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包信和院士:如何发掘煤炭潜力保障能源安全?

2020-04-15 07:22煤炭能源 人已围观

简介猎魔人剧情中煤炭占59.0%。石油和天然气虽然比重较小,但是对外依存度很高。贫油、少气、煤炭较多,我们如何充分发掘煤炭的潜力,保障能源安全?在《中国经济大讲堂》中,中国科学院院士...

  中煤炭占59.0%。石油和天然气虽然比重较小,但是对外依存度很高。贫油、少气、煤炭较多,我们如何充分发掘煤炭的潜力,保障能源安全?在《中国经济大讲堂》中,中国科学院院士、中国科学技术大学校长包信和指出,对于中国来讲,有一件事情是很有必要做的,而且是性的,就是怎么把我们已有的资源——煤,变成我们少有的油、天然气或者是化学品。

  12月28日,CCTV-2央视财经频道《中国经济大讲堂》特邀中国科学技术大学校长、中国科学院院士包信和为您深度解读。

  包信和,中国科学技术大学校长、中国科学院院士。他长期从事催化基础理论研究和新型催化材料的创制,以及能源清洁高效转化过程的研发,在纳米催化基础、天然气和煤基合成气高效转化等方面取得了一系列重要研究成果,多次获得国内外学术奖励。面对我国“贫油、少气、相对富煤”的状况,他立志未来能够像加工石油那样加工煤炭。为了这个目标,他偏于一隅,甘坐15年冷板凳。研究成果颠覆了90多年来煤化工一直沿袭的传统路线,有望使煤化工水耗和能耗大幅降低,被业界誉为煤转化领域“里程碑式的重大突破”。

  世界上能源结构的比例是三分之一左右是煤,三分之一左右是石油,再三分之一左右是天然气,大概还有一部分是可再生能源。但是对于中国来说,情况就不一样了。

  中国在能源结构中长期以来一直是以煤为主导的,甚至有些地方的煤可以达到80%。但通过现在这几年的变化,我们使用煤的情况在能源结构里面的占比逐步降低了,去年煤的使用大概就占到60%左右。按照现在石油开采的量,中国探明的可开采的石油大概可以采十二年,天然气大概是三十年左右,煤多一点,大概就是四、五十年的样子,或者是更多一点。

  而从对外依存度来看,比如现在我去加一箱油,70%左右是进口的,30%是我们中国自己开出来的;天然气大概45%左右是进口的, 50%左右是我们自己开出来的。中国的能源强度非常高,能源强度是什么意思呢?一万美元的GDP(国内生产总值),我们中国消耗的能源跟国外消耗的能源不是可比的。本世纪初的时候,我们消耗的能源大概是日本的8—10倍。也就是说,我们生产一万美元的(国内生产总值),我们消耗比如说是8份的煤,日本人可能就消耗1份的煤。所以我们的效率确实是非常之差的,再加上由于烧煤这个事儿,对我们的空气、水的污染非常之大。

  到底中国怎么发展?从2000年到2018年中国石油、天然气的对外依存度数据来看,所谓依存度,就是我们到底要进口多少?2018年我们进口的天然气大概是45%,进口的石油依存度大概是70%。但我们现在一年开发多少油呢?大概最大的产出量不到2亿吨,现在差不多1.9亿吨这个样子,但我们要用到6亿吨这样的油。接下来我们肯定是开发不了这么多,但对于中国来说,真正资源占比比较大的,相对来讲就是煤。

  自然界有它的一个安排,中东那一块油多,中国这一块相对来讲就是煤多。有些煤矿里面,十几米全是煤,就堆在那个地方,我们再用机器去把它挖出来就是煤,而且就是好煤。所以对我们中国来讲,有一件事情是很有必要做的,而且是战略性的,就是怎么把我们已有的资源,把我们的煤变成我们少有的油、天然气或者我们的化学品。这块东西美国人不做,猎魔人剧情因为他们的油、天然气很多,它根本不会要用煤来做这个事儿。欧洲人做不做呢?欧洲人也不做。所以实际上这一块东西,就是非常有中国特色的,我们是一定要将此作为我们战略的储备。

