中国科学院山西煤炭化学研究所项目成果-中国技术创新四川信息网

第一篇：中国科学院山西煤炭化学研究所项目成果-中国技术创新四川信息网

中国科学院山西煤炭化学研

究所情况介绍

中国科学院山西煤炭化学研究所是高技术基地型研究所，主要从事能源环境、先进材料和绿色化工三大领域的应用基础和高技术研究与开发。

中国科学院山西煤炭化学研究所的前身是中国科学院煤炭研究室，于1954年在大连中国科学院石油研究所（即现在的中国科学院大连化学物理研究所）挂牌成立。1961年，煤炭研究室扩建为中国科学院煤炭化学研究所并开始向太原搬迁。1978年9月改名为中国科学院山西煤炭化学研究所并沿用至今。

建所以来，山西煤化所以满足国家能源战略安全、社会经济可持续发展以及国防安全的战略性重大科技需求为使命，以协调解决煤炭利用效率与生态环境问题和重点突破制约国家战略性新兴产业发展的材料瓶颈为目标，围绕煤炭清洁高效利用和新型炭材料制备与应用开展定向基础研究、关键核心技术和重大系统集成创新，逐渐由一个只有64人的实验室，发展壮大为从基础研究到工艺过程开发直至产业化的体系较为完备且在国内外相关领域具有重要影响力的现代化研究所。截至2011年底，全所在职职工574人，其中科技人员421人，中科院院士1人，“千人计划” 2 人，“百人计划” 9人，研究员55人，副高职称107人。目前，山西煤化所拥有太原桃南园区、小店中试基地、扬州碳纤维工程技术中心以及正在筹建的北京怀柔能源与材料研究中心等4个研发区域（中心）；拥有包括煤转化国家重点实验室、煤炭间接液化国家工程实验室、碳纤维制备技术国家工程实验室以及山西煤化工技术国际研发中心在内的4个国家级研发单元； 中科院炭材料重点实验室、粉煤气化工程研究中心两个院、省级研发单元和应用催化与绿色化工实验室所级研发单元。全所设有战略研究与工程咨询、化工过程设计、环境影响评价、所级公共技术服务以及文献网络中心等5大支撑系统。已取得ISO9001:2008质量管理体系认证证书、二级保密资格单位证书及武器装备科研生产许可证。

山西煤化所是国务院学位委员会批准的首批博士、硕士学位授予单位之一，现有博士生导师39人，硕士生导师107人，设有化学、化学工程与技术、材料科学与工程3个一级学科博士、硕士研究生培养点；物理化学、无机化学、有机化学、化学工程、化学工艺、生物化工、应用化学、工业催化、材料物理与化学、材料学、材料加工工程11个二级博士、硕士研究生培养点；环境工程、化学工程、材料工程3个全日制专业硕士授权点及1个化学博士后流动站。目前在学研究生295人，其中博士研究生135人，硕士研究生160人。

山西煤化所主办有《燃料化学学报》和《新型炭材料》等刊物，均被《中文核心期刊要目总览》收录。其中，《燃料化学学报》被美国工程索引（EI）等收录；《新型炭材料》被美国科学引文索引扩大版数据库（SCI-E）、美国工程信息公司数据库（EI COMPENDEX）等收录并与Elsevier出版集团合作ScienceDirect在线出版英文网络版（New Carbon Materials）。2011年，《新型炭材料》影响因子为0.914，5年影响因子为0.842，在SCI收录的中国材料类期刊中排名第一。

山西煤化所将以人才队伍优化为核心，以重大项目实施为牵引，以对外合作交流为窗口，以创新平台建设为保障，全面实施“创新2020”和“一三五”发展战略，在国家创新体系建设中，积极发挥国立科研机构引领示范作用，不断加快现代化研究所建设步伐。

山西煤化所在各个历史时期为国家洁净能源与先进材料技术研发与产业化以及国家经济建设和科学技术发展做出了突出贡献，共计获得全国科学大会奖、国家发明奖、国家科技进步奖、中国科学院科技成果奖、发明奖、自然科学奖、杰出成就奖以及省部级成果奖180多项，国家授权专利570多项。项目成果

