开辟煤焦油基高性能碳纤维新路径——记科技进步一等奖中低温煤焦油分质转化制特种油品及高端碳材料关键技术及产业应用

　　面向保障国家能源安全这一重大需求，由陕西煤业化工集团有限责任公司、神木富油能源科技有限公司(以下简称富油科技)等联合完成的中低温煤焦油分质转化制特种油品及高端碳材料关键技术及产业应用开辟了一条煤焦油基航天、军用特种油品和用于国防、核工业的高性能碳纤维新路径。正因如此，该技术近日获得了2024年度中国石油和化学工业联合会科技进步一等奖。

　　首创：煤焦油全馏分加氢

　　陕煤集团总工程师、国家能源煤炭分质清洁转化重点实验室主任尚建选表示，占我国煤炭资源总量55%左右的低阶煤，是煤化作用早期阶段形成的“年轻”煤种产物，其焦油产率和氢氧含量相对较高，主要分布在陕西等地。陕煤集团立足陕北储量丰富的低阶富油煤特点，在国内较早提出了以煤炭热解为龙头实现分质清洁高效多联产利用的理念，并围绕低阶煤分质利用不懈创新探索，研发成功煤炭热解、煤焦油加氢等一系列科技成果。该项目的源头技术——煤焦油全馏分加氢多产中间馏分油技术(FTH)就是其中的佼佼者。

　　低阶煤热解产生的煤焦油中沥青质含量高达20%~30%，含有大量微米级固体杂质和铁钙等离子及其络合物，与胶质、沥青质深度螯合难以脱除，在加氢转化过程中易导致催化剂失活、结焦堵塞，是制约全馏分加氢转化的技术瓶颈。

　　面对这个行业“拦路虎”，富油科技历经10多年研究攻关，创新开发成功低阶煤煤焦油全馏分加氢、产物分质定向高端转化关键技术，攻克了沥青质高效转化重大难题。

　　2012年7月，富油科技12万吨/年煤焦油全馏分加氢装置建成投产。后经扩能改造，规模扩大至17万吨/年。2013年4月，FTH技术通过中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定，专家认为该技术有效解决了煤焦油中沥青质、胶质等重组分难以加氢转化的世界性难题，系世界首创、居国际领先水平。

　　突破：“扩油增化”产品多元

　　与传统中低温煤焦油加氢转化一样，FTH技术仍以生产普通汽、柴油燃料油为主，未能充分发挥其富含环烷基结构组分和芳香族化合物特性的优势，附加值较低。而这些正是生产环烷基油特种油品和精细化学品的宝贵原料。

　　此前，我国环烷基油来源于环烷基原油石油化工路线。但环烷基原油属稀缺资源，储量仅占世界探明石油总量的2.2%，目前主要分布在美国和委内瑞拉等少数国家并占据75%的份额，我国新疆克拉玛依、辽河油田等地区仅存少量资源。

　　通过中低温煤焦油深加工能否补充我国环烷基原油这一战略性稀缺资源?富油科技依托自身技术优势，确定了产品升级精细化利用和产业链延伸、高端化发展的总体思路。

　　他们与相关高校、单位紧密合作，根据全馏分加氢产物富含环烷烃等特性，在FTH技术基础上进一步探索，创新开发煤焦油全馏分加氢、高效除杂、产物分质定向高端转化关键技术及装备，攻克了中低温煤焦油综合利用多项重大技术难题，构建了煤焦油基高端化产品体系。

　　在掌握了煤焦油全馏分加氢制环烷基油工艺技术后，富油科技启动50万吨/年煤焦油全馏分加氢制环烷基油项目建设，打造FTH示范技术升级版。2021年5月，该项目生产装置一次投料成功打通全流程，产出合格环烷基油及甲基环己烷系列产品，实现了中低温煤焦油制取环己烷、轻质白油、工业白油及航空航天等系列特种油品。2023年，富油科技开发的橡胶增塑剂环烷基矿物油、轻质白油等6项新产品通过陕西省石油和化学工业联合会组织的产品鉴定，入围陕西省重点新产品开发项目。

　　富油科技总经理助理杨军告诉记者，近年来生产装置保持满负荷、高水平运行，产品质量趋于稳定，能耗和成本逐步下降。2024年环烷基油及甲基环己烷系列产品产量达69.72万吨，再创历史新高。

　　转型：向高端碳纤维延伸

　　从煤焦油制取高附加值的环烷基油和精细化工品，富油科技开辟了一条煤制环烷基特种油品的新路径。如何进一步延伸拓展煤焦油加氢产业链、提高产品附加值?他们在科研的道路上并未停步。

　　针对装置每年副产的重组分尾油含碳量高难以利用等问题，富油科技另辟蹊径，2023年与陕西天策新材料科技有限公司合作，研发尾油制备高模量高导热碳纤维成套技术，又走出了煤沥青基高性能碳纤维的一条新路，打破了国外技术垄断。

　　据了解，这种尾油适度解聚定向转化广域流线型中间相沥青及熔融纺丝技术，突破了超万米连续纺丝工艺窗口设定难题，研制出国内首台超高温石墨化炉。天策新材料建成20吨/年工业装置，可生产用于国防、核工业的超高模量、高导热率的碳纤维，实现精细化利用和延伸、高端化发展。

　　在中低温煤焦油分质转化制特种油品及高端碳材料关键技术开发期间，富油科技累计获授权专利42件，其中发明专利20件，引领了我国中低温煤焦油高端、多元转化技术进步和产业升级。