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煤炭产业链应从矿井到家庭

发布时间:2014/5/29

国家“千人计划”专家,神华研究院副院长刘科

刘科,美藉华人,国家特聘专家,“千人计划”入选者。曾在美国埃克森-美孚、联合技术公司(UTC)和通用电气(GE)等著名跨国公司工作,2006年获全美绿宝石特别科学奖,2013年9月获国际匹茨堡煤炭转化创新年度奖。2010年从美国回国后任北京低碳清洁能源研究所副所长兼首席科学家,国家千人计划化学化工专委会主任,2013年任神华研究院副院长,国际匹茨堡煤炭会议组织董事,拥有发明专利及申请65项。

在国际煤炭能源界,每年一度的国际匹兹堡煤炭大会是影响力最大的会议之一。在大会授奖午宴会上颁发国际匹茨堡煤炭转化创新年度奖(PITT奖)是国际煤炭能源界的一件盛事。2013年9月18日,基于对煤炭清洁利用和转化的突出贡献,中国神华研究院副院长刘科举起了2013国际匹茨堡煤炭转化创新年度奖的证书。这是第四位华人科学家获此殊荣,标志着我国煤炭清洁利用的研究工作得到了国际同行认可。

PITT奖起始于1983年,每年在全球范围只选1名获奖者,用于奖励全球范围内对煤炭清洁转化和利用做出巨大贡献的个人。该奖项自创办以来,共有28位全球顶级专家学者获此荣誉。此次刘科获奖,很重要的原因就是表彰他在GE全球研究中心任首席科学家、煤气化平台技术负责人和回国工作期间,在中美两地对煤炭的清洁利用和转化所做出的贡献。

找到了报效祖国的机会

1987年,年仅23岁的刘科在国内完成了硕士研究生阶段的学习,毕业后在中日友好应用生物技术研究室工作。1990年,刘科选择了出国深造。在美国纽约市立大学攻读化学工程博士学位毕业后,凭借坚实的科研实力,刘科成为中国大陆改革开放后出国的最早进入全球最大的石油公司埃克森(Exxon,现为埃克森-美孚Exxon-Mobil)工作的留学生之一。

刘科回忆道:“在埃克森-美孚供职8年后,因为美国当时决定发展燃料电池事业,我受邀加入联合技术公司(UTC)参与UTC和壳牌(Shell)在这方面的合作项目,最后到美国通用电气公司(GE)来做发电这一块。可以说在美国的前10年是在石油公司工作,后10年都在燃料电池发电和煤气化领域工作,横跨了石油,氢能和煤气化3大能源领域。”

在美国的20年,刘科一直在学术创新与工业研究领域孜孜不倦。回国前,他已经担任GE全球研发中心首席科学家和气化平台负责人并在美国安家。2009年,中国推出“海外高层次人才引进计划”(即“千人计划”),他参加国家千人计划答辩时的题目为:“我的中国梦:让祖国天更蓝、水更清”。2010年初,刘科毅然辞去工作,回到国内。当时美国的所有朋友都对他的选择表示惊讶。而刘科的回答是:“让祖国的天更蓝、水更清,这是我后半生的夙愿,我一直在等待着这个机会。”

原来,刘科一直都抱着一个目标,那就是学成一身本领后要回来建设祖国。“我是从事能源化工的,我无法对祖国日益恶化的环境坐视不理。改善中国空气质量的办法之一,就是让煤炭在燃烧前变得更加清洁。”

北京低碳清洁能源研究所是国家级研究院,同时也是“千人计划”和国家高端人才引进的示范基地,由神华集团全资资助。“当时神华请到了原UOP公司董事长卡洛斯-卡布雷拉来华创建低碳所,他是国际顶级的首席执行官(CEO)。”刘科回忆道。在北京,两人一见如故。经过一个多小时的面试,卡洛斯当场对刘科表示:“如果你愿意,你就是我的首席技术官(CTO)。”于是,刘科回国后的第一站,就是应邀加入北京低碳清洁能源研究所任副所长和首席技术官。在神华集团的领导和支持下,他和首任所长卡洛斯先生一起,从零开始组建北京低碳清洁能源研究所。

