聚力煉焦煤資源綠色開發(fā) 主動服務國家戰(zhàn)略需求

煉焦煤是稀缺的優(yōu)質煤炭資源，是支撐我國鋼鐵工業(yè)的“糧食”，更是推動煤炭由燃料向工業(yè)原料、材料、高端產品轉型的戰(zhàn)略性資源。加強煉焦煤資源的綠色開發(fā)，持續(xù)放大煉焦煤的資源價值，是煤炭行業(yè)轉型升級和煤炭企業(yè)高質量發(fā)展必須要思考和面對的問題。

中國平煤神馬控股集團有限公司（以下簡稱“中國平煤神馬集團”）煉焦煤資源豐富，主焦精煤品質一流。長期以來，中國平煤神馬集團以“煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室”為依托，堅持“立足煤、延伸煤、超越煤”，聚力煉焦煤資源的開發(fā)利用，主動服務國家戰(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業(yè)鏈，形成了獨具特色的煉焦煤綠色開發(fā)新方向，為企業(yè)高質量轉型發(fā)展奠定了堅實的基礎。

著眼發(fā)展，煉焦煤資源開發(fā)事關國家戰(zhàn)略

煉焦煤是鋼鐵工業(yè)的“糧食”，是化工產品的優(yōu)質原料。焦化產業(yè)的副產品苯、煤焦油、焦爐煤氣等，是尼龍、硅、碳、醫(yī)藥等高端化工產業(yè)的原料。在我國“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品，降低石化產品“卡脖子”風險，支撐我國高端化工產業(yè)發(fā)展。

解決資源型城市“資源減少、礦竭城衰”的問題是國家戰(zhàn)略。以平頂山為例，已開采了近70年，也面臨城市轉型發(fā)展問題。開展煉焦煤資源綠色開發(fā)技術研究，有利于企業(yè)持續(xù)深化特色產業(yè)鏈條，實現從傳統(tǒng)能源化工企業(yè)向一流“材”“能”企業(yè)轉型，也將有力支撐以平頂山市代表的資源型城市的高質量轉型發(fā)展。

我國煉焦煤資源稀缺，占全國煤炭儲量的27%，特別是煉焦煤中的焦煤、肥煤，更為稀缺，僅占6%、3%。同時，煉焦煤開發(fā)利用面臨三大難題。

一是安全開采難。煉焦煤瓦斯含量高、地質條件復雜、埋藏較深，普遍埋深在地下千米左右，且高瓦斯、高地應力、高地溫“三高”問題復雜突出，復合動力災害嚴重，開采難度極大。

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%，洗選中煤和固廢產量大，綜合利用率低，高效洗選加工面臨挑戰(zhàn)。

三是綠色轉化難。焦化過程物質流、能量流的系統(tǒng)匹配性、耦合程度低，焦肥煤資源科用率低，焦化產物能乏分子設計，深加工產品單一、高端材料產品少、附加值低；焦化工過程“廢水”“廢氣”排放嚴重。

順勢而為，建設煉焦煤專業(yè)研究機構

基于國家戰(zhàn)略需要、產業(yè)發(fā)展需要，城市轉型需要，以及煉焦煤開發(fā)面臨的三大科學問題，結合自身發(fā)展戰(zhàn)略，中國平煤神馬集團主動謀劃布局建設“煉焦煤”資源開發(fā)利用專題研究機構。

2015年9月，經科技部批準，依托中國平煤神馬集團，建設“煉焦煤資源開發(fā)及綜合利用國家重點實驗室”。

經過五年的建設，2020年12月，“國家重點實驗室”向科技部提交建設期運行工作報告，申請科技部的驗收評估。

正當“煉焦煤資源開發(fā)及綜合利用國家重點實驗室“大踏步向前發(fā)展之時，上級作出了重組重構國家實驗室體系的戰(zhàn)略部署，這對于實驗室是一個重大機遇。中國平煤神馬集團聯(lián)合鄭州大學、中國礦業(yè)大學，充分發(fā)揮企業(yè)和高校雙方在科技、人才、資源等方面的互補優(yōu)勢，聯(lián)合申報重組“煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室”，并獲批建設。

重組后的“煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室”科研實力更加雄厚：實驗室擁有35個國家、省部級科研平合，4個博士后流動站，3個國家級企業(yè)技術中心，3個國家一流學科。

儀器設備與實驗平臺方面，實驗室擁有力學性質、微觀結構、物質成分、瓦斯吸附解析、小試中試平臺、檢測分析、物探、物理模擬與數值仿真、配套支撐9條主線500余臺/套儀器設備，自主研發(fā)建造了31套獨有大型實驗平臺，總體達到行業(yè)先進水平。

中試基地方面，實驗室先后建成礦用安全設備制造研發(fā)、深部煉焦煤資源安全高效開采、煤基硅碳材料、煤基尼龍中間體四個中試（試驗）基地，現已投入使用并運行良好。

制度建設方面，實驗室建立了《實驗室主任辦公會議制度》《實驗室開放基金管理辦法》《聯(lián)合培養(yǎng)研究生管理辦法》等16個較為完善的管理運行制度。

聚力攻關，破解煉焦煤領域重大難題

實驗室自2015年建設以來，堅持“需求、問題、效果”三個導向，先后突破了一批重要關鍵核心技術，取得了一系列國際領先的原創(chuàng)性科技成果，支撐了平頂山市由“中原煤倉”向“中國尼龍城”轉型，引領了我國煉焦煤產業(yè)發(fā)展。