1.超级活性炭的规模化生产技术

一、技术概况

超级活性炭的比表面积一般在2500m2/g以上，而常规活性炭的比表面积一般不超过1000m2/g，故超级活性炭也称为超高比表面积活性炭。

超级活性炭的制备是目前国内外的研究热点，现已商业化生产的国家仅有美国和日本。我国目前具有规模化生产的企业只有两家，即生产规模为30吨/年的锦州和10吨/年的湖北，技术均是由我所提供。所生产的超级活性炭的比表面积稳定在3000m2/g，与日本产品性能相当。

将煤直接制成常规活性炭可提升煤炭的价值，但若将其直接制成性能更高的超级活性炭则更能体现其价值。

本技术的特点是针对目前煤种中所含的较高灰分通过一定的处理在反应过程中将之脱除，从而使高灰含量的原煤也能够成为制备超级活性炭的起始原料。另外，本技术是多项技术的集成，主要包括活化技术、活性炭的精制技术、废气处理技术和碱回收技术。

二、主要原料及来源

主要原料均是廉价的原煤或是原煤炼焦产生的副产品沥青焦以及石化行业的下脚料石油焦等，也可以是目前常见的农作物秸秆、植物果壳如椰壳和果壳等，因此原料来源十分广泛。

三、产品用途和市场

由于超级活性炭的性能卓越且成本偏高，故主要应用在常规活性炭无法胜任的领域如饮用水的净化、超级电容器的电极材料以及H2和天然气的储存等。

此外，还可作为铅酸电池的添加剂、家庭净水机中替换常规椰壳活性炭的换代产品、房屋装修中产生的甲醛和苯一类的有害气体以及新购汽车中气味的高效去除、冰箱中异味的清除等。

四、主要设备及总投资

视规模而定，一般来说，10吨/年的设备投资在800万元左右。主要设备包括原材料的处理装置、炭化活化装置、粗产品精制装置、产品干燥装置、废气处理装置、废碱处理装置等。

五、技术合作形式：技术转让、技术合作、共同开发 由于本生产线已转让2家企业，技术成熟，因此以技术转让也即交钥匙为主。

六、相关图片

2.低碳醇随车制氢技术

一、项目背景及研究进展

替代燃料汽车是当前新能源汽车研究的重要方向之一，目前我国甲醇用于替代燃料，在新能源汽车方面取得巨大成就，甲醇汽油，尤其是M85甲醇汽油的突出经济性引起了人们的广泛关注，然而其尾气排放碳氢化合物中的甲醛含量高、动力不足等问题在一定程度上影响了甲醇汽油推广应用。

针对当前存在的问题，人们提出了新一代技术——低碳醇随车制氢技术，即，甲醇、乙醇等低碳醇利用汽车尾气的余热，在催化剂的作用下转化为富氢气体，然后与燃油(汽油、柴油)一起混合进入发动机燃烧或单独作为燃料进入发动机燃烧，整个过程的见示意图。

随车制氢流程示意图（虚线部分没有时为全替代燃料）

低碳醇随车制氢技术的先进性主要体现在以下几方面： a.废热利用，燃料（以甲醇为例）的热值提高15%左右； b.甲醇催化转化所生成的富氢气体的燃烧效率大大增加，比甲醇高25%，比普通汽油高40%；

c.富氢气体的火焰传播速率快，燃烧更完全，大大降低污染物的排放。

初步台架试验和车载试验表明，以纯甲醇代替汽油，替代比仅为1.6（理论值为2.2），油醇混燃条件下节油达到20%以上，排放物中NOx减低40%，CH降低90%。这些结果表明该技术达到了节能减排的双重效果。

