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工程院院士金涌:中國已成世界煤化工高地

發布于2017-01-10 17:59    文章來源:未知

  經年近八旬,但中國工程院院士、清華大學化學工程系教授金涌的目光從未離開過自己的專業領域。經歷過國內煤化工產業幾十年來發展的起承轉合,他的觀點比別人更多了幾分冷靜。
  "盡量把煤的價值充分體現出來"
  中國的石油資源相對短缺,石油進口對外依存度已經達到58.5%,因為涉及到能源安全,所以石油替代問題就顯得非常重要。而煤炭是中國僅有的比較多的資源,所以業界普遍看好用煤來替代石油。這是中國以煤制油和煤制氣為代表的新型煤化工發展的大背景。
  但從世界范圍看,實際上這確實是屬于中國的特殊情況。因為目前世界范圍來講,石油并不短缺,一般來講其他國家都沒有發展煤化工的強烈愿望。"過去有段時間提出的口號是煤化工要有序發展,煤變油、煤變燃料,主要是用來做技術儲備,戰爭或者急需時再大量建設"。金涌認為,以前對煤化工是有一定制約的,沒有大開口子,但是現在情況不同了。
  煤價進入下行周期后,煤炭企業迫切希望拉動煤價,為了安撫煤炭企業,同時考慮到石油進口比例也確實很大,所以國家能源局在年初的內部咨詢會上通報的關于煤制油、煤制氣的初步規劃是,到2020年規劃建設3000萬噸的煤制油,500億立方米的煤制氣。此消息一出,業界一片沸騰,政策大門進一步打開似乎觸手可及。
  "現在幾乎凡是有煤的地方就有煤化工。中國煤化工現在是處在爆發期、井噴期"。金涌認為,煤化工井噴的原因,首先是需求,其次是技術的逐漸成熟。
  實際上,中國企業開始進入煤制油產業時,南非沙索公司(Sasol)是當時世界上唯一進行大規模煤液化生產合成燃料的企業。而沙索公司開展煤制油的起因,是當時南非因為種族隔離政策受到全世界的制裁和禁運,無法進口石油。有一段時間沙索公司曾一天接待數個來自中國的代表團,中國企業們對煤制油的熱情,讓沙索自認奇貨可居,要價奇高,談了十來年一直談不下來。在這個過程中,中國國內就開始自己開發技術,現在煤化工的大量技術基本都已經國產化。而且中國不只是研究,還有了大規模生產經驗,這些國外是沒有的,"特別是幾十萬噸的煤化工裝置,只有中國有",中國"已經成了世界煤化工的高地"。
  雖然中國煤炭儲量大概是世界的12%,但中國人口占世界的20%,如果按照人均算,約為世界人均水平的一半,而且還有很多煤是采不出來的。"我們的煤也要節約用,也不是多的不得了",金涌認為,搞煤化工的第一個指導思想就是,要盡量把煤的價值充分體現出來。"一定要想到,煤不只是碳,煤是有機無機的復合物,里面有機的成分有十幾種,煤里面還有氫,碳氫比在煤的組成里是1:0.8,就是1個原子的碳有0.8個氫存在。如果煤炭只是燒掉,就把氫也燒掉了。氫實際上是很珍貴的,燒掉很不合算。能不能首先通過拆解,把鏈拆開,高價高用,就是煤的綜合利用"。
  業界還有一種觀點是,煤炭的綜合利用還應該配合煤的多聯產。金涌這樣解釋煤的多聯產:煤先熱解,變成半焦,半焦拿來燃燒,產生蒸汽發電,蒸汽輪機的背壓還有十幾公斤的壓力,可以用來供熱。半焦熱解產出的東西,可以拿來分離煤氣作燃料,可以做合成氣,變換配比后可以合成甲烷、輕柴油、輕焦油、重焦油.....這樣對煤的利用就是全價的。
  "我們很多院士也在一起討論,現在煤化工井噴,特別是煤變油,指標都已經分給大煤炭企業了。這樣做是不是最好呢?"金涌一直在思考這個問題。
  最明顯的問題是,煤化工要多排放幾十億噸的二氧化碳,"雖然城市是清潔了,但是全國總的二氧化碳排放增加了",而且煤炭轉化也會損失很多能量,用煤制氣后再發電很不合算。金涌認為,煤制氣再發電的效率是百分之三十多,而煤直接燃燒,通過超超臨界發電的效率最高可以達到42%~45%。在民用方面,用天然氣做飯其實熱效率很低,大約70%的熱量都散發在空氣里浪費了,所以美國雖然天然氣產業很發達,但還是有一半以上的家庭用電做飯。"還不如改造煤電廠技術,可以實現煤耗很低,很清潔",金涌認為,煤制氣一定要考慮到使用是不是合理。
  相對于煤制油和煤制氣,金涌更看好煤制芳烴的前景。芳烴主要用于生產異氰酸酯等,做高檔汽車的表面漆、高級泡沫塑料、人造革、各種電器的外殼等高檔產品?,F在國內的芳烴90%來自石腦油裂解,消費量大概是1400萬噸,對外依存度是44%。金涌認為,用煤做芳烴是很好的契機,"中國要開辟煤制芳烴的技術,這個是全世界第一的"。
  "大家都在大規模做同樣的東西,而且都是大路貨,沒有想怎么和使用過程對接。比如聚乙烯,實際上汽車用的都不是純聚乙烯,都是復配的塑料合金,這個必須做深入研究"。金涌堅信要做高附加值的產品,這才是煤化工應該走的道路。"從甲醇出發可以做成乙烯丙烯,做成三烯三苯等很多原來用石油產生的東西。甲醇的價錢大概現在兩三千元一噸,假如做成高檔的產品,可以增加幾倍十幾倍的附加值。所以用煤炭做甲醇,發展三烯三苯往下走,前景很好。如果做成油,一燃燒就沒有了,變成二氧化碳了"。"我們現在考察的是萬元GDP能耗,假如產品價錢高,萬元GDP能耗就降下來了,所以提高附加值是我們減碳,搞低碳經濟的一個好抓手"。
