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1、三位院士谈 - 煤炭技术革命 2016.7 一、中国科学院院士陈俊武:煤化工技术是作为储备技术而存在,大量推 广应用很难 中国科学院院士陈俊武 烧煤会产生很多问题,现在全国各地出现雾霾天气,很多人归结于烧煤, 当然还有汽车尾气排放。如何解决烧煤产生的问题? 陈俊武:烧煤的确会产生很多问题, 但富煤、少油的自然禀赋又注定我国不 能不让人烧煤。事实上煤发电是可行的,但是需要脱硫、脱销、回收排放的二氧 化碳、处理污染。煤的清洁燃烧在国外是一个很早的课题。 煤化工就是煤清洁化的重要手段? 陈俊武:我国煤的用量很大, 其中直接燃烧占到十分之九; 煤化工用量很少, 只有十分之一。 煤化工又分为传统煤化工和
2、新型煤化工。传统煤化工是煤制成化 肥、煤焦化后做成电石、乙炔; 新型煤化工则是煤制成甲醇(一碳化工 ),然后以 甲醇为中心和起点,做成二碳化工乙烯、三碳化工丙烯,然后制成更多产品。传 统煤化工国内已经有很多项目,产品质量不佳、效益不好、环保也有问题。传统 煤化工正在向新型煤化工过渡。新型煤化工目前投资很大、 规模很小、 有的工艺 还不成熟,工艺成熟的也就有MTO 、MTP 。可以说,新型煤化工还在起步阶段, 虽然方案很多,但都处在实验阶段,大量推广的不多。 我国的煤化工技术在国际上居于什么水平? 陈俊武: 我们近十几年来才开始重点开发新型煤化工,以前都是传统煤化工, 或者引进一些国外技术, 没
3、有自己的东西。 但是新型煤化工这些年在中国搞得不 错。我们做了很多研究、建设了很多装置,有的装置规模还比较大。中国这方面 发展很好,国外并没有这些,因为他们多是用天然气。天然气很简单,甲烷很容 易就可以变成很多东西。 新型煤化工则很复杂, 人家不需要过多研究, 我们则因 为自然禀赋的问题必须研究。 既然煤化工是我国能源替代的一个重要方向,为什么国家现在严格限制煤 化工项目上马 ? 陈俊武:中国人习惯于盲目竞争。现在煤多了,国家要限制发展、减产能。 一些煤炭老板、 煤炭企业把煤矿关了可惜, 想为煤炭找一条出路。 一听说有煤化 工,觉得把煤炭变成煤化工原料,需要削减的产能就可以不用削减,可以解决燃
4、 眉之急。煤炭老板因为只是要处理自己的煤炭资源,对化工市场不了解, 所以往 往随便找个煤化工项目, 但市场不是这么简单。 刚开始中国市场比较粗放, 煤化 工产品甚至石油产品没有那么多,只要生产出来就可以用, 品种、牌号都不需要 太讲究。现在市场过剩, 煤化工产品需要提高档次, 企业需要建设一系列工艺装 置和环保设施, 还得考虑产品怎么升级, 不能是初级的聚烯烃。 煤炭老板就无能 为力了,也拿不出那么多钱来。 现在煤化工产品大多是大路货、市场竞争又比较无序,那么应该怎么推动 煤化工发展 ? 陈俊武:现在我们先要把技术搞起来, 做战略性的技术储备, 不是马上就用。 现在很多人认为,搞了煤化工技术就
5、能卖出去、就能建厂,就可大量推广。这不 是我们的初衷。如煤制油技术,虽然现在成本很高,但必须得储备有这个技术。 万一打仗,我国石油资源只能解决自己需求的30% ,需要煤制油作为国家战略性 能源替代。 煤化工技术如煤制油虽然目前是作为储备技术而存在,但有没有可能在某 一天取得突破,变得比较经济,从而大量推广应用? 陈俊武:这个不是太容易。 虽然我们的技术在不断进步,但是国际上以煤炭 为原料开展煤化工利用的国家很有限,已经不大搞煤化工研究。 只有中国一家为 了我们的禀赋资源在研究,所以竞争的程度不够,成本很高。 是不是说,因为没有竞争也没有可以学习借鉴的国际同行,所以我们的煤 化工技术提高难度很大
