一、項(xiàng)目名稱(chēng)：中低溫煤焦油超分子體系研究及其分離提質(zhì)工藝技術(shù)開(kāi)發(fā)

二、提名者及提名意見(jiàn)

提名單位：陜西省化工學(xué)會(huì)

提名意見(jiàn)：

我單位認(rèn)真審閱了該項(xiàng)目提名書(shū)及附件材料，成果材料齊全、規(guī)范，無(wú)知識(shí)產(chǎn)權(quán)糾紛，人員排序無(wú)爭(zhēng)議，符合陜西省科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)提名條件。

該研究組主要致力于煤焦油的預(yù)處理和煤焦油危險(xiǎn)固廢無(wú)害化處理研究。自2008年以來(lái)，研究團(tuán)隊(duì)圍繞煤炭熱解過(guò)程副產(chǎn)的中低溫煤焦油的分離提質(zhì)和焦油渣無(wú)害化處理中所面對(duì)的科學(xué)、技術(shù)和工程問(wèn)題，在中低溫煤焦油瀝青質(zhì)超分子體系構(gòu)建、焦油渣無(wú)害化資源回收利用和中低溫煤焦油的金屬雜原子分離提質(zhì)技術(shù)。從中低溫煤焦油性質(zhì)、締合瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)、溶解解聚機(jī)理、雜原子賦存形態(tài)、雜質(zhì)脫除規(guī)律、油渣解附分離、關(guān)鍵設(shè)備仿真和焦油除雜提質(zhì)工藝等方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。主要開(kāi)發(fā)技術(shù)包括：1、基于數(shù)據(jù)庫(kù)模型指導(dǎo)的焦油渣混合相包覆性瀝青大分子“締合固化-溶解解聚-強(qiáng)化分離”技術(shù)；2、高粘附性危險(xiǎn)固廢焦油渣的同質(zhì)復(fù)合萃取-固液多相分離無(wú)害化資源回收技術(shù)；3、中低溫煤焦油全餾分“熱過(guò)濾-螯合化-相轉(zhuǎn)移-相分離”金屬雜原子凈化提質(zhì)技術(shù)。研究中取得了一系列創(chuàng)新性研究成果，形成了一套中低溫煤焦油預(yù)處理、危險(xiǎn)固廢焦油渣無(wú)害化處理的工業(yè)技術(shù)體系。本研究成果已發(fā)表學(xué)術(shù)論文27篇，其中SCI論文12篇；獲得授權(quán)國(guó)家專(zhuān)利11項(xiàng)，培養(yǎng)博士研究生3名，碩士研究生15名。

2019年以來(lái)，西北大學(xué)與陜西雙翼煤化科技實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司合作開(kāi)發(fā)的中低溫煤焦油除雜提質(zhì)工藝技術(shù)，建設(shè)了一套2萬(wàn)噸/年的焦油渣處理裝置及一套8萬(wàn)噸/年的煤焦油除雜提質(zhì)裝置。2020~2022年的三年期間，兩套裝置新增總銷(xiāo)售額15719.1萬(wàn)元，扣除總成本稅前利潤(rùn)為5577.8萬(wàn)元。中低溫煤焦油預(yù)處理與焦油渣資源回收利用技術(shù)研發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用，符合國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)和我省的科研戰(zhàn)略方針和產(chǎn)業(yè)政策，促進(jìn)我省煤炭資源的優(yōu)化升級(jí)和加快陜北能源重化工基地的建設(shè)，對(duì)我省能源化工行業(yè)產(chǎn)業(yè)突圍和地方國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義、經(jīng)濟(jì)意義和戰(zhàn)略?xún)r(jià)值。

