中國(guó)利用火箭“心臟”制造技術(shù)清潔高效使用煤炭資源

為擺脫地心引力、征戰(zhàn)星辰大海而研發(fā)的火箭技術(shù)，在地球上也有用武之地。中國(guó)這個(gè)煤炭消費(fèi)大國(guó)正利用制造火箭“心臟”的技術(shù)更清潔高效地使用煤炭，減少對(duì)環(huán)境的污染。

“在中國(guó)，你每天吃的糧食所使用的化肥、穿的衣服、開(kāi)的汽車(chē)上的許多非金屬部件，以及衣食住行的許多方面都與煤化工息息相關(guān)。”航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司副總經(jīng)理朱玉營(yíng)說(shuō)。

中國(guó)缺油、少氣，煤炭資源相對(duì)豐富。清潔高效地利用煤炭資源對(duì)于保障國(guó)家能源安全、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展意義重大。

專家介紹，中國(guó)目前煤炭利用方式主要有直接燃燒、煉焦和氣化三種，其中煤炭的氣化最為清潔，過(guò)程也最為復(fù)雜。然而，煤炭氣化目前僅占中國(guó)煤炭消費(fèi)總量的7%左右。煤氣化是煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化的核心，可用于生產(chǎn)多種化工原料和清潔燃料。

朱玉營(yíng)解釋說(shuō)，煤氣化就是把煤炭中的碳和氫轉(zhuǎn)化為一氧化碳?xì)怏w和氫氣，然后再合成為化工產(chǎn)品。而煤氣化過(guò)程是在高溫、高壓下進(jìn)行的，溫度在1400攝氏度以上，產(chǎn)生的一氧化碳和氫氣易燃易爆，要讓整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程安全、連續(xù)、穩(wěn)定進(jìn)行，就需要很多技術(shù)和裝備做保障。

21世紀(jì)初，中國(guó)的煤氣化技術(shù)還十分落后，成為制約整個(gè)煤化工行業(yè)健康發(fā)展、困擾中國(guó)產(chǎn)能升級(jí)的一大因素。當(dāng)時(shí)中國(guó)主要依靠進(jìn)口國(guó)外的煤氣化技術(shù)，很多企業(yè)雖然實(shí)現(xiàn)了技術(shù)升級(jí)，但卻因?yàn)橥顿Y成本高而賺不到錢(qián)。

2003年前后，中國(guó)航天科技集團(tuán)有限公司所屬中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院已經(jīng)將國(guó)外煤氣化技術(shù)的很多配套裝備實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，只差關(guān)鍵的氣化爐還未掌握。

研究院的科研人員發(fā)現(xiàn)，煤氣化所使用的氣化爐跟液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)研制所使用的技術(shù)及裝備在原理上是相通的。他們便萌生了想法——依托液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的技術(shù)研制粉煤氣化爐。

朱玉營(yíng)回憶說(shuō)，在研發(fā)過(guò)程中，資金和技術(shù)都曾遇到過(guò)瓶頸。

“我們第一臺(tái)爐子就出過(guò)很?chē)?yán)重的故障，一開(kāi)始點(diǎn)不著火，后來(lái)點(diǎn)著了，運(yùn)行一兩個(gè)小時(shí)就停，最嚴(yán)重的一次故障還把爐子燒壞了。當(dāng)時(shí)非常危險(xiǎn)，一旦爆炸后果不堪設(shè)想。”朱玉營(yíng)至今仍心有余悸。

經(jīng)過(guò)約五年的努力，航天煤氣化爐終于研制成功。“由于我們的技術(shù)是高溫氣化工藝，煤炭轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生的有害氣體、氣化的污水和灰渣等固體排放物，都能得到很好的轉(zhuǎn)化與回收，實(shí)現(xiàn)了煤炭清潔高效利用。”朱玉營(yíng)說(shuō)。

例如，煤炭在燃燒利用過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的大氣污染物二氧化硫。“我們的技術(shù)可以把硫轉(zhuǎn)化為硫化氫，并有硫化氫回收裝置，99.5%以上的硫污染物都可以回收，并且粉塵排放也很少。”朱玉營(yíng)說(shuō)。

他說(shuō)，由于氣化的溫度在1400攝氏度以上，煤中的成分基本上都轉(zhuǎn)化為小分子，長(zhǎng)鏈烴類和芳香烴類的污染物幾乎沒(méi)有，氣化過(guò)程中產(chǎn)生的污水處理起來(lái)工藝簡(jiǎn)單，容易達(dá)標(biāo)排放或?qū)崿F(xiàn)污水零排放，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生大的負(fù)面影響。而在這樣的高溫下，煤里的灰渣燒成熔融狀態(tài)，經(jīng)水激冷后成為玻璃態(tài)，不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生有害影響。

中國(guó)利用火箭“心臟”制造技術(shù)清潔高效使用煤炭資源

位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯獨(dú)貴塔拉工業(yè)園區(qū)的煤制精細(xì)化學(xué)品項(xiàng)目，使用6臺(tái)航天爐，年產(chǎn)120萬(wàn)噸精細(xì)化學(xué)品。

據(jù)介紹，目前航天長(zhǎng)征化學(xué)工程股份有限公司已生產(chǎn)87臺(tái)(套)氣化爐，航天粉煤氣化技術(shù)占據(jù)中國(guó)粉煤氣化領(lǐng)域50%以上的市場(chǎng)，技術(shù)水平處于國(guó)際領(lǐng)先，獲得美國(guó)、歐洲等國(guó)家和地區(qū)的海外專利授權(quán)共20余項(xiàng)。

此外，航天科研人員還成功實(shí)現(xiàn)了褐煤的安全、清潔、高效轉(zhuǎn)化。褐煤是較“年輕”的煤，形成時(shí)間較短，煤化程度低、水分大、發(fā)熱量低、易燃易碎。褐煤在中國(guó)儲(chǔ)量較大，內(nèi)蒙古東部、云南、貴州的褐煤儲(chǔ)量約占中國(guó)煤炭資源總量的13%。褐煤的經(jīng)濟(jì)高效利用一直是煤化工行業(yè)里令人頭疼的問(wèn)題。合理開(kāi)發(fā)和利用這些地區(qū)的褐煤，對(duì)于降低煤化工企業(yè)原料成本、保證國(guó)家能源安全、促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

朱玉營(yíng)介紹，今后將向褐煤儲(chǔ)量豐富的地區(qū)重點(diǎn)推廣褐煤氣化技術(shù)，同時(shí)還將向印尼、澳大利亞等國(guó)家和地區(qū)積極推介褐煤氣化技術(shù)，為人類社會(huì)的能源安全，以及煤炭的清潔、高效利用做出更大的貢獻(xiàn)。