科技動(dòng)態(tài)

無污染的化石燃料技術(shù)

美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的工程師正在開發(fā)能將化石燃料和生物質(zhì)經(jīng)濟(jì)地轉(zhuǎn)變?yōu)榘娏υ趦?nèi)的有用產(chǎn)品，且沒有二氧化碳排放到大氣中的技術(shù)。在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志發(fā)表的兩篇論文的第一篇論文中，工程師們報(bào)道稱，他們已經(jīng)設(shè)計(jì)了一個(gè)將頁(yè)巖氣轉(zhuǎn)變?yōu)榧状己推偷犬a(chǎn)品的工藝，同時(shí)都消耗二氧化碳。這個(gè)工藝也可以用于以煤炭和生物質(zhì)為原料生產(chǎn)有用的產(chǎn)品。在某些條件下，該技術(shù)消耗了產(chǎn)生的所有二氧化碳以及來自外部的額外二氧化碳。

在第二篇論文中，他們報(bào)道稱，已經(jīng)找到了一種方法可大大延長(zhǎng)粒子的壽命，這些粒子能在商業(yè)運(yùn)行的有效時(shí)間內(nèi)通過化學(xué)反應(yīng)把煤或其他燃料轉(zhuǎn)化為電力和有用的產(chǎn)品。最后，同一個(gè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了一種可降低生產(chǎn)合成氣這種燃料氣體的投資費(fèi)用的方法，這種方法比傳統(tǒng)技術(shù)的投資降低了約50%，并申請(qǐng)了專利。這種稱為化學(xué)循環(huán)的技術(shù)用高壓反應(yīng)器中的金屬氧化物顆粒為反映提供氧氣來“燃燒”化石燃料和生物質(zhì)，而不是用空氣中的氧氣。

工程師們稱，這種稱為化學(xué)循環(huán)的技術(shù)可以作為一種臨時(shí)的過渡技術(shù)，提供清潔電力，直到太陽(yáng)能和風(fēng)能這樣的可再生能源變得可廣泛獲得并且價(jià)格合理。項(xiàng)目帶頭人化學(xué)與生物分子工程領(lǐng)域的杰出大學(xué)教授Liang-Shih Fan說：“可再生能源是未來的能源。我們需要一個(gè)過渡工藝，是我們?cè)谖磥?0年或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，在風(fēng)能好太陽(yáng)能成為主流技術(shù)之前，可以使用能負(fù)擔(dān)得起的能源生產(chǎn)清潔能源?！?/p>

5年前，F(xiàn)an和他的研究小組示范了一種稱為煤直接化學(xué)循環(huán)（CD-CL）燃燒的技術(shù)，采用該技術(shù)他們能夠從煤中釋放出能量，同時(shí)捕獲產(chǎn)生的99%以上的二氧化碳，阻止其排放到大氣中。CDCL的主要進(jìn)展是利用氧化鐵顆粒的形式在移動(dòng)床反應(yīng)器中為化學(xué)燃燒提供氧氣。燃燒后，氧化鐵顆粒從空氣中取回氧氣，可循環(huán)再次使用。俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)和生物分子工程研究助理教授Andrew Tong說，現(xiàn)在面臨的挑戰(zhàn)是如何防止顆粒磨損。5年前，CDCL的粒子持續(xù)進(jìn)行了連續(xù)操作8天以上的100個(gè)循環(huán)，以后工程師們開發(fā)了一種新的配方，可以持續(xù)進(jìn)行3 000個(gè)以上的循環(huán)，或者在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中可連續(xù)使用8個(gè)月以上。再次中試和中試裝置中也對(duì)類似的配方進(jìn)行了試驗(yàn)。

Tong說：“顆粒本身就是一個(gè)容器，在這個(gè)過程中它來回運(yùn)送氧氣，最終會(huì)分崩離析。就像在高速公路上運(yùn)輸貨物的卡車一樣，最終將會(huì)磨損。我們?cè)O(shè)計(jì)了可以在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行3 000次循環(huán)的粒子，并且仍能保持其完整性?！彼Q，這是曾經(jīng)報(bào)道的氧氣載體中壽命最長(zhǎng)的顆粒。下一步是在一個(gè)綜合燃煤化學(xué)循環(huán)過程中測(cè)試該載體。另一個(gè)進(jìn)展是工程師開發(fā)的生產(chǎn)合成氣的化學(xué)循環(huán)系統(tǒng)，合成氣又可作為包括氨、塑料乃至碳纖維在內(nèi)的許多其他有用產(chǎn)品的原料。

