让高校科研成果走出高墙 ——西安交大“水蒸煤”技术产业化侧记

2016年12月25日，西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室的“煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术”项目产业化正式启动。这项被形象地称为“超临界水蒸煤”的技术作价人民币1.5亿元转让给产业化投资公司，开展产业化示范项目运行。

郭烈锦教授带领研究团队经过二十年攻关研发的这项技术，提出了一种煤炭在超临界水中完全吸热——还原制氧的新气化原理，是一种对传统技术的颠覆性改变，国际上尚无先例，对发挥我国煤炭资源优势，抢占未来国际能源变革先机，具有重大的社会、经济价值和战略意义。 

1 国际上首次成功实现从实验室到小型工业示范

郭烈锦教授介绍，这项技术的核心工艺，是将煤粉与水制成水煤浆，加入到超临界水反应器中进行吸热还原反应，超临界水与煤反应最终生成氢气和二氧化碳并溶解于超临界水中，以高温高压混合流体形式流出反应器去推动轮机做功并带动发电机发电，从而将混合工质的热能和动能转化成电。在这一过程中，煤炭中含有的氮、硫及各种无机成分与重金属元素等，会在反应器内净化沉积于底部后间歇排出，而不会像传统锅炉那样在炉内被高温燃烧氧化生成污染环境的气态氧化物。

为了使这项技术走出实验室，西安交通大学牵头，联合清华大学、浙江大学、陕西煤业化工集团、东方电气集团和陕西鼓风机集团、西北有色金属研究院等单位共同成立了“煤的新型高效气化与规模利用协同创新中心”，开展了一系列工业级实验和示范。

实验室拥有系列原创性的发明专利和核心专有技术，已完成了基础研究、实验室验证，并在国际上首次成功实现小型工业示范，展示出良好的工业化前景。

实验室在宁夏回族自治区吴忠地区构建了小型示范装置，验证了核心技术规模化应用的可行性，并在五个关键技术难点上，取得突破。

一是与各协同企业合作通过实验全面系统考察了我国西部地区典型煤种的适应性，获得典型煤种完全气化工程化方案。与东方电气集团联合，根据不同的煤质特点获得了适用于不同煤种的系列炉型并完成工程化开发，目前东方电气集团正在设计并安排生产样机。

二是获得气化炉排渣工程化方案：对于煤中大部分非碳元素，如硅、钙、镁等在煤的超临界水气化反应之后以无机盐形式沉积，易于富集分离，利于灰渣的资源化利用，不会对下游工艺造成不利影响。目前已经联合东方锅炉厂完成了气化炉工程化方案设计。

三是获得气化炉防腐工程化设计方案：通过相关技术手段，反应器壁能够同时达到防氢渗透与防腐的作用，其技术指标完全符合气化炉运行要求。

四是获得产物（二氧化碳+氢气）分离工程化方案，目前已完成工程化方案设计。

五是获得新型发电设备工程化方案：通过与清华大学、东方电气集团协同攻关，获得了混合工质热物性，经过论证证明了这种新型混合工质轮机的生产制造完全可行。

 2 两大产业化途径让天蓝水绿

相对于传统以氧化、放热反应为特征的“一把火烧煤”燃煤发电技术，“煤炭超临界水气化制氢发电多联产技术”有一系列优点。

当前我国长时间大面积的严重雾霾天气及其诱发的人体健康、生态环境破坏问题已极为严峻，在我国目前的电力结构中，燃煤发电的发电量占80%以上。燃煤污染是其主要原因，而短期内我国以煤为主的能源结构却无法改变。

据实验室赵亮教授介绍，“水蒸煤”产业化大致有两条途径：一是以制氢为目的，根据下游工艺需要在适当参数条件下分离氢气，氢气继续进入下游工艺制高附加值产品，分离氢气后的超临界水和二氧化碳则进入新型混合工质透平，将自身热动能做功转化为电能，发电后的二氧化碳与水容易分离富集得高纯二氧化碳；二是以单纯发电为目的，反应器出口的超临界水及其溶解的氢气和二氧化碳均直接进入轮机发电，引入氧气将氢气燃烧补热生成水蒸气继续做功，直到将超临界水和二氧化碳的热动能与氢气热动能和化学能最大限度地高效转化为电能为止。

作为煤炭生产和消费大国，我国以煤为主的能源结构在短期内很难改变，而传统的煤炭利用方式不可避免地要排放各类污染物，增加雾霾等环境问题治理的难度。在此背景下，该技术对于立足我国国情，发挥煤炭资源丰富的优势，抢占能源变革先机，保障能源战略安全，加快治污降霾改善环境等都具有深远意义。

 3 产业化推广尚需政府支持

“超临界水蒸煤”的技术综合效益的体现，必须依靠大规模的工业化应用。鉴于该技术的原创性和跨越性进步，无疑会存在困难和挑战，而其中可能最大的困难和挑战还是传统观念和传统技术深入到人们头脑中的禁锢。由于企业对技术认知程度和自身风险承受能力有限，也在一定程度上制约了该技术的产业化。对于这样具有一定基础、具有引领作用、处在转化关口的新技术，其大规模应用，没有政府的引导、支持、协调各方，几乎不可能实现。

郭烈锦教授说，该成果是国家自然科学基金长期培育、国家重大科技计划(973、863)和重点专项项目长期支持下产生的能源领域具有重大战略意义的原创性成果，科学意义重大，其潜在的社会和经济价值巨大。

从环保角度看，如果成功实施并推广应用将可以从根本上解决长期困扰我们的燃煤利用造成的空气污染及在冬季供暖期大大加剧的雾霾问题。

从科技成果转化的模式创新角度看，这是一次开创了各类社会力量和资源通过有效整合来完成一种变革性、原创性、重大科技成果产业化转化的新模式，将对科技成果转移转化模式创新产生深远意义。

从资本融运的角度看，这是一次利用社会资本融入来有效撬动和催化加速对国家中长期发展可能产生深远影响的科技成果转化的成功案例，将对资本市场进入科技领域有着示范引领的积极作用。

从国际化的角度看，前期的港资融入以及后期的国际上市计划，将促进国际资本进入并加速推动陕西省原始粗放型能源产业向高效洁净高附加值产业的转型升级，将加速形成我国独具特色的煤炭洁净高效节水转化利用技术产业，引领世界能源产业发展的新方向，为我国走出一条完全依赖自己富煤缺油少气的能源资源禀赋，来支撑自身现代化建设和发展的需要的道路，从技术上提供了根本保证，均具有重大的战略意义。

对于当前落实中央经济工作会议精神，促进“围绕供给侧结构性改革的深化和重点领域的攻坚”，对于落实中央“以混合所有制改革为突破口”的战略布局，率先在电力、石油、天然气等垄断领域实施混合所有制改革，也具有重大的政治影响和现实意义。

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