回国4年,刘科参与了北京低碳清洁能源研究所的组建,作为首席科学家承担了国家“863”大规模煤制清洁燃料关键技术及工艺集成研究项目,参与了中国工程院“中国煤炭清洁高效可持续开发利用研究”等课题。这4年来,刘科已深深地融进中国煤炭清洁利用的事业中。也正如此,他对中国的煤炭清洁利用有着独到的见解。

煤炭产业链需高度纵向整合

“我发现这个问题已经很久了。”刘科所说的这个发现,指的是煤炭工业条块分割的问题。

“我在美国20余年,前10年在石油工业工作,后10年在发电煤炭业,所以我深知,产业链必须完整,不能脱节。而我发现,煤炭产业链却是分割的,产业链各个环节都各自为伍。我强烈地感觉到,对中国煤炭的清洁利用来说,产业链的高度纵向整合非常迫切。”

刘科说,国际上大的石油公司其产业链都是高度纵向整合的,比如他工作过的世界第一大石油公司埃克森-美孚公司是美国最大的上下游一体化的高度纵向整合的石油公司。其勘探、打井、生产、运输、炼油,石油化工及加油站和石化产品销售等多个环节是高度纵向整合的一体化公司。公司在30个国家进行勘探和生产,原油和天然气年产量超过1.28亿吨,在75个国家里,每年销售超过2.65亿吨的石油产品。而下属埃克森化工是世界上第一大石油化工公司,每年向100多个国家销售超过1700万吨的石油化工产品。事实上,世界上主要石油天然气能源企业都是这样高度纵向整合、全盘优化,达到对每一滴油的充分利用,实现利益最大、效率最优、二氧化碳和污染物排放最低。而由于历史原因,中国煤炭产业链却是条块分割。煤炭勘探属原地质部系统,煤炭生产属原煤炭部系统,煤炭运输属原铁道部和交通部系统,煤炭发电属原电力部系统(现5大电力),煤炭转化属原化工部系统,产生的污染问题属环保部门监管。虽然现在有的相关部委撤销了,但系统还在,所属企业许多还是各干各的。“煤炭产业链的不同环节隶属于不同的公司和管理系统,各公司和管理系统之间又相互独立,这怎么能保证在涉及煤炭整体利用问题上达到配合与协调?煤炭利用如果无法从整条产业链上进行统筹规划,资源最佳配置就无从谈起,煤炭利用效率自然也无法达到最优状态。”

对于如何整合煤炭产业链,刘科也有自己的想法。

刘科认为,对煤炭产业链进行高度纵向整合,在体制上有两种方式,一种是大型煤炭企业向下游整合,另一种是大型电力企业向上游整合。“石油企业一直有‘从油井到车轮子’的概念,就是讲整个产业链要算整体效率,要从石油开采到成品油使用全过程都计算在内。对于煤炭产业链,就应该是‘从矿井到家庭’即‘从矿井到车轮子’、‘从矿井到灯泡’和‘从矿井到化学品’。比如我们探讨电动汽车是不是未来汽车发展的方向,如果只考虑用电替代了油,这样好像是清洁了,但别忘了,电来源于燃煤发电。如果把煤炭生产、运输,发电、输电,充电站等等都算上,电动车无污染的说法就不一定成立了!那么到底电动车有没有污染?这就是从矿井到车轮子的问题,这就需要从整个产业链、从全生命周期的模型来进行严格的核算。”

应该像“炼油”那样“炼煤”

