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炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室为企业高质量发展注入创新动能

陈思旭2702021-11-15

66人撬动全煤产生经济效益逾35亿元!

这个近乎传奇的故事就发生在“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”。

依托中国平煤神马集团而建的这个企业国家重点实验室,隐在市区北部一隅,正借助科技的力量为包括平煤等在内的国内众多能源化工企业高质量发展,持续注入着不竭的创新动能。

企业国家重点实验室是国家技术创新体系的重要组成部分,与依托高等院校和科研院所等建设的国家重点实验室互为补充,各有侧重。

目前,全国经科技部认定正在建设和运行的企业国家重点实验室共有177家,其中能源领域25家,而煤炭行业在该领域仅有“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”1家。

为实现深部炼焦煤资源安全高效绿色开采及综合利用而生

炼焦煤是可替代石油的优质煤炭资源,也是煤炭产业结构调整、产业升级的主要战略原材料。在世界煤炭探明储量中,焦煤储量不足煤炭资源总量的1/10,弥足珍贵。

而中国平煤神马集团则是国内品种最全的炼焦煤和动力煤生产基地,现有煤炭资源保有储量中炼焦煤资源占总保有储量的54.6%,优质主焦煤品质亚洲第一、世界第二。

但平顶山矿区也是我国深部开采矿区的典型代表。全国采深超千米灾害严重矿井39处,河南5处,且全在平顶山矿区。高瓦斯、高矿压、高地温“三高”问题严重威胁煤矿安全高效生产。

如何实现深部炼焦煤资源安全高效绿色开采及综合利用?

2015年9月,经科技部批准“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”开始在平建设,重点针对我国炼焦煤资源深部安全高效开发难度大,以及综合利用率低、工艺落后、副产品深加工品种少等问题,结合行业发展需求及企业特点,开展炼焦煤安全开采技术、清洁焦化技术和焦化副产品高效利用等技术研究。

实验室66人中,博士就有13人、硕士31人

“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”,在组织架构、实验基地、实验设备、创新人才等方面尽显“高配”。

实验室实行集团领导下的主任负责制,并设立管理委员会,统筹协调实验室建设运行事宜。管理委员会主任由集团党委书记、董事长和总经理担任,实验室主任由集团常务副总经理担任。根据不同研究领域,分设副主任。实验室设有瓦斯、煤矿开采、煤焦化工、煤基尼龙化工4个专业化研究所,以及矿用安全设备制造研发、深部炼焦煤资源开采、煤基硅碳材料开发、煤基尼龙中间体开发等4个中试(试验)基地。

实验室成立有学术委员会。作为实验室的宏观决策和学术领导机构,学术委员会由13名国内炼焦煤资源开发及综合利用领域的专家组成,包括1名主任委员、2名副主任委员、10名委员。学术委员会每年至少要召开一次全体会议,主要审议实验室的发展规划、目标、任务和研究方向,审定实验室的重大学术活动、年度工作,提出实验室运行建议,评价科技成果等。

实验室家底“颇为豪华”。科研用房面积达8259.6平方米,远超国家需要不低于5000平方米的要求。设备实行按需添置,拥有各类实验仪器设备272台(套)。其中,“岩石力学实验系统”“孔径分布与比表面积测试仪”“扫描电镜”等主要仪器设备国内少有,堪称“镇(实验)室之宝”,可对井下巷道支护、煤层瓦斯赋存空间、煤体微观结构等进行精准分析。

实验室班底实力强大。包括研发人员和管理人员在内,实验室共有固定人员66人。其中,博士就有13人、硕士有31人、具有海外学习或工作经历的人员有4人、在站博士后有5人;具有正高级职称的13人、副高级职称的23人,形成了一支研究经验较为丰富、专业搭配较为得当、年龄结构较为合理的创新队伍。该实验室成立以来,因在科技研发方面的卓越表现,先后有11人(次)被授予省部行业级以上人才称号。

立足平煤,服务全煤,丰硕的研究成果为企业高质量发展注入了强大的动能

自2016年建设以来,“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”承担了多项重要的科研任务,在衔接基础研究与成果转化和产业化,加快企业先进技术推广和应用,研究制定标准等方面发挥着越来越重要的作用,取得了丰硕的研究成果。