提名該項(xiàng)目為陜西省科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)及以上。

三、項(xiàng)目簡(jiǎn)介

煤炭資源，將是我國(guó)現(xiàn)階段和未來(lái)長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)發(fā)展必須依賴(lài)和依靠的重要能源形式，其中，在我省榆林和西北地區(qū)，以“低階煤熱解技術(shù)”為代表新型煤化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，已成地方支柱產(chǎn)業(yè)，熱解得到的中低溫煤焦油年產(chǎn)量已高達(dá)750×10⁴t左右。在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策規(guī)劃和企業(yè)現(xiàn)實(shí)需求的大背景下，我省陜北地區(qū)煤熱解和煤焦油產(chǎn)業(yè)將面臨著全面的轉(zhuǎn)型升級(jí)要求，生產(chǎn)規(guī)模巨大的中低溫煤焦油的科學(xué)、高效、環(huán)保清潔化利用已成為行業(yè)突破的關(guān)鍵。目前，陜北及周邊地區(qū)運(yùn)行、擬建和規(guī)劃的煤焦油加工企業(yè)已達(dá)30余家，利用方式主要以加氫制燃料油為主，同時(shí)副產(chǎn)瀝青和焦炭等低端化工品，但在工藝技術(shù)、產(chǎn)品方案、預(yù)處理程度、催化工程、瀝青利用及固廢處理等方面仍存在著大量科學(xué)、工程和環(huán)保問(wèn)題。

自2008年以來(lái)，長(zhǎng)期致力于中低溫煤焦油分子結(jié)構(gòu)、雜原子賦存結(jié)構(gòu)、雜原子遷移規(guī)律和脫除規(guī)律、除雜工藝與技術(shù)、瀝青質(zhì)超分子結(jié)構(gòu)、締合結(jié)構(gòu)、解聚過(guò)程和固廢焦油渣無(wú)害化資源化利用等基礎(chǔ)科學(xué)和工藝技術(shù)研究，基于此，完成了中低溫煤焦油瀝青質(zhì)超分子體系構(gòu)建、焦油渣無(wú)害化資源回收利用和中低溫煤焦油的金屬雜原子凈化提質(zhì)技術(shù)。從中低溫煤焦油性質(zhì)、締合瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)、溶解解聚機(jī)理、雜原子賦存形態(tài)、雜質(zhì)脫 除規(guī)律、油渣解附分離、關(guān)鍵設(shè)備仿真和焦油除雜提質(zhì)工藝等方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。本項(xiàng)目具體如下：

（1）本項(xiàng)目針對(duì)中低溫煤焦油的瀝青質(zhì)重組分，通過(guò)FT-IR、XPS、¹³C-NMR和FT-ICR MS等物化表征以及分子模擬等新手段，并基于模擬退火算法和基團(tuán)貢獻(xiàn)法構(gòu)建了混合相包覆性瀝青質(zhì)超分子體系。利用計(jì)算表征模型（A-CCM）、分子動(dòng)力學(xué)（MD）和密度泛函理論（DFT）對(duì)瀝青質(zhì)分子組成結(jié)構(gòu)及聚集行為進(jìn)行研究，揭示瀝青質(zhì)超分子結(jié)構(gòu)、締合行為、聚集行為及溶解解聚規(guī)律，提出中低溫煤焦油“締合固化-溶解解聚-強(qiáng)化分離”技術(shù)。為中低溫煤焦油除雜提質(zhì)和焦油渣的高效回收與二次開(kāi)發(fā)利用提供一定理論指導(dǎo)。

（2）針對(duì)焦油加工過(guò)程中產(chǎn)生的難以處理的危險(xiǎn)固體廢棄物—焦油渣，在環(huán)保、低碳和資源再利用的理念下，無(wú)害化為環(huán)保前提的資源最大化焦油渣處理技術(shù)開(kāi)發(fā)的唯一方向和最佳理想處理途徑。基于超分子理論研究、計(jì)算機(jī)模擬及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證手段，通過(guò)深入研究其組成結(jié)構(gòu)和粘附形態(tài)，建立了焦油渣的固液萃取擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型，利用MIPT算法獲得焦油渣甲苯溶劑萃取分離規(guī)律，采用EDEM-Fluent軟件耦合模擬，開(kāi)發(fā)了工藝關(guān)鍵設(shè)備—螺旋塔板萃取塔。 開(kāi)發(fā)了“煤基富芳餾分-二甲基亞砜”同質(zhì)復(fù)合萃取體系及工藝技術(shù)，提出一套溶劑可循環(huán)焦油渣無(wú)害化資源利用處理方法。