“环境污染不怪煤,而怪我们对煤炭的利用方式。”当记者提到煤炭被称为“脏的能源”时,刘科这样回答。

刘科说:“石油和煤炭都是成分复杂的能源,不同之处在于一个是液体能源,一个是固体能源,但是在利用原理上是相通的。石油的利用是通过炼制,把有用的部分一步步提炼出来,使得物尽其用,而污染也比较好处理。相对来说,煤炭的利用就太过粗放,既没有充分利用高挥发份煤中类似石油的组分,而是将其直接燃烧,又没有合理利用煤的组成特性,典型的表现就是使用高品位能量来完成低品位能量可以完成的过程,造成巨大的能量损失。”

于是,一个“煤炭分级炼制”的概念在刘科脑海中酝酿。刘科说,如果按照石油炼制的方式——用常压蒸馏把石油中最容易获得的东西提出来,通过减压蒸馏把剩余的成分再依次蒸发,把长链的大分子通过催化裂化和加氢裂化裂解,只有剩下的石油焦,无法再进一步提炼时,才放到锅炉里烧或者气化炉里去气化。煤炭利用应采取类似石油炼制的理念。

刘科进一步解释了煤炭分级炼制:通过分级炼制工艺,在较低温度下(200~350℃)去除煤中的水分,然后在550℃左右煤中类似油的挥发份释出,煤中类似石油的高价值组分挥发份等得以分离,所得到的煤焦油(挥发份的一部分)再拿到炼油厂去炼制可得高价值的油品和化学品,而在500℃左右时水银、和有机硫化物等也释出,转移到油,气中的硫和汞,有相对成熟的脱硫脱金属的技术去脱除。

“经过高值加工利用过程后,液体产物加工成化学品和油品,气体产物用做清洁燃料,而脱水,脱汞,脱硫后的固体产物是燃烧或者是气化的更清洁的优质原料,最终实现高水分、高挥发分煤的全质利用。”刘科告诉记者,在煤分级炼制过程中,一部分能够对空气造成严重污染的硫、水银等都被离析出来,水和挥发份脱除后,提质煤的孔隙率增加,燃烧时其氮氧化物排放也相应减少,这样在产油的同时,把煤变得更干净了,而且还有一部分高价值的焦油被炼制出来,在这个过程中,还可将干燥和热解过程分离,使用系统中废弃的低品位热源(如燃烧废热、煤气废热、或者干熄焦废热等)完成干燥,而燃气产生的高品位热来完成热解,通过这样的能量分级利用来提高煤的转化效率。

在刘科的带领下,一项具有自主知识产权的煤的分级炼制(CoalRef )技术即将在呼伦贝尔建设的年处理100万吨褐煤提质项目上运用。

煤化工发展要全球一盘棋

提到煤化工,刘科也有自己的见解。

“能源战略千万不能只看眼前。我个人觉得还是得让市场去选择。”刘科建议,煤化工战略要跟全球能源战略结合起来。因煤化工投资大,耗时长,判断建不建设的标准,要把全球看成一盘棋,比较该项目的市场竞争力与经济性。我国在特殊时期下发展煤化工,有些产品当然会一直保有竞争力,但有些产品风险就很大。例如,现在煤制烯烃项目遍地开花,而烯烃的需求量是可以预测的,用煤制烯烃,短期成本可能比较好,但是长期来讲,因近年中东和北美的天然气价格大降,天然气制甲醇制烯烃的线路短、成本低,做成聚烯烃后平均到每吨的运费也很小,生产烯烃成本要比煤低,而伴随着页岩气和伴生气中的乙烷等轻烃原料的增加,用他们生产乙烯和丙烯的成本会更低,最终,煤制聚烯烃还是要与全世界的生产商去竞争。从全球化的视野来看,应该是去天然气和轻烃资源丰富,价格低廉的地方去建天然气制甲醇,甲醇制烯烃,或轻烃直接制烯烃,聚烯烃,然后把高价值的聚烯烃运回中国。这样,解决了天然气不好运输的问题,在天然气价格低廉的地方,这个路线的利润要比煤制甲醇,再制烯烃,聚烯烃更具竞争力。因此,煤制烯烃目前很好,但上的太多,遍地开花,过些年会有问题;审批,立项和大规模投资需谨慎。

来源:大江网

 

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