如何看待中國煤轉化技術取得重大突破？

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中國煤轉化技術實現重大突破—網易新聞
中國經濟網 2016-03-04 16:28 跟貼 2516 條
中國經濟網北京3月4日訊從中國科學院獲悉：中科院大連化物所包信和院士和潘秀蓮研究員領導的團隊在煤氣化直接制烯烴研究中獲得重大突破，顛覆了90多年來煤化工一直沿襲的費托路線，創造性地直接採用煤氣化產生的合成氣，在一種新型複合催化劑的作用下，高選擇性地一步反應獲得低碳烯烴，破解了傳統煤化工催化反應中活性與選擇性此長彼消的「蹺蹺板」難題，為高效催化劑和催化反應過程的設計提供了指南。這項成果被業界譽為「煤轉化領域裡程碑式的重大突破」。

據中國經濟網了解，該研究成果於3月4日在美國《科學》（Science）雜誌上發表，過程已申報中國發明專利和國際PCT專利。《科學》雜誌同期刊發了以「令人驚奇的選擇性」（Surprised by Selectivity）為題的專家評述文章，認為該過程未來在工業上將具有巨大的競爭力。
1923年，由德國科學家Fischer（費舍爾）和Tropsch（托普希）發明了煤經合成氣生產高碳化學品和液體燃料的費-託過程。儘管該過程並不完美，除產生大量的二氧化碳以外，還消耗大量的水，且產物選擇性差，後續處理消耗大量的能量，然而國際能源和化工界卻一直認為該過程不可替代。
如今，這一過程被中科院大連化物所的研究人員顛覆。在9年多煤氣化直接制烯烴的研究過程中，包信和團隊通過以CO替代H2來消除烴類形成中多餘的氧原子，在反應不改變CO2總排放的情況下，摒棄了高耗能和高耗水的水煤氣變換反應，從原理上開創了一條低耗水（結構上沒有水循環）進行煤轉化的新途徑，有效降低水耗的1/3。
同時，團隊創造性地將氧化物催化劑與分子篩複合，巧妙地實現了CO活化和中間體偶聯等兩種催化活性中心的有效分離，把傳統費托技術上「漫無目的、無拘無束」生長的「自由基」控制在一個「籠子」（分子篩）里，通過限制其行為，使其最終變成目標產物——低碳烯烴。據介紹，新過程中低碳烴類產物的選擇性高達94%，打破了傳統費-托合成過程低碳烯烴的選擇性最高為58%的極限。
此外，新過程還將帶來更高的經濟效益。據中國石化工程建設有限公司（SEI）初步評估，在現有的條件下，該過程的內部收益率（IRR）可達14%以上。
「科技要為『能源革命』提供支撐。」包信和表示，經認真評估和協商，大連化物所已與國內重要化工企業和國外著名化學公司達成初步協議，著手在催化劑製備和工藝過程開發等方面共同合作，力爭儘快實現工業示範和產業化，努力將這一原創性成果轉變為真正的生產力。

最近微博上經常看見有大量評價該過程的文人墨客，都是大讚，所以想來知乎看看專業人士的評價。發現也都是大讚利好，作為一個從業人士，忍不住想說兩句。

給個總評，選擇性的確達到了前所未有的高度，但是工業化前景有待探討。

先自我介紹，我是化學工程博士，研究方向就是合成氣轉化，主要是基礎研究，我們實驗室也在進行制烯烴方面有所研究，本人是主要參與者，而且有幸跟隨老闆與青島設計院的郝希仁大師討論過該方向的前景。對該技術略懂一二。

首先，評價一下，包老師的團隊和背景，包老師師承鄧景發院士（催化大牛，已故，緬懷），在大連化物所工作，本就是催化聖地，國內催化學科最厲害的地方。包老師本人，更是對催化，能源轉化有很深的造詣。

接下來，說一下我知道的煤化工，煤開採出來，通過氣化技術（國內做的最好的應該是華東理工大學），也就是水煤氣技術，碳和水生成一氧化碳和氫氣，也就是合成氣。這個地方需要插一句，合成氣指的是一氧化碳和氫氣的混合物，可能還包含二氧化碳，根據原料的不同，CO和H2比例不同，天然氣含氫量高，所產生的合成氣中氫氣多，而煤的含氫量低，所以煤基合成氣中氫氣少，一般CO比H2為1:1。

