——记化工公司上海研究院煤直接液化创新团队

我国“富煤、贫油、少气”的资源禀赋决定了以煤为主的能源结构短期内难以改变。随着我国社会和经济的持续发展，我国石油消费量稳步增长，原油对外依存度连续多年超过70%，而且大部分的海外原油进口需通过易被国际霸权控制的马六甲海峡，严重威胁我国能源安全。发展煤直接液化制油技术对于保障我国的能源安全和国防安全具有十分重大的意义。习近平总书记在二十届中央政治局第十一次集体学习时强调：“科技创新能够催生新产业、新模式、新动能，是发展新质生产力的核心要素。”习近平总书记的这一重要论述，为我们准确把握生产力发展规律、深入推进高水平科技自立自强、加快建成世界科技强国，指明了前进方向，提供了根本遵循。国家能源集团化工公司上海研究院煤直接液化创新团队认真贯彻落实习近平总书记重要指示精神，不断加快科技创新驱动煤直接液化新质生产力发展。

从无到有：科技创新开拓中国煤直接液化制油产业

“煤直接液化制油的能源转化率近60%，远远高于其他利用模式的40%左右，是煤生产液体产品中最有效的技术途径。其生产过程实现了煤炭资源的清洁和高效转化。”中国煤直接液化的专家舒歌平博士认为，针对中国的能源资源禀赋，用“富煤”解决“贫油”问题，何乐不为。

煤直接液化技术的发展历史源远流长。自从1913年德国科学家贝吉乌斯发明了在高温高压下将煤加氢液化生产液体燃料的方法以来，除了二战期间德国为了战争需要进行了不计成本、条件苛刻的工业化之外，美国、德国、日本进行了大量的实验室研究，开发了HTI、IGOR+、NEDOL等典型煤直接液化工艺，但都未能工业化。1980年以后，中国煤炭研究总院和国家能源集团开始煤直接液化的研究。2002年，舒歌平博士发现原计划采用的美国HTI工艺存在重大技术风险，经过夜以继日的详细试验验证，对HTI工艺进行了重大调整，通过科技创新，形成了独特的中国煤直接液化第一代技术——“神华煤直接液化工艺”，驱动了煤直接液化新质生产力的发展。该工艺从煤分子结构入手，首次提出煤不同显微组分差异化转化机理，开发了变量耦合调控多相反应器，可有效延长液化重质产物停留时间和避免液化轻质产物的二次分解，掌握了煤显微组分差异化转化控制技术，实现了煤不同显微组分的高效协同转化。2003年开发成功基于煤粉原位合成的纳米级煤直接液化铁基催化剂——“863”催化剂，与原来的天然含铁矿物催化剂相比，活性大大提高。

2008年，在内蒙古鄂尔多斯建成了世界首套百万吨级煤直接液化工业装置并成功运行，开辟了中国的煤直接液化制油产业，为中国的能源安全战略提供了重要支撑。2011年投入商业化运营，截至2023年底，累计生产油品1061万吨，单次连续运行超过420天，远超设计值310天，实现了安全、稳定、长周期运行，近5年累计实现营收265.48亿元，利税56.34亿元，年均利税11.27亿元。第一代神华煤直接液化技术经过十余年的工业化实践，在煤直接液化创新团队的不断技术创新下，整体达到国际领先水平。“煤制油品/烯烃大型现代煤化工成套技术开发及应用”和“一种煤炭直接液化的方法”成果分别获2017年国家科技进步一等奖和2012年中国专利奖金奖。

升级提质：科技创新催生煤直接液化技术二代革新

“虽然中国百万吨级煤直接液化工业装置已成功商业化运行十余年，而且中国煤直接液化第一代技术整体水平处于国际领先地位，但是科技创新不进则退，为了进一步提高煤直接液化经济性和煤炭的综合利用效能，满足我国对稀缺性特种燃料的巨大需求，需要开发更大规模、更长周期、更加高效的新一代煤直接液化技术。”上海研究院副院长高山松博士提出，只有对第一代煤直接液化技术升级提质，成功开发出新一代煤直接液化技术，才能保持我国在世界煤直接液化领域持续领先地位和国际影响力，引领我国煤化工高端化、多元化、低碳化发展和创新，有力保障我国能源安全和国防安全。

