人物专访∣深耕煤基能源低碳创新!专访太原理工大学廖俊杰老师

廖老师： 实验室始终紧密围绕煤、煤伴生物、煤衍生物的高效洁净转化、煤基含氧燃料及化学品合成、煤转化工程中的节能减排和能源战略问题等开展全链条、多层次的系统攻关。

（1）煤、煤伴生物、煤衍生物的高效洁净转化。我们致力于在分子层面将复杂的煤炭大分子拆解、重组，实现煤炭从基础燃料向高端原料的转变，大幅提升煤炭的利用效率。

（2）煤基含氧燃料及化学品合成。我们通过先进的催化技术和合成工艺，将煤炭深度转化为煤基乙醇、烯烃以及特种燃料等高附加值产品，不仅降低了对进口石油的依赖，还推动了产业链向高端化转型升级。

（3）煤转化工程中的节能减排。针对煤炭转化全流程，我们研发了高效脱硫、脱硝、脱重金属技术，以及脱硫废液资源化利用和废水循环利用等关键技术，构建了低碳循环的产业生态。

在产业化应用方面，实验室的多项技术已成功应用，服务于工业生产，例如智能配煤炼焦技术，推动了焦化产业的降本增效；煤气脱硫吸附剂和催化剂成功应用于日照钢铁、太钢集团等企，并出口至加拿大等国。

廖老师： 当前，高炉煤气脱硫净化技术正经历从传统的“末端分散治理”向“源头集中净化”的转变。然而，高炉煤气气量大、组分复杂、温度与压力波动大，这导致“源头治理”在污染物控制与资源化利用方面面临着关键技术瓶颈。一是多污染物协同脱除的材料开发与工艺集成：如高效脱氯剂、抗氯氧中毒的有机硫水解催化剂、可循环再生的脱硫吸附剂的开发，与材料相匹配的装备研发，工艺的集成与系统匹配等。二是污染物的的资源化利用：如将脱除的硫化物转化为高附加值产品，实现“变废为宝”等。

针对上述瓶颈，我的研究团队主要聚焦于高炉煤气高性能脱硫吸附剂/催化材料的研发以及脱硫工艺的开发，基于“吸附/催化材料适应气体组成与工况特点，吸附/催化塔器有效匹配吸附/催化材料，净化工艺高效集成单元操作”的理念，建成了硫化物分析测试平台与检测方法，开发了抗氯中毒的有机硫水解催化剂、可循环再生的复合分子筛脱硫吸附剂及制备工艺， 研发了与吸附剂相匹配的吸附塔与脱硫工艺，与企业合作在山西侯马、孝义、介休，山东济宁，江苏徐州等地完成了焦炉/高炉煤气精脱硫侧线试验，建成了2000 Nm³/h 煤气精脱硫中试示范装置。实现了中试装置稳定运行近3年的目标，将推向工业应用。

廖老师：在吸附/催化材料开发方面，我们的研究致力于在分子和原子层面对硫的定向迁移和催化转化过程进行精确追踪与调控，构建了一套“宏观性能评价–瞬态过程捕捉–微观机理透视”的多层次、多尺度表征体系。

（1）固定床评价装置与质谱、红外光谱联用技术：基于宏观规律，反向设计并验证新型吸附剂/催化剂。

（2）固定床评价装置、气相色谱与红外气体分析仪联用技术：通过精准切换反应气氛，实时追踪尾气组成的动态响应，捕捉中间产物。

（3）原位漫反射红外技术：在反应的动态过程中原位测试，获取吸附/催化剂表面活性物种、中间体的实时演化规律。

这些技术区别于传统的反应前后的“端到端”的稳态变化，通过瞬态实验和原位测试技术揭示追踪表面物种的动态演变以及反应机理。

廖老师：仪器科学的发展为我们带来了先进的检测技术，能为我们打开微观世界的大门，我们能够更直观的从分子、原子、电子的视角去认识和观察世界，但从提升研究效率和研究深入的角度看，我认为现有检测技术可在以下几个方面实现突破：