圍繞深部煤礦復合動力災害防控及資源開采技術，實驗室開展了深部煤礦復合動力災害研究，首次定義了“煤與瓦斯突出和沖擊地壓”復合動力災害的概念，形成了煤巖瓦斯復合型動力災害防治技術體系，研究成果已全面推廣到全國類似礦井，成為行業(yè)公認的理論體系；攻克千米深井復雜條件煤礦安全高效智能開采技術，實現智能化綜采裝備在千米深井的安全高效運行。研發(fā)了掘進工作面智能集控技術與成套裝備，聯(lián)合開發(fā)了國內首套小轉彎半徑TBM硬巖智能盾構機，掘進效率創(chuàng)造了全國紀錄。率先建成河南省首個千米深井智能化綜掘工作面，掘進效率提升了67%。

圍繞煤炭高效洗選與潔凈利用技術，首創(chuàng)千米深井下大流量少煤多矸分選技術；開發(fā)了低品質煤浮選過程強化關鍵技術體系；設計了以梯級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，被科學技術部、國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局等四部委授予國家重點新產品證書。研發(fā)煤炭高效干法分選和大型深度篩分拔術，使我國難篩分礦物高效篩分技術達到國際領先水平；完成“超大容積搗固焦爐成套技術與裝備”示范工程，在中國平煤神馬集團建成我國乃至世界上最大的頂裝焦爐改搗固焦爐，填補了國內外空白，達到國際領先水平。率先調整煉焦產業(yè)結構，在集團形成獨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業(yè)鏈，建成亞洲最大的全產業(yè)鏈尼龍生產基地和全球最具發(fā)展活力的新能源新材料產業(yè)基地。至此，“中國尼龍城”和“國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)集群”建設，已納入國家戰(zhàn)略。

圍繞焦化副產品高值綠色轉化開發(fā)，研發(fā)短流程等溫合成天然氣技術，在中國平煤神馬集團建造具有自主知識產權和工程化應用的可控移熱貫流式列管單段等溫甲烷化反應裝置，實現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，在苯制環(huán)已烯催化劑、反應工藝、工程化及工業(yè)化關鍵設備和成套裝置技術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域的“卡脖子”問題，打破了國外技術壟斷，且整體技術處于國際領先水平。

在工業(yè)催化劑設計、合成、反應工藝、成套技術駛備等方面，取得自主知識產權技術。發(fā)明了耐高溫尼龍直接聚合生產技術，研發(fā)苯選擇加氫制環(huán)已烯催化劑及催化工藝技術，形成了具有自主知識產權的苯制環(huán)已烯技術。建成了大直徑超高功求石墨電極的萬噸級生產線，填補國內空白，打破國外壟斷，占據國內60%市場份額，并遠銷國外。

展望未來，引領煉焦煤行業(yè)高質量發(fā)展

煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室作為全國唯一一家煉焦煤開發(fā)領域“國字號”科研平臺，承載著我國破解制約煉焦煤資源高效綠色開發(fā)關健核心技術問題、探索資源材料化一材料產品化一產品高端化資源轉化路徑的重大科研使命，也肩負著集團深化實施創(chuàng)新驅動高質量發(fā)展戰(zhàn)略、提升“產學研用”一體化創(chuàng)新模式，培育創(chuàng)新型人才的示范引領職責。

未來一個時期，實驗室將定位于前沿技術研究，服務國家重大戰(zhàn)略需求，主動融入新一輪科技革命和產業(yè)變革，緊緊圍繞煉焦煤安全綠色開采、潔凈化利用、高值化轉化三大研究方向，凝練部署重大科研任務，持續(xù)研發(fā)出有重大影響的原創(chuàng)科技成果，破解煉焦煤產業(yè)鏈相關領域的世界重大科學技術問題。

在安全開采方面，重點研發(fā)深部資源開采復合災害防控理論、技術與裝備，進行深部資源開采過程中瓦斯、地應力、地熱等復合災害的“防、治、用”綜合研究。

在高效洗選方面，重點研究“井下受限空間條件下煤矸全粒級水介精確分離機制”“煉焦煤全粒級深度潔凈加工與協(xié)同智能控制”等技術與裝備。

在綠色轉化方面，重點探索智能精準配煤煉焦技術，開展煤焦油先進分離與分質分級轉化利用技術研究，形成全流程工業(yè)催化劑開發(fā)理論、復雜焦油分子設計理論。

未來五年，實驗室將實質性引進1名院士作為學科帶頭人，培養(yǎng)形成不少于30名高端人才，建成不少于200名技術骨干的國內一流科研團隊，持續(xù)提升服務國家戰(zhàn)略能力。

未來十年，構建起以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研結合的現代高效產業(yè)技術創(chuàng)新體系，支撐資源型城市高質量轉型發(fā)展，促進集團建設成為世界一流企業(yè)。

（作者：煉焦煤資源綠色開發(fā)全國重點實驗室主任 張建國）