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《经济半小时》 20150509 创新驱动进行时:煤炭利

2021-03-26 01:00

  【近日,神华集团和中国航天科技集团宣布,使用煤基燃料的火箭发动机整机热试车获得成功。这种“煤基燃料”就是煤直接液化生产的煤制油产品。用“煤”把火箭送上天或将成为现实。】

  我国的火箭技术发展非常迅速,火箭升空离不开优秀的航天燃料。在我国,石油一直是助推火箭升空的主要原料。然而随着石油进口依存度的日益增高,出于国防安全和资源优化的考虑,我们迫切需要寻找到一种新的替代能源。那么究竟用什么来替代呢?近日,神华集团和中国航天科技集团宣布,使用煤基燃料的火箭发动机整机热试车获得成功。这种“煤基燃料”就是煤直接液化生产的煤制油产品。用“煤”把火箭送上天或将成为现实。

  2015年4月12日11时30分,在中国航天科技集团六院的试验区,世界第一台采用液氧煤基航天煤油的火箭发动机点火试车,一次成功。

  中国航天科技集团六院新一代运载火箭总设计师刘红军:从试验来看,各项性能都达到了实际要求,实验取得圆满成功。

  这是全世界首次将煤基的煤制油作为燃料应用于航天领域。专家告诉我们,这次试验的成功,标志着我国自主研发的煤制油完全可以代替石油作为航天燃料使用。

  刘红军:从各项性能来看,它和石油级煤油的话性能相当,煤质油体积是可以达到在火箭发射意义上适应这个水平了。

  2015年4月19日,在内蒙古鄂尔多斯市的神华集团煤制油分公司,记者见到了这款用煤炭制成,能让飞机上天的燃料油,看上去清澈透明。

  工作人员:这是我们煤制柴油的一种特色,它是一种无色透明,大比重,低硫低氮的柴油。

  如非亲眼所见,很难让人相信,眼前这瓶无色透明的液体就是让能让飞机上天的燃料油,而它却是由乌黑的煤炭经过一系列工序转化而来的。

  中国神华集团鄂尔多斯煤制油分公司党委书记杨占军:这个皮带现在输送就是煤液化用的洗精煤,经过洗煤场洗选之后,它的力度,它的灰份达到我们指标要求之后通过皮带送到我们煤液化中心,制粉装置的煤仓,作为磨机的原料。

  从矿区洗选好的原煤经过一系列密闭的粉碎、磨粉,由一条全密闭的运输带,输送到另外一处备煤装置,和催化反应需要的几种特殊材料混合处理,形成煤浆。煤浆和煤制氢装置产生的氢气一同被送入了煤制油反应的最核心区域煤液化反应器。

  央视财经《经济半小时》记者寇轩凯:我们现在所在的位置就是神华集团煤制油装置整个这套系统里面最核心的心脏区域,这个区域的名字叫煤液化反应器,它的作用是什么?

  中国神华集团煤制化工有限公司总工程师舒歌平:煤转化成油都是在这个反应器里面进行的,我们这个反应器目前是全世界最大的高压临界反应器。内径4米8,高64米,单台重量是2103吨。这里面就是煤的转化,煤变油就是在这个反应器里面。最后出来以后经过一系列的分离,最后通过减压蒸馏,出来的油就送到灌区,塔底就是煤液化残渣。

  从煤转化为油的整个过程,反应器每天要进注煤粉5000多吨。巨大的数值背后,需要中心控制室和各部门控制室紧密配合,实时监控,随时处理可能发生的安全隐患。

  工作人员:现在主要是我们这个粉仓的压力要控制范围,要控制在-1到3000帕,然后它现在有点高爆了,快达到那个值了,说明那个粉仓往里补充氮气的阀门有点故障。

  煤液化反应器是煤制成油的最核心装置,它的研发成功是我国煤制油领域走到世界最前沿的标志。然而自主研发的代价就是冒着危险,不断地推翻重来。为了使这台装置稳定运转,这个超大装置里的一个很小的零配件的研制,就让科研人员用了3年的时间。

