煉焦煤是稀缺的優(yōu)質(zhì)煤炭資源,是支撐我國(guó)鋼鐵工業(yè)的“糧食”,更是推動(dòng)煤炭由燃料向工業(yè)原料、材料、高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略性資源。加強(qiáng)煉焦煤資源的綠色開(kāi)發(fā),持續(xù)放大煉焦煤的資源價(jià)值,是煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和煤炭企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展必須要思考和面對(duì)的問(wèn)題。
中國(guó)平煤神馬控股集團(tuán)有限公司(以下簡(jiǎn)稱“中國(guó)平煤神馬集團(tuán)”)煉焦煤資源豐富,主焦精煤品質(zhì)一流。長(zhǎng)期以來(lái),中國(guó)平煤神馬集團(tuán)以“煉焦煤資源綠色開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”為依托,堅(jiān)持“立足煤、延伸煤、超越煤”,聚力煉焦煤資源的開(kāi)發(fā)利用,主動(dòng)服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求,打通了煤基尼龍化工、煤基碳材料、煤基硅材料及氫能多條特色產(chǎn)業(yè)鏈,形成了獨(dú)具特色的煉焦煤綠色開(kāi)發(fā)新方向,為企業(yè)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
著眼發(fā)展,煉焦煤資源開(kāi)發(fā)事關(guān)國(guó)家戰(zhàn)略 煉焦煤是鋼鐵工業(yè)的“糧食”,是化工產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)原料。焦化產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品苯、煤焦油、焦?fàn)t煤氣等,是尼龍、硅、碳、醫(yī)藥等高端化工產(chǎn)業(yè)的原料。在我國(guó)“富煤貧油少氣”的能源格局下,煤化工能夠有效替代石油化工產(chǎn)品,降低石化產(chǎn)品“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn),支撐我國(guó)高端化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
解決資源型城市“資源減少、礦竭城衰”的問(wèn)題是國(guó)家戰(zhàn)略。以平頂山為例,已開(kāi)采了近70年,也面臨城市轉(zhuǎn)型發(fā)展問(wèn)題。開(kāi)展煉焦煤資源綠色開(kāi)發(fā)技術(shù)研究,有利于企業(yè)持續(xù)深化特色產(chǎn)業(yè)鏈條,實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)能源化工企業(yè)向一流“材”“能”企業(yè)轉(zhuǎn)型,也將有力支撐以平頂山市代表的資源型城市的高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展。
我國(guó)煉焦煤資源稀缺,占全國(guó)煤炭?jī)?chǔ)量的27%,特別是煉焦煤中的焦煤、肥煤,更為稀缺,僅占6%、3%。同時(shí),煉焦煤開(kāi)發(fā)利用面臨三大難題。
一是安全開(kāi)采難。煉焦煤瓦斯含量高、地質(zhì)條件復(fù)雜、埋藏較深,普遍埋深在地下千米左右,且高瓦斯、高地應(yīng)力、高地溫“三高”問(wèn)題復(fù)雜突出,復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害嚴(yán)重,開(kāi)采難度極大。
二是高效洗選難。煉焦煤資源普遍為中高灰、中高硫、可選性差,難選和極難選煤約占62%,洗選中煤和固廢產(chǎn)量大,綜合利用率低,高效洗選加工面臨挑戰(zhàn)。
三是綠色轉(zhuǎn)化難。焦化過(guò)程物質(zhì)流、能量流的系統(tǒng)匹配性、耦合程度低,焦肥煤資源科用率低,焦化產(chǎn)物能乏分子設(shè)計(jì),深加工產(chǎn)品單一、高端材料產(chǎn)品少、附加值低;焦化工過(guò)程“廢水”“廢氣”排放嚴(yán)重。
順勢(shì)而為,建設(shè)煉焦煤專業(yè)研究機(jī)構(gòu) 基于國(guó)家戰(zhàn)略需要、產(chǎn)業(yè)發(fā)展需要,城市轉(zhuǎn)型需要,以及煉焦煤開(kāi)發(fā)面臨的三大科學(xué)問(wèn)題,結(jié)合自身發(fā)展戰(zhàn)略,中國(guó)平煤神馬集團(tuán)主動(dòng)謀劃布局建設(shè)“煉焦煤”資源開(kāi)發(fā)利用專題研究機(jī)構(gòu)。
2015年9月,經(jīng)科技部批準(zhǔn),依托中國(guó)平煤神馬集團(tuán),建設(shè)“煉焦煤資源開(kāi)發(fā)及綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”。
經(jīng)過(guò)五年的建設(shè),2020年12月,“國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”向科技部提交建設(shè)期運(yùn)行工作報(bào)告,申請(qǐng)科技部的驗(yàn)收評(píng)估。
