三位院士谈煤炭技术新革命

发布时间:2018-08-14

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?

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，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，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。

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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