  但做完以后是不是马上就开成工厂大量生产?这个不一定,要看经济情况。经济有需求我就用它,经济没有需求我就不去用,但是我们一定要知道怎么做能把煤变成油,或者变成化学品,这个是我们一直在做的。我想我们在座的可能也有很多人也在做这件事,而且这件事情还是中国人做得最好。比如煤制油这一块,我们中国16万吨年产量,煤制油做了好多,我们中国最大的一个煤制油的工厂在宁夏的宁东这块地方。最大的一个装置一年可以供我们生产400万吨油,这个量就是很大的。

  中国还做了一件事就是把煤先变成甲醇,然后再把甲醇变成烯烃。烯烃是一种碳和氢组成的化合物,它是重要的化工基础原料。广泛用于生产塑料、橡胶、服装、汽车、家具、装饰材料、包装材料等多种产品。在工业上,烯烃主要通过石油裂解来生产,也可以通过甲醇、乙醇等其他原料等制取。如果能直接利用煤生产烯烃,可以大大降低石油的消耗。

  煤变成甲醇以后,再把甲醇变成烯烃,然后再把它变成聚烯烃,整个这是一个产业链。以前烯烃我们都是怎么来的呢?都是炼油过程当中产生的石脑油,把石脑油裂解变成烯烃。10吨的原油大概可以炼3吨的石脑油,3吨的石脑油可以炼一吨的烯烃,10吨的原油才能搞出一吨烯烃来。我们中国大概一年消耗烯烃大概就4000万吨左右,也就是说炼油能力就要到4亿吨才能够做这样一件事。现在大家可以看到,有1000多万吨我们可以从煤中来,这解决了很大的一个问题了,所以这个对中国人来说是很重要的。

  但是一谈到煤这件事,好多地方都打怵,为什么打怵呢?因为煤一个是有污染,一个就是中国还缺水。大家都知道,可能有些人对这个煤化工了解,要搞煤化工一定要用水。我们到底怎么来解决这样一个问题?我先给大家看一看煤是一个什么样的东西,别以为煤就是个炭,不是的。你要把煤仔细看到里面,它有很多分子。自然界经过光合作用,把二氧化碳跟水什么东西弄在一起,氢同碳弄在一起就变成不同的芳烃。这样一个烃的分子后面再埋在地下去以后,这些分子慢慢就在这个里面了,这些分子好多都是我们需要的。

  那么大家在想,有没有可能直接把煤用催化剂把它像剪刀一样剪下来,变成我们需要的东西呢?大家知道,石油炼制它是用催化剂把这个油品剪断以后,拿出我们需要的东西来。那么那一天有没有可能这个煤也找到一个催化剂,或者怎么样把它剪断,不就是我们需要的东西了吗?

  1924年,有两个德国人,一个叫弗朗兹·费歇尔,一个叫汉斯·托罗普施,他们就把这个过程弄出来,叫“费托过程”。九十多年来,一直是这样一个过程。“费托过程”是怎么做的呢?是用一个水跟一氧化碳反应,变成了氢气加二氧化碳,就是水煤气变化反应。接下来再用氢气把一氧化碳的氧给拿掉,变成了水,一氧化碳跟氢反应就变成了CH2(低碳烯烃)。我们现在做了个什么事呢?这十几年我们就做了一件事儿,就是不用费托反应这个催化剂了,而用另外一种氧化物作为催化剂,直接用催化剂把这个一氧化碳跟这个氧反应,变成了二氧化碳,这个碳跟这个氢反应变成了这个东西。一个优点就是不用水了,再循环是没有了;还有一个优点就是把这三步的反应最后变成一步了。

  现在世界上做得最好的,比如做烯烃,也就做到58%的转化率。我们就用这个反应去做,因为它选择性高了,它一下可以做到百分之九十几的转化率。大家知道,这个百分五十八同百分九十几可是差别很大了。这件事情出来以后,我们不光是就做这样一个反应,我们把这个概念进一步推广,它实际上是一个平台,最起码可以少用水,少排二氧化碳,少耗能,因为这个过程就节能,而且它的反应选择性高。所以这个过程也就是一个绿色的过程,我为什么讲催化能够来支撑绿色发展呢?支撑这个协调发展呢?那这个也就是我们做的一件事,就通过催化在煤化工当中来支撑绿色发展这样一件事。

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