  舒歌平:高差压减压阀。所有的反应的物料要通过这个阀来降到常压来进行后面处理。

  舒歌平:很重要,一旦这个阀是不是磨损了,失控了,它这个190的高压,瞬间窜到那个低压系统会发生爆炸。

  舒歌平:它是噌一下,高压到低压那很快很快,比水库那个水溃坝还要快。我们用过德国的、美国的、日本的、加拿大的都不行,国外最长的使用时间也是1008个小时,最短的就几个小时。我们通过这几年的攻关,我们现在可以累积运行,三个阀累积运行时间达到三千小时,四个多月吧。

  在高温高压下把固体煤转化成液体油料,考验的是设备的耐压性和持续工作的性能。舒歌平说,大量的固体煤、氢气还有催化液体三者混合,并且高速反应,考验的是主体管道的承受力和稳定性。一旦混合不好,出现管道堵塞,后果不堪设想。国内外同类装置出现爆炸事件,屡见不鲜。

  舒歌平:这个煤液化反应器相当于人的心脏,它容易出现沉积、结焦、甚至爆炸,因为一旦堵塞,后果很严重,有爆炸的危险,国内有厂家发生过爆炸,

  经过艰难漫长的自主研发和严谨的革新技术,神华集团煤制油项目,赢得了世界煤制油大会的多项大奖。2008年,我国世界唯一的年产100万吨级超大规模煤制油设备在神华集团正式投入生产,在世界多国的审视和观望下,连续6年无事故安全生产。年产近百万吨各类煤制油产品,取得了美国、加拿大、日本、印度等8国专利证书。直接煤液化技术更是占据了世界第一的位置。

  黑黑的煤炭通过一系列的加工成为航天火箭的燃料,这个梦想正在逐渐变为现实。那么为什么煤制油可以替代航天用的石油作为燃料?它需要有什么样的性能才能有资格替代呢?它究竟好在哪里?有一天,路上跑的汽车是不是也能用上这样的燃料呢?

  在航天用油领域,要求油品具有高密度,高发热量,高稳定性和低凝点等特殊要求。一般品质石油基燃油都很难符合要求。煤制油的各项性能是否达到或超过一般石油基油品,成了煤制油能否上天的关键。在鄂尔多斯,有一家全国目前唯一的一个煤制油试点加油站。站里的汽、柴油就是神华集团煤制油分公司研发的产品。

  司机:耐烧比如说就这一箱油,你在其他加油站加一箱油,能跑上500公里,这就能跑上530、540,

  在加油站,许多来加油的司机告诉记者,这个油站的油提速快,耐低温、跑得远。那么,煤制油为什么会有这样的特点呢?在神华煤制油分公司的质检中心,试验人员为我们出示了宁夏和陕西两个石油产品质量监督检验中心对煤制油的试验报告,报告中很多专业数值说明了煤制油的特殊性能,为了让我们直观的看到煤制油的特性,试验人员现场做了实验。

  中国神华集团鄂尔多斯煤制油分公司实验人员:这个是冷却,然后这个是我们厂的普通柴油,这个是外边产的普通柴油。

  却,随着仪器温度下降,我们发现石油基柴油出现了浑浊的变化。而当仪器温度下降到零下67。5度时,再拿出两种柴油,变化非常明显。

  除了凝点低,试验人员通过密度试验对比证实了煤制柴油的比重大于一般石油基柴油。

  在上海的煤直接液化国家工程实验室,负责人李克健告诉我们, 煤基油品的稳定性,要比普通石油基油品好很多。如果作为战略需要,便于长期保存。他从2014年10月开始,分别储存了几种煤制油和石油基制油。半年时间过去,煤基制油没有任何变化,但是石油基制油的色度已经发生了上升变化。

  中国神华集团煤制油化工有限公司上海研究院院长李克健:色调上升了2个单位。

  煤炭一直以来在人们心中都是有污染的,但是现在我们看到了煤能生产出白色透明的洁净油品,更神奇的是煤炭还能生产出像大米一样的化工材料。那么在这些煤制品的转化生产中间,煤炭中本身带有的硫化物还有燃烧带来的烟尘、煤灰、废渣、污水等一系列可能污染大气和环境的有害物质都哪里去了?继续来看我们的调查。

  在神华集团包头煤化工公司,我们在生产车间看到了很多白色颗粒。负责人告诉我们,这些颗粒就是我们日常生活中不可缺少的许多塑料制品的原材料。他们都是用乌黑的煤炭制成的。