6、 ? 陈俊武:不完全是这个原因, 还有一个怎么算账的问题。 煤化工一般是把固 体变成气体然后变成液体, 固体不能直接变成液体。 煤直接制油虽然很时髦, 但 难度很大。国外搞了很多年也没有多大成果。我国现在煤制油直接液化做的比较 好的代表是神华集团。 2008年 12月 31日,神华集团鄂尔多斯煤直接液化示范工程第一条百万吨 级生产线, 打通全部生产流程, 顺利实现产出合格的柴油和石脑油,使我国成为 世界上第一个掌握百万吨级煤直接液化关键技术的国家。 神华集团原计划一开始建设3 条生产线,规模达到300 万吨/ 年,评估后上 的第 1 条生产线 (年产 100 万吨油品 )投资就超过了 100
7、亿元, 远大于炼油厂的投 资。当时我国的炼油厂也就是几百万吨/ 年。我当时审批神华煤制油项目时就提 出来,那么大规模是浪费国家资源,因为风险很大。以石油催化裂化来说, 我们也是从 60 万、120 万到 200万、300 万开始的,再缩小也可以到十几万、几 万吨。这个放大就是一个过程。现在他们建了一条生产线,形成100 万吨/ 年的 生产能力,掌握了技术,运行还可以。当然,成本还是高,还不可能大量推广。 二、中国工程院院士谢和平:2020-2030 年:少人、接近天然气排放的煤炭 工业 3.0 时代; 2030-2040 年:无人、接近清洁能源排放的煤炭工业4.0 时代; 2040-2050
8、年:地上无煤、纯清洁能源的煤炭工业5.0 时代。 中国工程院院士谢和平 煤炭行业应该朝着什么方向转型升级? 谢和平:转型转什么 ?要在本行业优势特色发展基础上,转向能源、资源、 环境、材料、高科技技术等相关有潜力、 有前景的新兴产业。 转型需要创新引领, 包括发展多元清洁能源体系, 如果转型仍停留在低端领域, 即便转型也难逃被淘 汰的命运。升级更要高端起步,树立安全、高效、清洁、低碳的观念。其实,煤 炭也可以成为清洁能源, 煤炭应该朝着清洁利用方向努力升级,这也正是煤炭工 业“十三五”规划所强调的。 怎样才能实现转型升级 ? 谢和平:转型首先应将矿区资源环境条件全面开发。相对城市的寸土寸金,
9、矿区一般都有足够大的地盘, 完全可以将矿区打造成新的现代农业产区、科技创 新中心、双创科技城等。其次,应考虑怎样将本省资源环境条件充分利用,不仅 是煤炭,页岩气等资源都可以争取“收入囊中”进行开发利用。在此基础上, 努 力争取全国、全球资源条件,这样才能走出去。此外,要从过去我们“只能干什 么”转变到“能干什么”,积极谋划高科技前沿领域。 升级也应从四个方面着手。实现技术水平高端化,机械化、智能化、尽量减 少人员作业是必然趋势,开采应做到低生态损坏,利用要实现洁净、低碳、低排 放,争取有利地位。目前,很多煤企的矿井水平相当,都有采掘队、通风组等, 但没有特别精尖的队伍,如果进行专业作业体系改革
10、,实现技术管理专业队化, 就可以如同农村承包制一样,插秧、收割等各尽其职,哪个矿需要去哪里,不断 提高专业水平。 同时,煤炭行业的很多技术装备是可以拓展的,通过技术装备功 能化,可将煤炭装备扩展到其它领域使用。另外,煤矿不仅拥有煤田,整个矿区 的所有条件都可供开发利用, 如果将所有资源很好利用, 可以实现洁净能源基地 多元化,形成风、光、水、电、热、气一体化洁净能源体系。 为什么煤炭革命是必然的 ? 谢和平:国际能源大趋势要求煤炭必须革命,整个能源格局在变化, 当前全 球形成了煤炭、石油、天然气、“无碳”能源平分天下的新格局。由于化石能源 的碳排放和污染问题还没有很好解决,因此在能源消费总量中
11、的占比逐步下降, 全球煤炭也从主要能源变成重要部分。对国内而言也是如此, 我国开始进入化石 能源比重下降、 “无碳”能源比重上升的结构清洁化的能源调整期。雾霾加大了 政府压力,煤炭如果不变革,不变成清洁能源,不解决排放问题,即使价格便宜 也不能被社会普遍接受。 不可否认,目前煤矿开发利用方式仍然较为粗放,但这并不是说我们没有技 术和水平,相当程度上是因为粗放已成为习惯, 全行业没有提高认识和提高标准。 同时需要强调的是, 中国经济社会发展还需要煤炭保持适度增长,在相当长一段 时间内,我国还将保持以煤为主的格局,只不过比例会下降。另外,能源革命和 “创新、协调、绿色、开发、共享”五大发展理念也倒