（3）針對(duì)中低溫煤焦油中大量鐵、鈣等金屬雜原子主要以甲苯不溶物、膠質(zhì)和瀝青質(zhì)金屬非卟啉類(lèi)結(jié)構(gòu)等難以脫除的不溶或油相存在形態(tài)，現(xiàn)有預(yù)處理技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)高凈化度、高收率、低成本處理的難題。基于對(duì)中低溫煤焦油雜原子賦存結(jié)構(gòu)和遷移規(guī)律的深刻認(rèn)識(shí)，針對(duì)熱過(guò)濾后難脫除的油溶性 Fe、Ca，開(kāi)發(fā)了高效三元復(fù)合脫金屬劑，利用Fluent模擬其混合-螯合-分離過(guò)程，開(kāi)發(fā)關(guān)鍵設(shè)備—靜態(tài)混合器和三相分離器。開(kāi)發(fā)一套適用于中低溫煤焦油的高回收率、高凈化度除雜提質(zhì)工藝技術(shù)。工業(yè)應(yīng)用表明：凈化焦油回收率達(dá)到98.2%，喹啉不溶物、Ca、Mg脫除率大于95.2%，鐵脫除率大于85.0%，鹽含量小于3 ppm。技術(shù)指標(biāo)和綜合性能達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。

本項(xiàng)目針對(duì)我省，乃至西北地區(qū)大宗熱解產(chǎn)物—中低溫煤焦油的除雜、提質(zhì)、利用難題，通過(guò)對(duì)中低溫煤焦油結(jié)構(gòu)組成，對(duì)下游利用危害較大雜質(zhì)的賦存形態(tài)，特別是對(duì)其無(wú)法認(rèn)知的瀝青質(zhì)超分子體系的結(jié)構(gòu)形態(tài)及其衍生雜原子物質(zhì)的科學(xué)認(rèn)知。從分子組成結(jié)構(gòu)層面，揭示瀝青質(zhì)超分子結(jié)構(gòu)、締合行為、聚集行為及溶解解聚規(guī)律，提出了其焦油渣無(wú)害化回收利用和煤焦油除雜、提質(zhì)新理念。本團(tuán)隊(duì)依托國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省科學(xué)技術(shù)基金、陜西省教育廳等基金和其他國(guó)有企業(yè)橫向基金的大力支持，對(duì)中低溫煤焦油預(yù)處理、清潔轉(zhuǎn)化過(guò)程及危險(xiǎn)固廢回收等方面開(kāi)展了一系列研究，為中低溫煤焦油生產(chǎn)企業(yè)提供了大量技術(shù)支撐和幫助，推動(dòng)了中低溫煤焦油深加工產(chǎn)業(yè)的高端化、多元化、低碳化進(jìn)程。

四、客觀評(píng)價(jià)

1、該項(xiàng)目的實(shí)施得到了國(guó)家級(jí)、省部級(jí)和其他企業(yè)橫向基金的大力資助，包括：國(guó)家自然科學(xué)基金、陜西省“13115”重大產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目、陜西省“13115”科技創(chuàng)新工程項(xiàng)目、陜西省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、陜西省教育廳重點(diǎn)科研計(jì)劃項(xiàng)目等等。以及得到了業(yè)內(nèi)大型能源化工企業(yè)的支持和合作。本技術(shù)的研究成果和工業(yè)化轉(zhuǎn)化，對(duì)于提升我省陜北地區(qū)煤焦油清潔化利用具有十分重要的的現(xiàn)實(shí)意義和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，大幅提升相關(guān)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。