接下來，給大家科普一下合成氣轉化的過程，告訴大家什麼是選擇性，合成氣轉化的產物，一般分為六個研究方向，甲烷，甲醇，C2-C4烯烴，高碳烴（汽油，柴油，蠟），高碳醇，乙二醇（這個反應過程，與其他五個不同，暫不提），往往一個反應中這些產物都會有，也就是根據產物中各物質的佔比也就是選擇性。除此之外，還有兩個不可避免的副產物（CO2和水）。選擇性的計算，一般基於產物中的含碳數來計算，這樣計算也說明了碳利用率的重要性。打個比方，反應產生一個甲烷（CH4），兩個乙烯（C2H4），此時乙烯的選擇性是80%。

接下來看一下包老師的實驗結果，C2-C4烴類產物選擇性高達94%，其中，C2-C4烯烴佔80%，需要注意的是此時的選擇性指的是烴類中的佔比，也就是不包括二氧化碳，我們看一下，產物中的CO2選擇性是45%，也就是說只有55%的C轉化成了有用的產物，其中80%的是烯烴，換算一下，烯烴真正的選擇性是44%（這種選擇性，普通的催化劑也可以達到），而56%的C沒有形成產物。這樣看煤炭的利用率其實並不是很高。再分析一下，從煤炭到烯烴，都不含氧，而中間的CO就需要脫氧，兩種方式，CO2和水，當下，CO2的大量生成其實並不是我們所想。而水污染亦不是我們所想。所以哪個更好，我也判斷不了。但是與工業人士的交談發現煤炭的碳利用率是他們關注的重點之一，這可能是包老師發文章，不留著工業化的原因。

談到工業化，我還想說一下，這個過程的經濟性。談到經濟性，不可避免的要說一下，當下的烯烴生成工藝。烯烴是石油化工的主要產品，現在，石油價格超低，這條工藝是煤化工根本沒法競爭，所以只有當石油價格回到正常水平，才有競爭力。假如，石油回到很高的價格，煤化工開始有市場，那麼它的主要競爭對手就是甲醇制烯烴，這個技術也是他們大連化物所的，包老師的新技術也是建立在這個基礎上的。介紹下這個技術，煤經合成氣制甲醇，甲醇制烯烴，前面氣化技術相同不提，後面的技術，合成氣制甲醇，採用銅鋅鋁催化劑，甲醇選擇性100%（我親自測試過），甲醇制烯烴，分子篩催化劑，實驗室80%多選擇性，工業上也能在78%左右，綜上碳的利用率在78%左右。前幾年油價超高的時候，該技術大量推廣，全國上了20多套，（現在油價低，應該都處在不賺錢的份上，這個不在本次討論的範疇），所以想要投產，碳的利用率要在同等水平或是更高才行。

接下來說一下，大家都在提的水耗問題，包老師的氧移除方式，主要是CO2，的確是水的產生減少。但是煤化工的水耗有很多，挖煤，氣化都耗水，這兩項應該是大頭。挖煤總要挖，耗水也沒辦法。而氣化耗水量也是由

所需合成氣中的氫氣含量決定的，包老師採用的合成氣是CO：H2為1:2.5，而合成氣制甲醇是1:2，這方面說並不是很節水。但是氫氣消耗不完，可以進行循環，的確是有節約水的可能性。但是這種節水是建立在大量損失碳利用率的基礎上，是否真有價值還要工業應用和具體實施來決定。

最後說一下，十年磨一劍，我覺得包老師十年來的努力，應該不是為了發一篇高水平文章，而是真正解決國內煤化工的問題，如果真的可以實現工業化，我想包老師不會選擇拿出來和大家分享，而是獻給國家，實現國家的能源自主。發一篇高水平文章，也是研究者的無奈之舉。

不懂煤化工，但是看到這個新聞，讓我第一時間想起了劉慈欣的小說《地火》

僅僅這一項研究，該團隊就耗費了九年多的時間，並與國內包括合肥同步輻射光源在內的多家科研單位合作，使用了多種自主研製的高端研究裝置。在這期間，團隊除了申報了多件中國發明專利和國際PCT專利以外，沒有公開發表一篇相關研究的文章。

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不懂，但是最後一句話非常厲害。

從工藝的角度來說，甩掉了水煤氣變換這個大包袱，是個很好的事情。

當年工藝學課上講水煤氣變換，又是高變又是低變，有好幾種不通的催化劑，性能各不相同。變換中還要通過冷激或者中間換熱的方式才能把操作維持在最佳操作曲線附近，生產過程著實麻煩得很。

現在甩掉了這個包袱，同時實現了很好的選擇性，意味著煤制烯烴過程可以更緊湊，效率和效益都遠遠超過費托合成路線。三烯三苯是有機化工的基礎原料，這一過程同時也為日後生物質能源和其他清潔能源向有機化工原料的轉化提供了更有效的路徑。

