科技动态

无污染的化石燃料技术

美国俄亥俄州立大学的工程师正在开发能将化石燃料和生物质经济地转变为包括电力在内的有用产品，且没有二氧化碳排放到大气中的技术。在《能源与环境科学》杂志发表的两篇论文的第一篇论文中，工程师们报道称，他们已经设计了一个将页岩气转变为甲醇和汽油等产品的工艺，同时都消耗二氧化碳。这个工艺也可以用于以煤炭和生物质为原料生产有用的产品。在某些条件下，该技术消耗了产生的所有二氧化碳以及来自外部的额外二氧化碳。

在第二篇论文中，他们报道称，已经找到了一种方法可大大延长粒子的寿命，这些粒子能在商业运行的有效时间内通过化学反应把煤或其他燃料转化为电力和有用的产品。最后，同一个团队发现了一种可降低生产合成气这种燃料气体的投资费用的方法，这种方法比传统技术的投资降低了约50%，并申请了专利。这种称为化学循环的技术用高压反应器中的金属氧化物颗粒为反映提供氧气来“燃烧”化石燃料和生物质，而不是用空气中的氧气。

工程师们称，这种称为化学循环的技术可以作为一种临时的过渡技术，提供清洁电力，直到太阳能和风能这样的可再生能源变得可广泛获得并且价格合理。项目带头人化学与生物分子工程领域的杰出大学教授Liang-Shih Fan说：“可再生能源是未来的能源。我们需要一个过渡工艺，是我们在未来30年或更长时间内，在风能好太阳能成为主流技术之前，可以使用能负担得起的能源生产清洁能源。”

5年前，Fan和他的研究小组示范了一种称为煤直接化学循环（CD-CL）燃烧的技术，采用该技术他们能够从煤中释放出能量，同时捕获产生的99%以上的二氧化碳，阻止其排放到大气中。CDCL的主要进展是利用氧化铁颗粒的形式在移动床反应器中为化学燃烧提供氧气。燃烧后，氧化铁颗粒从空气中取回氧气，可循环再次使用。俄亥俄州立大学化学和生物分子工程研究助理教授Andrew Tong说，现在面临的挑战是如何防止颗粒磨损。5年前，CDCL的粒子持续进行了连续操作8天以上的100个循环，以后工程师们开发了一种新的配方，可以持续进行3 000个以上的循环，或者在实验室测试中可连续使用8个月以上。再次中试和中试装置中也对类似的配方进行了试验。

Tong说：“颗粒本身就是一个容器，在这个过程中它来回运送氧气，最终会分崩离析。就像在高速公路上运输货物的卡车一样，最终将会磨损。我们设计了可以在实验室中进行3 000次循环的粒子，并且仍能保持其完整性。”他称，这是曾经报道的氧气载体中寿命最长的颗粒。下一步是在一个综合燃煤化学循环过程中测试该载体。另一个进展是工程师开发的生产合成气的化学循环系统，合成气又可作为包括氨、塑料乃至碳纤维在内的许多其他有用产品的原料。

该技术真正令人关注的地方是：它可把二氧化碳作为生产有用日常产品的原料，扩大了二氧化碳的工业用途。如今，当二氧化碳从电厂废气中被清除时，它会被埋藏以防止其作为温室气体进入大气。在这种新情况下，一些提纯过的二氧化碳将不需要埋藏，它可以转变成有用的产品。Fan表示，这些优点综合起来使俄亥俄州的化学循环技术离商业化的程度又向前推进了几步。他认为最新进展是“巨大的，令人兴奋的”，而且化学循环技术的未来是有前景的。真正的科学创新是不常见的，但当它们发生时，却并不突然。通常新技术的开发是几十年来齐心协力的结果，Fan案例是俄亥俄州40年研究的成果。在那些研究过程中，他们的工作得到了美国能源部和俄亥俄州发展服务机构的支持。

大学愿与业界合作，进一步开发该技术。氢气与合成气供应和装置供应商Linde集团已经开始与该团队合作。Linde集团技术与创新研发部门负责人Andreas Rupieper表示，氢气生产装置中捕集的二氧化碳可用于下游以具有竞争力的成本生产产品，该技术可以为转向未来脱碳制氢工艺提供桥梁。他补充说：“Linde集团认为俄亥俄州的制氢化学循环平台技术将成为其新建装置潜在的替代技术”。

