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煤炭產業鏈應從礦井到家庭

發布時間:2014/5/29

國家“千人計劃”專家,神華研究院副院長劉科

劉科,美藉華人,國家特聘專家,“千人計劃”入選者。曾在美國埃克森-美孚、聯合技術公司(UTC)和通用電氣(GE)等著名跨國公司工作,2006年獲全美綠寶石特別科學獎,2013年9月獲國際匹茨堡煤炭轉化創新年度獎。2010年從美國回國后任北京低碳清潔能源研究所副所長兼首席科學家,國家千人計劃化學化工專委會主任,2013年任神華研究院副院長,國際匹茨堡煤炭會議組織董事,擁有發明專利及申請65項。

在國際煤炭能源界,每年一度的國際匹茲堡煤炭大會是影響力最大的會議之一。在大會授獎午宴會上頒發國際匹茨堡煤炭轉化創新年度獎(PITT獎)是國際煤炭能源界的一件盛事。2013年9月18日,基于對煤炭清潔利用和轉化的突出貢獻,中國神華研究院副院長劉科舉起了2013國際匹茨堡煤炭轉化創新年度獎的證書。這是第四位華人科學家獲此殊榮,標志著我國煤炭清潔利用的研究工作得到了國際同行認可。

PITT獎起始于1983年,每年在全球范圍只選1名獲獎者,用于獎勵全球范圍內對煤炭清潔轉化和利用做出巨大貢獻的個人。該獎項自創辦以來,共有28位全球頂級專家學者獲此榮譽。此次劉科獲獎,很重要的原因就是表彰他在GE全球研究中心任首席科學家、煤氣化平臺技術負責人和回國工作期間,在中美兩地對煤炭的清潔利用和轉化所做出的貢獻。

找到了報效祖國的機會

1987年,年僅23歲的劉科在國內完成了碩士研究生階段的學習,畢業后在中日友好應用生物技術研究室工作。1990年,劉科選擇了出國深造。在美國紐約市立大學攻讀化學工程博士學位畢業后,憑借堅實的科研實力,劉科成為中國大陸改革開放后出國的最早進入全球最大的石油公司埃克森(Exxon,現為埃克森-美孚Exxon-Mobil)工作的留學生之一。

劉科回憶道:“在埃克森-美孚供職8年后,因為美國當時決定發展燃料電池事業,我受邀加入聯合技術公司(UTC)參與UTC和殼牌(Shell)在這方面的合作項目,最后到美國通用電氣公司(GE)來做發電這一塊。可以說在美國的前10年是在石油公司工作,后10年都在燃料電池發電和煤氣化領域工作,橫跨了石油,氫能和煤氣化3大能源領域。”

在美國的20年,劉科一直在學術創新與工業研究領域孜孜不倦。回國前,他已經擔任GE全球研發中心首席科學家和氣化平臺負責人并在美國安家。2009年,中國推出“海外高層次人才引進計劃”(即“千人計劃”),他參加國家千人計劃答辯時的題目為:“我的中國夢:讓祖國天更藍、水更清”。2010年初,劉科毅然辭去工作,回到國內。當時美國的所有朋友都對他的選擇表示驚訝。而劉科的回答是:“讓祖國的天更藍、水更清,這是我后半生的夙愿,我一直在等待著這個機會。”

原來,劉科一直都抱著一個目標,那就是學成一身本領后要回來建設祖國。“我是從事能源化工的,我無法對祖國日益惡化的環境坐視不理。改善中國空氣質量的辦法之一,就是讓煤炭在燃燒前變得更加清潔。”

北京低碳清潔能源研究所是國家級研究院,同時也是“千人計劃”和國家高端人才引進的示范基地,由神華集團全資資助。“當時神華請到了原UOP公司董事長卡洛斯-卡布雷拉來華創建低碳所,他是國際頂級的首席執行官(CEO)。”劉科回憶道。在北京,兩人一見如故。經過一個多小時的面試,卡洛斯當場對劉科表示:“如果你愿意,你就是我的首席技術官(CTO)。”于是,劉科回國后的第一站,就是應邀加入北京低碳清潔能源研究所任副所長和首席技術官。在神華集團的領導和支持下,他和首任所長卡洛斯先生一起,從零開始組建北京低碳清潔能源研究所。