正當(dāng)“煉焦煤資源開(kāi)發(fā)及綜合利用國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室“大踏步向前發(fā)展之時(shí),上級(jí)作出了重組重構(gòu)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室體系的戰(zhàn)略部署,這對(duì)于實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)重大機(jī)遇。中國(guó)平煤神馬集團(tuán)聯(lián)合鄭州大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué),充分發(fā)揮企業(yè)和高校雙方在科技、人才、資源等方面的互補(bǔ)優(yōu)勢(shì),聯(lián)合申報(bào)重組“煉焦煤資源綠色開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”,并獲批建設(shè)。
重組后的“煉焦煤資源綠色開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”科研實(shí)力更加雄厚:實(shí)驗(yàn)室擁有35個(gè)國(guó)家、省部級(jí)科研平合,4個(gè)博士后流動(dòng)站,3個(gè)國(guó)家級(jí)企業(yè)技術(shù)中心,3個(gè)國(guó)家一流學(xué)科。
儀器設(shè)備與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)方面,實(shí)驗(yàn)室擁有力學(xué)性質(zhì)、微觀結(jié)構(gòu)、物質(zhì)成分、瓦斯吸附解析、小試中試平臺(tái)、檢測(cè)分析、物探、物理模擬與數(shù)值仿真、配套支撐9條主線500余臺(tái)/套儀器設(shè)備,自主研發(fā)建造了31套獨(dú)有大型實(shí)驗(yàn)平臺(tái),總體達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。
中試基地方面,實(shí)驗(yàn)室先后建成礦用安全設(shè)備制造研發(fā)、深部煉焦煤資源安全高效開(kāi)采、煤基硅碳材料、煤基尼龍中間體四個(gè)中試(試驗(yàn))基地,現(xiàn)已投入使用并運(yùn)行良好。
制度建設(shè)方面,實(shí)驗(yàn)室建立了《實(shí)驗(yàn)室主任辦公會(huì)議制度》《實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金管理辦法》《聯(lián)合培養(yǎng)研究生管理辦法》等16個(gè)較為完善的管理運(yùn)行制度。
聚力攻關(guān),破解煉焦煤領(lǐng)域重大難題 實(shí)驗(yàn)室自2015年建設(shè)以來(lái),堅(jiān)持“需求、問(wèn)題、效果”三個(gè)導(dǎo)向,先后突破了一批重要關(guān)鍵核心技術(shù),取得了一系列國(guó)際領(lǐng)先的原創(chuàng)性科技成果,支撐了平頂山市由“中原煤倉(cāng)”向“中國(guó)尼龍城”轉(zhuǎn)型,引領(lǐng)了我國(guó)煉焦煤產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
圍繞深部煤礦復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害防控及資源開(kāi)采技術(shù),實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展了深部煤礦復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害研究,首次定義了“煤與瓦斯突出和沖擊地壓”復(fù)合動(dòng)力災(zāi)害的概念,形成了煤巖瓦斯復(fù)合型動(dòng)力災(zāi)害防治技術(shù)體系,研究成果已全面推廣到全國(guó)類似礦井,成為行業(yè)公認(rèn)的理論體系;攻克千米深井復(fù)雜條件煤礦安全高效智能開(kāi)采技術(shù),實(shí)現(xiàn)智能化綜采裝備在千米深井的安全高效運(yùn)行。研發(fā)了掘進(jìn)工作面智能集控技術(shù)與成套裝備,聯(lián)合開(kāi)發(fā)了國(guó)內(nèi)首套小轉(zhuǎn)彎半徑TBM硬巖智能盾構(gòu)機(jī),掘進(jìn)效率創(chuàng)造了全國(guó)紀(jì)錄。率先建成河南省首個(gè)千米深井智能化綜掘工作面,掘進(jìn)效率提升了67%。
圍繞煤炭高效洗選與潔凈利用技術(shù),首創(chuàng)千米深井下大流量少煤多矸分選技術(shù);開(kāi)發(fā)了低品質(zhì)煤浮選過(guò)程強(qiáng)化關(guān)鍵技術(shù)體系;設(shè)計(jì)了以梯級(jí)精選分步脫灰與重介等密度精選為特色的煤炭超純制備新工藝,被科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局等四部委授予國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品證書(shū)。研發(fā)煤炭高效干法分選和大型深度篩分拔術(shù),使我國(guó)難篩分礦物高效篩分技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平;完成“超大容積搗固焦?fàn)t成套技術(shù)與裝備”示范工程,在中國(guó)平煤神馬集團(tuán)建成我國(guó)乃至世界上最大的頂裝焦?fàn)t改搗固焦?fàn)t,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外空白,達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。率先調(diào)整煉焦產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),在集團(tuán)形成獨(dú)具特色的從煤焦到尼龍化工、碳材料、硅材料和氫能等多條特色煤基產(chǎn)業(yè)鏈,建成亞洲最大的全產(chǎn)業(yè)鏈尼龍生產(chǎn)基地和全球最具發(fā)展活力的新能源新材料產(chǎn)業(yè)基地。至此,“中國(guó)尼龍城”和“國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)集群”建設(shè),已納入國(guó)家戰(zhàn)略。
