無污染的化石燃料技術

美國俄亥俄州立大學的工程師正在開發(fā)能將化石燃料和生物質經濟地轉變?yōu)榘娏υ趦鹊挠杏卯a品，且沒有二氧化碳排放到大氣中的技術。在《能源與環(huán)境科學》雜志發(fā)表的兩篇論文的第一篇論文中，工程師們報道稱，他們已經設計了一個將頁巖氣轉變?yōu)榧状己推偷犬a品的工藝，同時都消耗二氧化碳。這個工藝也可以用于以煤炭和生物質為原料生產有用的產品。在某些條件下，該技術消耗了產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，他們報道稱，已經找到了一種方法可大大延長粒子的壽命，這些粒子能在商業(yè)運行的有效時間內通過化學反應把煤或其他燃料轉化為電力和有用的產品。最后，同一個團隊發(fā)現(xiàn)了一種可降低生產合成氣這種燃料氣體的投資費用的方法，這種方法比傳統(tǒng)技術的投資降低了約50%，并申請了專利。這種稱為化學循環(huán)的技術用高壓反應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，而不是用空氣中的氧氣。

工程師們稱，這種稱為化學循環(huán)的技術可以作為一種臨時的過渡技術，提供清潔電力，直到太陽能和風能這樣的可再生能源變得可廣泛獲得并且價格合理。項目帶頭人化學與生物分子工程領域的杰出大學教授Liang-Shih Fan說：“可再生能源是未來的能源。我們需要一個過渡工藝，是我們在未來30年或更長時間內，在風能好太陽能成為主流技術之前，可以使用能負擔得起的能源生產清潔能源?！?/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循環(huán)（CD-CL）燃燒的技術，采用該技術他們能夠從煤中釋放出能量，同時捕獲產生的99%以上的二氧化碳，阻止其排放到大氣中。CDCL的主要進展是利用氧化鐵顆粒的形式在移動床反應器中為化學燃燒提供氧氣。燃燒后，氧化鐵顆粒從空氣中取回氧氣，可循環(huán)再次使用。俄亥俄州立大學化學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)進行了連續(xù)操作8天以上的100個循環(huán)，以后工程師們開發(fā)了一種新的配方，可以持續(xù)進行3 000個以上的循環(huán)，或者在實驗室測試中可連續(xù)使用8個月以上。再次中試和中試裝置中也對類似的配方進行了試驗。

Tong說：“顆粒本身就是一個容器，在這個過程中它來回運送氧氣，最終會分崩離析。就像在高速公路上運輸貨物的卡車一樣，最終將會磨損。我們設計了可以在實驗室中進行3 000次循環(huán)的粒子，并且仍能保持其完整性。”他稱，這是曾經報道的氧氣載體中壽命最長的顆粒。下一步是在一個綜合燃煤化學循環(huán)過程中測試該載體。另一個進展是工程師開發(fā)的生產合成氣的化學循環(huán)系統(tǒng)，合成氣又可作為包括氨、塑料乃至碳纖維在內的許多其他有用產品的原料。

該技術真正令人關注的地方是：它可把二氧化碳作為生產有用日常產品的原料，擴大了二氧化碳的工業(yè)用途。如今，當二氧化碳從電廠廢氣中被清除時，它會被埋藏以防止其作為溫室氣體進入大氣。在這種新情況下，一些提純過的二氧化碳將不需要埋藏，它可以轉變成有用的產品。Fan表示，這些優(yōu)點綜合起來使俄亥俄州的化學循環(huán)技術離商業(yè)化的程度又向前推進了幾步。他認為最新進展是“巨大的，令人興奮的”，而且化學循環(huán)技術的未來是有前景的。真正的科學創(chuàng)新是不常見的，但當它們發(fā)生時，卻并不突然。通常新技術的開發(fā)是幾十年來齊心協(xié)力的結果，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能源部和俄亥俄州發(fā)展服務機構的支持。

大學愿與業(yè)界合作，進一步開發(fā)該技術。氫氣與合成氣供應和裝置供應商Linde集團已經開始與該團隊合作。Linde集團技術與創(chuàng)新研發(fā)部門負責人Andreas Rupieper表示，氫氣生產裝置中捕集的二氧化碳可用于下游以具有競爭力的成本生產產品，該技術可以為轉向未來脫碳制氫工藝提供橋梁。他補充說：“Linde集團認為俄亥俄州的制氫化學循環(huán)平臺技術將成為其新建裝置潛在的替代技術”。

為電力市場提供清潔能源技術的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——一種先進的用煤炭發(fā)電的碳近零排放含氧燃燒技術。B和W的技術研究員David Kraft表示：“CDCL工藝是我們迄今已審核的最先進、最經濟的碳捕集方法，并將致力于通過大規(guī)模的中試裝置設計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)項目的不斷成功，B和W認為CDCL技術有可能改變電力工業(yè)和石化行業(yè)?！?/p>

