煤，传统能源的清洁高效利用 | 说能解源

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编者按：能源是现代社会和文明赖以发展的物质基础。我国是世界上最大的能源消费国，且对外依存度高，面临着“富煤、少油、贫气”的资源禀赋和不相适应的能源结构，以及相对落后的能源技术等诸多问题。

即日起，中科院之声将联合中国科学院大连化学物理研究所推出五期“说能解源”系列文章，介绍传统能源清洁高效利用，新型洁净能源的发展、储存、高效利用等问题。

我国是世界上最大的能源消费国，一方面，面临“富煤、贫油、少气”的资源禀赋现状，在未来相当长时间里，煤炭仍将占据我国能源的基础及主导地位，而相对落后和粗放的煤炭生产利用技术，会使我国生态环境面临严峻挑战。另一方面，我国能源对外依存度高，2017年中国的石油进口量为3.96亿吨，对外依存度达到67.4%，大量的石油进口严重威胁我国的能源战略安全和社会的可持续发展。因此煤炭生产和消费方式亟待根本性革命，煤炭清洁高效转化制清洁燃料和大宗及特殊化学品具有重要意义。

图1 煤炭清洁转化技术链

煤制清洁燃料

煤制清洁燃料，包含直接液化和间接液化两种技术路线。煤的直接液化是在高温高压下通过催化加氢直接液化合成液态烃类燃料，存在反应条件苛刻、对煤的种类适应性差、在发动机上直接燃用较为困难等诸多不利因素。而煤的间接液化是先将煤进行气化，转化为CO2和O2的合成气，合成气在催化剂作用下反应生产碳氢化合物的混合物，继而加工生产液态油品。其具有操作条件温和、合成产品质量高、污染小的优点，因而是煤制清洁燃料的有效途径。

我国在煤制清洁燃料方面，在对已有关键技术革新升级的同时，也在不断开发拓展新的技术路径。中科院山西煤化所李永旺研究员团队实施了基于浆态床的煤间接液化技术研究，实现了铁基催化剂费托合成油煤炭间接液化技术的工程开发，完成了2000吨/年规模的煤基合成油工业实验，5吨煤炭可合成1吨成品油。中科院大连化物所丁云杰研究员和朱何俊研究员领导的团队开发了具有自主知识产权的世界首套活性炭负载钴基催化剂及其相配套的浆态床费托合成工艺，填补了国内煤制油领域钴基催化剂工业化的空白并克服了活性较低和甲烷选择性过高的缺点。该团队已完成了“合成气制合成油15万吨/年工业示范”技术项目的研究。

图2 15万吨合成气制油示范项目工业装置

煤制大宗及特殊化学品

近年来我国成功开发了煤经甲醇制烯烃、乙醇、芳烃和煤制乙二醇等工艺技术。特别是甲醇制烯烃技术，处于国际领先地位。中科院大连化物所刘中民院士领导的团队于2006年成功实现了世界首次万吨级甲醇制烯烃（DMTO）工业化试验，并于2010年完成了甲醇制烯烃第二代技术（DMTO-II）的研发。烯烃产率比一代技术提高10%以上，热量利用更加合理，大幅度降低了烯烃生产的原料成本。2016年，中科院大连化物所包信和院士和潘秀莲研究员领导的团队颠覆了90多年来煤化工一直沿袭的费托路线，创造性地直接采用煤气化产生的合成气在一种新型复合催化剂的作用下，高选择性地一步反应获得低碳烯烃（如乙烯、丙烯等），此类低碳烯烃作为原料广泛应用于航天飞机的建造、日常生活用品的生产中，是现代化学工业的基石。此外，中科院福建物质结构研究所与企业联手合作，成功开发了"万吨级煤制乙二醇"成套技术，在世界上率先实现了全套"煤制乙二醇"技术路线和工业化应用。我国目前还完成了甲醇制芳烃、甲醇甲苯制对二甲苯产烯烃等工艺技术的开发。

总之，我国正处于能源结构调整的重大变革期，能源技术革命在能源革命中起决定性作用。实现煤炭清洁高效转化技术的突破与示范，为煤炭披上清洁的“绿色外衣”是我国实现清洁低碳、安全高效能源新体系的重要技术支撑，将为国家能源安全和国民经济增长提供能源保障。

来源：中国科学院大连化学物理研究所

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