4 月 9 日，广东省松山湖材料实验室理事长 王恩哥院士带队到中国石油化工集团公司北京总 部，与中石化副总经理喻宝才、副总工程师谢在 库院士及科技部、油田事业部、化工事业部负责 人等，就多孔介质燃烧技术在胜利油田的示范应 用情况及未来在石油系统进行大规模推广应用的 前景进行深入交流。大家一致认为，历时 10 个月 的对比试验结果，经胜利油田分公司技术检测中  心的现场测试，多孔介质低氮燃烧器的各项性能 指标 100% 达标，无论环保指标还是能效提升，多  孔介质燃烧器都以绝对优势领先，成为唯一满足 水套加热炉氮氧化物排放标准要求的低氮燃烧器。

在环保方面，现场油井低氮燃烧器配套加 热炉中，多孔介质燃烧器配套加热炉的烟尘排放 4.18 毫克 / 立方米，二氧化硫排放 8.0 毫克 / 立 方米、氮氧化物排放 23.40 毫克 / 立方米。3 项 指标均稳定达标。达到了胜利油田氮氧化物排放 指标上限 50 毫克 / 立方米的要求，也是参与试验 的 14 个厂家产品之中唯一达标的产品。

在能效方面，多孔介质燃烧器配套加热炉平 均热效率为 79.7%，远高于胜利油田在用水套加 热炉 62% 的平均热效率。

解排放难达标之急

2018 年修订的《大气污染防治法》实施以来， 各地各行业都相继对锅炉大气污染物排放等推出 了更为严格的地方标准。而国内采油井场、输油 干线上大量使用水套加热炉，总量达 2.3 万多台 套。油田水套加热炉功能有两个 ：一是为原油加 热降低黏度、增加流动性，利于原油输送 ；二是 对油田伴生气、天然气、液化石油气等的直燃进 行处理。而这些水套加热炉采用的燃烧器都是简

易型燃烧器和商用燃气燃烧机，存在着污染物排 放高、热效率低（50% ～ 60%）、能耗及运行成本  高等问题，显然都不符合《大气污染防治法》要求。

在山东，自 2019 年 11 月 1 日起，山东版 《区域性大气污染物综合排放标准》（DB37/2376— 2019）开始实施。该标准确定的石油炼制工业和  石油化学工业工艺加热炉氮氧化物排放浓度限 值，一般控制区为 150 毫克 / 立方米，重点控制  区为 100 毫克 / 立方米。而身居重点区域的胜利  油田在用水套加热炉超过 5000 台，圴采用传统燃 烧技术，氮氧化物排放量高于 100 毫克 / 立方米。 不容置否的环保压力迫使胜利油田下决心改变。  2020 年 1 月，胜利油田管理局发布采油厂排放标 准，明确规定燃气锅炉氮氧化物排放不得高于 50 毫克 / 立方米。该标准比山东省重点控制区标准 限值低了一半，不仅是胜利油田对自身要求更高， 更为了给未来生产留有空间。

为此，胜利油田决定按照这个自我革命的高 标准进行低氮燃烧器招标。参与招标的 13 家企业 采用的技术包括分级燃烧、火焰切割、表面燃烧 3 种。经过一段时间的跟踪监测，测试数据均不 完全满足要求。此时，来自广东的松山湖材料实 验室的多孔介质燃烧器进入胜利油田的视线，成 为第 14 家参与对比试验的企业和技术。

测试结果不负众望，该技术以优异的节能减 排数据脱颖而出。

突破卡脖子难题

于是，许多使用水套加热炉的油田都开始咨 询，松山湖材料实验室的多孔燃烧器胜在哪里？

据了解， 目前油田用水套加热炉使用的燃烧 技术主要有分级燃烧、烟气循环燃烧、蓝焰燃烧、

复合型燃烧等几类。它们共同的缺点是设备结构 复杂、成本高。

而松山湖材料实验室多孔介质燃烧器采用多 孔介质燃烧技术，基本原理是气体燃料和氧化剂 预先混合进入多孔介质并在其孔隙内或表面进行 燃烧。这项技术的优势 ：一是燃烧速率高，稳定  性好，析热均匀，无局部高温 ；二是超低排放， 一氧化碳低于 15 毫克 / 立方米，氮氧化物低于 30 毫克 / 立方米 ；三是负荷调节比可达 1 ∶ 20， 明火燃烧仅为 1 ∶ 3 ；四是能量密度更高 , 在 相同热负荷时，燃烧空间为传统方式的 1/5 ~ 1/10，设备体积更小 ；五是热效率高，节电 70%、 节气 20% 以上 ；六是可以稳定燃烧低热值气体燃 料，如挥发性有机物、高炉煤气、垃圾填埋气等； 七是高效的辐射加热，可定向加热，提高加热质  量和能量利用效率。

而要实现这种多孔介质燃烧技术，关键在于 材料。据了解，松山湖材料实验室使用的是目前 国内唯一满足超低氮排放商用要求的多孔陶瓷材 料。这种陶瓷材料不但是他们自主开发，而且率 先在国内实现商业化应用，还打破了西方国家对 中国的技术封锁。

