11年,這是國(guó)家能源集團(tuán)煤基航天領(lǐng)域特種燃料研究與開發(fā)項(xiàng)目從立項(xiàng)到研發(fā)成功的時(shí)間。
800次,這是這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于地面試驗(yàn)錘煉的次數(shù)。
2024年11月30日,在海南商業(yè)航天發(fā)射場(chǎng),長(zhǎng)征十二號(hào)運(yùn)載火箭在萬眾矚目中轟鳴升空,如同一道耀眼的流星劃破長(zhǎng)空,直指浩瀚星河。推動(dòng)這枚火箭騰空而起的,并非普通的燃料,而是源自國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯煤制油分公司研發(fā)的航天煤油,這也是我國(guó)首次將其應(yīng)用于“長(zhǎng)征”系列運(yùn)載火箭。
航天與煤炭,一個(gè)“天上”、一個(gè)“地下”。然而,這一刻,它們完美融合,將這看似不可能的組合變成了現(xiàn)實(shí),也讓鄂爾多斯煤實(shí)現(xiàn)了“飛天夢(mèng)”。
破繭之志:小煤塊的大心愿
“這一路,我們走了10多年,真是太不容易了?!被厥淄?,國(guó)家能源集團(tuán)鄂爾多斯煤制油分公司科信部經(jīng)理賈振斌感慨萬千。18年前,他從西安交通大學(xué)畢業(yè),滿懷憧憬來到鄂爾多斯,從此便與煤直接液化技術(shù)結(jié)下了不解之緣。
時(shí)光回溯到2008年12月,世界首個(gè)百萬噸級(jí)煤直接液化項(xiàng)目在鄂爾多斯成功投產(chǎn),這標(biāo)志著我國(guó)將煤變成油的夢(mèng)想終于變成了現(xiàn)實(shí)。依托這一項(xiàng)目,賈振斌和他的同事們驚喜地發(fā)現(xiàn),煤直接液化油品中的一些組份竟然可以作為航天煤油的主要原料。于是,一個(gè)大膽的想法在他們心中悄然萌芽:能否通過科學(xué)技術(shù),將煤炭轉(zhuǎn)化為航天煤油,為國(guó)家的航天事業(yè)注入新的活力?
作為一個(gè)富煤貧油少氣的國(guó)家,我國(guó)的航天煤油資源十分稀缺。如果能夠用煤炭替代石油作為航天燃料,無疑將為國(guó)家航天能源戰(zhàn)略提供有力的保障。而鄂爾多斯這片煤海,或許可以破解這一難題。
“你知道嗎?我國(guó)現(xiàn)在使用的航天煤油,主要依賴環(huán)烷基原油煉制而成,環(huán)烷基原油儲(chǔ)量?jī)H占原油總儲(chǔ)量的2%左右,適用于火箭燃料的油源更稀少?!辟Z振斌向記者解釋道,“而煤直接液化油品中的環(huán)烷烴含量卻高達(dá)85%以上,具有‘一大三高四低’(即比重大、高體積熱值、高體積比熱容、高熱安定性、硫含量低、氮含量低、芳烴含量低、凝點(diǎn)低)的顯著優(yōu)勢(shì)。”這一重大發(fā)現(xiàn),讓賈振斌和他的同事們興奮不已。2013年3月,國(guó)家能源集團(tuán)正式立項(xiàng)實(shí)施煤基航天領(lǐng)域特種燃料研究與開發(fā)工作,一場(chǎng)科技攻關(guān)的戰(zhàn)役就此打響。
蝶變之路:點(diǎn)煤成油的攻堅(jiān)
然而,夢(mèng)想的實(shí)現(xiàn)從來都不是一帆風(fēng)順的。這個(gè)項(xiàng)目完全依托我國(guó)自主研發(fā),當(dāng)時(shí)沒有任何工業(yè)化經(jīng)驗(yàn)可供借鑒。從最初的可行性研究到發(fā)射飛天,從實(shí)驗(yàn)室配方研究到工業(yè)化量產(chǎn),每一步都充滿了未知和挑戰(zhàn)。
科研人員夜以繼日奮戰(zhàn)在實(shí)驗(yàn)室和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng),一次次進(jìn)行嘗試,失敗了再推翻重來,從未放棄過。