  "煤變油是翻山,醇醚是打隧道"
  十多年以來,對于怎么用煤來替代石油作為燃料開汽車,一直有兩種不同觀點。一種觀點支持煤變油,另外一種觀點則主張,開車不一定用油,可以用醇醚添加。從技術經濟性的角度,金涌更看好煤化工的醇醚路線。"只要可以驅動汽車,為什么一定要是汽油或柴油呢?"
  實際上,最早的醇醚路線是甲醇汽油。甲醇添加到汽油里,如果不超過14%,是感覺不出來的。但是甲醇路線在國內一直沒有進入主流。
  從技術角度看,還有一個選擇是二甲醚。二甲醚合成也用氫氣和二氧化碳作為原料,產品是1份重量的水,2.5份重量的二甲醚。假如是煤變油,合成出來的產品是0.78份重量的油,1份重量的水。所以,二甲醚的用煤量只是煤變油的二分之一,而且1公斤二甲醚的行駛里程數和同等量的柴油一樣。金涌表示,二甲醚的排放非常干凈,"在排氣管后面放一張白紙,跑多遠紙都是白的"。不過有個問題是,二甲醚在常溫下是氣態的,使用必須壓縮灌裝。
  能不能把二甲醚做成液態的?清華大學的新技術是用煤制造聚甲氧基二甲醚。聚甲氧基二甲醚的沸點可以達到140度,完全可以和柴油調和,提高柴油的十六烷值,成倍地減少pm2.5排放。這項技術的鑒定會已經開過,金涌和謝克昌、汪燮卿、楊啟業、郝吉明、陳丙珍等幾位院士一起,聯名上書政府,建議促進聚甲氧基二甲醚在全國的推廣應用。
  金涌這樣解釋聚甲氧基二甲醚性能優良的原理:現在的柴油機汽油機都需要吸進空氣(主要是利用空氣中的氧氣)才能燃燒,但空氣里還有大量氮氣,氮氣對燃燒不起作用,最后只是加熱到高溫排出去,白白走過場,浪費了很多能量。而聚甲氧基二甲醚的分子鏈上帶著氧,如同"自帶干糧",所以雖然其燃燒的熱值相對低,但十六烷值高,出力并不遜色,就是因為它不需要吸進太多空氣。尤其是在空氣稀薄、氧氣不足的高原和高寒地區,使用聚甲氧基二甲醚更為適合。
  "煤變油是翻山,醇醚是打隧道,當然這個合算"。金涌并不諱言自己的觀點,他認為,從能源利用率來看,煤變油"是短視的,是近視眼","可是企業家不這么認為,煤變油后立刻就賣給石油公司了,馬上就可以賺錢。只要賺錢就行了,管他效率高不高呢"。
  "要解決能源問題,還是要靠改革"
  做了大半生的技術,金涌對技術的局限性有比旁人更深刻的認識。
  他看好的醇醚路線多年來在國內一直未取得大的進展,他認為最大的問題就是遭遇了大公司的壟斷和不合作。
  水面之下,市場的暗流涌動其實一直沒有停止過。雖然甲醇汽油一直沒有大規模推廣,但業界公開的秘密是,很多加油站都在偷偷向油品中加入甲醇。這也是在產能過剩的形勢下,甲醇一直能維持住相對較高價位的重要原因。但是甲醇汽油一直沒有主渠道運營,金涌認為,這終究不是辦法,還是要"要引導到正路上去,不要偷偷摸摸干"。
  在山西省領導召開的一次會議上,金涌直言不諱的表示,要解決中國的汽車能源問題,不是靠技術,技術已經做了,主要靠政策。因為現在煤制油的產品只能賣給大石油公司,"最后環節堵死了,沒有出口,所有的新技術都白搭"。
  他的設想是,假如煤化工企業可以參與經營一些加油站,并有一定決策權,就可以把摻有醇、醚、聚甲氧基二甲醚等醇醚燃料的油品品牌經營,銷售渠道就此打開。煤化工企業的油品,直接向市場銷售。"轉變煉油方式,我們每年就可以多產2000萬噸至4000萬噸的醇醚攙合組份,而且和煤合成柴油路線相比,能大幅度降低煤炭消耗,提高能源利用率,減少燃燒柴油的pm2.5排放,也能大幅度降低煤化工投資,多渠道解決中國車用燃料短缺的問題"。
  在能源行業里,制度問題滋生的不僅是腐敗,還有技術上的落后和不思進取。"我們是搞技術的,可還是相信制度問題是解決中國能源問題更重要的途徑"。金涌的切身體會是,"現在要想解決中國能源問題,還是要靠改革","實際上結構的問題,政策的問題,比技術的影響更大"。
  金涌:清華大學化學工程系教授,清華大學化學科學與技術研究院院長。1935年生于北京,1959年畢業于原蘇聯蘇拉爾工學院,1979年領銜組建清華大學反應工程研究室,1997年當選中國工程院院士。2007年獲得美國化學工程師協會(AICHE)的PSRT流體化講座教授獎。主要研究領域為液態化化學反應工程學和生態工業工程,擔任國際循環流化床系列會議顧問組成員,中國化工學會、中國顆粒學會常務理事,中國生態經濟學會副理事長、工業生態經濟與技術專委會主任,中國環境學會顧問,以及國家發改委循環經濟試點園區規劃顧問和評審委員。
 
 

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