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刘科:碧水蓝天我的梦

来源:千人杂志 作者:史磊蕾 2013-06-19 09:44:39
内容摘要: 作为活跃在世界能源化工领域的知名科学家之一,刘科曾先后供职埃克森-美孚(Exxon-mobil)、美国联合技术(UTC)、通用电气公司(GE)等多家著名跨国公司。在其近20 年的学术创新与工业研究生涯中,涉足石油化工、煤气化及IGCC、氢能及燃料电池技术等三大领域,为能源转化领域的发展作出了长足贡献。

  作为活跃在世界能源化工领域的知名科学家之一,刘科曾先后供职埃克森-美孚(Exxon-mobil)、美国联合技术(UTC)、通用电气公司(GE)等多家著名跨国公司。在其近20 年的学术创新与工业研究生涯中,涉足石油化工、煤气化及IGCC、氢能及燃料电池技术等三大领域,为能源转化领域的发展作出了长足贡献。

  能源化工科班出身的刘科,比一般人更清楚地知道能源对于一个国家经济发展的重要性。但专业的背景也让刘科更早地关注到,人类在依赖能源实现经济发展、社会进步的同时,以环境的巨大牺牲作为代价——处于高速发展中的中国更是如此。

  于是,碧水蓝天成为了刘科的理想之所,也成为他孜孜以求的中国梦。2010年一回国,刘科即投身国家的改革建设大潮,参与组建了我国首个国家高端人才引进示范基地——北京低碳清洁能源研究所,承担了国家“863”等重大科研项目,积极参与国家最高咨询机构中国工程院的重大项目“中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究”、“能源金三角发展战略研究“等课题……而其所参与的一切工作都与能源、与环境息息相关。

  平生夙愿

  上世纪90年代的时候,刘科还在美国工作。有一次回国出差,不料飞机刚一落地,他就发现北京已因连日沙尘,空气质量极差。“那时我突然觉得,离开中国不过十年,但蓝天白云似乎只在以往的记忆中才能寻见,真是太可悲了。”这一次回国经历让刘科的心情颇为沉重。

  “还有一次,我看新闻说,有些城市因为过度开采煤炭就近燃烧炼焦,搞得地方黑烟蔽日,小孩子对璀璨星空都几乎没有概念。当时我坐在美国的家中,看到窗外满天繁星,心里很不是滋味。”刘科告诉记者,那会儿他已经萌生了回国的念头:“我是从事能源化工的,我无法对日益恶化的环境坐视不理”

  在刘科的心中,作为“这一行的”,毫无疑问就要对环境负责。用刘科的话来说,解决环境污染问题对于他而言,是“义不容辞”的。

  就这样,2009年底,在GE公司时任高职的刘科毅然辞去工作,回到国内,当所有人都对他的选择表示惊讶不解之时,刘科的回答是:“让祖国的天更蓝,水更清,这是我后半生的夙愿。”

  刘科这样说的,也是这样做的,他说:“在我的脑子里早已酝酿了一套解决问题的方案。”

  回国后的几年里,刘科也切身感受到空气污染问题较之前愈发严重,尤其PM2.5污染的日益加剧,受到各方的关注和重视,PM2.5污染防治迫在眉睫。“解决问题,自然先要洞悉其症结所在。”

  在刘科看来,环境问题和能源问题密不可分,了解我国能源结构帮助我们明白污染症结来自哪里。“中国能耗以燃煤为主,煤炭消耗量已经从十几年前的每年10亿吨上涨到今天的接近每年36.6亿吨;如果再不对其进行清洁处理,那么结果可想而知。”

  现代社会里,工业生产离不开煤,BP公司的数据显示,我国从2007年到2010年期间,煤炭占各种一次能源消费总量的比例一直保持在70%以上,而生活中人们对于煤炭也是高度依赖——空调、冰箱等几乎所有现代化的家电都需要消耗电能才能运行,而我国电力能源70%以上都是依赖燃烧煤获得。对这一点,刘科表示出充分的担忧:“过去我国的石油大量依赖进口,而从去年起煤炭也开始大量进口。煤炭在中国的消耗越来越大,如果我们的洁净煤技术还上不去,人们用电越来越多,环境问题将会持续恶化下去,后果难以想象。