  神华包头煤化工有限责任公司总经理闫国春:聚乙烯颗粒,这个就是我们这个工厂生产出的树脂,它也叫树脂。

  闫国春:对,晶莹剔透,我们日用品,包括工业用品好多都是用它做的,包括我们戴的安全帽。

  闫国春:就是它做的,还有有一些化纤的一些衣物也是以它为原料,同时还有很多,比如说我们儿童玩的玩具,比如说我们现在家用的那些管材,暖气的那些热水管、冷水管,包括自来水管都是用它来做的。

  负责人告诉我们,国际目前比较通用的聚乙烯和聚丙烯材料是以石油作为原料制成的。而以煤炭为原材料制成的这些化工产品完全可以替代石油制品,成本却比石油制品低很多。

  闫国春:我们现在看到这个产品现在市场的售价在8400元左右,对面那个聚乙烯,因为这是聚丙烯,聚乙烯现在售价可以卖到10600元,它的生产成本和石油为原料的成本,它俩两种原料生产它的成本大概差,一吨可能要差两千块钱左右。

  工作人员:这个就是。原来那里面的水非常脏,看这水,非常干净,已经把微生物已经过滤掉了,这里头产生的就是纯水,处理后就是第四步处理掉的水。

  四步处理过的污水已经可以作为整个煤制油系统的循环补水使用。而经过最终六个步骤处理后的污水,已经看不到任何污水的痕迹,甚至转变成了可以饮用的水。而煤炭燃烧产生的有害气体,在这里也都有它的用处。

  杨占军:那个烟囱排的是二氧化碳,我们工艺处理之后,把煤变成油,煤变成氢的过程当中,产生出来的硫化物和氨进行了工艺处理, 把它收储之后呢,再进行另外的处理,那么使得我们烟囱排放到大气当中的污染物几乎为零。

  煤炭制油在燃烧的同时,会产生大量的废渣,而这些废渣其实并非废料,也是可再燃烧的燃煤材料。 除了用于二次燃烧,上海煤直接液化国家工程实验室的负责人告诉我们,它也是个宝贝,还有很高的附加价值正在被开发利用。

  中国神华煤制油化工有限公司上海研究院院长李克健:这个产品是煤液化沥青。这个沥青质量远远好于我们现在市售的煤焦油沥青,那么它好在什么地方呢,第一个可以做出很优质的针状焦,针状焦它主要用于冶金行业的电极。我们还可以出这个叫超级活性炭,我们普通市场上售的活性炭,也就是我们空气净化用的活性炭,它的比表面积一颗大概是一千平米左右,我们可以做到三千平米以上,也就是我们市场活性炭吸附能力的三倍。

  煤转化过程中离不开电力的支撑。而多年来我国煤炭发电行业由于技术滞后,存在的大气污染问题严重,一直是不争的事实。多年来和神华集团有着密切技术合作的上海外高桥第三发电有限公司,煤电污染的历史,早已被改写。国际能源署总裁曾把那里誉为世界最清洁的电厂。西门子公司火电部首席执行官也曾把那里的最新发电节能技术,誉为改革高污染发电行业为低排放绿色企业的唯一机遇。那么上海外高桥发电厂究竟有什么法宝呢?

  煤转化过程中离不开电力的支撑。而多年来我国煤炭发电行业由于技术滞后,存在的大气污染问题严重,一直是不争的事实。在多年来和神华集团有着密切技术合作的上海外高桥第三发电有限公司,煤电污染的历史,早已被改写。国际能源署总裁曾把这里誉为世界最清洁的电厂。西门子公司是国际电力系统技术领先的知名企业,火电部首席执行官曾把这里今年来革新的最新发电节能技术,誉为改革高污染发电行业为低排放绿色企业的唯一机遇。那么它究竟有什么法宝呢?

  根据中国电力联合会2014年最新统计显示,国内煤电厂燃煤机组的煤耗,平均每度电耗煤318克,上海外三发电公司只有276.02克,而国际目前发电节能最先进的国家丹麦也要286.08克,美国要300.08克每度。上海外三电厂发电每度电节煤超过国际最先进的节能国家近10克。每度电平均比国内电厂节煤40克以上。国内许多大型企业也正在和上海外三电厂,进行节能改造技术合作。改造后的电厂,至少每度电降低煤耗10克以上。

  上海外高桥第三发电有限公司总经理冯伟忠:就在我们的旁边的江苏,它的徐州铜山电厂,它是华润电力的,铜山电厂,它也是两台一百万的超超临界,跟我们非常相似的两台机组,那么通过我们的合作,我们把技术,就是推广到他们那里,也就意味着它一年可以降低的,就是原煤煤耗要超过14万吨,这是怎样的一个概念呢?