回國4年,劉科參與了北京低碳清潔能源研究所的組建,作為首席科學家承擔了國家“863”大規模煤制清潔燃料關鍵技術及工藝集成研究項目,參與了中國工程院“中國煤炭清潔高效可持續開發利用研究”等課題。這4年來,劉科已深深地融進中國煤炭清潔利用的事業中。也正如此,他對中國的煤炭清潔利用有著獨到的見解。

煤炭產業鏈需高度縱向整合

“我發現這個問題已經很久了。”劉科所說的這個發現,指的是煤炭工業條塊分割的問題。

“我在美國20余年,前10年在石油工業工作,后10年在發電煤炭業,所以我深知,產業鏈必須完整,不能脫節。而我發現,煤炭產業鏈卻是分割的,產業鏈各個環節都各自為伍。我強烈地感覺到,對中國煤炭的清潔利用來說,產業鏈的高度縱向整合非常迫切。”

劉科說,國際上大的石油公司其產業鏈都是高度縱向整合的,比如他工作過的世界第一大石油公司埃克森-美孚公司是美國最大的上下游一體化的高度縱向整合的石油公司。其勘探、打井、生產、運輸、煉油,石油化工及加油站和石化產品銷售等多個環節是高度縱向整合的一體化公司。公司在30個國家進行勘探和生產,原油和天然氣年產量超過1.28億噸,在75個國家里,每年銷售超過2.65億噸的石油產品。而下屬埃克森化工是世界上第一大石油化工公司,每年向100多個國家銷售超過1700萬噸的石油化工產品。事實上,世界上主要石油天然氣能源企業都是這樣高度縱向整合、全盤優化,達到對每一滴油的充分利用,實現利益最大、效率最優、二氧化碳和污染物排放最低。而由于歷史原因,中國煤炭產業鏈卻是條塊分割。煤炭勘探屬原地質部系統,煤炭生產屬原煤炭部系統,煤炭運輸屬原鐵道部和交通部系統,煤炭發電屬原電力部系統(現5大電力),煤炭轉化屬原化工部系統,產生的污染問題屬環保部門監管。雖然現在有的相關部委撤銷了,但系統還在,所屬企業許多還是各干各的。“煤炭產業鏈的不同環節隸屬于不同的公司和管理系統,各公司和管理系統之間又相互獨立,這怎么能保證在涉及煤炭整體利用問題上達到配合與協調?煤炭利用如果無法從整條產業鏈上進行統籌規劃,資源最佳配置就無從談起,煤炭利用效率自然也無法達到最優狀態。”

對于如何整合煤炭產業鏈,劉科也有自己的想法。

劉科認為,對煤炭產業鏈進行高度縱向整合,在體制上有兩種方式,一種是大型煤炭企業向下游整合,另一種是大型電力企業向上游整合。“石油企業一直有‘從油井到車輪子’的概念,就是講整個產業鏈要算整體效率,要從石油開采到成品油使用全過程都計算在內。對于煤炭產業鏈,就應該是‘從礦井到家庭’即‘從礦井到車輪子’、‘從礦井到燈泡’和‘從礦井到化學品’。比如我們探討電動汽車是不是未來汽車發展的方向,如果只考慮用電替代了油,這樣好像是清潔了,但別忘了,電來源于燃煤發電。如果把煤炭生產、運輸,發電、輸電,充電站等等都算上,電動車無污染的說法就不一定成立了!那么到底電動車有沒有污染?這就是從礦井到車輪子的問題,這就需要從整個產業鏈、從全生命周期的模型來進行嚴格的核算。”

應該像“煉油”那樣“煉煤”

“環境污染不怪煤,而怪我們對煤炭的利用方式。”當記者提到煤炭被稱為“臟的能源”時,劉科這樣回答。

劉科說:“石油和煤炭都是成分復雜的能源,不同之處在于一個是液體能源,一個是固體能源,但是在利用原理上是相通的。石油的利用是通過煉制,把有用的部分一步步提煉出來,使得物盡其用,而污染也比較好處理。相對來說,煤炭的利用就太過粗放,既沒有充分利用高揮發份煤中類似石油的組分,而是將其直接燃燒,又沒有合理利用煤的組成特性,典型的表現就是使用高品位能量來完成低品位能量可以完成的過程,造成巨大的能量損失。”