  “PM2.5主要是由化石能源燃烧的过程中放出的SOx、NOx,在空气中2次气溶胶反应而形成,当然源头不仅在煤,还有其他因素譬如说油,国外对汽油中硫的含量标准是10PPM(百万分子一),而我国是50PPM,但对于煤而言,在中国的煤含硫量大概是5000-15000PPM,因此较之于煤的含硫量,汽、柴油实则‘望尘莫及’。”刘科介绍说,中国现在每年石油的总消耗量是4.7亿吨,煤炭的消耗量如今已经达到油的8倍之多,石油对环境污染的贡献固然不容忽视,但应该看到的是,煤炭清洁化的任务更为迫切。

  “燃烧前脱硫”理念与煤分级炼制

  在问题的解决方法上,刘科坚持“先行脱硫”理念——“在燃烧之前脱除煤炭中的有害物质比如硫、汞等。”这种理念与传统脱硫不同之处在于,以往的脱硫、脱硝理念是先将煤燃烧,然后再处理有害物质,而刘科认为应该将这个环节提前,在煤炭燃烧前尽量多脱去一些有害物质。

  为什么要这么做呢?对此,刘科的解释是,“燃烧之后,煤炭中的有害物质会氧化成为硫氧化物(SOx)、氮氧化物(NOx)和汞(Hg)等,并被大量稀释;SOx和NOx为ppm(百万分子一)级, Hg为ppb(十亿分子一)级。如果这个时候我们才要将其进行处理,无论干法还是湿法成本都高出很多,而且效果并不好,同时还会造成许多附加污染。” 刘科进一步说:“煤燃烧后脱硫脱硝只适用于大型电厂; 但电厂大约只消耗掉一半的煤, 而大量中小锅炉和民用烧煤目前无法脱硫。”

  刘科告诉记者,我国的煤多属低阶煤,里面包含了水(30%左右)、挥发份(类似油,30%左右)、以及固定碳和灰。如果按照传统方法将煤直接燃烧,里面有用的成分包括挥发份等高价值的组分烧掉都被浪费了。此外,水一般到两百多度的温度就能蒸发出来,而传统燃烧却用一千多度的高品位能量去完成,容易造成能量利用效率的巨大损失。”

  实际上,按照石油炼制的方式,即通过常压蒸馏把石油中最容易获得的东西解压出来,通过减压蒸馏把剩余的成分再依次蒸发,这些物理过程完成以后再把重油通过加氢裂解,一点点“吃干榨尽”,直至剩下石油焦再拿到锅炉里烧或者气化炉里去气化——煤炭也能够得到最充分的利用。

  石油分级炼制工艺给了刘科灵感,煤炭分级炼制工艺的想法由此生发。刘科说:“所谓煤炭分级炼制,主要是通过分级炼制工艺将煤中的水分,在较低温度(200~350℃)下去除,而水银、硫化物在达到沸点500℃左右再去除,而煤中类似石油的高价值组分挥发份等也同样在达到一定温度时得以分离,所得到的煤焦油(挥发份的一部分)再拿到炼油厂去炼制,油的脱硫脱金属的技术都相对比较成熟了。

  “经过高值加工利用过程后,液体产物加工成化学品和油品,气体产物用做清洁燃料,而脱除水分后的固体产物依然是发电或者是气化的更清洁的优质原料,最终实现高水分、高挥发分煤的全质利用。”刘科告诉记者,在煤分级炼制过程中,一部分能够对空气造成严重污染的硫、水银等都被离析出来,煤变得更干净了,PM2.5和其它污染物排放减低;而且还有一部分高价值的焦油(类似石油)被炼制出来,这对于石油严重依赖进口的中国而言,无疑能够缓解一定的供应压力。“倘若这一技术能够得到推广使用,那么不仅带来巨大的环境效益,还潜在着巨大的经济效益。”刘科说。

