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中科院山西煤化所——探索从科研到产业的创新之路
作者:  发布时间:2019-3-6  点击量:196 次  关闭

如何理性客观看待中国第一大能源煤炭

科研院所如何与市场结合

让科研成果走出实验室

如何激发科研内生动力

本期《意见领袖》专访中科院山西煤化所所长王建国


本期嘉宾

王建国  中国科学院山西煤炭化学研究所所长


作为我国资源最丰富、生产和消费最经济的优势能源,煤炭是中国的基础能源。在我国三大化石能源矿产资源已探明储量中,煤炭占94%以上,石油和天然气仅占6%左右。煤炭为支撑中国经济发展,保障国家能源安全做出了巨大的贡献。虽然经过持续的能源结构调整,中国煤炭消费总量占比从80%以上下降到去年的60%以内,但煤炭能源生产与消费绝对量依然在不断增加。近年来,伴随经济转型、社会环保意识的加强,社会舆论将雾霾等污染现象的矛头指向煤炭,“去煤化”的呼声日益高涨。但我国资源结构决定了短期内煤炭的能源支柱地位无法被替代。这就为煤炭的清洁高效利用提出了更高的要求,也为相关研究和产业发展提供了广阔的空间。本期意见领袖专访中国科学院山西煤炭化学研究所所长王建国,分享山西煤化所在煤炭转型变身过程中探索与实践的故事。

 

张媛:富煤、少油、缺气是中国能源结构的特点,即便是富煤,但是人均却没有足够富。


王建国:相对丰富。


张媛:相对丰富也不是绝对丰富。所以煤炭作为重要的能源应该如何看待它的作用?

煤炭是储存分布最广泛的能源资源

王建国:煤炭在过去、现在和未来相当长的一段时间,还是我们国家最主要的一次能源,主要提供电力。煤炭不仅在中国,在全世界范围内也是一个很重要的资源。之所以重要就在于它地域分布比较广,还没有发现哪一个国家一点煤炭都没有,它和石油、天然气不一样。另外就是煤炭价格相对低廉,同样的发热量,煤炭的价格大约是石油和天然气的1/8到1/9。


张媛:但是似乎人们提到煤炭就会想到雾霾,想到很多低效煤矿的关停并转,想到整个国家的供给侧改革,所以应该如何理性对待煤炭?


王建国:确实,煤炭的使用肯定是造成了不少雾霾影响和其他的环境问题,所以煤炭清洁高效利用就显得非常重要,涉及到大量的技术问题。


张媛:煤炭在整个清洁化技术当中,在降低能耗、降低污染方面有做哪些尝试?


王建国:煤炭清洁高效利用里最重要的问题就是如何提高效率,近几年在电力行业里煤炭的清洁高效利用进步非常大。现在新的发电技术里,后边的净化部分已经做得非常好了,比如脱硫、脱硝、脱重金属以及二恶英等。

再一个就是煤炭作为原料,转化为燃料和化学品,这个过程应该是煤炭清洁高效利用中很重要的一个方面。煤炭气化以后可以把合成气净化得非常干净,所以做出来的油品含硫量非常低,小于一个PPM。得到的柴油和矿泉水差不多,可以达到国VI以上的标准。


张媛:但是也会面临碳排放的问题等等。

煤化工产生的二氧化碳浓度高 捕获消除成本大大降低

王建国:只要是化石能源,里边的碳要释放出能量,就会变成二氧化碳。我们还在做二氧化碳的转化利用的工作,煤化工过程里得到的应该是浓度达到90%以上的二氧化碳。电厂里边是浓度为13%的二氧化碳,把它捕获富集起来的代价非常大。但是煤化工过程中二氧化碳浓度非常高,所以省去了捕获的这个步骤。


我们和潞安集团合作,将二氧化碳作为生产尿素的原料。同时还在开发二氧化碳,比如做高分子材料、碳酸二甲酯、或者是把它封存起来。但是要想大规模的消解化石能源排放出来的二氧化碳,目前还没有可行的技术,唯一能做的就是提高效率、少用能源

 

煤炭清洁利用中,煤制油是一个重要的发展方向。经过转化后的合成油品,具有超低硫、低芳烃、高十六烷值、低灰份等特点,这些指标均优于国V和欧V标准,可有效降低城市空气污染。除此之外,煤制油在降低我国石油对外依存度,保障能源安全方面也有重要的战略意义。然而这一技术在中国研发、走出实验室并落地工业化生产中,走走停停,经历了数次起落。

 

张媛:目前研究所里最重要的一块就是煤制油,为什么你们始终坚持做这个领域当中的独行侠?


煤制油具有保障能源安全的战略意义

王建国:煤制油的过程是一个能源转换的过程,所以它受国际上油价的波动影响比较大之所以一直能够坚持下来,就是我们始终认为煤炭是我国最主要的、可以靠得上的能源。因为油气资源不足,所以为了保障国家的能源安全,国家需要从能源战略安全的角度上来搞技术储备。


张媛:所以油价到达一个什么样的临界点,研究煤制油可能就需要停滞一段时间呢?