于是,一個“煤炭分級煉制”的概念在劉科腦海中醞釀。劉科說,如果按照石油煉制的方式——用常壓蒸餾把石油中最容易獲得的東西提出來,通過減壓蒸餾把剩余的成分再依次蒸發,把長鏈的大分子通過催化裂化和加氫裂化裂解,只有剩下的石油焦,無法再進一步提煉時,才放到鍋爐里燒或者氣化爐里去氣化。煤炭利用應采取類似石油煉制的理念。

劉科進一步解釋了煤炭分級煉制:通過分級煉制工藝,在較低溫度下(200~350℃)去除煤中的水分,然后在550℃左右煤中類似油的揮發份釋出,煤中類似石油的高價值組分揮發份等得以分離,所得到的煤焦油(揮發份的一部分)再拿到煉油廠去煉制可得高價值的油品和化學品,而在500℃左右時水銀、和有機硫化物等也釋出,轉移到油,氣中的硫和汞,有相對成熟的脫硫脫金屬的技術去脫除。

“經過高值加工利用過程后,液體產物加工成化學品和油品,氣體產物用做清潔燃料,而脫水,脫汞,脫硫后的固體產物是燃燒或者是氣化的更清潔的優質原料,最終實現高水分、高揮發分煤的全質利用。”劉科告訴記者,在煤分級煉制過程中,一部分能夠對空氣造成嚴重污染的硫、水銀等都被離析出來,水和揮發份脫除后,提質煤的孔隙率增加,燃燒時其氮氧化物排放也相應減少,這樣在產油的同時,把煤變得更干凈了,而且還有一部分高價值的焦油被煉制出來,在這個過程中,還可將干燥和熱解過程分離,使用系統中廢棄的低品位熱源(如燃燒廢熱、煤氣廢熱、或者干熄焦廢熱等)完成干燥,而燃氣產生的高品位熱來完成熱解,通過這樣的能量分級利用來提高煤的轉化效率。

在劉科的帶領下,一項具有自主知識產權的煤的分級煉制(CoalRef )技術即將在呼倫貝爾建設的年處理100萬噸褐煤提質項目上運用。

煤化工發展要全球一盤棋

提到煤化工,劉科也有自己的見解。

“能源戰略千萬不能只看眼前。我個人覺得還是得讓市場去選擇。”劉科建議,煤化工戰略要跟全球能源戰略結合起來。因煤化工投資大,耗時長,判斷建不建設的標準,要把全球看成一盤棋,比較該項目的市場競爭力與經濟性。我國在特殊時期下發展煤化工,有些產品當然會一直保有競爭力,但有些產品風險就很大。例如,現在煤制烯烴項目遍地開花,而烯烴的需求量是可以預測的,用煤制烯烴,短期成本可能比較好,但是長期來講,因近年中東和北美的天然氣價格大降,天然氣制甲醇制烯烴的線路短、成本低,做成聚烯烴后平均到每噸的運費也很小,生產烯烴成本要比煤低,而伴隨著頁巖氣和伴生氣中的乙烷等輕烴原料的增加,用他們生產乙烯和丙烯的成本會更低,最終,煤制聚烯烴還是要與全世界的生產商去競爭。從全球化的視野來看,應該是去天然氣和輕烴資源豐富,價格低廉的地方去建天然氣制甲醇,甲醇制烯烴,或輕烴直接制烯烴,聚烯烴,然后把高價值的聚烯烴運回中國。這樣,解決了天然氣不好運輸的問題,在天然氣價格低廉的地方,這個路線的利潤要比煤制甲醇,再制烯烴,聚烯烴更具競爭力。因此,煤制烯烴目前很好,但上的太多,遍地開花,過些年會有問題;審批,立項和大規模投資需謹慎。

來源:大江網

 

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