2、本項(xiàng)目中，利用模擬退火算法和基團(tuán)貢獻(xiàn)法求解瀝青質(zhì)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型，構(gòu)建了中低溫煤焦油的混合相包覆性瀝青質(zhì)的超分子體系。設(shè)計(jì)了一套焦油渣“同質(zhì)復(fù)合萃取-固液多相分離”工藝技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了焦油渣中油和渣的徹底物理分離，油渣的無(wú)害化達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《危險(xiǎn)廢物鑒別標(biāo)準(zhǔn)GB 5085-2007》技術(shù)指標(biāo)要求，技術(shù)指標(biāo)完全實(shí)現(xiàn)了焦油渣無(wú)害化、資源綜合利用目的。采用多種手段組合實(shí)現(xiàn)煤焦油中雜原子的富集和分離，明確中低溫煤焦油中雜原子賦存形態(tài)及分布特征，開(kāi)發(fā)高回收率、高凈化度的中低溫煤焦油“熱過(guò)濾-螯合化-相轉(zhuǎn)移-相分離”除雜提質(zhì)工藝技術(shù)，得到一套適用于中低溫煤焦油雜原子凈化提質(zhì)的預(yù)處理工藝技術(shù)。以上項(xiàng)目?jī)?nèi)容委托查新機(jī)構(gòu)進(jìn)行查新分析，通過(guò)與項(xiàng)目的查新點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，綜合分析比較可以看出：在國(guó)內(nèi)公開(kāi)發(fā)表的中文文獻(xiàn)中與委托項(xiàng)目查新點(diǎn)完全相同的未見(jiàn)報(bào)道。

3、研究了中低溫煤焦油超分子體系構(gòu)建及其除雜提質(zhì)工藝技術(shù)及相關(guān)理論研究。以上研究工作成果發(fā)表在Fuel，Energy Technology，Fuel Processing Technology，Journal of the Energy Institute等具有重要影響力的國(guó)際知名刊物上。同時(shí)，開(kāi)發(fā)出多項(xiàng)具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新技術(shù)。

4、2019年以來(lái)，與陜西雙翼煤化科技實(shí)業(yè)集團(tuán)有限公司合作開(kāi)發(fā)的中低溫煤焦油除雜提質(zhì)工藝技術(shù)，建設(shè)了一套2萬(wàn)噸級(jí)的焦油渣處理裝置及8萬(wàn)噸級(jí)的煤焦油除雜提質(zhì)裝置。2020~2022年的三年期間，兩套裝置新增總銷(xiāo)售額15719.1萬(wàn)元，扣除總成本稅前利潤(rùn)為5577.8萬(wàn)元。

五、應(yīng)用情況及效益

六、主要知識(shí)產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等目錄

1. 李冬，王磊，李穩(wěn)宏. 一種中低溫煤焦油重質(zhì)金屬脫除用相轉(zhuǎn)移劑及應(yīng)用，發(fā)明專(zhuān)利，授權(quán)公告日：2017-11-03，中國(guó)，專(zhuān)利號(hào)：ZL 201510556051.7

2. 李冬，馮弦，崔樓偉，裴亮軍，烏尼爾，李啟凡，李穩(wěn)宏. 一種焦油渣資源化處理工藝, 發(fā)明專(zhuān)利，中國(guó)，授權(quán)公告日：2019-06-07，專(zhuān)利號(hào)：ZL 201711001248.X

3. 李冬，張琳娜，薛鳳鳳，裴亮軍，李穩(wěn)宏. 一種適用于煤基石腦油的復(fù)合萃取劑及制備溶劑油的方法，發(fā)明專(zhuān)利，中國(guó)，授權(quán)公告日：2017-05-03，專(zhuān)利號(hào)：ZL 201510724753.1

4. 李冬，苗正朋，崔樓偉，李穩(wěn)宏. 一種煤焦油中雜原子的脫除方法, 發(fā)明專(zhuān)利，中國(guó)，授權(quán)公告日：2020-09-10，專(zhuān)利號(hào)：ZL 201711083561.2

5. 李穩(wěn)宏，朱永紅，袁揚(yáng)，王磊，張琳娜，李冬，畢瑤. 煤焦油凈化裝置，實(shí)用新型專(zhuān)利，授權(quán)公告日：2015-12-09，中國(guó)，專(zhuān)利號(hào)：ZL 201420768370.5

6. Zhu Yonghong, Guo Yuting, Zhang Xuan, Tian Feng, Luo Cheng, Du Chongpeng, Yang Tianhua, Chen Maosen, Sun Zhihui, Li Dong. Exploration of coal tar asphaltene molecules based on high resolution mass spectrometry and advanced extraction separation method. Fuel Processing Technology, 2022, 233: 107309.