“中國(guó)航天科技集團(tuán)第六研究院一直在尋找和論證航天煤油的新油源,但一直沒有找到?!辟Z振斌繼續(xù)講述,“直到2014年7月,我們鄂爾多斯煤制油分公司與航天六院開始全方位的科技合作,加快煤基航天煤油研發(fā)和工程應(yīng)用的進(jìn)程?!?/p>
“傳熱特性是煤油能否應(yīng)用于航天領(lǐng)域火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵?!睘榱蓑?yàn)證煤油和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的適配性,他們四處奔波,最終找到了西安交通大學(xué)多相流國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。經(jīng)過兩個(gè)多月的艱苦實(shí)驗(yàn),終于驗(yàn)證成功,煤油可應(yīng)用于火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。
但這只是萬里長(zhǎng)征的第一步。如何將這一科技成果應(yīng)用于實(shí)踐并實(shí)現(xiàn)量產(chǎn),成為擺在面前的又一道難題。航天煤油需要從煤液化油品的特定組份中提取,最大的難點(diǎn)就是工藝操作參數(shù)的控制。
“減壓塔的真空度對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響很大,而且控制要求非常精準(zhǔn)?!倍鯛柖嗨姑褐朴头止久阂夯a(chǎn)中心副經(jīng)理馬翔介紹說,“因?yàn)闇p壓塔的真空度會(huì)受到氣溫、進(jìn)料量等多種因素影響,所以在調(diào)整過程中稍有不慎,就會(huì)直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。這也是整個(gè)生產(chǎn)操作環(huán)節(jié)中比較困難的部分。”
星際之旅:煤火映照的“天路”
面對(duì)困難,科研人員迎難而上。經(jīng)過部件試驗(yàn)、臺(tái)架試驗(yàn)等一系列研究和實(shí)裝應(yīng)用考核,完成數(shù)10批次的煤基航天煤油工業(yè)化生產(chǎn),累計(jì)超8000噸。在承擔(dān)本次發(fā)射任務(wù)之前,煤基航天煤油已經(jīng)參與了多個(gè)型號(hào)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的熱試車800次,點(diǎn)火時(shí)長(zhǎng)超過13萬秒。
作為新一代大推力運(yùn)載火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的主動(dòng)力燃料,煤油具有推力大、綠色環(huán)保、儲(chǔ)運(yùn)方便、經(jīng)濟(jì)性高等諸多優(yōu)點(diǎn)?!斑@次的飛天之旅,不僅是我們技術(shù)實(shí)力的體現(xiàn),更是對(duì)鄂爾多斯煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的鼓舞?!辟Z振斌滿懷信心地說,“我們將繼續(xù)加大科技創(chuàng)新力度,為國(guó)家的航天事業(yè)和能源安全貢獻(xiàn)更多力量?!?/p>
如今,走進(jìn)鄂爾多斯煤制油分公司廠區(qū),只見百米高塔比肩而立,球形儲(chǔ)罐星羅棋布,望不到頭的管道縱橫交錯(cuò)。這個(gè)世界首個(gè)百萬噸級(jí)煤直接液化項(xiàng)目正在進(jìn)行二代技術(shù)工程化升級(jí)改造,預(yù)計(jì)到2028年,年產(chǎn)300萬噸煤液化升級(jí)示范項(xiàng)目將在此建成投產(chǎn)。屆時(shí),鄂爾多斯煤制油產(chǎn)能有望完成每年500萬噸,鄂爾多斯煤的“朋友圈”也將向著“深空、深海、深地、深藍(lán)”持續(xù)延伸,追尋更廣闊的星辰大海?。ㄅJ缇?杜亞儒)
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