該技術(shù)真正令人關(guān)注的地方是：它可把二氧化碳作為生產(chǎn)有用日常產(chǎn)品的原料，擴(kuò)大了二氧化碳的工業(yè)用途。如今，當(dāng)二氧化碳從電廠廢氣中被清除時(shí)，它會(huì)被埋藏以防止其作為溫室氣體進(jìn)入大氣。在這種新情況下，一些提純過的二氧化碳將不需要埋藏，它可以轉(zhuǎn)變成有用的產(chǎn)品。Fan表示，這些優(yōu)點(diǎn)綜合起來使俄亥俄州的化學(xué)循環(huán)技術(shù)離商業(yè)化的程度又向前推進(jìn)了幾步。他認(rèn)為最新進(jìn)展是“巨大的，令人興奮的”，而且化學(xué)循環(huán)技術(shù)的未來是有前景的。真正的科學(xué)創(chuàng)新是不常見的，但當(dāng)它們發(fā)生時(shí)，卻并不突然。通常新技術(shù)的開發(fā)是幾十年來齊心協(xié)力的結(jié)果，F(xiàn)an案例是俄亥俄州40年研究的成果。在那些研究過程中，他們的工作得到了美國(guó)能源部和俄亥俄州發(fā)展服務(wù)機(jī)構(gòu)的支持。

大學(xué)愿與業(yè)界合作，進(jìn)一步開發(fā)該技術(shù)。氫氣與合成氣供應(yīng)和裝置供應(yīng)商Linde集團(tuán)已經(jīng)開始與該團(tuán)隊(duì)合作。Linde集團(tuán)技術(shù)與創(chuàng)新研發(fā)部門負(fù)責(zé)人Andreas Rupieper表示，氫氣生產(chǎn)裝置中捕集的二氧化碳可用于下游以具有競(jìng)爭(zhēng)力的成本生產(chǎn)產(chǎn)品，該技術(shù)可以為轉(zhuǎn)向未來脫碳制氫工藝提供橋梁。他補(bǔ)充說：“Linde集團(tuán)認(rèn)為俄亥俄州的制氫化學(xué)循環(huán)平臺(tái)技術(shù)將成為其新建裝置潛在的替代技術(shù)”。

為電力市場(chǎng)提供清潔能源技術(shù)的Babcock和Wilcox公司（B和W）在過去10年中一直在與俄亥俄州合作開發(fā)CDCL技術(shù)——一種先進(jìn)的用煤炭發(fā)電的碳近零排放含氧燃燒技術(shù)。B和W的技術(shù)研究員David Kraft表示：“CDCL工藝是我們迄今已審核的最先進(jìn)、最經(jīng)濟(jì)的碳捕集方法，并將致力于通過大規(guī)模的中試裝置設(shè)計(jì)和可行性研究來支持其商業(yè)可行性。隨著與俄亥俄州合作開發(fā)項(xiàng)目的不斷成功，B和W認(rèn)為CDCL技術(shù)有可能改變電力工業(yè)和石化行業(yè)。”

（摘自中外能源2018年第6期）

氫將成為未來的燃料

隨著尋找替代逐漸減少的化石燃料供應(yīng)的能源競(jìng)爭(zhēng)持續(xù)快速發(fā)展，氫可能在未來發(fā)揮至關(guān)重要的作用。日本已宣布有意成為世界上第一個(gè)“氫能社會(huì)”——到2020年開放35個(gè)氫加氣站。日本豐田汽車制造商預(yù)計(jì)，到2050年30%的汽車將由氫提供動(dòng)力。但在最新一期《MRS能源與可持續(xù)發(fā)展》雜志，科學(xué)家們對(duì)大規(guī)?？沙掷m(xù)無碳制氫技術(shù)是為未來無化石燃料時(shí)代準(zhǔn)備的最佳途徑提出質(zhì)疑（現(xiàn)在氫氣是用天然氣生產(chǎn)的，產(chǎn)生大量副產(chǎn)品碳）。

由于水是地球上唯一充足的氫氣來源，陽(yáng)光是最豐富的能源，專家們認(rèn)為，太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的水分解——利用陽(yáng)光從水制氫可能成為本世紀(jì)下半葉的可選技術(shù)。然而，3篇關(guān)注未來氫的不同論文的作者認(rèn)為，迫切需要進(jìn)行大量的研究工作并取得突破，才能按照合適的工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)氫氣，這是符合21世紀(jì)及以后時(shí)代的要求的。柏林太陽(yáng)能燃料研究所的Roel van de Krol和懷俄明大學(xué)的Bruce Parkinson也認(rèn)為目前使用光伏和風(fēng)力電解水制氫的生產(chǎn)工藝很可能在今后幾十年中居主導(dǎo)地位。但他們認(rèn)為，下一個(gè)合理的步驟是要把光吸收和催化整合到“直接”光電解路線中。他們認(rèn)為這樣做的優(yōu)點(diǎn)包括有更低的能量密度和更好的熱量管理。