12、逼煤炭行业必须主动革命。 总之, 煤炭革命已具备现实可行性煤炭是最经济最可靠的主体能源这个 国情没有变 ; 煤炭绿色开发和超低排放已具备技术基础,煤炭可以实现绿色开发、 洁净利用,且技术经济可行。 在您看来,煤炭革命应该达到什么目标? 谢和平:应该实现两个目标:煤炭本身变成清洁能源,开发是绿色的、利用 是清洁的,实现高效智能和可持续开发; 以煤为基础,矿区本身变成集光、风、 电、热、气多元协同的清洁能源基地,不只是煤炭这一单一的能源品种。我们希 望 30 年后的煤炭工业可以实现近零生态损坏的绿色开采、近零排放的低碳利用, 并形成多元协同的清洁能源基地,真正实现采掘智能化、 井下无人化、 地下电
13、气 化。 为实现该目标应如何谋划 ? 谢和平:目前,煤炭行业处于最困难的时期,但煤炭消费量的减少与我国经 济进入新常态有直接关系。 其实不仅是煤炭, 其它所有能源品种均出现需求弹性 减少的趋势, 风电、水电等清洁能源同样出现了限电现象,煤炭处于困境不是孤 立的。我国经济正处于换档调速期, 但调速不等于降速, 去产能不等于不要产能, 困境不等于绝境。 这就需要我们清晰认识到: 去产能是指去落后产能, 最关键的 是发展科学产能,要制定标准来倒逼科学产能; 煤炭行业的转型升级是挑战,更 是机遇,需要变被动为主动。 其实煤炭是个宝,关键是要谋划好,因此,我认为煤炭人应该有煤炭梦,绘 制一个煤炭革命的蓝
14、图。我初步划分了三个阶段,2020-2030 年进入少人、接近 天然气排放的煤炭工业3.0 时代,2030-2040 年进入无人、接近清洁能源排放的 煤炭工业 4.0 时代,2040-2050 年进入地上无煤、纯清洁能源的煤炭工业5.0 时 代。实现这个蓝图需要绿色生态开发、清洁低碳利用、 多元协同发展等发展战略 来支撑,也需要政府能给予政策支持,提供环境保障。 进行煤炭革命最核心的问题是什么? 谢和平:最关键的是构建全产业链的煤炭革命倒逼机制,来实现煤炭革命的 目的和要求。这需要依靠政府、国家、行业以及企业的自我约束,来加快并实现 煤炭行业的转型升级、 结构调整和转变发展方式, 使煤炭行业从
15、挖煤、 供煤的初 级阶段发展为供应清洁优质能源全产业链的高级阶段。 具体而言,可以通过科学产能倒逼煤炭科学开采的技术革命,通过超低排放 和低碳循环发展倒逼煤炭清洁利用的技术革命,以多元开放协同清洁能源倒逼煤 基多元清洁能源基地的技术革命,以建设清洁低碳、 安全高效的现代能源体系倒 逼煤炭结构调整、转型发展的技术革命。 您提到了全产业链,进行全产业链煤炭革命技术的重点方向是什么? 谢和平:煤炭行业必须有观念、理念的变革,技术保障也很重要。根据我们 的研究规划, 煤炭工业 3.0 时代,将发展深部煤矿基于“应力场- 裂隙场 - 渗流场 - 湿度场”融合的地质保障技术等8 项煤炭开发技术,以及低阶煤
16、分级分质利用 等 6 项煤炭利用技术, 形成超低生态损害与超低排放的机械化、信息化煤炭开发 利用体系。煤炭工业 4.0 时代,进行“深部”与“采动力学”基础科学原理与理 论探索等 9 项煤炭开发研究, 以及高参数燃煤发电、 新型煤炭气化、 新型燃烧脱 碳 3 项煤炭利用技术, 形成近零生态损害与近零排放的智能化、多元煤炭开发利 用体系。进入煤炭工业5.0 时代,发展深部复杂矿井可视化智能探测技术等6 项煤炭开发理论与技术, 在煤炭利用方面, 发展煤炭地下气化与煤制油联产、煤 炭与瓦斯喷燃爆炸发电、 低碳及近零排放新理论与技术等3 项研究,形成煤基多 元、开放、协同、绿色开发利用的清洁能源基地。
17、 我国的煤矿资源并未利用充分,煤炭行业应如何出新? 谢和平:煤炭行业有这样一个特点, 就是地下空间永远保持着, 只是一直没 有利用而已。 如果从开始采煤时就把巷道设计成永久性的,那么在采完煤后煤矿 甚至能变成一座地下城市。 不妨大胆想象,将这种永久性巷道用来开发地下房地产,如果做好模拟阳光、 生态植被、 地热转换与空气循环系统、 地下清洁能源抽水储能及水电系统、地下 水库、地下瀑布生态景观等,为何不能成为经济适用房积聚处?此外,参照德国 鲁尔,建设地下疗养院、地下空间站等也未尝不可。 目前我国不少煤矿开采完煤后,巨大的巷道空间都空着, 没有利用起来。 水 电站选址首先考虑要有很大的水位落差,不
