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包信和院士:如何發掘煤炭潛力保障能源安全?
字號:[    ] 發布時間:2019-12-30 11:03:51 來源:央視財經
  我國作為世界最大的發展中國家,能源需求仍在持續增長,能源消費結構也存在較大問題。2018年,我國能源消費中煤炭占59.0%。石油和天然氣雖然比重較小,但是對外依存度很高。貧油、少氣、煤炭較多,我們如何充分發掘煤炭的潛力,保障能源安全?在《中國經濟大講堂》演講中,中國科學院院士、中國科學技術大學校長包信和指出,對于中國來講,有一件事情是很有必要做的,而且是戰略性的,就是怎么把我們已有的資源——煤,變成我們少有的油、天然氣或者是化學品。

  12月28日,CCTV-2央視財經頻道《中國經濟大講堂》特邀中國科學技術大學校長、中國科學院院士包信和為您深度解讀。

  嘉賓簡介

  包信和,中國科學技術大學校長、中國科學院院士。他長期從事催化基礎理論研究和新型催化材料的創制,以及能源清潔高效轉化過程的研發,在納米催化基礎、天然氣和煤基合成氣高效轉化等方面取得了一系列重要研究成果,多次獲得國內外學術獎勵。面對我國“貧油、少氣、相對富煤”的狀況,他立志未來能夠像加工石油那樣加工煤炭。為了這個目標,他偏于一隅,甘坐15年冷板凳。研究成果顛覆了90多年來煤化工一直沿襲的傳統路線,有望使煤化工水耗和能耗大幅降低,被業界譽為煤轉化領域“里程碑式的重大突破”。

  世界上能源結構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氣,大概還有一部分是可再生能源。但是對于中國來說,情況就不一樣了。

  中國在能源結構中長期以來一直是以煤為主導的,甚至有些地方的煤可以達到80%。但通過現在這幾年的變化,我們使用煤的情況在能源結構里面的占比逐步降低了,去年煤的使用大概就占到60%左右。按照現在石油開采的量,中國探明的可開采的石油大概可以采十二年,天然氣大概是三十年左右,煤多一點,大概就是四、五十年的樣子,或者是更多一點。

  而從對外依存度來看,比如現在我去加一箱油,70%左右是進口的,30%是我們中國自己開出來的;天然氣大概45%左右是進口的, 50%左右是我們自己開出來的。中國的能源強度非常高,能源強度是什么意思呢?一萬美元的GDP(國內生產總值),我們中國消耗的能源跟國外消耗的能源不是可比的。本世紀初的時候,我們消耗的能源大概是日本的8—10倍。也就是說,我們生產一萬美元的GDP(國內生產總值),我們消耗比如說是8份的煤,日本人可能就消耗1份的煤。所以我們的效率確實是非常之差的,再加上由于燒煤這個事兒,對我們的空氣、水的污染非常之大。

  到底中國怎么發展?從2000年到2018年中國石油、天然氣的對外依存度數據來看,所謂依存度,就是我們到底要進口多少?2018年我們進口的天然氣大概是45%,進口的石油依存度大概是70%。但我們現在一年開發多少油呢?大概最大的產出量不到2億噸,現在差不多1.9億噸這個樣子,但我們要用到6億噸這樣的油。接下來我們肯定是開發不了這么多,但對于中國來說,真正資源占比比較大的,相對來講就是煤。

  自然界有它的一個安排,中東那一塊油多,中國這一塊相對來講就是煤多。有些煤礦里面,十幾米全是煤,就堆在那個地方,我們再用機器去把它挖出來就是煤,而且就是好煤。所以對我們中國來講,有一件事情是很有必要做的,而且是戰略性的,就是怎么把我們已有的資源,把我們的煤變成我們少有的油、天然氣或者我們的化學品。這塊東西美國人不做,因為他們的油、天然氣很多,它根本不會要用煤來做這個事兒。歐洲人做不做呢?歐洲人也不做。所以實際上這一塊東西,就是非常有中國特色的,我們是一定要將此作為我們戰略的儲備。