（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的能源競爭持續(xù)快速發(fā)展，氫可能在未來發(fā)揮至關重要的作用。日本已宣布有意成為世界上第一個“氫能社會”——到2020年開放35個氫加氣站。日本豐田汽車制造商預計，到2050年30%的汽車將由氫提供動力。但在最新一期《MRS能源與可持續(xù)發(fā)展》雜志，科學家們對大規(guī)?？沙掷m(xù)無碳制氫技術是為未來無化石燃料時代準備的最佳途徑提出質疑（現(xiàn)在氫氣是用天然氣生產的，產生大量副產品碳）。

由于水是地球上唯一充足的氫氣來源，陽光是最豐富的能源，專家們認為，太陽能驅動的水分解——利用陽光從水制氫可能成為本世紀下半葉的可選技術。然而，3篇關注未來氫的不同論文的作者認為，迫切需要進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)模生產氫氣，這是符合21世紀及以后時代的要求的。柏林太陽能燃料研究所的Roel van de Krol和懷俄明大學的Bruce Parkinson也認為目前使用光伏和風力電解水制氫的生產工藝很可能在今后幾十年中居主導地位。但他們認為，下一個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。他們認為這樣做的優(yōu)點包括有更低的能量密度和更好的熱量管理。

康涅狄格州質子現(xiàn)場（Proton OnSite）的Katherine Ayers在她的論文中表示，同意需要采取緊急行動。她認為，產品開發(fā)時間表的實際情況表明，至少在未來20年內，低溫電解等現(xiàn)有商業(yè)技術必須滿足我們大部分的需求。然而，為了加強長期技術基礎工作的影響，她表示，加強不同學術、政府和工業(yè)部門研究人員之間的合作是至關重要的，包括提供基礎研究的信息，并利用技術突破來幫助尋找地球即將出現(xiàn)的燃料供應問題的解決方案。瑞士材料研究所實驗室的Artur Braun認為，最后但并非不重要的一點是，即使在我們認為已掌握了所有要了解的情況的領域內，科學也總能使我們感到驚奇。他和他的合著者陳強力透露了他們有重大發(fā)現(xiàn)的論文的一些內容，他們發(fā)現(xiàn)了質子（氫離子）是如何在固體中移動的，這個發(fā)現(xiàn)對未來的氫經濟可能是一個突破。

（摘自中外能源2018年第6期）

兩期重大科技專項集中攻關十年磨一劍年節(jié)能55萬噸標煤，年增效11億元

7月20日'記者從集團公司科技管理部獲悉'中國石油通過十年兩期重大科技專項的引領，填補了能量系統(tǒng)優(yōu)化技術空白，并形成具有自主知識產權的成套技術體系、工具平臺和專業(yè)人才隊伍，技術水平整體達到國內領先，部分達到國際先進，大幅提高了中國石油煉化生產操作、技術改造和運營管理水平，也為未來智能化煉廠研究與建設奠定了技術和人才基礎。

近日，由規(guī)劃總院牽頭，撫順石化、寰球工程等20多家公司共同承擔的“煉化能量系統(tǒng)優(yōu)化技術升級與推廣應用”重大科技專項通過驗收，專項和兩個課題均為優(yōu)秀。

煉化生產流程復雜、能源消耗大，能量系統(tǒng)優(yōu)化技術對在運煉化企業(yè)運行優(yōu)化、挖潛增效意義重大。2008年，中國石油設立“煉化能量系統(tǒng)優(yōu)化研究”重大科技專項，開展關鍵技術攻關，實施工程示范與推廣應用，建立了專業(yè)骨干隊伍，填補了該項技術空白。2013年，中國石油繼續(xù)設立重大科技專項二期，研發(fā)了一批能量系統(tǒng)優(yōu)化核心技術、方法和平臺，形成了比較完善的優(yōu)化技術體系，申請專利11項，認定技術秘密29項，登記軟件著作權5項，編制標準/技術指南6項；建成了一大批技術示范和推廣工程，節(jié)能效果和經濟效益顯著；開展多層次全覆蓋的培訓和鍛煉，建立了技能精湛的過程優(yōu)化隊伍，使中國石油在該領域的技術能力、人才水平和生產實效方面得到大幅提升。其中，研究形成煉油領域能量系統(tǒng)優(yōu)化技術的首個國家標準，規(guī)范了煉油企業(yè)能量系統(tǒng)優(yōu)化工作的技術路線和實施步驟，有效提升了中國石油在該領域的知名度。

據悉，兩期科技專項共為中國石油實現(xiàn)節(jié)能55萬噸標煤/年、增效11億元/年。

（摘自中國石油報第7144期）