開辟煤焦油基高性能碳纖維新路徑——記科技進步一等獎中低溫煤焦油分質轉化制特種油品及高端碳材料關鍵技術及產業應用

　　面向保障國家能源安全這一重大需求，由陜西煤業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)等聯合完成的中低溫煤焦油分質轉化制特種油品及高端碳材料關鍵技術及產業應用開辟了一條煤焦油基航天、軍用特種油品和用于國防、核工業的高性能碳纖維新路徑。正因如此，該技術近日獲得了2024年度中國石油和化學工業聯合會科技進步一等獎。

　　首創：煤焦油全餾分加氫

　　陜煤集團總工程師、國家能源煤炭分質清潔轉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”煤種產物，其焦油產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，在國內較早提出了以煤炭熱解為龍頭實現分質清潔高效多聯產利用的理念，并圍繞低階煤分質利用不懈創新探索，研發成功煤炭熱解、煤焦油加氫等一系列科技成果。該項目的源頭技術——煤焦油全餾分加氫多產中間餾分油技術(FTH)就是其中的佼佼者。

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

　　面對這個行業“攔路虎”，富油科技歷經10多年研究攻關，創新開發成功低階煤煤焦油全餾分加氫、產物分質定向高端轉化關鍵技術，攻克了瀝青質高效轉化重大難題。

　　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。后經擴能改造，規模擴大至17萬噸/年。2013年4月，FTH技術通過中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定，專家認為該技術有效解決了煤焦油中瀝青質、膠質等重組分難以加氫轉化的世界性難題，系世界首創、居國際領先水平。

　　突破：“擴油增化”產品多元

　　與傳統中低溫煤焦油加氫轉化一樣，FTH技術仍以生產普通汽、柴油燃料油為主，未能充分發揮其富含環烷基結構組分和芳香族化合物特性的優勢，附加值較低。而這些正是生產環烷基油特種油品和精細化學品的寶貴原料。

　　此前，我國環烷基油來源于環烷基原油石油化工路線。但環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瑞拉等少數國家并占據75%的份額，我國新疆克拉瑪依、遼河油田等地區僅存少量資源。

　　通過中低溫煤焦油深加工能否補充我國環烷基原油這一戰略性稀缺資源?富油科技依托自身技術優勢，確定了產品升級精細化利用和產業鏈延伸、高端化發展的總體思路。

　　他們與相關高校、單位緊密合作，根據全餾分加氫產物富含環烷烴等特性，在FTH技術基礎上進一步探索，創新開發煤焦油全餾分加氫、高效除雜、產物分質定向高端轉化關鍵技術及裝備，攻克了中低溫煤焦油綜合利用多項重大技術難題，構建了煤焦油基高端化產品體系。

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

　　富油科技總經理助理楊軍告訴記者，近年來生產裝置保持滿負荷、高水平運行，產品質量趨于穩定，能耗和成本逐步下降。2024年環烷基油及甲基環己烷系列產品產量達69.72萬噸，再創歷史新高。

　　轉型：向高端碳纖維延伸

　　從煤焦油制取高附加值的環烷基油和精細化工品，富油科技開辟了一條煤制環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業鏈、提高產品附加值?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，研發尾油制備高模量高導熱碳纖維成套技術，又走出了煤瀝青基高性能碳纖維的一條新路，打破了國外技術壟斷。

　　據了解，這種尾油適度解聚定向轉化廣域流線型中間相瀝青及熔融紡絲技術，突破了超萬米連續紡絲工藝窗口設定難題，研制出國內首臺超高溫石墨化爐。天策新材料建成20噸/年工業裝置，可生產用于國防、核工業的超高模量、高導熱率的碳纖維，實現精細化利用和延伸、高端化發展。

　　在中低溫煤焦油分質轉化制特種油品及高端碳材料關鍵技術開發期間，富油科技累計獲授權專利42件，其中發明專利20件，引領了我國中低溫煤焦油高端、多元轉化技術進步和產業升級。