煤炭是當前我國主要能源，大量燃煤卻產(chǎn)生嚴重污染。傳統燃煤、煤氣化鍋爐及其發(fā)電技術(shù)均采用“一把火燒煤”的形式，總能效和煤電轉化率低、污染嚴重、耗水量大，脫硫、脫氮、消除粉塵及二氧化碳代價(jià)高昂。

由中國科學(xué)院院士、西安交通大學(xué)動(dòng)力工程多相流國家重點(diǎn)實(shí)驗室郭烈錦教授帶領(lǐng)的科研團隊，歷經(jīng)二十年科技攻關(guān)，研發(fā)出“煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)”系列完全自主知識產(chǎn)權技術(shù)，俗稱(chēng)“超臨界水蒸煤”，成功將煤炭化學(xué)能直接高效轉化為氫能，從源頭上根除了硫化物、氮化物等氣體污染物以及PM2.5等粉塵顆粒物的生成和排放。

作價(jià)1.5億的重大成果產(chǎn)業(yè)化項目

2016年12月25日，西安交大首個(gè)重大科研成果產(chǎn)業(yè)化項目——“煤炭超臨界水氣化制氫發(fā)電多聯(lián)產(chǎn)技術(shù)”產(chǎn)業(yè)化工作正式啟動(dòng)。教育部、國家自然科學(xué)基金委、國家能源局、中國核工業(yè)建設集團、陜西省和西安市政府主要領(lǐng)導等參加該項目產(chǎn)業(yè)化工作啟動(dòng)及匯報會(huì )。

當日，西安交大將該項技術(shù)成果知識產(chǎn)權及相關(guān)技術(shù)以1.5億元的價(jià)格，轉讓給了由中核全聯(lián)投資基金管理（北京）有限公司、香港日富投資有限公司和西安北奇能源科技發(fā)展有限公司三家公司共同發(fā)起成立的混合所有制技術(shù)產(chǎn)業(yè)化投資公司——陜西中核交大超潔能源技術(shù)有限公司。該公司籌資10億元進(jìn)行該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的示范，以50MW發(fā)電及熱電聯(lián)產(chǎn)機組、燃煤工業(yè)供熱蒸汽鍋爐替代產(chǎn)品等作為工程示范的切入點(diǎn)，決心在3年內完成項目的建設和運行，加速推動(dòng)該技術(shù)在煤炭高效清潔利用、環(huán)境保護等方面的推廣示范。

“這項技術(shù)國外也有人在做研究，但都是走在我們后面。他們沒(méi)有形成大規模的連續生產(chǎn)裝置，我們的大規模中試裝置，已經(jīng)連續運行了幾千個(gè)小時(shí)都沒(méi)有問(wèn)題�！惫�烈錦指出，“現在各種煤化工企業(yè)也產(chǎn)生氫和蒸汽，所以只要更換掉部分單元，就可以使用。所有以煤為原料的工業(yè)企業(yè)都可以用這項技術(shù)�！�

新技術(shù)終結“一把火燒煤”

西安交大這項“超臨界水蒸煤”技術(shù)剛一面世，便引發(fā)了行業(yè)震動(dòng)，引起社會(huì )廣泛關(guān)注。

“‘超臨界水蒸煤’作為一項變革性的技術(shù)，與傳統的燃煤發(fā)電以及煤氣化發(fā)電等技術(shù)存在著(zhù)根本性的區別。傳統燃煤發(fā)電，包括煤氣化發(fā)電，都是把煤放在空氣中，利用火燃燒，跟氧氣產(chǎn)生氧化反應，這就是一個(gè)放熱的過(guò)程。這種熱能是可以利用的，熱氣流在燃煤鍋爐里，被鍋爐里的水吸收，然后再變成水蒸氣，再去推動(dòng)汽輪機做功。這就是常說(shuō)的蒸汽輪機發(fā)電。較蒸汽輪機發(fā)電利用效率更高的，還有一種叫燃氣輪機發(fā)電。由于該裝置的材料要更加的耐高溫，性能要求更高，所以加工工藝特別難�！惫�烈錦向科技日報記者介紹說(shuō)：“氧化反應自然會(huì )產(chǎn)生二氧化硫和氮氧化物，加上煤燃燒時(shí)揚起的顆粒物質(zhì)，PM2.5就是這么來(lái)的！企業(yè)后續要脫硫脫硝除塵，就要安裝除塵裝置。這個(gè)成本對于企業(yè)來(lái)說(shuō)很高。同時(shí)運行這些裝置還得消耗能量。如此一來(lái)，總的效率不高，平均下來(lái)就百分之四十幾�！�

超臨界水是指當氣壓和溫度達到一定值時(shí)（近乎22MPa，374℃），因高溫而膨脹的水的密度和因高壓而被壓縮的水蒸氣的密度正好相同時(shí)的水。此時(shí)，水的液體和氣體便沒(méi)有區別，完全交融在一起，成為一種新的呈現高壓高溫狀態(tài)的液體。郭烈錦用通俗的語(yǔ)言描述“超臨界水蒸煤”技術(shù)的先進(jìn)性：“我們這個(gè)技術(shù)不用空氣進(jìn)去，只是把煤和水混到一起，讓它們去反應。整個(gè)過(guò)程不是氧化反應，沒(méi)有傳統的燃燒過(guò)程，而是還原反應，燒的是氫氣，得到的是水，產(chǎn)品是干干凈凈，得到高溫高壓的超臨界水蒸氣，同樣可以使汽輪機做功。得到的效率比傳統的更高，又沒(méi)有污染�！�

郭烈錦團隊已經(jīng)成功研制出了包括超臨界水流化床等系列實(shí)驗設施，能夠完成煤的完全汽化。在700℃以上，國內各種煤型的碳氣化率均達到100%。超臨界水煤氣化制氫的熱力學(xué)以及化學(xué)反應動(dòng)力學(xué)模型和反應系統的整合優(yōu)化已經(jīng)完成，成功完成處理煤量為1t/h的中試規模演示系統，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟分析，在系統處理煤量達83.3t/h時(shí)，氫氣的價(jià)格能降低至0.7元�；�于超臨界水煤氣化和多級燃氫補熱汽輪機的新型熱力循環(huán)發(fā)電系統已經(jīng)提出，煤炭發(fā)電效率高、二氧化碳富集和環(huán)境友好無(wú)污染是其主要特色。這項技術(shù)已全面完成原理性創(chuàng )新、實(shí)驗室規律性試驗研究和中試試驗，為了徹底解決傳統煤電轉化率低、污染嚴重、高耗水等問(wèn)題找到了出路。

根據測算，如全國在火電行業(yè)采用該技術(shù)，每年可節約發(fā)電燃煤3.28億噸。據業(yè)內專(zhuān)家分析認為，該技術(shù)為破解我國能源困境帶來(lái)曙光，對我國發(fā)揮煤炭資源優(yōu)勢、搶占能源變革先機、保障能源戰略安全具有深遠意義。