石油价格60美元/桶是大规模工业生产煤制油的盈亏平衡点

王建国:现在大规模的工业应用的时候,煤制油盈亏平衡点大概在石油价格60美元一桶。如果石油低于60美元,煤制油在经济就会亏损;如果石油高于60美元,煤制油就可以盈利;如果在70、80美元的时候就可以有一个稳定的盈利。但是煤制油确实涉及到国家的能源安全,所以还不能只算经济的账。如果等石油价格就像股市一样在剧烈波动的时候,那时候再搞技术肯定是来不及的,所以需要长期坚持。


张媛:上世纪50年代这个技术停滞了,是后来再接续起来的。


王建国:那个时候我们实际上还不是自给自足的研发技术,和德国人的技术差不多,日本人那时候在东北做的煤制油效率非常低。


张媛:那个时候的技术是我们买来的还是怎么样?


王建国:是日本人当年留下来的工厂,在抚顺。


张媛:所以那个技术停滞后,上世纪80年代又开始搞煤制油的时候,跟前面有接续吗,还是重新搞?

山西煤化所煤制油技术完全是自主研发

王建国:过去刚开始起步的时候,我们采用类似的技术,原理上和上世纪50年代的技术差不多,也是采用固定床的技术。但是后来发现固定床的技术在将来大规模工业化过程中效率比较低,所以从上世纪90年代后期的时候,我们就采用了完全新的技术——浆态床技术,现在看来这个选择是非常正确的。


张媛:这个新技术是完全自主研发的吗?


王建国:是的。


张媛:还是说也是集国际先进经验之大成?


王建国:完全是我们自主研发的,我们有好多好多专利,包括催化剂和反应器。


上世纪80年代初,中科院山西煤化所重新开始了煤炭间接液化的技术攻关,但由于技术与经济限制,一直没有规模化生产。1997年中科院山西煤化所研究员李永旺在已有成果的基础上,重新组织研发团队,开展系统研究,成功突破一系列技术瓶颈。经过数年的潜心钻研,李永旺带领的科研团队创造性使用了中温费托合成工艺路线,将能源利用效率提升了5-8个百分点。并独创了高效催化剂大幅提高了反应活性,产油能力比此前国际通用技术提高3倍以上。


张媛:能不能讲讲这个背后的故事,当时我看一些资料的时候,似乎也面临整个国内研究煤制油的核心科研团队人才断层等等一系列的曲折,其实这条路不是一条坦途。


王建国:那是,坚持下来很不容易,说做基础研究,这算一个比较老的课题。如果做技术研发,也不知道什么时候能用得上,所以就没有几个人能够坚持下来。但是研究所里面老一代退休的时候,我们年轻的一代,李永旺他们这个团队又把这个工作接下来。

科研课题不分新旧 关键是能否开拓出老课题的新领域

王建国:所以科学上的课题没有哪个是老的,没有哪个是新的。如果你的本事足够大,可以把一个老课题做新了,如果本事不大,新课题也可能做死了。所以我们能够在基础研究上打开很多新的领域,近几年国际上又开始热起来了,技术上我们也确实应该是处于国际领先水平,我们属于领跑的阶段。


张媛:当时李永旺刚从欧洲回国,摆在他面前的是一个很难很艰巨的工作。


王建国:当时我们承担科学院的项目,给他的任务是你把这个课题了结一下。


张媛:什么叫“了结一下”?


王建国:就是把数据整理整理,收拾一下就打包了,暂时就不做了。后来李永旺觉得不对,从国家利益出发不应该把煤制油项目划成句号,应该变成逗号。


张媛:他把煤制油项目做成逗号的时候,你们给了他很多资金的支持吗?


王建国:对科学院和国家科技部来说,煤制油都是重大项目,我记得给了三千万,然后科技部863计划也是一个重大项目,所以有了这笔钱以后我们才有机会把煤制油这个工作继续做下来。


 在技术走出实验室,成功工业化应用过程中,科研体制机制的创新起到了重要作用。山西煤化所通过引入社会资本和市场化运作,不仅为科技成果转化提供了资金保障,也改变了一些科研人员的固有观念。同时也为建立完整自主知识产权技术体系,继续培养行业人才、推进后续技术改进研发提供了良好的研究和实践平台。

 

张媛:煤制油从一个实验室的课题组变到今天的中科合成油公司这个过程是怎么样的?


从课题组到公司化产业化 科研体制机制做了哪些创新?

