王美君：探“煤”之路永不停歇

馬夢珂

王美君

中國是世界產(chǎn)煤大國。作為現(xiàn)階段最可靠的一次能源提供者，煤炭不僅關(guān)系到能源的安全，更與經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定息息相關(guān)。

回望過去，我國的煤炭行業(yè)曾有過“黃金十年”的綻放，也曾經(jīng)歷過“寒冬時期”的巨變，其間始終不容忽視的，是煤炭行業(yè)長期以來存在的安全狀況差、技術(shù)粗放、環(huán)境破壞嚴重等諸多弊端。

習(xí)近平總書記曾指出：盡管我國能源發(fā)展取得了巨大成績，但也面臨著能源需求壓力大、能源供給制約較多、能源生產(chǎn)和消費對環(huán)境損害嚴重、能源技術(shù)總體落后等挑戰(zhàn)。我們必須從國家發(fā)展和安全的戰(zhàn)略高度審時度勢、借勢而為，找到順應(yīng)能源大勢之道。由此可見，我國煤炭發(fā)展既要遵循能源發(fā)展的歷史規(guī)律，又要順應(yīng)新潮流，走出一條自己的發(fā)展道路。

浪潮之上，激流勇進。多年來，一批又一批前赴后繼的“煤炭人”都在努力深挖煤炭背后的潛在價值，加大對它的高效利用。太原理工大學(xué)省部共建煤基能源清潔高效利用國家重點實驗室教授王美君正是其中一員。多年來，除了進行煉焦煤特性研究及配煤技術(shù)基礎(chǔ)應(yīng)用研究之外，他還堅持帶領(lǐng)團隊深入一線，與多家企業(yè)共建科研實驗室和研發(fā)中心，并開展多項產(chǎn)學(xué)研合作項目。他們的努力，正為我國開辟出一條可持續(xù)發(fā)展的綠色煤炭大道。

心向化工

王美君與煤炭化工的結(jié)緣歷程由來已久。“我這人就是對化工感興趣?！鄙趦?nèi)蒙古，長在內(nèi)蒙古的他從小就是個“化工迷”。2007年，王美君考入太原理工大學(xué)，由此走進了煤炭大省山西。本來抱著“學(xué)好知識，回報家鄉(xiāng)”的心態(tài)，卻不承想“一不留神”在太原理工完成了從研究生到博士再到工作的人生“三部曲”。山西也就此成了王美君的“第二故鄉(xiāng)”。

十多年間，王美君的工作乃至生活大多圍繞煤炭展開，對它的感情也越來越深厚。對煤多油少的中國來說，通過煤化工獲得各種化工產(chǎn)品，更是一條不可或缺的道路。“靠山吃山、靠水吃水?！鄙轿饕揽开毺氐拿禾抠Y源優(yōu)勢，一直都是我國重要的能源基地和老工業(yè)基地，煤焦化是其最主要的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)之一。盡管有著得天獨厚的優(yōu)勢，山西仍然面臨產(chǎn)能嚴重過剩、產(chǎn)業(yè)鏈延伸不足、能耗高、污染重等困境，一度使得焦化產(chǎn)業(yè)的生存與轉(zhuǎn)型成為頭號難題。為此，山西省相繼推出優(yōu)化調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、推進焦化產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動、開展精細化配煤技術(shù)研究等一系列措施，以挽救日漸低迷的焦化產(chǎn)業(yè)。

隨著優(yōu)質(zhì)煉焦煤的日益消費，近年來，煉焦煤生產(chǎn)大省山西的高硫煉焦煤生產(chǎn)比重大大增加，但高硫煤中硫的存在形態(tài)以有機硫為主，很難通過洗選脫除，使得高硫煉焦煤的價格和用途嚴重受限，不能物盡其用，只能被迫當作動力煤燃燒使用，造成巨大的資源浪費。

多年來，王美君與團隊一直關(guān)注高硫煤的利用，立足高硫煤配煤煉焦技術(shù)所面臨的瓶頸問題，準確發(fā)現(xiàn)焦化企業(yè)的現(xiàn)實需求，最終想到了解決辦法：在焦化配煤過程中增加高硫煉焦煤的配比，在有效降低配煤成本、保護優(yōu)質(zhì)煉焦煤資源的同時，進一步提升焦化企業(yè)的效益。

“玩轉(zhuǎn)”煤炭

“這幾年的項目研究中，最主要的工作就是解決煤中硫分的有效脫除問題?！蓖趺谰榻B，這一關(guān)鍵問題正是高硫煉焦煤高效利用所面臨的瓶頸問題，也是煤炭企業(yè)和焦化企業(yè)共同面臨的重大行業(yè)需求。

理想的藍圖勾畫成型，可現(xiàn)實卻不完美。利用傳統(tǒng)的物理脫硫技術(shù)根本無法實現(xiàn)有機硫的脫除。盡管一些方法可以脫除部分有機硫，但在脫除的同時也會改變煤中的有機結(jié)構(gòu)，從而破壞煉焦煤獨特的成焦性。王美君團隊意識到，要想保全煉焦煤的成焦性，僅用當前的處理脫硫技術(shù)只是“治標不治本”。經(jīng)過仔細篩查和實驗，團隊最終確定了可以“治本”的方法。他們決定利用熱轉(zhuǎn)化過程中對硫分變遷行為進行定向調(diào)控，改變硫分在熱解產(chǎn)物中的分布，進一步解決高硫煤配煤煉焦所面臨的難題。