原来，尽管国内几代科学家都在研究多孔介 质燃烧技术，但始终没有攻下来，原因是国内做 不出该技术的核心材料——碳化硅多孔陶瓷材料。 目前只有德国、美国等少数西方国家掌握多孔介  质燃烧技术核心碳化硅多孔陶瓷材料。

据松山湖材料实验室首席科学家付超研究员 介绍 ：“碳化硅多孔陶瓷材料研发最难的是材料强 度这一关。碳化硅陶瓷在高温下容易被氧化，导 致强度下降而失效。提升耐高温性能，关乎不同 应用场景的适应性。”

那么，松山湖材料实验室又是如何攻下这一 难题的呢？

坐落于东莞的松山湖材料实验室成立于 2018 年 4 月，是广东省首批启动建设的 4 家省实验室 之一，定位为建成有国际影响力的新材料研发南 方基地。其中，由松山湖材料实验室理事长王恩 哥院士和首席科学家付超研究员领衔，由清华大 学、中科院金属研究所、哈尔滨工业大学、辽宁

卓异新材料有限公司等的前沿科研人员组成的研 发团队配合， 主攻方向就是多孔陶瓷。在前人长 达 30 年研发基础上，开发团队终于将这种可耐 1600 摄氏度高温的超硬度碳化硅多孔陶瓷材料 技术熟化 ：导热性、抗热震冲击能力、高温强度 等指标均达到国际领先水平， 最高使用寿命超过 3000 小时——显然，用在多孔介质燃烧器上没 问题。

而这种新材料是否合格地走出实验室，还要 进行多种变量的考验。多孔陶瓷团队用了整整 3 年时间，反复推敲、反复试验、反复调整。团队 成员每天都在中试车间度过。点火、运行、吹冷 ……这样循环往复的动作，整个团队重复了上万 遍。为验证材料性能，团队还进行 1 万小时燃烧 实验。碳化硅多孔陶瓷材料终于可以走出实验室、 走向市场。

接着，他们又走遍全国各地，寻找合适的 厂家。

机遇果然在等待有准备的人。就这样，胜利 油田遇到了松山湖材料实验室研发团队。

据了解，松山湖材料实验室是目前国内唯一 实现多孔介质燃烧技术商业化应用的企业。在松 山湖材料实验室的多孔陶瓷规划中，2021 年预计

申请专利 100 件，全力完成产品在油田、有色金属、 机制砂等行业的推广应用，并实现产品在黑色金 属、化工、陶瓷、电子等行业的新应用。

服务油田空间大

世界银行全球天然气减排合作协会（G GFR） 披露的数据显示，2018 年放空天然气燃烧量达到  1450 亿立方米，相当于中美洲和南美洲的年度天  然气总消费量。世界银行称，每年由此产生的二  氧化碳排放量超过 3.5 亿吨，既浪费了资源，未  燃烧的甲烷和黑碳排放又产生环境影响。

根据国家发改委《产业结构调整指导目录 （2019 年本）》，在油气领域鼓励类产业中，油气 伴生资源综合利用、放空天然气回收利用与装置 制造等项目赫然在列。国内油田纷纷开展伴生气 综合利用项目实践。有的油田回收油井伴生气生 产轻质油和液化气，剩余干气用来发电，还有的 将加热炉原料从油和煤改造为伴生气、液化气等。

“在当前其他燃烧技术无法有效解决超低氮 排放的前提下，在油田大力推广多孔介质燃烧技 术具有划时代的重要意义。”中石化胜利油田技术 检测中心首席专家孙东表示，“以碳化硅多孔陶瓷 材料为基础研发的多孔介质燃烧器，具有燃烧速 率和强度高、稳定性好、析热均匀、污染物排放 低等特点。相当于给油田戴上了口罩，又相当于 给油田装上鼓风机，让燃烧更充分、更高效。”

数据显示，全国水套加热炉总量在 2.3 万台 套以上。2015年水套加热炉市场规模为6.62亿元， 2020 年增长到 9.13 亿元， 年均增长 7.58%。随着 多孔介质燃烧水套炉的不断优化，在大规模服务 油田之后，其市场规模大于 20 亿元。

以多孔介质燃烧系统为依托，改进油田配套 机械生产加热炉，可达到节能环保的目的 , 其市 场规模大于 100 亿元。以石油开采为主线，辐射 周边产业群，其市场总量大于 200 亿元。以多孔 介质燃烧技术的节能环保整体解决方案为基础， 可以为石油和化工行业提供全方位的服务……

记者从业内了解到，碳化硅多孔陶瓷材料 还可广泛应用于能源、化工和环境等领域的燃气 工业锅炉和工业炉窑，实现氮氧化物超低排放。 2019 年 7 月，生态环境部等 4 部门联合印发《工  业炉窑大气污染综合治理方案》，氮氧化物超低排 放成为工业炉窑综合治理的重点任务。2019 年 9 月，生态环境部发布《工业锅炉污染防治可行技 术指南（征求意见稿）》，明确提出锅炉氮氧化物  排放控制宜优先采用低氮燃烧技术。工业锅炉和  工业炉窑的市场空间更大。

据悉，未来多孔陶瓷团队将继续深入挖掘和 了解客户面临的痛点和难点问题，开发出多样化 成熟应用的燃气燃烧系统，推动多孔介质燃烧技 术的大规模示范应用，为国内石油和化工产业链 等的技术升级改造服务。