该技术的核心是催化剂，对催化剂具有更高的要求：①汽车尾气温度较高且温差大，催化剂应具有耐高温及温度波动的性能；②稳定的产物分布，有利于发动机的稳定运转；③汽车在行驶过程中，震动较大，催化剂应具有较高的强度。鉴于此，现有工业化催化剂均不能满足车载要求，因此研究开发新型低碳醇随车制氢催化剂就成为本技术商业化的关键。

针对随车制氢催化剂的高要求，中国科学院山西煤炭化学研究所开展了甲醇随车制氢和乙醇重整随车制氢两方面技术的研究，取得了重要的进展。

乙醇重整制氢催化剂已完成小试研究，开发的催化剂具有较高的活性和稳定性，强度和高温性能均较好。公斤级试制催化剂，应用于随车制氢，效果较好，正在积极筹备中试放大以及百吨级生产工作。

甲醇随车制氢催化剂的研究也取得了较好的结果，开发的催化剂小试运行达1000h，活性及稳定性均较高，强度较好(数据显示强度高于现有的商业催化剂强度的一倍)，耐高温及温度波动性能均较好。

二、合作内容

1、乙醇重整制氢催化剂的优化及其中试放大、百吨级生产；

2、甲醇随车制氢催化剂进一步开发，包括催化剂的重复性试验、进一步提高催化剂的强度；

3、甲醇随车制氢催化剂公斤级试制及其随车应用；

4、甲醇随车制氢催化剂中试放大及其生产。

3.钴基费托合成油品及化学品技术

一、技术概况

本技术是采用钴基催化剂通过费托合成将煤炭、天然气、焦炉煤气、煤层气以及生物质等含碳资源经合成气转化为液体燃料及重质蜡。该目标产品是无硫、无氮不含重金属的洁净油品与高档化学品化学产品，符合日益严格的环保要求，是目前石油资源缺乏及劣质化背景下重要的替代产品。作为煤制油技术中关键技术，费托合成已经历了80多年的研究历程，随着技术的逐渐完善和市场需求的日益高涨，目前该技术正处在大规模商业化应用与推广过程中。钴基费托合成技术主要有如下特点和优势：1）钴基催化剂对原料气氢碳比适应性较宽，可用于煤、天然气，焦炉气以及生物质等含碳资源，作为技术单元可实现灵活配置，应用领域较宽；2）钴基费托产品主要为重质直链饱和烷烃（>95%），产品结构简单，附加值高。国外煤制油技术与生产商主要是南非的萨索尔公司和英荷皇家壳牌公司等，都拥有不同规模的煤制油或天然气制油生产厂。基于上述特点，该技术被认为是新一代的费托合成技术。

中科院山西煤化所从上世纪九十年代开始进行钴基费托合成技术研究，经十多年的努力，已形成涵盖高效钴基催化剂、结构固定床反应器以及合成工艺等为核心技术在内的自主知识产权体系。目前开发的钴基催化剂具有低甲烷选择性、高直链饱和重质烃选择性以及高稳定性等特点性能达到国际领先水平。目前，钴基费托合成一代催化剂技术以高附加值的化工油品和费托蜡为主要目标产品，上述产品在国内尚未生产，几乎全部依赖进口。本技术的开发成功可打破国际能源巨头对高端费托产品的市场垄断，有极高的利润空间。

二、主要原材料及来源

以煤炭、天然气、焦炉煤气、煤层气以及生物质等含碳资源为原料制得的合成气。

三、技术指标

在200~250oC，2.0~3.0MPa，500~1000h-1反应条件下，CO转化率大于90%，CH4选择性小于8%，C5+选择性高于85%。催化剂寿命2.5-3.0年。

四、产品用途及市场

该工艺可以生产高品质的大宗液体燃油、高档润滑油基础油和费托蜡。费托合成油品可单独作为燃油出售；或与石化炼制油品相调和，提升其性能。高档润滑油基础油其饱和烃含量高，基本上不含氮和硫，无芳烃，低温性能优异，挥发性低，粘度指数极高。能够用于调合高档内燃机油、自动传动液，满足高标准的润滑油产品的需要。费托蜡能轻易达到80#微晶蜡或更高的标准，是具有较好经济效益的产品之一，广泛应用于油墨、化妆品、热熔胶以及抛光蜡等领域。费托蜡能达到食品级标准，如应用于食品领域和医药领域，其经济利润更是成倍增加。