王建国这个又和科学院的知识创新工程联系在一起了,知识创新工程不仅和科研有关,而且和科研研发的体制机制有关。这个时候科学院做了一系列改革,煤制油这个过程作为一个范例,如何从实验室三五个人的小团队逐渐走向了千人以上的工程技术公司这样一个过程。


刚开始做基础研究的时候,我们是几位科研人员带着一些学生做一些规律性的探索,到了要放大的时候,就把研究所里边的工程设计人员加进来,变成十几二十个人这样的一个团队。等再做千吨级的中试的时候,这个时候在资本上,我们引入了企业,企业投入资金;在技术上,进一步引入了工程化的队伍,就是一个基础研究加上设计人员再加工程化的队伍。


这个过程中,一方面要技术放大、完善技术、开发技术另一方面实际上也是一个培养人的过程因为这些人将来都是在工业化过程中核心的骨干力量。做完千吨级的时候,再进一步的往下做,业主就变成企业了。业主变成企业,16万吨到18万吨的工业示范项目里边,大概每个装置都投了20多个亿,这个时候就不完全是科学院的事情了,但是主导的科研人员还是山西煤化所科学院的人员。


科研团队股份少但掌握技术公司的话语权

王建国到目前为止,发展到工程设计公司,这样一个千人规模的中科合成油技术有限公司,虽然山西煤化所占的股份只有百分之十二点几,是个小股东,但是我们仍然是主导力量。因为技术公司和一般的经营企业不一样,所以一定要技术人员说了算的,技术人员要负主要责任的。我们的合作伙伴也非常好,他们虽然投资了很多钱,比如伊泰、潞安、神华,但是他们基本上不干预技术方面的事,完全由科技团队说了算,这也是这几年发展比较顺畅的一个重要原因。

技术转化带来的收入反哺科研 形成技术与产业的良性循环

张媛:在我们实际探访的过程中,我们发现即便是在中科合成油核心的科研团队,现在整个中科合成油当中有一千多人。


王建国:对。之所以能良性发展,就是不仅是把技术做好,同时中科合成油外围的技术,甚至科研团队创新能力的提升这方面都做得很好。这几年有一些收入,这些收入进来以后,基本上都投到科研上边去了。有一些本来应该是在大学或者是科研院所里边投的项目,中科合成油都在投,是为了保障这个技术公司有一个能够自己造血、不断地从源头上创新的新技术出来。

 

如何激发科学研究内生动力,更好地将科研成果转化为现实的生产力?中科院山西煤化所作为解决煤炭高效利用研究的高技术基地型研究所,除了发展基础研究、关键核心技术和重大系统集成创新外,还在科研人员管理、调动科研人员的积极性、探索科学合理的激励机制和客观全面的评价体系方面做出了有益的尝试。

 

张媛:现在国家在政策上都鼓励科研院所、高校教授来释放他们的自主能动性,鼓励科研人员去参与创业,实际上山西煤化所内的实践情况是怎么样的呢?

山西煤化所一半的经费来自企业 专注于技术产业化

王建国:中国科学院有一百多个研究所,有的是以搞基础研究为主的,有的是以搞技术研发为主的。山西煤化所属于过去所谓的中国科学院提的叫做高技术基地型的研究所,所以我们所里边追求的目标就是技术研发,把技术实现产业化,用到工业上,把技术转变成生产力。山西煤化所目前每年的经费大概有一半是来自于横向的经费,就是和企业合作的经费,所以研究所里边一半以上的人在搞技术研发。国家现在鼓励科技人员搞技术开发、成果转移转化。

科研人员享有50%的技术转化收益

王建国:按照国家的规定,我们基本上是可以技术转移转化出去以后,一半的收益归山西煤化所,一半的收益归科技团队。技术转化所卖的钱,收入有一半分给科研团队,如果是股份技术入股也有一半是属于科研人员。


张媛:有没有必须每年或者是多少年内实现盈利的要求,你给我交多少钱,否则我不给你这个能动性,会这样吗?


王建国:确实是有一些技术回报的周期比较长,如果说盈利以后,全部投入到技术进一步的升级、开发,这也是我们追求的目标。如果有回报的话,我们还是希望能够有一部分回到山西煤化所里来,然后作为科研经费,进一步支持新项目的研发。


张媛:所以从现在整个的思路,每个所的层面,或者是你们的考核机制,有发生什么样的变化吗?

考核评价标准多样化 注重未来发展潜力

王建国我们山西煤化所里边的考量和别的单位可能不一样,别的单位已经非常量化了,而我们所里每年会对课题组进行一个考核,主要看它的整体情况、发展情况和未来发展的潜力,所以没有一个非常细化的、量化的指标。那么有的搞基础研究的课题组,它可能在基础上、科学上有很好的发现,也会评得很高。如果说有的技术做出来了,做成功了,课题组也会评得很好。如果某个课题组技术转移转化做得不错,和企业合作、谈成项目或者是取得了很大的进展,也会评价得很不错。所以我们研究所没有一个统一的标准,没有把大家全部限制在死的标准里来考核大家。


 



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