圍繞焦化副產(chǎn)品高值綠色轉(zhuǎn)化開(kāi)發(fā),研發(fā)短流程等溫合成天然氣技術(shù),在中國(guó)平煤神馬集團(tuán)建造具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)和工程化應(yīng)用的可控移熱貫流式列管單段等溫甲烷化反應(yīng)裝置,實(shí)現(xiàn)了高效低溫甲烷化催化劑工程化制備:完成了短流程等低溫合成天然氣工藝全流程優(yōu)化及系統(tǒng)集成,大幅降低了生產(chǎn)成本;研發(fā)了苯選擇加氫制環(huán)已烯催化劑及催化工藝技術(shù),在苯制環(huán)已烯催化劑、反應(yīng)工藝、工程化及工業(yè)化關(guān)鍵設(shè)備和成套裝置技術(shù)等方面取得了一系列原創(chuàng)性成果,解決了苯選擇性加氫領(lǐng)域的“卡脖子”問(wèn)題,打破了國(guó)外技術(shù)壟斷,且整體技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
在工業(yè)催化劑設(shè)計(jì)、合成、反應(yīng)工藝、成套技術(shù)駛備等方面,取得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)。發(fā)明了耐高溫尼龍直接聚合生產(chǎn)技術(shù),研發(fā)苯選擇加氫制環(huán)已烯催化劑及催化工藝技術(shù),形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的苯制環(huán)已烯技術(shù)。建成了大直徑超高功求石墨電極的萬(wàn)噸級(jí)生產(chǎn)線,填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白,打破國(guó)外壟斷,占據(jù)國(guó)內(nèi)60%市場(chǎng)份額,并遠(yuǎn)銷國(guó)外。
展望未來(lái),引領(lǐng)煉焦煤行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展 煉焦煤資源綠色開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為全國(guó)唯一一家煉焦煤開(kāi)發(fā)領(lǐng)域“國(guó)字號(hào)”科研平臺(tái),承載著我國(guó)破解制約煉焦煤資源高效綠色開(kāi)發(fā)關(guān)健核心技術(shù)問(wèn)題、探索資源材料化一材料產(chǎn)品化一產(chǎn)品高端化資源轉(zhuǎn)化路徑的重大科研使命,也肩負(fù)著集團(tuán)深化實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略、提升“產(chǎn)學(xué)研用”一體化創(chuàng)新模式,培育創(chuàng)新型人才的示范引領(lǐng)職責(zé)。
未來(lái)一個(gè)時(shí)期,實(shí)驗(yàn)室將定位于前沿技術(shù)研究,服務(wù)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求,主動(dòng)融入新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革,緊緊圍繞煉焦煤安全綠色開(kāi)采、潔凈化利用、高值化轉(zhuǎn)化三大研究方向,凝練部署重大科研任務(wù),持續(xù)研發(fā)出有重大影響的原創(chuàng)科技成果,破解煉焦煤產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)領(lǐng)域的世界重大科學(xué)技術(shù)問(wèn)題。
在安全開(kāi)采方面,重點(diǎn)研發(fā)深部資源開(kāi)采復(fù)合災(zāi)害防控理論、技術(shù)與裝備,進(jìn)行深部資源開(kāi)采過(guò)程中瓦斯、地應(yīng)力、地?zé)岬葟?fù)合災(zāi)害的“防、治、用”綜合研究。
在高效洗選方面,重點(diǎn)研究“井下受限空間條件下煤矸全粒級(jí)水介精確分離機(jī)制”“煉焦煤全粒級(jí)深度潔凈加工與協(xié)同智能控制”等技術(shù)與裝備。
在綠色轉(zhuǎn)化方面,重點(diǎn)探索智能精準(zhǔn)配煤煉焦技術(shù),開(kāi)展煤焦油先進(jìn)分離與分質(zhì)分級(jí)轉(zhuǎn)化利用技術(shù)研究,形成全流程工業(yè)催化劑開(kāi)發(fā)理論、復(fù)雜焦油分子設(shè)計(jì)理論。
未來(lái)五年,實(shí)驗(yàn)室將實(shí)質(zhì)性引進(jìn)1名院士作為學(xué)科帶頭人,培養(yǎng)形成不少于30名高端人才,建成不少于200名技術(shù)骨干的國(guó)內(nèi)一流科研團(tuán)隊(duì),持續(xù)提升服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略能力。
未來(lái)十年,構(gòu)建起以企業(yè)為主體、市場(chǎng)為導(dǎo)向、產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的現(xiàn)代高效產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系,支撐資源型城市高質(zhì)量轉(zhuǎn)型發(fā)展,促進(jìn)集團(tuán)建設(shè)成為世界一流企業(yè)。
(作者系煉焦煤資源綠色開(kāi)發(fā)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任)