实验室先后通过省部行业级成果鉴定27项;主持或参与省部级及以上重点科技攻关计划项目8项(国家重点研发计划6项,河南省2项),承担集团科技项目约100项,对外承担高校科研项目9项;授权发明专利49项,公开发表学术论文121篇,SCIEI检索14篇。出版学术专著3部。获得国家科技进步二等奖3项;省部行业级科技进步奖74项,其中一等奖16项。主持起草国家、行业标准12项。承办学术交流会4次,其中国际学术交流会1次;外出参加学术交流会议及邀请国内外专家来实验室学术交流若干次。

“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”将科技创新的第一现场搬到了企业,将研发、生产和市场进行了有效对接,技术应用和成果转化效率空前提高。

深部高瓦斯低渗透煤层安全协同开采及资源循环利用技术,是“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”的一项代表性成果。

该研究成果丰富了深部煤岩多场耦合理论,为煤矿深部安全高效绿色开发提供了理论支撑,实现了煤矿绿色开采(井下矸石分选、矸石不升井、瓦斯立体抽采和利用、瓦斯零排放、采空区充填、地表不沉降和地下水保压),以及废渣、废气、废水零排放的“三零”目标。

通过应用其研究成果,使原来煤与瓦斯突出灾害严重的平顶山矿区基本杜绝了瓦斯爆炸事故,有力提高了中国平煤神马集团近年来较高水平的盈利能力。

立足平煤,服务全煤。以平顶山矿区为主要研究对象,“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”研发的数十项瓦斯治理技术、装备,在义马矿区、南桐矿区、黔北矿区、六枝矿区、开滦矿区、新汶矿区、邯郸矿区、淮北矿区、淮南矿区的40多座矿井推广应用,累计产生经济效益35亿元以上。

目前,“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”在该方向的研究继续站在国际的前沿,新近形成的深部矿井复合动力灾害防控技术体系,探索并构建了集瓦斯治理-抽采-发电-制冷-热害治理于一体的深部突出矿井安全、高效、绿色开发新模式,在平顶山矿区建成了典型示范工程,实现了深部煤炭资源的绿色协同高效开采。

煤焦化工产业绿色发展关键技术,是“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”的另一代表性成果。

实验室经过长期攻关研究,凝练和解决了一系列煤焦化工产业绿色发展关键技术,构建了完整的煤焦化绿色发展产业链,极大地提高了资源利用效率,用最少的资源、能源、环境和资金投入,来获得最大的经济、环境和社会效益。其中,“煤矸石山自燃污染控制与生态修复关键技术及应用”研究,因应用价值巨大获2019年国家科技进步二等奖。

在焦化副产品综合利用技术方面,“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”,也取得了丰硕的成果。先后自主研发出Φ750mm超高功率石墨电极、钛精矿电炉用Ф700mm石墨导电电极等焦化副产品装备,以及“焦炉煤气制乙炔及氢关键技术”等4套相互关联且可独立运行的焦化副产品综合利用技术体系,并实现了产业化应用。

——应用煤为原料生产高性能炭素产品的成套技术,建立了原煤—煤焦油—煤沥青—针状焦—超高功率石墨电极—锂离子电池负极材料等新型炭素材料的完整产业链,实现了产品升级。该项技术对于实现传统能源煤炭向高附加值材料转变、延长产业链条、提高人造炭素产品质量、实现资源高效利用等具有非常重要的意义。

——应用高品质洗油生产技术体系,建成一条年产2万吨高品质洗油生产线。

——应用焦炉煤气和甲醇驰放气变压吸附提氢,原料气变温吸附净化和低压法合成氨等具有自主知识产权的成套集成技术,建立了5万吨/年焦炉煤气制甲醇提氢合成氨的工业化示范线,实现连续稳定运行。

——应用焦炉煤气制乙炔及氢关键技术,建立一套利用等离子体裂解焦炉煤气制乙炔和氢气千吨级工业化开发示范线,将煤化工与盐化工和尼龙化工结合起来,形成了产业链。成果工艺具有清洁无污染的特点,充分利用焦炉煤气中碳氢资源,替代了高耗能高污染的电石法乙炔工艺。

基于现有尼龙新材料产业链优势,“炼焦煤资源开发及综合利用国家重点实验室”还自主研发出了环己酮氨肟化催化剂的制备技术,在同一装置生产出四种产品质量达到国际先进水平的己二酸,打破了国外垄断,解决了高端己二酸长期依赖进口的难题;开发了新型环己酮氨肟化反应系统、双氧水氢化塔用催化剂装填装置和氢化塔用催化剂连续再生装置,达到国际先进水平;设计了己内酰胺加氢精制反应装置和己内酰结晶装置,优化了己内酰胺产品精制系统,产品质量优于国标,为中国尼龙城建设提供了强力技术支撑。