  2010年至今,我国多地雾霾天气每年上升加剧,而煤炭发电厂没有治理大气污染是其中主要的成因,为了彻底根治多年来困扰已久的雾霾难题。2014年7月国家环保部对煤电行业制定了新的排放标准。要求整个煤电企业到2020年为限,排放的污染物以毫克量为单位,每立方米氮氧化物不得超过50,二氧化硫不得超过35,烟尘不得超过10。要低于目前世界各国排放标准的2倍到4倍。被煤电行业誉为史上最严的新国标,全行业一片哗然。

  上海外高桥第三发电有限公司总经理冯伟忠:甚至于有专家在中国电力报上刊登署名文章,说这是压垮骆驼的最后一根稻草,就是本身前几年煤价飞涨,电力行业不堪重负,在这种情况下再提出这样严格的环保标准,又要投入大量的资金去治理,毫无疑问,对电厂可以说是不堪重负。

  在上海外高桥第三发电有限公司,这个标准已经被提前改写,据中国电力联合会统计,2014年上海外三电厂污染物排放每立方米,氮氧化物17毫克,二氧化硫18毫克,烟尘8毫克。已经提前低于新国标所有排放标准。那么在这里,煤炭燃烧中本身存在的大量污染物质去了哪里呢?这里治理污染物难道不用大量资金投入吗?

  烧煤后的煤渣成了搅拌站的原材料,而煤炭燃烧产生的煤烟在这里也成了好东西,脱硫后的煤烟用水混合也能再卖钱。

  上海外高桥第三发电有限公司工作人员:我们为了除去煤烟里面的硫,我们有一个脱硫系统,我们是脱硫系统里面产生的副产品。

  上海外高桥第三发电有限公司总经理冯伟忠告诉我们,我国目前每年消耗煤炭38亿吨左右,其中一半用于发电。今后的比重还会加大。而传统观念里对煤炭发电的误解,主要来源于前些年很多传统电厂没有治理,无序燃烧,对大气环境的破坏。而现在,从节能减排技术和之后能带来的经济效益两方面,我国目前都已走到了世界最前沿。高效、环保的利用好煤炭资源已经成为事实。

  上海外高桥第三发电有限公司总经理冯伟忠:在中国,不可能离开煤炭去谈电力谈能源的,这是我们相当于老天爷给的这个资源特征,你没法绕过,对吧?

  冯伟忠:我们能做的是什么呢,高效清洁地利用煤炭,那是我们唯一可能的选择。

  数据显示,2002年以来,随着我国工业化快速推进,对石油及其化工产品的需求高速倍增。原油进口量平均以每年1630万吨的速度递增,截至目前,石油进口依存度已达到60%。高比重的能源进口依存,带来的是对我国整体经济发展的潜在不确定因素。张玉卓院士说,在做好清洁煤炭技术的同时,加快煤转化产业升级是我国另一个重要的能源安全战略。

  神华集团董事长,中国工程院院士张玉卓:那么我们预测,在未来的一段时间里面,通过直接替代和间接替代,我们国家用煤来替代一个大庆生产的油,应该是不远的将来能够实现的事情。

  一边投入的是黑黑的煤,一边产出的是无色透明的油品。煤炭,这个在人们印象中黑不溜秋的燃料就此登上了尖端科技。火箭技术一直是代表一个国家国防的最尖端技术之一,作为基础的燃料安全不容忽视。煤制油送火箭升天,毫无疑问让我国的国防安全更多了一层保障。而火箭技术的成功开发也为接下来更好地实现民用价值转化提供了可能。

  视频简介:本期节目主要内容: 我国的火箭技术发展非常迅速,火箭升空离不开优秀的航天燃料。在我国石油是一直是助推火箭升空的主要原料。然而随着石油进口依存度的增高,出于国防安全和资源优化的考虑,我们迫切需要找到一种新的替代能源。近日神华集团和中国航天科技集团宣布,使用煤机燃料的火箭发动机整机热试车获得成功,用煤将火箭送上天或将成为现实。 (《经济半小时》 20150509 创新驱动进行时:煤炭利用挺进航天时代)