以高山松博士为代表的上海研究院煤直接液化创新团队面对第一代煤直接液化装置更长周期稳定运行难题和单系列规模工程放大瓶颈，敢于迎接挑战、努力拼搏、不断创新，成功开发出中国第二代煤直接液化技术，持续占领技术制高点。该技术开发出带气体二次分配的煤直接液化新型悬浮床反应器，消除了气液交界面，攻克了反应器煤粉沉积难题，有效避免了反应器矿物质沉积，反应器运行周期大幅延长；突破了煤直接液化反应器进一步放大瓶颈，单系列处理量增大一倍以上；开发了反应和分离强化耦合的新型反应系统，实现了煤中不同显微组分高效协同转化，反应器轴向温度梯度小，油收率高，稳定性好；采用新型结构高温高压分离器，攻克了高温高压分离器结焦、煤粉沉积、固体粉末夹带的世界性难题，避免对下游设备和管道、加氢催化剂、产品质量的不利影响。开发了高效供氢溶剂制备技术，溶剂馏分可灵活组合，提升了溶剂供氢能力，获取高油收率的实现了煤直接液化液体产品方案灵活可调。开发了减压蒸馏和溶剂萃取耦合的高效固液分离技术，为煤直接液化溶剂加氢提供合格原料的同时生产出高端煤液化沥青产品，生产高端煤液化沥青，延伸了产品链。编制了200万吨级煤直接液化工艺包。二代技术通过了石化联合会组织的科技成果评价，达到国际领先水平，进一步巩固我国煤制油技术世界领先地位，成果将应用于在新疆哈密、陕西榆林、内蒙古鄂尔多斯建设的3个煤制油战略项目，必将有力保障国家能源安全。

为了煤直接液化产业高端化、多元化发展，煤直接液化创新团队还开发出系列煤基特种燃料，突破国防军工和航空航天领域应用瓶颈，填补了国内空白。针对煤直接液化产品单一、附加值不高的问题，基于煤液化油“一大三高四低”的特点，开发了全地域煤基通用柴油，通过了某型步战车、某式坦克发动机耐久性试验，能在-60℃到55℃全地域通用，覆盖了不同温度气候场景下的全地域，可替代现用9个牌号柴油，提高了部队综合作战能力，成果通过了中国煤炭工业协会组织的鉴定，总体技术处于国际领先水平；积极开发满足陆、海、空不同军种主流装备使用要求的一体化通用燃料，现完成基础油和配方开发，可有效简化油料保障体系，提高保障效率；初步构建了涵盖“陆、海、空天”的煤基特种燃料体系，实现了高端领域延伸，抢占战略性新兴产业发展制高点。

针对煤直接液化制油的副产物——煤液化残渣，开发出煤液化沥青制备高端炭材料技术，实现战略碳材料“卡脖子”技术重大突破，培育战略新兴产业，延长了产品链。以煤液化沥青为原料制备出强度和模量分别达到2GPa、700GPa的高模量碳纤维以及通用级碳纤维，首创了煤液化沥青高温喷雾炭化成球制备超级电容器用球形活性炭技术，性能指标达到国际领先水平，目前均已完成中试验证。

绿色发展：科技创新引领煤直接液化技术生态前行

新质生产力必然是环境友好型、资源节约型的生产力，发展新质生产力客观上就是在发展绿色生产力。“由于我国的煤炭资源多分布于在西北内陆干旱缺水的生态薄弱地区，而煤直接液化耗水量较大，我们煤直接液化创新团队要加强科技创新，努力开发耗水量较低的煤直接液化技术。”上海研究院煤直接液化研发中心主管谢晶博士提出，针对目前“863”催化剂工业生产水用量较大的难题，我们科研人员要加强科技创新，开发短流程和节水降耗的催化剂制备工艺对加强环保与节能减排有现实意义。从煤直接液化铁基催化剂前驱体到活性相变迁及其对煤直接液化性能的影响入手，首次提出催化剂分散控制机制及活性相变迁规律，开发了高浓度硫酸亚铁溶液和高浓度氨水原料制备高活性水合氧化铁技术，与现有工业催化剂相比，用水量减少70%以上，且无工艺废水排放。基于高黏度铁沉淀产物与煤粉混合特性，开发了以多维分散混合器及连续高效混合分散技术，攻克了高浓度硫酸亚铁溶液连续均匀沉淀与分散难题，实现了水合氧化铁前驱体在煤粉表面的高度分散，催化剂活性高。开发了氧化干燥一体化技术，实现了高活性铁系催化剂一步实现氧化和干燥，流程短，成本低。编制完成匹配200万吨级煤直接液化的催化剂装置工艺包，为工业应用奠定基础。

通过煤炭直接液化制油和化学品是煤炭清洁高效利用的重要途径之一，本质上是一场煤炭革命，是通过科技创新催生新质生产力的重要领域。十九届六中全会一致通过的《党的百年奋斗重大成就和历史经验的决议》中提到，“创新是一个国家、一个民族发展进步的不竭动力。越是伟大的事业，越充满艰难险阻，越需要艰苦奋斗，越需要开拓创新。”习近平总书记在视察张江科技城时特别鼓励科研人员做中国原创的、自主的科研，科研要提升原始创新能力。上海研究院科研与安健环部主任王洪学经常勉励科研人员，“我们科研人员要怀揣敬畏之心、进取之心、责任之心、感恩之心，友善之心，奉献之心，加强科技创新，不断增强上海研究院的煤直接液化研发水平”。上海研究院煤直接液化创新团队将进一步贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念，牢记保障国家能源安全和国防安全的使命，艰苦探索，努力拼搏，持续科技创新驱动煤直接液化新质生产力的发展！