  但做完以后是不是馬上就開成工廠大量生產?這個不一定,要看經濟情況。經濟有需求我就用它,經濟沒有需求我就不去用,但是我們一定要知道怎么做能把煤變成油,或者變成化學品,這個是我們一直在做的。我想我們在座的可能也有很多人也在做這件事,而且這件事情還是中國人做得最好。比如煤制油這一塊,我們中國16萬噸年產量,煤制油做了好多,我們中國最大的一個煤制油的工廠在寧夏的寧東這塊地方。最大的一個裝置一年可以供我們生產400萬噸油,這個量就是很大的。

  中國還做了一件事就是把煤先變成甲醇,然后再把甲醇變成烯烴。烯烴是一種碳和氫組成的化合物,它是重要的化工基礎原料。廣泛用于生產塑料、橡膠、服裝、汽車、家具、裝飾材料、包裝材料等多種產品。在工業上,烯烴主要通過石油裂解來生產,也可以通過甲醇、乙醇等其他原料等制取。如果能直接利用煤生產烯烴,可以大大降低石油的消耗。

  煤變成甲醇以后,再把甲醇變成烯烴,然后再把它變成聚烯烴,整個這是一個產業鏈。以前烯烴我們都是怎么來的呢?都是煉油過程當中產生的石腦油,把石腦油裂解變成烯烴。10噸的原油大概可以煉3噸的石腦油,3噸的石腦油可以煉一噸的烯烴,10噸的原油才能搞出一噸烯烴來。我們中國大概一年消耗烯烴大概就4000萬噸左右,也就是說煉油能力就要到4億噸才能夠做這樣一件事,F在大家可以看到,有1000多萬噸我們可以從煤中來,這解決了很大的一個問題了,所以這個對中國人來說是很重要的。

  但是一談到煤這件事,好多地方都打怵,為什么打怵呢?因為煤一個是有污染,一個就是中國還缺水。大家都知道,可能有些人對這個煤化工了解,要搞煤化工一定要用水。我們到底怎么來解決這樣一個問題?我先給大家看一看煤是一個什么樣的東西,別以為煤就是個炭,不是的。你要把煤仔細看到里面,它有很多分子。自然界經過光合作用,把二氧化碳跟水什么東西弄在一起,氫同碳弄在一起就變成不同的芳烴。這樣一個烴的分子后面再埋在地下去以后,這些分子慢慢就在這個里面了,這些分子好多都是我們需要的。

  那么大家在想,有沒有可能直接把煤用催化劑把它像剪刀一樣剪下來,變成我們需要的東西呢?大家知道,石油煉制它是用催化劑把這個油品剪斷以后,拿出我們需要的東西來。那么那一天有沒有可能這個煤也找到一個催化劑,或者怎么樣把它剪斷,不就是我們需要的東西了嗎?

  1924年,有兩個德國人,一個叫弗朗茲·費歇爾,一個叫漢斯·托羅普施,他們就把這個過程弄出來,叫“費托過程”。九十多年來,一直是這樣一個過程。“費托過程”是怎么做的呢?是用一個水跟一氧化碳反應,變成了氫氣加二氧化碳,就是水煤氣變化反應。接下來再用氫氣把一氧化碳的氧給拿掉,變成了水,一氧化碳跟氫反應就變成了CH2(低碳烯烴)。我們現在做了個什么事呢?這十幾年我們就做了一件事兒,就是不用費托反應這個催化劑了,而用另外一種氧化物作為催化劑,直接用催化劑把這個一氧化碳跟這個氧反應,變成了二氧化碳,這個碳跟這個氫反應變成了這個東西。一個優點就是不用水了,再循環是沒有了;還有一個優點就是把這三步的反應最后變成一步了。

  現在世界上做得最好的,比如做烯烴,也就做到58%的轉化率。我們就用這個反應去做,因為它選擇性高了,它一下可以做到百分之九十幾的轉化率。大家知道,這個百分五十八同百分九十幾可是差別很大了。這件事情出來以后,我們不光是就做這樣一個反應,我們把這個概念進一步推廣,它實際上是一個平臺,最起碼可以少用水,少排二氧化碳,少耗能,因為這個過程就節能,而且它的反應選擇性高。所以這個過程也就是一個綠色的過程,我為什么講催化能夠來支撐綠色發展呢?支撐這個協調發展呢?那這個也就是我們做的一件事,就通過催化在煤化工當中來支撐綠色發展這樣一件事。

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