（1）进一步提高时间和空间分辨能力。催化反应，如COS水解、H₂S吸附，其关键中间物种的寿命极短（微秒、纳秒级甚至更短）。传统原位红外光谱的扫描速度相对这些瞬态过程有些力不从心，容易漏掉关键信息，期望引入更高时间分辨率的快速扫描技术。

（2）发展多技术联用与数据同步采集平台。正如前面提到的，我们需要红外与质谱联用，但如果二者在时间和空间分辨率上能实现真正的同步，直接将表面物种（红外信号）与气相产物（质谱信号）在时间维度上一一对应，将极大提升机理研究的效率和可信度。

（3）在真实的工况条件下，催化剂表面的红外信号极为复杂。反应物、产物、中间体甚至溶剂的信号会严重重叠，难以区分。引入先进的化学计量学算法，结合二维相关光谱分析技术，将重叠的谱峰在第二维度上展开，清晰分辨出不同物种对扰动的响应顺序，从复杂的背景中自动将微弱但关键的信号提取出来。

廖老师：在“双碳”目标与能源转型的大背景下，山西煤基能源的未来，核心在于从“基础燃料”向“高端原料”和高附加值产品的彻底转变。

（1）产品路线的“高值化、材料化”。通过高效气化、定向催化转化，生产煤基特种燃料（如航天煤油）、可降解塑料、高端碳纤维等高附加值产品。

（2）技术路径的“低碳化、耦合化”。将煤化工与绿氢、可再生能源智能耦合，以及配套大规模、低能耗的CCUS技术，从源头和末端共同解决高碳排放问题。

（3）产业模式的“智能化、循环化”。通过数字化、智能化升级，实现全流程的精准调控和能效最优，构建循环经济产业链。

廖老师：对于有志于此的青年科研人员和学生，我的建议包括以下三点：

（1）立大志，解决真问题。要深刻认识到，煤基能源清洁高效利用事关国家能源安全与“双碳”战略，是值得终身奋斗的伟大事业。要将个人研究兴趣与国家重大需求紧密结合，致力于解决行业真正的“卡脖子”难题，而非追逐短期热点。

（2）打深井，厚积而薄发。这个领域传统与创新交织，必须在化学工程、催化、材料等基础学科上根基扎实，练就过硬的实验技能和表征分析能力，学会用原位红外、理论计算等利器，通过宏观现象洞悉微观本质。

（3）走出去，从现场找课题。做研究不能只待在实验室，要深入工厂车间，亲历工业场景，从解决一线生产中“催化剂为什么失活”、“分离能耗为何居高不下”等具体的工业问题中，提炼出真正的科学问题，并把论文写在祖国大地上。

再次感谢您的专访！我们将持续攻关，为国家的能源安全和绿色发展贡献力量！

煤炭清洁高效利用，是传统能源产业转型升级的必由之路，也是兼顾国家能源安全与双碳战略落地的核心抓手。本次专访中，廖俊杰老师依托实验室四十余年的科研积淀，系统阐释了煤基能源绿色低碳转化的技术创新成果、产业化实践经验，清晰勾勒出行业高端化、低碳化、智能化、循环化的未来发展蓝图。从微观机理研究到工业场景落地，从技术瓶颈攻关到产业模式革新，太原理工大学煤基能源清洁高效利用国家重点实验室始终立足国家战略需求、扎根地方产业实际，以持续的科研创新破解行业痛点、赋能能源革命。立足当下，能源转型任重道远；展望未来，科技创新步履不停。相信在广大科研工作者的深耕坚守下，煤基能源产业将持续突破传统局限、焕发全新活力，为我国实现“双碳”目标、构建新型能源体系、推动区域经济绿色高质量发展注入源源不断的科技动能。