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中科院联手企业打破“一烧煤就冒烟”现状,可降低致霾污染物——

向雾霾君“煤炭”开刀

中国煤炭新闻网 2017/1/9 6:06:27    头条

  1月4日,持续重雾霾笼罩下的北京一所中学校园。午休时间,学生在打篮球,只有少部分学生佩戴口罩。视觉中国供图

  生存,还是发展?这道选择题再一次摆在了人们的面前。

  在雾霾笼罩的城市,人们对于既是供暖利器,又是致霾凶手的煤炭,可谓又爱又恨,据环境保护部2016年年底的消息,民用散煤燃烧排放,是京津冀及周边地区大范围重污染的主要成因。

  在边远农村,煤炭却是他们冬天抵御寒冷、赖以生存的香馍馍。在记者近日走访的山东邹城市中心店镇程岗村,一家六口人的二层小楼,冬季每天烧煤约20公斤。家家点火、户户冒烟,是华北农村地区每年冬季烧煤取暖的常态。

  正如中科院专家所说,冬季中国煤炭能源刚性需求大,且对其污染缺乏有效控制,因而相应的污染物排放量大,是造成严重灰霾天气的重要原因之一。向“煤炭”这个雾霾中的主角开刀,提升燃煤效率,寻找一条更清洁、高效利用的路子,成了科技界、产业界一个绕不开的课题,也是解决我国分散供热污染问题的当务之急。

  前不久,中科院在山东围绕“煤炭”的科学试验和产业化取得突破性进展,中国青年报·中青在线记者进行了实地走访。

  打破家用燃煤炉“燃烧烟煤就得冒烟”现状

  在山东省邹城市中心店镇程岗村,村民李新总会习惯性地在家中的院子里囤上一堆散煤用来取暖。在过去,这一举动总会带来一些“看得见的反应”,即冒出大量的黑烟,“呛鼻子,有时候呛得孩子都哇哇地哭”。

  这并不是孤例。在我国农村和城郊地区,至少有两亿人采用相对分散的燃煤供热方式。

  人们并非没有想过改变。中科院过程工程所研究员刘新华说,根据他们的前期走访调研,人们尝试利用天然气、太阳能和生物质能等在内的各种措施,却都不甚理想。

  刘新华列举一组数据:天然气价格逐渐与国际接轨,其成本将是燃煤成本的3~5倍;采用太阳能集热器供热,一般需要利用电能补充供热,而我国燃煤发电约占总发电量的75%,且平均供电效率不到38%,因此采用太阳能集热器供热效益较低。

  这些都让老百姓望而却步。

  问题要突破,还得围绕煤炭本身下功夫。

  煤的燃烧,是由多个化学反应组成的复杂过程。根据刘新华的说法,在高温、富氧的环境,一氧化碳、烟黑可以很容易地充分燃尽,但却增大了氮氧化物、二氧化硫的排放。相反,低温、贫氧的环境,有利于固硫,却增加了一氧化碳、烟黑等可燃物燃尽的困难。

  针对这个两难问题,中科院过程工程研究所研制了一种可有效降低氮氧化物排放的高效中小型燃煤实用技术。先让煤在低温还原气氛下低氮燃烧,再在高温氧化条件下让可燃物燃尽,通过两个过程实现煤炭自身产生的热解气和半焦的混合燃烧,从而有效抑制燃烧过程中氮氧化物的生成。

  刘新华告诉记者,这套技术打破了家用燃煤炉燃烧烟煤就得冒烟,不使用脱硫脱硝除尘设备就不能环保达标的传统概念。

  他给出另一组数据,以该所发明的解耦燃烧技术为基础、针对兖矿烟煤洁净型煤开发的节能环保解耦炉具,与传统燃煤炉相比,氮氧化物排放可降低30%~45%,节煤量可达20%~30%,且有利于实现高效炉内固硫与固灰,燃烧烟煤也可达到“无烟排放”的效果。