康涅狄格州質(zhì)子現(xiàn)場(chǎng)（Proton OnSite）的Katherine Ayers在她的論文中表示，同意需要采取緊急行動(dòng)。她認(rèn)為，產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間表的實(shí)際情況表明，至少在未來20年內(nèi)，低溫電解等現(xiàn)有商業(yè)技術(shù)必須滿足我們大部分的需求。然而，為了加強(qiáng)長(zhǎng)期技術(shù)基礎(chǔ)工作的影響，她表示，加強(qiáng)不同學(xué)術(shù)、政府和工業(yè)部門研究人員之間的合作是至關(guān)重要的，包括提供基礎(chǔ)研究的信息，并利用技術(shù)突破來幫助尋找地球即將出現(xiàn)的燃料供應(yīng)問題的解決方案。瑞士材料研究所實(shí)驗(yàn)室的Artur Braun認(rèn)為，最后但并非不重要的一點(diǎn)是，即使在我們認(rèn)為已掌握了所有要了解的情況的領(lǐng)域內(nèi)，科學(xué)也總能使我們感到驚奇。他和他的合著者陳強(qiáng)力透露了他們有重大發(fā)現(xiàn)的論文的一些內(nèi)容，他們發(fā)現(xiàn)了質(zhì)子（氫離子）是如何在固體中移動(dòng)的，這個(gè)發(fā)現(xiàn)對(duì)未來的氫經(jīng)濟(jì)可能是一個(gè)突破。

（摘自中外能源2018年第6期）

兩期重大科技專項(xiàng)集中攻關(guān)十年磨一劍年節(jié)能55萬(wàn)噸標(biāo)煤，年增效11億元

7月20日'記者從集團(tuán)公司科技管理部獲悉'中國(guó)石油通過十年兩期重大科技專項(xiàng)的引領(lǐng)，填補(bǔ)了能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)空白，并形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的成套技術(shù)體系、工具平臺(tái)和專業(yè)人才隊(duì)伍，技術(shù)水平整體達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，部分達(dá)到國(guó)際先進(jìn)，大幅提高了中國(guó)石油煉化生產(chǎn)操作、技術(shù)改造和運(yùn)營(yíng)管理水平，也為未來智能化煉廠研究與建設(shè)奠定了技術(shù)和人才基礎(chǔ)。

近日，由規(guī)劃總院牽頭，撫順石化、寰球工程等20多家公司共同承擔(dān)的“煉化能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)升級(jí)與推廣應(yīng)用”重大科技專項(xiàng)通過驗(yàn)收，專項(xiàng)和兩個(gè)課題均為優(yōu)秀。

煉化生產(chǎn)流程復(fù)雜、能源消耗大，能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)對(duì)在運(yùn)煉化企業(yè)運(yùn)行優(yōu)化、挖潛增效意義重大。2008年，中國(guó)石油設(shè)立“煉化能量系統(tǒng)優(yōu)化研究”重大科技專項(xiàng)，開展關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，實(shí)施工程示范與推廣應(yīng)用，建立了專業(yè)骨干隊(duì)伍，填補(bǔ)了該項(xiàng)技術(shù)空白。2013年，中國(guó)石油繼續(xù)設(shè)立重大科技專項(xiàng)二期，研發(fā)了一批能量系統(tǒng)優(yōu)化核心技術(shù)、方法和平臺(tái)，形成了比較完善的優(yōu)化技術(shù)體系，申請(qǐng)專利11項(xiàng)，認(rèn)定技術(shù)秘密29項(xiàng)，登記軟件著作權(quán)5項(xiàng)，編制標(biāo)準(zhǔn)/技術(shù)指南6項(xiàng)；建成了一大批技術(shù)示范和推廣工程，節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)效益顯著；開展多層次全覆蓋的培訓(xùn)和鍛煉，建立了技能精湛的過程優(yōu)化隊(duì)伍，使中國(guó)石油在該領(lǐng)域的技術(shù)能力、人才水平和生產(chǎn)實(shí)效方面得到大幅提升。其中，研究形成煉油領(lǐng)域能量系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)的首個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范了煉油企業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化工作的技術(shù)路線和實(shí)施步驟，有效提升了中國(guó)石油在該領(lǐng)域的知名度。

據(jù)悉，兩期科技專項(xiàng)共為中國(guó)石油實(shí)現(xiàn)節(jié)能55萬(wàn)噸標(biāo)煤/年、增效11億元/年。

（摘自中國(guó)石油報(bào)第7144期）