解決難題的根本點是什么？對此，王美君團隊展開了深入探索。煤熱解過程中出現(xiàn)的硫分變遷行為很復(fù)雜，其中包含多種相互作用的過程，也免不了會受到各種各樣因素的影響和制約。困難常在，但辦法也總會有。經(jīng)過反復(fù)的實驗驗證與對比分析，團隊發(fā)現(xiàn)要實現(xiàn)煉焦過程中硫分的定向調(diào)控及降低焦炭中硫含量，必須滿足三大條件：強化煤中C-S鍵的選擇性斷裂；有足夠多的活性氫（氧），并使這些活性氫（氧）能夠與含硫基團形成含硫氣體；有一條能使含硫氣體順利擴散出去的傳質(zhì)通道。

面對未知的道路與不可預(yù)見的挑戰(zhàn)，王美君沒有絲毫猶豫，他深知這是自己科研路上必須邁過的一道坎。令他感到欣慰的是，如今這道坎已經(jīng)順利越過。團隊針對高硫煤特性及熱化學(xué)變遷機理，研究了煤中形態(tài)硫的熱變遷行為及調(diào)控機制，成功揭示了在成層結(jié)焦條件下，揮發(fā)分傳質(zhì)是如何在活性硫與新生半焦之間發(fā)生表面反應(yīng)的，滯留于焦炭中的形態(tài)硫與氣化燃燒再利用中的含硫污染物釋放之間所存在的本質(zhì)聯(lián)系。

在王美君看來，他所做的努力還遠遠不夠，科學(xué)研究是一段漫長而艱辛的過程，有失落也有收獲，需要經(jīng)歷狂想、探索和求證等過程?！拔覀冏罱K要解決的是硫分的定向調(diào)控?！蓖趺谰硎尽?019年，在已有成果的基礎(chǔ)上，王美君針對高硫煤配煤煉焦技術(shù)所面臨的瓶頸問題，從揮發(fā)分傳質(zhì)對硫分變遷的影響入手，將過去傳統(tǒng)的試驗方法和當前的同步輻射原位表征技術(shù)結(jié)合在一起，明確了單顆粒、顆粒間（煤種間）及在成層結(jié)焦方式下?lián)]發(fā)分傳質(zhì)對硫分變遷行為的影響機制。在不斷與煤炭磨合的過程中，王美君越發(fā)順手，逐漸從基礎(chǔ)研究走向更高的領(lǐng)地。

團隊合影（二排右五為王美君）

服務(wù)煤企

近年來，王美君在忙于科研工作的同時，一方面提高團隊在煤結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性研究方面的優(yōu)勢，另一方面不斷加強與焦化企業(yè)之間的聯(lián)系。目前，實驗室擁有梯級試驗焦爐儀器共享服務(wù)平臺，合作開發(fā)了基于高硫煤利用的全要素智能配煤系統(tǒng)，并將煉焦配煤技術(shù)與大數(shù)據(jù)和人工智能相結(jié)合，進行了多項產(chǎn)學(xué)研合作，將科研轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力，服務(wù)地方產(chǎn)業(yè)?！拔覀儗⑴涿杭夹g(shù)應(yīng)用于太鋼焦化廠，為其節(jié)約優(yōu)質(zhì)煉焦煤100萬噸，至少降低了1.7億元成本?！蓖趺谰湴恋卣f道。

在與太鋼焦化廠進行產(chǎn)學(xué)研合作的過程中，王美君利用煤種間相互作用對高硫煤配煤煉焦中硫分變遷過程進行調(diào)控，確定了該方法在工業(yè)應(yīng)用中的可行性，突破了多個技術(shù)瓶頸，這為他繼續(xù)開展高硫煤配煤煉焦研究，推動焦化行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展增強了信心。

在一個研究方向執(zhí)著耕耘十幾年，這也許就是科研工作者的常態(tài)。而對王美君來說，能一直研究煤，為焦化企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級發(fā)展出一份力，就是最好的安排。多年與科研相伴，他早已練就了一顆金剛之心，并堅持要將科研成功“落地”。目前，他所在的團隊獲批成立新型煤焦化產(chǎn)業(yè)技術(shù)國家地方聯(lián)合工程研究中心，并與山西太鋼不銹鋼股份有限公司、山西焦煤集團、豐礦訊達科技（北京）有限公司等企業(yè)開展了多項產(chǎn)學(xué)研合作項目，先后獲得山西省科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎和山西省高等學(xué)校優(yōu)秀成果獎科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎等榮譽。

從第一次走進太原理工大學(xué)的校門，到今天在煤炭研究道路上越走越遠，王美君的探“煤”之路已經(jīng)走過了十幾個年頭。如今，他的研究成果已經(jīng)滲透到生活、生產(chǎn)的很多角落。在未來的研究道路上，他仍將潛心鉆研，不斷挑戰(zhàn)一個又一個的科研高峰，為國家貢獻自己的力量。