7. Du Chongpeng, Li Dong, Shi Chao, Du Zonggang, Han Wei, Zhu Yonghong, Dong Huan, Fan Xiaoyong, Wang Chong. Study on the association driving force of low temperature coal tar asphaltenes. Journal of Molecular Structure, 2022, 1254: 132361.

8. Pan Liuyi, He Yulong, Niu Menglong, Dan Yong, Li Wenhong. Selective hydrodeoxygenation of p-cresol as a model for coal tar distillate on Ni-M/SiO₂ bimetallic catalysts.RSC Advances, 2019, 9(37):21175-21185

9. Liu Jiaojiao, Zhu Yonghong. Miao Zhengpeng, Cui Louwei, Liu Jieping, Fan Xiaoyong, Du Chongpeng, Dan Yong, Teng Haipeng, Li Dong. Study on the Pretreatment Process and Removal Rules of Sulfur-Containing Compounds for Medium- and Low-Temperature Coal Tar. ACS Omega 2021,6(19):12541-12550.

10. 陳娟,劉元,馬向榮,等.精煤組分與瀝青質(zhì)組分性質(zhì)研究[J].當(dāng)代化工, 2019, 48(10): 2194-2198

七、主要完成人情況

八、主要完成單位及創(chuàng)新推廣貢獻(xiàn)

九、完成人合作關(guān)系說(shuō)明

本項(xiàng)目完成人李冬為本項(xiàng)目主要技術(shù)總負(fù)責(zé)人和技術(shù)代表，負(fù)責(zé)中低溫煤焦油預(yù)處理、危險(xiǎn)固廢焦油渣的無(wú)害化處理及中低溫煤焦油預(yù)處理工藝過(guò)程的探索與開(kāi)發(fā)，帶領(lǐng)研究人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)工作，開(kāi)展了豐富的理論研究，形成了中低溫煤焦油中瀝青質(zhì)超分子體系、雜質(zhì)等賦存形態(tài)研究體系。同時(shí)，參與了各工業(yè)化工程項(xiàng)目，指導(dǎo)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)。產(chǎn)生多篇學(xué)術(shù)論文與多項(xiàng)發(fā)明專(zhuān)利。

項(xiàng)目完成人李穩(wěn)宏為本項(xiàng)目主要負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé)總體項(xiàng)目方案制定及研究團(tuán)隊(duì)的組建，自項(xiàng)目成立便參與進(jìn)項(xiàng)目的研究之中，通過(guò)開(kāi)展小試研究方案設(shè)計(jì)，試驗(yàn)裝置購(gòu)置與搭建，實(shí)驗(yàn)人員招募與調(diào)配，為項(xiàng)目順利實(shí)施提供了有利保障。

項(xiàng)目完成人崔樓偉、范曉勇、朱永紅、潘柳依、杜崇鵬和劉姣姣為項(xiàng)目研究過(guò)程中主要的技術(shù)骨干，自項(xiàng)目啟動(dòng)以來(lái)，陸續(xù)加入各項(xiàng)研究之中，主要負(fù)責(zé)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展小試實(shí)驗(yàn)，完成相應(yīng)研究理論體系的建立。項(xiàng)目完成人陳娟參與工業(yè)化建設(shè)。

項(xiàng)目完成人馮利軍為工業(yè)化項(xiàng)目實(shí)施的主要負(fù)責(zé)人。該完成人主要負(fù)責(zé)工業(yè)化裝置的建設(shè)與運(yùn)行，工業(yè)化裝置運(yùn)行的技術(shù)指導(dǎo)，同時(shí)為理論研究提供工業(yè)化運(yùn)行數(shù)據(jù)支持。