偶然看到這個問題，隨便答兩句吧。

工程上是不是好有待商榷，因為煤化工能耗水耗都在用水去冷卻熱物料了，不是跳過甲醇合成就能解決的問題。

但是科學上相當牛逼，看了那篇文章，限域的催化劑設計，對於擴散距離的討論都很值得思考。別的不提就他們那個評價裝置是搭建在合肥同步輻射上的，結果幾乎做到了完美的產物分析能力，這個就沒有幾個組能做……

6月在法國和7月在北京都見到了潘老師，年輕幹練，對我的報告感興趣還要走了我的文章，讓我這麼一個普通的博士生受寵若驚。祝願他們有更好的成果！

理論脫離實踐，缺乏工程經驗，當前煤化工行業的通病啊。

看到有人氣化原理都搞錯，粉煤氣化比水煤漿氣化無論煤種選擇性還是碳轉化率都好的多。航天爐大賣，水煤漿已經走向窮途末路，怎麼還能推薦華理爐？

氣化爐內變換已經不是什麼新課題了，甚至不是研究課題，而是工業化過程了，航天系列就有這個產品的開發。

但是即便是這個過程實現了，總得考慮一下如何去除粗合成氣了雜質吧，否則搞到後邊催化劑中毒怎麼辦。現在敢不走低溫甲醇洗的路子嗎？這個升溫降溫過程能耗物耗怎麼算？

包院士的催化劑研究確實下了不少功夫。不過工程化一向是軟肋。不客氣說，如果當年沒有洛陽院陳俊武院士和神華包頭的幾位大神，包院士的mto一代烯烴還指不定能不能聚合呢！

煤化工裝置水耗居然在挖煤和氣化，那麼拿出井工礦和露天礦的噸煤開採水耗數據來。說說哪兒耗水了！

煤化工水耗有三分之二都在公用工程，其中第一位的是空分循環水，其次是鍋爐產蒸汽，再次是二氧化碳壓縮機和丙烯機段間冷卻器上。

如果空分等壓縮機採用電趨動，這部分水可以節約。大概還沒有看到神華包頭二期公用工程方案。

最後算經濟帳，油價50美金/桶以上，國內內蒙，新疆，寧夏大規模MTO拼得過國內兩桶油，60美金以上山西，山東，安徽和沿海進口澳洲煤制甲醇制烯烴有盈利，70美金以上大小規模都掙錢，80美金笑哈哈！

但是，但是，但是（重要的說三遍）一旦兩桶油拿到中東油田伴生氣北美頁岩氣，在當地制甲醇再拉回來，估計能把大家都擠哭。

路線很好這個技術也很有價值，只不過離工業化還很長一段時間，並且煤轉化技術現在的路線關鍵不在後面的費托或者這個新的路線，而是在初步的gaisification

從@常凱申哥（ps：地火寫的真是好，在三體之前我就是劉慈欣粉了，深深被腦洞所折服）的另一條中國十三五要做好的一百件事回答裡面看，傳統能源的高效清潔利用是一件十分重要的事，作為快速發展的新興工業國家來看，我們的能源需求越來越大，而中國煤炭儲量比較豐富，這樣的技術絕對對中國是一個利好消息，無論對解決霧霾還是東北傳統工業的轉型升級來看，都是利好消息。

不懂能源，但我知道一個走在工業化現代化道路上的國家不搞能源是沒有出路的。

低耗水的確是一個非常重要的關注點，我國的產煤地區往往缺水，而且至今的煤化工的污水處理都是大難題，投資高並且效果不佳。

包信和院士的研究成果，對於煤氣化行業來說是一大突破。但有時候新聞的報道多過分的吹捧，我們要去看看這問題的本質。

新聞報道中說煤氣化的高能和高耗水是怎麼界定的？到底要耗多少能？到底要耗多少水？其中這部分耗水是不是可循環利用？與石油化工相比其何優勢？所以讓我們對於煤氣化行業的耗能及耗水沒有一個明確的認知，只有大概得知道了包信和院士團隊的科研進步。

此外報道中包信和院士團隊的方法是產生低碳烴94％，而與後文傳統費托的低碳烯烴58％，可不是同一種物質的比較，故可比性小。

包信和院士團隊只是發了一篇論文，而不是實際的工業作用。實驗室的實驗與工程運用存在巨大的差異。有些實驗室可行的手段在工程運用中難於實現。

科研的一大步，但並不符合當下的經濟形勢。

在目前油價低位的時代其戰略意義大於實際意義

高選擇性是什麼意思？

科研評價制度害死人吶！發表在科學上，共享給全世界了啊！

十年磨一劍的堅持讓人佩服。

不了解低油價的當今，這個東西生產汽油成本很高，耗水很多，不環保，如今這些方面有突破了嗎？