18、具备条件的还要创造条件。 而煤矿千 米深井不在少数,煤炭开采出来,落差就在那里,如果把地下水从负1000 米提 升至负 200 米,那已经是 800 米的落差,理想状态下完全可以用地下水来发电。 如果还能建成小型蓄电站,就既可以形成地下水循环,又能进行储能了。 虽然这些想法看来是“异想天开”,可行性还有待考证和研究, 但不失为煤 炭行业发展方向的一个参照。 三:中国科学院院士何满潮:煤炭开采向深部进军不能老用增加人的手段 来实现高产 中国科学院院士何满潮 煤炭开采:从 110工法、 N00工法到自动化、智能化、无人化 110工法、 N00工法是我国矿业技术变革的第三次探索。110工法把采煤与
19、掘进两套工序初步统一起来, 使每个采煤工作面少掘进一条回采巷道,实现了无 煤柱开采。N00工法在 110工法的基础上, 把采煤与掘进两套工序彻底统一起来, 由掘进一条回采巷道变为不需要掘进回采巷道。 “煤炭开采向深部进军,不能老用增加人的手段来实现高产。”何满潮说, N00工法已实现采、掘、运、切、支、护一体化,未来可朝着煤炭开采自动化、 智能化、无人化的方向迈进。 N00工法对应的采煤机、刮板输送机等成套装备与传统采煤机、刮板输送机 等煤机装备有很大不同。目前,N00工法配套的工作面整套装备的专利都掌握在 中国人手中。这为我国煤矿大面积推广N00工法提供了可能,也为未来出口N00 工法的配套
20、技术奠定了基础。 如果我国所有煤矿都装备了N00工法配套的工作面整套装备, 煤炭行业就有 可能实现“中国制造2025”的目标。 煤炭燃烧:由热化学过程变为热物理过程 煤炭污染主要是由直接烧煤造成的,而挖煤造成的污染只是一小部分。未来 煤炭洁净利用的关键在于,将煤炭燃烧过程由热化学过程变为热物理过程。 目前,煤炭燃烧的热化学过程还没有办法把煤炭中的大部分有毒、有害元素 提取出来。如果将煤炭燃烧过程变为热物理过程,那么就可以通过沉淀等其他方 法将煤中的硫、砷等有毒、有害元素彻底提取出来。 未来,人类可以将深部煤矿地热资源与煤炭燃烧的热物理过程结合起来,实 现治理深部煤矿热害、 开发地热资源、 煤炭
21、洁净燃烧的统一。 这将是我们今后的 研究方向。 采煤造成的地下空间:储存油气资源、CO2 、核废料等,帮助风电调峰 粗略估计,我国开采煤炭造成的地下空间有数十亿立方米。这数十亿立方米 的地下空间有多少可供利用,目前还不太清楚,有待深入研究。未来,这数十亿 立方米中的可供利用空间加以相应的专业化改选后,可作为储存油气资源、 CO? 、 核废料等的场所。这对保障石油供给、减轻温室效应和减少核废料污染至关重要。 通过利用废弃煤矿的地下空间,可能使废弃矿井焕发生机。 目前,我国风电开工率不足60% 。未来,人类可以通过利用开采煤炭造成的 地下空间帮助风电调峰。 “人类通过在条件合适的煤矿建设风电调峰电站,利用煤矿第一水平与其他 水平之间的数百米高差, 在电力充足时, 将低水平的水抽到第一水平, 以备缺电 时发电 ; 在电力短缺时, 将抽到第一水平的水流向低水平,推动水力发电机运转, 实现发电。”何满潮说。 煤系共伴生资源:将选矿与煤炭燃烧发电过程结合,开发煤系共伴生资源 未来将选矿与煤炭燃烧发电过程结合,开发煤系共伴生资源,势在必行。 长期以来,我国煤系共伴生资源有相当一部分被白白烧掉或废弃,造成了资 源的巨大浪费。 未来,可考虑将选矿与煤炭燃烧发电过程结合,利用煤炭燃烧的 热物理过程与选矿的统一,在电厂实现高效开发煤系共伴生资源。 (来源: 56 选煤服务中心)
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