王美君：探“煤”之路永不停歇

马梦珂

王美君

中国是世界产煤大国。作为现阶段最可靠的一次能源提供者，煤炭不仅关系到能源的安全，更与经济发展、社会稳定息息相关。

回望过去，我国的煤炭行业曾有过“黄金十年”的绽放，也曾经历过“寒冬时期”的巨变，其间始终不容忽视的，是煤炭行业长期以来存在的安全状况差、技术粗放、环境破坏严重等诸多弊端。

习近平总书记曾指出：尽管我国能源发展取得了巨大成绩，但也面临着能源需求压力大、能源供给制约较多、能源生产和消费对环境损害严重、能源技术总体落后等挑战。我们必须从国家发展和安全的战略高度审时度势、借势而为，找到顺应能源大势之道。由此可见，我国煤炭发展既要遵循能源发展的历史规律，又要顺应新潮流，走出一条自己的发展道路。

浪潮之上，激流勇进。多年来，一批又一批前赴后继的“煤炭人”都在努力深挖煤炭背后的潜在价值，加大对它的高效利用。太原理工大学省部共建煤基能源清洁高效利用国家重点实验室教授王美君正是其中一员。多年来，除了进行炼焦煤特性研究及配煤技术基础应用研究之外，他还坚持带领团队深入一线，与多家企业共建科研实验室和研发中心，并开展多项产学研合作项目。他们的努力，正为我国开辟出一条可持续发展的绿色煤炭大道。

心向化工

王美君与煤炭化工的结缘历程由来已久。“我这人就是对化工感兴趣。”生在内蒙古，长在内蒙古的他从小就是个“化工迷”。2007年，王美君考入太原理工大学，由此走进了煤炭大省山西。本来抱着“学好知识，回报家乡”的心态，却不承想“一不留神”在太原理工完成了从研究生到博士再到工作的人生“三部曲”。山西也就此成了王美君的“第二故乡”。

十多年间，王美君的工作乃至生活大多围绕煤炭展开，对它的感情也越来越深厚。对煤多油少的中国来说，通过煤化工获得各种化工产品，更是一条不可或缺的道路。“靠山吃山、靠水吃水。”山西依靠独特的煤炭资源优势，一直都是我国重要的能源基地和老工业基地，煤焦化是其最主要的传统支柱产业之一。尽管有着得天独厚的优势，山西仍然面临产能严重过剩、产业链延伸不足、能耗高、污染重等困境，一度使得焦化产业的生存与转型成为头号难题。为此，山西省相继推出优化调整产品结构、推进焦化产业创新驱动、开展精细化配煤技术研究等一系列措施，以挽救日渐低迷的焦化产业。

随着优质炼焦煤的日益消费，近年来，炼焦煤生产大省山西的高硫炼焦煤生产比重大大增加，但高硫煤中硫的存在形态以有机硫为主，很难通过洗选脱除，使得高硫炼焦煤的价格和用途严重受限，不能物尽其用，只能被迫当作动力煤燃烧使用，造成巨大的资源浪费。

多年来，王美君与团队一直关注高硫煤的利用，立足高硫煤配煤炼焦技术所面临的瓶颈问题，准确发现焦化企业的现实需求，最终想到了解决办法：在焦化配煤过程中增加高硫炼焦煤的配比，在有效降低配煤成本、保护优质炼焦煤资源的同时，进一步提升焦化企业的效益。

“玩转”煤炭

“这几年的项目研究中，最主要的工作就是解决煤中硫分的有效脱除问题。”王美君介绍，这一关键问题正是高硫炼焦煤高效利用所面临的瓶颈问题，也是煤炭企业和焦化企业共同面临的重大行业需求。

理想的蓝图勾画成型，可现实却不完美。利用传统的物理脱硫技术根本无法实现有机硫的脱除。尽管一些方法可以脱除部分有机硫，但在脱除的同时也会改变煤中的有机结构，从而破坏炼焦煤独特的成焦性。王美君团队意识到，要想保全炼焦煤的成焦性，仅用当前的处理脱硫技术只是“治标不治本”。经过仔细筛查和实验，团队最终确定了可以“治本”的方法。他们决定利用热转化过程中对硫分变迁行为进行定向调控，改变硫分在热解产物中的分布，进一步解决高硫煤配煤炼焦所面临的难题。

