面向保障國家能源安全這一重大需求，由陜西煤業(yè)化工集團有限責任公司、神木富油能源科技有限公司(以下簡稱富油科技)等聯(lián)合完成的中低溫煤焦油分質(zhì)轉(zhuǎn)化制特種油品及高端碳材料關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用開辟了一條煤焦油基航天、軍用特種油品和用于國防、核工業(yè)的高性能碳纖維新路徑。正因如此，該技術(shù)近日獲得了2024年度中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎。

　　首創(chuàng)：煤焦油全餾分加氫

　　陜煤集團總工程師、國家能源煤炭分質(zhì)清潔轉(zhuǎn)化重點實驗室主任尚建選表示，占我國煤炭資源總量55%左右的低階煤，是煤化作用早期階段形成的“年輕”煤種產(chǎn)物，其焦油產(chǎn)率和氫氧含量相對較高，主要分布在陜西等地。陜煤集團立足陜北儲量豐富的低階富油煤特點，在國內(nèi)較早提出了以煤炭熱解為龍頭實現(xiàn)分質(zhì)清潔高效多聯(lián)產(chǎn)利用的理念，并圍繞低階煤分質(zhì)利用不懈創(chuàng)新探索，研發(fā)成功煤炭熱解、煤焦油加氫等一系列科技成果。該項目的源頭技術(shù)——煤焦油全餾分加氫多產(chǎn)中間餾分油技術(shù)(FTH)就是其中的佼佼者。

　　低階煤熱解產(chǎn)生的煤焦油中瀝青質(zhì)含量高達20%~30%，含有大量微米級固體雜質(zhì)和鐵鈣等離子及其絡(luò)合物，與膠質(zhì)、瀝青質(zhì)深度螯合難以脫除，在加氫轉(zhuǎn)化過程中易導(dǎo)致催化劑失活、結(jié)焦堵塞，是制約全餾分加氫轉(zhuǎn)化的技術(shù)瓶頸。

　　面對這個行業(yè)“攔路虎”，富油科技歷經(jīng)10多年研究攻關(guān)，創(chuàng)新開發(fā)成功低階煤煤焦油全餾分加氫、產(chǎn)物分質(zhì)定向高端轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)，攻克了瀝青質(zhì)高效轉(zhuǎn)化重大難題。

　　2012年7月，富油科技12萬噸/年煤焦油全餾分加氫裝置建成投產(chǎn)。后經(jīng)擴能改造，規(guī)模擴大至17萬噸/年。2013年4月，F(xiàn)TH技術(shù)通過中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定，專家認為該技術(shù)有效解決了煤焦油中瀝青質(zhì)、膠質(zhì)等重組分難以加氫轉(zhuǎn)化的世界性難題，系世界首創(chuàng)、居國際領(lǐng)先水平。

　　突破：“擴油增化”產(chǎn)品多元

　　與傳統(tǒng)中低溫煤焦油加氫轉(zhuǎn)化一樣，F(xiàn)TH技術(shù)仍以生產(chǎn)普通汽、柴油燃料油為主，未能充分發(fā)揮其富含環(huán)烷基結(jié)構(gòu)組分和芳香族化合物特性的優(yōu)勢，附加值較低。而這些正是生產(chǎn)環(huán)烷基油特種油品和精細化學(xué)品的寶貴原料。

　　此前，我國環(huán)烷基油來源于環(huán)烷基原油石油化工路線。但環(huán)烷基原油屬稀缺資源，儲量僅占世界探明石油總量的2.2%，目前主要分布在美國和委內(nèi)瑞拉等少數(shù)國家并占據(jù)75%的份額，我國新疆克拉瑪依、遼河油田等地區(qū)僅存少量資源。

　　通過中低溫煤焦油深加工能否補充我國環(huán)烷基原油這一戰(zhàn)略性稀缺資源?富油科技依托自身技術(shù)優(yōu)勢，確定了產(chǎn)品升級精細化利用和產(chǎn)業(yè)鏈延伸、高端化發(fā)展的總體思路。

　　他們與相關(guān)高校、單位緊密合作，根據(jù)全餾分加氫產(chǎn)物富含環(huán)烷烴等特性，在FTH技術(shù)基礎(chǔ)上進一步探索，創(chuàng)新開發(fā)煤焦油全餾分加氫、高效除雜、產(chǎn)物分質(zhì)定向高端轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)及裝備，攻克了中低溫煤焦油綜合利用多項重大技術(shù)難題，構(gòu)建了煤焦油基高端化產(chǎn)品體系。

　　在掌握了煤焦油全餾分加氫制環(huán)烷基油工藝技術(shù)后，富油科技啟動50萬噸/年煤焦油全餾分加氫制環(huán)烷基油項目建設(shè)，打造FTH示范技術(shù)升級版。2021年5月，該項目生產(chǎn)裝置一次投料成功打通全流程，產(chǎn)出合格環(huán)烷基油及甲基環(huán)己烷系列產(chǎn)品，實現(xiàn)了中低溫煤焦油制取環(huán)己烷、輕質(zhì)白油、工業(yè)白油及航空航天等系列特種油品。2023年，富油科技開發(fā)的橡膠增塑劑環(huán)烷基礦物油、輕質(zhì)白油等6項新產(chǎn)品通過陜西省石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會組織的產(chǎn)品鑒定，入圍陜西省重點新產(chǎn)品開發(fā)項目。

　　富油科技總經(jīng)理助理楊軍告訴記者，近年來生產(chǎn)裝置保持滿負荷、高水平運行，產(chǎn)品質(zhì)量趨于穩(wěn)定，能耗和成本逐步下降。2024年環(huán)烷基油及甲基環(huán)己烷系列產(chǎn)品產(chǎn)量達69.72萬噸，再創(chuàng)歷史新高。

　　轉(zhuǎn)型：向高端碳纖維延伸

　　從煤焦油制取高附加值的環(huán)烷基油和精細化工品，富油科技開辟了一條煤制環(huán)烷基特種油品的新路徑。如何進一步延伸拓展煤焦油加氫產(chǎn)業(yè)鏈、提高產(chǎn)品附加值?他們在科研的道路上并未停步。

　　針對裝置每年副產(chǎn)的重組分尾油含碳量高難以利用等問題，富油科技另辟蹊徑，2023年與陜西天策新材料科技有限公司合作，研發(fā)尾油制備高模量高導(dǎo)熱碳纖維成套技術(shù)，又走出了煤瀝青基高性能碳纖維的一條新路，打破了國外技術(shù)壟斷。

　　據(jù)了解，這種尾油適度解聚定向轉(zhuǎn)化廣域流線型中間相瀝青及熔融紡絲技術(shù)，突破了超萬米連續(xù)紡絲工藝窗口設(shè)定難題，研制出國內(nèi)首臺超高溫石墨化爐。天策新材料建成20噸/年工業(yè)裝置，可生產(chǎn)用于國防、核工業(yè)的超高模量、高導(dǎo)熱率的碳纖維，實現(xiàn)精細化利用和延伸、高端化發(fā)展。

　　在中低溫煤焦油分質(zhì)轉(zhuǎn)化制特種油品及高端碳材料關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)期間，富油科技累計獲授權(quán)專利42件，其中發(fā)明專利20件，引領(lǐng)了我國中低溫煤焦油高端、多元轉(zhuǎn)化技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)升級。