  在记者走访前,当地煤炭局组织的专家鉴定显示,解耦炉具系列产品大气污染物排放指标完全达到国家环保要求,热性能指标达到行业领先水平。

  如今,解耦燃煤炉具已经进入示范推广阶段。作为山东当地的国有企业,兖矿集团与中科院合作后,投资近3亿元,推动解耦炉具在山东邹城的多个典型村庄开展大规模示范应用。

  今年,李新家的院子里,堆着的正是一包包新型清洁型煤,120平方米的屋子里也换了新的解耦燃煤炉。她告诉记者,烧煤量也从过去的一天七八十斤,减少到现在的四五十斤。

  从煤渣废料变成晶莹剔透的小颗粒

  煤炭的使用远不止于此。根据中科院大连化物所原所长张涛院士的说法,我国资源禀性是相对“富煤少油少气”,如何利用煤炭来“代替”石油,是数代科技工作者梦寐以求的事情。

  如今,这一想法正靠着一种名为“甲醇制烯烃(DMTO)”的技术,在山东滕州成为现实。

  所谓DMTO,D(Dalian)指的是中国科学院大连化学物理研究所,M(Methanol)即为甲醇,T(To)意为转化,O(Olefin)指的是烯烃。

  对很多人来说,甲醇、烯烃等名词有些陌生,但如果说甲醇制成的烯烃,是塑料等生活用品的原料,则大多数人会认识到它的重要性。在现代化学工业中,乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本有机化工原料,其传统生产技术强烈依赖石油资源。

  张涛曾算过一笔账:2013年我国原油产量2.08亿吨,消费量则达到近5亿吨,供求矛盾日渐突出,严重制约着我国经济和相关产业的健康稳定发展。

  与石油短缺相比,我国煤炭资源相对丰富,甲醇产能严重过剩。发展以煤为原料制取石油类产品的煤化工技术,实施石油替代战略,成了关系到我国经济长期稳定发展和能源安全的重大课题。

  不过,要想用煤制造出烯烃,首先要克服一个世界性难题——用甲醇生产出烯烃。正是这项关键技术,耗费了大连化物所科研人员30多年的心血。

  在这期间,石油价格一直牵动着大连化物所研究人员的神经。当油价较低时,煤制烯烃技术研究是否必要的质疑就会产生。

  上世纪90年代中期,大连化物所在完成“合成气经由二甲醚制取烯烃工艺”技术年产60吨烯烃的中试试验后,国际油价出现大幅下跌,每桶最低时不到10美元。刘中民说,那时,我们的技术发展进入了困难期。

  到2010年,最终取得了突破。世界首套甲醇制烯烃工业装置终于在大连化物所的技术支持下,运行成功。位于山东省滕州的联泓新材料,是中国科学院国有资产经营有限责任公司旗下企业,正是主要依靠这项DMTO技术孵化出的企业。

  在联泓新材料的生产车间,该公司董事长郑月明指着刚出炉的塑料制品说:“谁能想到,这晶莹剔透的塑料小颗粒是从煤渣废料中一步步提取来的!”

  这些塑料小颗粒就是DMTO技术变废为宝,生产出的精细化学品和功能化学品,可以应用于建筑等行业。根据中科院大连化学物理研究所研究员刘中民的介绍,比如,应用于光伏、电缆料、涂覆料等领域的一种材料,国内市场需求的70%此前都要从国外进口。

  中国科学院国有资产经营有限责任公司董事长吴乐斌说,DMTO技术在联泓新材料的成功工业化商业运行,打通了我国煤到烯烃的产业链,对国家石油替代战略具有积极意义,对中国科学院乃至国家自主知识产权高科技成果转化具有示范意义。

  “为什么国人哄抢日本的马桶盖,因为国内产品材料不过关,低端材料满足不了国人需求。”郑月明说,这顺应中国供给侧改革,DMTO的“O”后还可以“做大做强”。目前联泓新材料制作而成的高端餐盒已占据北京市50%市场,并与一些知名运动品牌达成了合作。

  在2016年年底,中科院院长白春礼带队赴山东调研来到了联泓新材料。在现场可以看到,在占地1500亩左右、大型化工设备密布的生产基地里,DMTO这套并不那么惹眼的技术装置,却被企业老总们称作整个生产基地的“心脏”,以及科技成果转化的源头。



来源:中青在线 作者:邱晨辉      编 辑:一帆
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