解决难题的根本点是什么？对此，王美君团队展开了深入探索。煤热解过程中出现的硫分变迁行为很复杂，其中包含多种相互作用的过程，也免不了会受到各种各样因素的影响和制约。困难常在，但办法也总会有。经过反复的实验验证与对比分析，团队发现要实现炼焦过程中硫分的定向调控及降低焦炭中硫含量，必须满足三大条件：强化煤中C-S键的选择性断裂；有足够多的活性氢（氧），并使这些活性氢（氧）能够与含硫基团形成含硫气体；有一条能使含硫气体顺利扩散出去的传质通道。

面对未知的道路与不可预见的挑战，王美君没有丝毫犹豫，他深知这是自己科研路上必须迈过的一道坎。令他感到欣慰的是，如今这道坎已经顺利越过。团队针对高硫煤特性及热化学变迁机理，研究了煤中形态硫的热变迁行为及调控机制，成功揭示了在成层结焦条件下，挥发分传质是如何在活性硫与新生半焦之间发生表面反应的，滞留于焦炭中的形态硫与气化燃烧再利用中的含硫污染物释放之间所存在的本质联系。

在王美君看来，他所做的努力还远远不够，科学研究是一段漫长而艰辛的过程，有失落也有收获，需要经历狂想、探索和求证等过程。“我们最终要解决的是硫分的定向调控。”王美君表示。2019年，在已有成果的基础上，王美君针对高硫煤配煤炼焦技术所面临的瓶颈问题，从挥发分传质对硫分变迁的影响入手，将过去传统的试验方法和当前的同步辐射原位表征技术结合在一起，明确了单颗粒、颗粒间（煤种间）及在成层结焦方式下挥发分传质对硫分变迁行为的影响机制。在不断与煤炭磨合的过程中，王美君越发顺手，逐渐从基础研究走向更高的领地。

团队合影（二排右五为王美君）

服务煤企

近年来，王美君在忙于科研工作的同时，一方面提高团队在煤结构与反应性研究方面的优势，另一方面不断加强与焦化企业之间的联系。目前，实验室拥有梯级试验焦炉仪器共享服务平台，合作开发了基于高硫煤利用的全要素智能配煤系统，并将炼焦配煤技术与大数据和人工智能相结合，进行了多项产学研合作，将科研转化为生产力，服务地方产业。“我们将配煤技术应用于太钢焦化厂，为其节约优质炼焦煤100万吨，至少降低了1.7亿元成本。”王美君骄傲地说道。

在与太钢焦化厂进行产学研合作的过程中，王美君利用煤种间相互作用对高硫煤配煤炼焦中硫分变迁过程进行调控，确定了该方法在工业应用中的可行性，突破了多个技术瓶颈，这为他继续开展高硫煤配煤炼焦研究，推动焦化行业的高质量发展增强了信心。

在一个研究方向执着耕耘十几年，这也许就是科研工作者的常态。而对王美君来说，能一直研究煤，为焦化企业的转型升级发展出一份力，就是最好的安排。多年与科研相伴，他早已练就了一颗金刚之心，并坚持要将科研成功“落地”。目前，他所在的团队获批成立新型煤焦化产业技术国家地方联合工程研究中心，并与山西太钢不锈钢股份有限公司、山西焦煤集团、丰矿讯达科技（北京）有限公司等企业开展了多项产学研合作项目，先后获得山西省科学技术进步奖一等奖和山西省高等学校优秀成果奖科学技术进步奖一等奖等荣誉。

从第一次走进太原理工大学的校门，到今天在煤炭研究道路上越走越远，王美君的探“煤”之路已经走过了十几个年头。如今，他的研究成果已经渗透到生活、生产的很多角落。在未来的研究道路上，他仍将潜心钻研，不断挑战一个又一个的科研高峰，为国家贡献自己的力量。