煤基新材料簡(jiǎn)介

煤作為一種復(fù)雜有機(jī)碳烴大分子物質(zhì)，具有從石油或人工合成難以得到的特殊芳香結(jié)構(gòu)。目前新的高性能聚合材料大都具有復(fù)雜芳香結(jié)構(gòu)單元，這無(wú)疑為煤基聚合物材料的開(kāi)發(fā)帶來(lái)新的機(jī)遇。在深入了解煤結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)基礎(chǔ)上，充分認(rèn)識(shí)和利用煤的特殊性必然為煤的利用開(kāi)辟獨(dú)具特色的新途徑。80 年代以來(lái)在高分子材料科學(xué)領(lǐng)域一個(gè)最引人矚目的發(fā)展方向就是煤基碳素材料（碳纖維、針狀焦、炭黑） 。煤基碳素材料不僅具有單一聚合物無(wú)法比擬的優(yōu)良性能，而且制備工藝簡(jiǎn)單，開(kāi)發(fā)周期短，生產(chǎn)費(fèi)用低，有極高的性能 /性價(jià)比，市場(chǎng)前景廣闊，因此聚煤基碳素材料在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展極為廣泛、迅速。

近年來(lái)隨著煤焦油深加工行業(yè)的興起， 我們以煤化學(xué)與高分子科學(xué)的交叉領(lǐng)域作為加工

利用的新生長(zhǎng)點(diǎn)，在煤基聚合物材料方面進(jìn)行了研究，在石油能源日益緊張的形勢(shì)下，日本、

德國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家也在積極地尋求石油替代能源，其中煤基材料是一個(gè)熱門(mén)研究方向。目前主要的研究項(xiàng)目有：碳纖維、針狀焦、炭黑。

1.碳纖維是一種含碳量高于 90％的無(wú)機(jī)高分子纖維，可通過(guò)對(duì)煤炭的深加工獲得。作為一種力學(xué)性能優(yōu)異的復(fù)合材料，它是一種強(qiáng)度比鋼大、密度比鋁小、比不銹鋼耐腐蝕、比耐熱鋼耐高溫、又能像銅那樣導(dǎo)電，具有許多寶貴的電學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)性能的新型材料，被廣泛應(yīng)用于航天、航空等尖端領(lǐng)域，在工程等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，市場(chǎng)需求旺盛。11月 16 日， 河南煤業(yè)化工集團(tuán)永煤千噸級(jí)碳纖維項(xiàng)目成功產(chǎn)出合格 MH300 高性能碳纖維產(chǎn)品。

這也標(biāo)志著國(guó)內(nèi)最大的高性能碳纖維生產(chǎn)基地的建成。該項(xiàng)目由河南煤化集團(tuán)與中科院山西煤化所合作建設(shè)，建成投產(chǎn)后的永煤碳纖維公司將是河南省唯一一家生產(chǎn)碳纖維制品的企業(yè)。該項(xiàng)目一期工程投資 7.4 億元，年生產(chǎn) MH300 高性能碳纖維 500 噸。與此同時(shí)，由日本華聯(lián)株式會(huì)社社長(zhǎng)久間章生、 中國(guó)華正公司董事長(zhǎng)孫含率領(lǐng)的中日合資煤炭深加工碳纖維項(xiàng)目考察團(tuán)來(lái)到山西省陽(yáng)泉市，就在陽(yáng)泉市投資開(kāi)發(fā)這一項(xiàng)目的相關(guān)事宜進(jìn)行考察調(diào)研。

2011 年 2 月中旬，山西宏特煤化工有限公司投資 10 億元的 5000 噸煤系瀝青基碳纖維項(xiàng)目在交城經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)開(kāi)工建設(shè)。預(yù)計(jì)將于今年 7 月建成投產(chǎn)，該項(xiàng)目占地 500 畝，投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值 15 億元，這將終結(jié)我國(guó)煤系瀝青基碳纖維長(zhǎng)期依靠進(jìn)口的歷史，打破了國(guó)外企業(yè)對(duì)該產(chǎn)品的壟斷。科研團(tuán)隊(duì)在北京化工大學(xué)炭纖維開(kāi)發(fā)研究所名譽(yù)所長(zhǎng)、博士生導(dǎo)師沈曾民教授，國(guó)家炭纖維工程技術(shù)研究中心首席科學(xué)家葉裕章教授的帶領(lǐng)下，傾盡全力，使得該項(xiàng)目?jī)H用一年的時(shí)間就在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)獲得成功。