为电力市场提供清洁能源技术的Babcock和Wilcox公司（B和W）在过去10年中一直在与俄亥俄州合作开发CDCL技术——一种先进的用煤炭发电的碳近零排放含氧燃烧技术。B和W的技术研究员David Kraft表示：“CDCL工艺是我们迄今已审核的最先进、最经济的碳捕集方法，并将致力于通过大规模的中试装置设计和可行性研究来支持其商业可行性。随着与俄亥俄州合作开发项目的不断成功，B和W认为CDCL技术有可能改变电力工业和石化行业。”

（摘自中外能源2018年第6期）

氢将成为未来的燃料

随着寻找替代逐渐减少的化石燃料供应的能源竞争持续快速发展，氢可能在未来发挥至关重要的作用。日本已宣布有意成为世界上第一个“氢能社会”——到2020年开放35个氢加气站。日本丰田汽车制造商预计，到2050年30%的汽车将由氢提供动力。但在最新一期《MRS能源与可持续发展》杂志，科学家们对大规模可持续无碳制氢技术是为未来无化石燃料时代准备的最佳途径提出质疑（现在氢气是用天然气生产的，产生大量副产品碳）。

由于水是地球上唯一充足的氢气来源，阳光是最丰富的能源，专家们认为，太阳能驱动的水分解——利用阳光从水制氢可能成为本世纪下半叶的可选技术。然而，3篇关注未来氢的不同论文的作者认为，迫切需要进行大量的研究工作并取得突破，才能按照合适的工业规模生产氢气，这是符合21世纪及以后时代的要求的。柏林太阳能燃料研究所的Roel van de Krol和怀俄明大学的Bruce Parkinson也认为目前使用光伏和风力电解水制氢的生产工艺很可能在今后几十年中居主导地位。但他们认为，下一个合理的步骤是要把光吸收和催化整合到“直接”光电解路线中。他们认为这样做的优点包括有更低的能量密度和更好的热量管理。

康涅狄格州质子现场（Proton OnSite）的Katherine Ayers在她的论文中表示，同意需要采取紧急行动。她认为，产品开发时间表的实际情况表明，至少在未来20年内，低温电解等现有商业技术必须满足我们大部分的需求。然而，为了加强长期技术基础工作的影响，她表示，加强不同学术、政府和工业部门研究人员之间的合作是至关重要的，包括提供基础研究的信息，并利用技术突破来帮助寻找地球即将出现的燃料供应问题的解决方案。瑞士材料研究所实验室的Artur Braun认为，最后但并非不重要的一点是，即使在我们认为已掌握了所有要了解的情况的领域内，科学也总能使我们感到惊奇。他和他的合著者陈强力透露了他们有重大发现的论文的一些内容，他们发现了质子（氢离子）是如何在固体中移动的，这个发现对未来的氢经济可能是一个突破。

（摘自中外能源2018年第6期）

两期重大科技专项集中攻关十年磨一剑年节能55万吨标煤，年增效11亿元

7月20日'记者从集团公司科技管理部获悉'中国石油通过十年两期重大科技专项的引领，填补了能量系统优化技术空白，并形成具有自主知识产权的成套技术体系、工具平台和专业人才队伍，技术水平整体达到国内领先，部分达到国际先进，大幅提高了中国石油炼化生产操作、技术改造和运营管理水平，也为未来智能化炼厂研究与建设奠定了技术和人才基础。

近日，由规划总院牵头，抚顺石化、寰球工程等20多家公司共同承担的“炼化能量系统优化技术升级与推广应用”重大科技专项通过验收，专项和两个课题均为优秀。

炼化生产流程复杂、能源消耗大，能量系统优化技术对在运炼化企业运行优化、挖潜增效意义重大。2008年，中国石油设立“炼化能量系统优化研究”重大科技专项，开展关键技术攻关，实施工程示范与推广应用，建立了专业骨干队伍，填补了该项技术空白。2013年，中国石油继续设立重大科技专项二期，研发了一批能量系统优化核心技术、方法和平台，形成了比较完善的优化技术体系，申请专利11项，认定技术秘密29项，登记软件著作权5项，编制标准/技术指南6项；建成了一大批技术示范和推广工程，节能效果和经济效益显著；开展多层次全覆盖的培训和锻炼，建立了技能精湛的过程优化队伍，使中国石油在该领域的技术能力、人才水平和生产实效方面得到大幅提升。其中，研究形成炼油领域能量系统优化技术的首个国家标准，规范了炼油企业能量系统优化工作的技术路线和实施步骤，有效提升了中国石油在该领域的知名度。

据悉，两期科技专项共为中国石油实现节能55万吨标煤/年、增效11亿元/年。

（摘自中国石油报第7144期）