  技术进步与科学管理双管齐下

  在刘科的带领下,低碳所通过国际商业模式吸收了美国MR&E公司的褐煤提质技术,并在此基础上形成了具有自主知识产权的煤分级炼制(CoalRef?)技术。目前,刘科一经带领团队针对中国内蒙古呼伦贝尔的褐煤完成了可行性报告和工艺包设计,即将在呼伦贝尔建设单线年处理100万吨褐煤提质示范厂,并最终形成年处理1000万吨的褐煤提质综合利用工业园区。

  但任何技术都不可能是十全十美的,而业界对于煤分级炼制工艺的看法也是“见仁见智”,比如在成本问题上就存在一些争论。

  不过,在刘科看来,一项新的技术在最初的时候投入大一些是难免的,“如果我们把环境、能源这样的综合效益考虑进去,其实我们通过这项新工艺获得的利益要比投入的要多得多。”

  在技术上的探索之外,结合在石油化工领域的管理经验,刘科还提出了从煤炭利用产业链出发进行纵向整合、大幅提高中国煤炭利用整理效率的思路,即如石油产业链一样,将勘探、打井、生产、运输、炼制、化工和产品销售等集成一体,达到对石油资源的充分利用,实现利益最大化、效率最优化,二氧化碳和污染物排放最低化,“我国的煤炭行业也应该形成这样高度整合的产业链条,将各个环节高度纵向整合,打破过去各环节被人为条块分割的现状。”

  “在有限的资源条件下,将煤炭的勘探、生产、运输、转化、利用及污染物控制等各个环节链接起来,煤炭资源得到合理配置和利用,提高煤炭资源的利用效率。”刘科说:“这也是整合煤炭产业链进而减少污染物和二氧化碳排放的良好途径。”

  当前,刘科参与组建的北京低碳清洁能源研究所正在试图从技术上将煤炭分级炼制工艺实现最大限度的推广使用,而低碳所所依托的国内煤炭龙头企业也在努力在煤炭产业链高度纵向整合这一方面有所作为,同时刘科也在全力配合中国工程院《中国煤炭清洁高效可持续开发利用战略研究》重大课题献计出力。

  在采访的最后,刘科跟记者分享两件事,第一是去年欧美同学会党总书记、统战部常务副部长陈喜庆专门组织了一次调研活动,各领域专家学者就“如何治理北京PM2.5的问题”建言献策,刘科也是参会者之一。“当时我在会上就提到,这次研讨会的题目本身就有问题,因为PM2.5不像人,它是没有户口的,不光是北京的PM2.5需要治理,全国各地的PM2.5都亟待治理。空气本身就是流动的”

  另一件事情发生在北京奥运会期间,身在美国洛杉矶的刘科因工作需要有对空气中的水银的量进行监测,而那段时间整个空气中水银的密度呈曲线下降,之后又渐渐地往上走。“当时,大家都以为大概是仪器出问题了,但是经过分析发现,奥运期间北京方圆500里很多的火电锅炉都被强行关闭或者转为天然气,而那段时间的空气转好在太平洋对面都感受到了。

  “全世界都只有一个地球,环境问题是人类共同面临的问题。”当然,刘科也深深地相信,有了国家及各级政府、各企业的高度重视和大力支持,有了人们对清洁能源的深度认识和环境保护的紧迫感,有了技术上的突破与管理上的革新,经过一代人的努力,祖国大地终将重现碧水蓝天。

  刘科,国家“千人计划”入选者,“千人计划”化学化工专业委员会主任,回国后任北京低碳清洁能源研究所副所长兼首席科学家,近期被任命为神华研究院副院长;曾在埃克森-美孚、UTC(联合技术公司)和GE(通用电气)等著名跨国公司工作;曾获2006年度全美绿宝石特别科学奖,是世界煤炭研发的权威机构国际匹兹堡煤炭大会会议组织董事,著名的原加州理工学院能源中心董事,国际能源界颇有影响的《能源和燃料(Energy & Fuels)》杂志的副主编;拥有发明专利及申请65项。其英文专著《H2 and Syngas Production and Purification Technologies(氢气和合成气生产及净化技术)》一书于2009年由美国最大的出版社之一的John Wiley and Sons出版。

       (来源:千人杂志,链接http://www.j1000plan.org/TalentsContent.aspx?TalentsContentID=143 )

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