2.針狀焦，是制造高功率和超高功率電極的優(yōu)質(zhì)材料，用針狀焦制成的石墨電極具有耐熱沖擊性能強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度高、氧化性能好、電極消耗低及允許的電流密度大等優(yōu)點(diǎn)。目前生產(chǎn)的針狀焦根據(jù)使用的原料可分為石油系和煤系兩類(lèi)。石油系以美國(guó)為代表，煤系則以日本為代表。日本的三菱化成和新日化公司的生產(chǎn)裝置于 20 世紀(jì) 70 年代末和 80 年代初投產(chǎn)。

美國(guó)大湖炭素公司卻在 1950 年首先開(kāi)發(fā)成功。1964 年美國(guó)聯(lián)合碳化物公司成功地以針狀焦為原料制造出超高功率電極。據(jù)最新統(tǒng)計(jì)，國(guó)內(nèi)高功率和超高功率電極的需求量為 6～10萬(wàn) t/a，相應(yīng)的針狀焦需要量為 6～12 萬(wàn) t/a。目前，因進(jìn)口的針狀焦數(shù)量有限，錦州石化公司的產(chǎn)量也只有 3 萬(wàn) t/a。因此國(guó)內(nèi)超高功率電極的產(chǎn)量只好由針狀焦的數(shù)量來(lái)決定。針狀焦的生產(chǎn)工藝主要有：真空蒸餾法、溶劑萃取法、M-L 法、閃蒸-縮聚法。目前，寶山鋼鐵股份公司化工分公司正在進(jìn)行中試，且針狀焦質(zhì)量已達(dá)到與日本新日化和三菱的相當(dāng)。鞍山熱能研究院也在進(jìn)行中試并取得了較大進(jìn)展。 山西朔州三元碳素股份有限公司的小試報(bào)告也已通過(guò)了山西省科技廳的鑒定。山西宏特煤化工有限公司已投入工業(yè)化試生產(chǎn)，雖然 CTE未完全達(dá)標(biāo)，但已有近 3000 噸的產(chǎn)品供蘭州炭素廠及南通炭素廠作為生產(chǎn) 400 的高功率電極的原料。

3. 炭黑主要用于橡膠制品，炭黑的粒徑越細(xì)，其補(bǔ)強(qiáng)性能越優(yōu)越；炭黑結(jié)構(gòu)度越高，其定伸應(yīng)力及模量越高。 細(xì)粒徑的補(bǔ)強(qiáng)性品種主要用于輪胎胎面， 賦予輪胎優(yōu)良的耐磨性能。

輪胎的其他部位，如胎側(cè)、簾布層、帶束緩沖層和內(nèi)襯層，要求膠料耐曲撓龜裂、耐臭氧氧化、具有良好的回彈性和較低的生熱性能，一般選用較粗粒徑的半補(bǔ)強(qiáng)型（比表面積低于40m2/g）爐黑。

由于橡膠市場(chǎng)將從經(jīng)濟(jì)危機(jī)低谷中反彈，2010 年出現(xiàn) 7.3%的增長(zhǎng)，再加上隨之而來(lái)的從 2010 年到 2015 年的 3.6%的長(zhǎng)期增長(zhǎng)，預(yù)測(cè) 2015 年全世界炭黑消耗量將達(dá)到 1150 萬(wàn)噸。

進(jìn)展將來(lái)自于亞洲，特別是中國(guó)、印度、印度尼西亞和泰國(guó)的拉動(dòng)。Nh 咨詢集團(tuán)目前預(yù)測(cè)，中國(guó)的炭黑需求總量在 2015 年將達(dá)到 370 萬(wàn)噸。隨著轎車(chē)子午線輪胎產(chǎn)量增大正在成為主要拖動(dòng)力，中國(guó)市場(chǎng)的各個(gè)領(lǐng)域正在擴(kuò)張。由于全球?qū)μ砑犹亢谔盍系闹饕a(chǎn)品的需求不旺，特種炭黑產(chǎn)品市場(chǎng)已經(jīng)有所滯后。

由此可見(jiàn)，煤基新材料在今后的煤化工行業(yè)具有明顯的發(fā)展優(yōu)勢(shì)，也是煤焦油深加工科技升級(jí)的一個(gè)重要方向。煤基新材料在能源替代、環(huán)境保護(hù)及新材料優(yōu)異性能方面成為了眾多煤化工專家關(guān)注、研究的熱點(diǎn)。

標(biāo)簽：新材料煤炭可以