國目前還完成了甲醇制芳烴、甲醇甲苯制對二甲苯產烯烴等工藝技術的開發。

總之，我國正處於能源結構調整的重大變革期，能源技術革命在能源革命中起決定性作用。實現煤炭清潔高效轉化技術的突破與示範，為煤炭披上清潔的「綠色外衣」是我國實現清潔低碳、安全高效能源新體系的重要技術支撐，將為國家能源安全和國民經濟增長提供能源保障。

來源：中國科學院大連化學物理研究所

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