煤炭可以做什么新材料

煤基新材料简介

煤作为一种复杂有机碳烃大分子物质，具有从石油或人工合成难以得到的特殊芳香结构。目前新的高性能聚合材料大都具有复杂芳香结构单元，这无疑为煤基聚合物材料的开发带来新的机遇。在深入了解煤结构及其性质基础上，充分认识和利用煤的特殊性必然为煤的利用开辟独具特色的新途径。80 年代以来在高分子材料科学领域一个最引人瞩目的发展方向就是煤基碳素材料（碳纤维、针状焦、炭黑） 。煤基碳素材料不仅具有单一聚合物无法比拟的优良性能，而且制备工艺简单，开发周期短，生产费用低，有极高的性能 /性价比，市场前景广阔，因此聚煤基碳素材料在国内外的发展极为广泛、迅速。

近年来随着煤焦油深加工行业的兴起， 我们以煤化学与高分子科学的交叉领域作为加工

利用的新生长点，在煤基聚合物材料方面进行了研究，在石油能源日益紧张的形势下，日本、

德国等发达国家也在积极地寻求石油替代能源，其中煤基材料是一个热门研究方向。目前主要的研究项目有：碳纤维、针状焦、炭黑。

1.碳纤维是一种含碳量高于 90％的无机高分子纤维，可通过对煤炭的深加工获得。作为一种力学性能优异的复合材料，它是一种强度比钢大、密度比铝小、比不锈钢耐腐蚀、比耐热钢耐高温、又能像铜那样导电，具有许多宝贵的电学、热学和力学性能的新型材料，被广泛应用于航天、航空等尖端领域，在工程等方面具有广阔的应用前景，市场需求旺盛。11月 16 日， 河南煤业化工集团永煤千吨级碳纤维项目成功产出合格 MH300 高性能碳纤维产品。

这也标志着国内最大的高性能碳纤维生产基地的建成。该项目由河南煤化集团与中科院山西煤化所合作建设，建成投产后的永煤碳纤维公司将是河南省唯一一家生产碳纤维制品的企业。该项目一期工程投资 7.4 亿元，年生产 MH300 高性能碳纤维 500 吨。与此同时，由日本华联株式会社社长久间章生、 中国华正公司董事长孙含率领的中日合资煤炭深加工碳纤维项目考察团来到山西省阳泉市，就在阳泉市投资开发这一项目的相关事宜进行考察调研。

2011 年 2 月中旬，山西宏特煤化工有限公司投资 10 亿元的 5000 吨煤系沥青基碳纤维项目在交城经济开发区开工建设。预计将于今年 7 月建成投产，该项目占地 500 亩，投产后可实现年产值 15 亿元，这将终结我国煤系沥青基碳纤维长期依靠进口的历史，打破了国外企业对该产品的垄断。科研团队在北京化工大学炭纤维开发研究所名誉所长、博士生导师沈曾民教授，国家炭纤维工程技术研究中心首席科学家叶裕章教授的带领下，倾尽全力，使得该项目仅用一年的时间就在实验室试验获得成功。

2.针状焦，是制造高功率和超高功率电极的优质材料，用针状焦制成的石墨电极具有耐热冲击性能强、机械强度高、氧化性能好、电极消耗低及允许的电流密度大等优点。目前生产的针状焦根据使用的原料可分为石油系和煤系两类。石油系以美国为代表，煤系则以日本为代表。日本的三菱化成和新日化公司的生产装置于 20 世纪 70 年代末和 80 年代初投产。

美国大湖炭素公司却在 1950 年首先开发成功。1964 年美国联合碳化物公司成功地以针状焦为原料制造出超高功率电极。据最新统计，国内高功率和超高功率电极的需求量为 6～10万 t/a，相应的针状焦需要量为 6～12 万 t/a。目前，因进口的针状焦数量有限，锦州石化公司的产量也只有 3 万 t/a。因此国内超高功率电极的产量只好由针状焦的数量来决定。针状焦的生产工艺主要有：真空蒸馏法、溶剂萃取法、M-L 法、闪蒸-缩聚法。目前，宝山钢铁股份公司化工分公司正在进行中试，且针状焦质量已达到与日本新日化和三菱的相当。鞍山热能研究院也在进行中试并取得了较大进展。 山西朔州三元碳素股份有限公司的小试报告也已通过了山西省科技厅的鉴定。山西宏特煤化工有限公司已投入工业化试生产，虽然 CTE未完全达标，但已有近 3000 吨的产品供兰州炭素厂及南通炭素厂作为生产 400 的高功率电极的原料。

3. 炭黑主要用于橡胶制品，炭黑的粒径越细，其补强性能越优越；炭黑结构度越高，其定伸应力及模量越高。 细粒径的补强性品种主要用于轮胎胎面， 赋予轮胎优良的耐磨性能。

轮胎的其他部位，如胎侧、帘布层、带束缓冲层和内衬层，要求胶料耐曲挠龟裂、耐臭氧氧化、具有良好的回弹性和较低的生热性能，一般选用较粗粒径的半补强型（比表面积低于40m2/g）炉黑。

由于橡胶市场将从经济危机低谷中反弹，2010 年出现 7.3%的增长，再加上随之而来的从 2010 年到 2015 年的 3.6%的长期增长，预测 2015 年全世界炭黑消耗量将达到 1150 万吨。

进展将来自于亚洲，特别是中国、印度、印度尼西亚和泰国的拉动。Notch 咨询集团目前预测，中国的炭黑需求总量在 2015 年将达到 370 万吨。随着轿车子午线轮胎产量增大正在成为主要拖动力，中国市场的各个领域正在扩张。由于全球对添加炭黑填料的主要产品的需求不旺，特种炭黑产品市场已经有所滞后。

由此可见，煤基新材料在今后的煤化工行业具有明显的发展优势，也是煤焦油深加工科技升级的一个重要方向。煤基新材料在能源替代、环境保护及新材料优异性能方面成为了众多煤化工专家关注、研究的热点。

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