五、投资规模

该技术在适当规模即可实现盈利。以10万吨规模为例，投资大约12亿元。主要设备包括：气化装置，净化装置，变换装置，合成单元装置及产品精制装置。如以焦炉气为起源或依托已有甲醇厂改造，可大幅度降低设备投资。

六、经济效益分析

以新建10万吨规模装置为例，其年利润空间近1.5亿元。

七、技术合作方式 技术转让和技术共同开发。附：产品照片与万吨级工业侧线照片

4.煤层气脱氧催化剂与流化床集成工艺

一、技术概况

我国每年因采煤向大气中排放的煤层气折合纯甲烷200亿立方米以上，造成资源的巨大浪费和温室气体减排压力。而我国天然气产量远不能满足需求，进口量逐年增加。开发利用煤层气资源, 对于调整我国能源结构、改善煤矿安全生产条件以及减少温室气体排放, 具有十分重要的意义。由于甲烷爆炸极限的问题，含氧煤层气在管输或者分离浓缩过程中存在潜在危险性，因此大规模综合利用这部分煤层气，必须首先解决煤层气脱氧这一技术关键问题。本项目针对含氧煤层气脱氧关键技术问题，开发了煤层气脱氧催化剂与流化床集成工艺。

技术特色：

1、高效煤层气脱氧催化剂

具备耐硫、耐高温、脱氧深度高、机械强度好、脱氧处理费用低等优点。

2、先进的流化床脱氧工艺

（1）脱氧反应过程采用流态化技术，气固接触效果好，传热传质效率高，气体无需冷循环，处理强度大，操作稳定，适合高含氧量的煤层气脱氧过程；

（2）脱氧反应过程副产低压或中压蒸汽，蒸汽品质高，系统能耗低；

（3）可根据矿区抽采气量，调节过床气速和换热介质水流速，抗负荷波动能力强；

（4）设备结构简单，操作灵活，易于工业放大。

3、适用范围广

本工艺适宜处理氧含量4%～15%（v/v）的含氧煤层气，适合我国煤矿排放瓦斯的特点。

技术指标：

在空速范围6000～100,000 mlg-1h-1，脱氧温度400～600 oC，反应气中CH4浓度范围24%～80%，氧浓度范围4%～15%的条件下，脱氧深度≤0.5%（v/v）。

二、主要原料及来源 煤矿井下抽采煤层气

三、产品用途和市场

本项目将含氧煤层气中的氧浓度从4%－15%降低到0.5%以下，结合后续的脱碳、脱水、提浓等工艺，生产甲烷浓度95%以上的产品气体。

(1)场压力；

(2)产品气体经过压缩或液化生产压缩天然气(CNG)或液化天产品气体可与常规天然气并网，同输同用，缓解天然气市然气(LNG)，供应天然气站作为城市汽车燃料，以及应对季节性天然气供应不足等。

(3)用途广泛，市场前景广阔。工业示范试验成功后，可望向全国煤矿进行推广。

四、主要设备及总投资

循环流化床。投资视煤层气处理规模而定。

五、技术合作形式 共同合作开发。

5.煤基合成气经甲醇/二甲醚合成高辛烷值汽油

一、技术概况

本技术是将煤炭、天然气、焦炉煤气以及生物质等含碳资源为原料制得的合成气在两段反应器中转化为高辛烷值汽油的过程。具有如下的特点和优势：①合成气可以直接高效地合成高辛烷值汽油；②反应器结构简单，经济性好；③汽油产品中几乎不生成碳数为11以上的烃类；④脂肪族烃类中，异构烃类占多数；⑤油品中大多数为芳香族烃，且大部分被甲基化，其油品不需改良辛烷值即可达90～95等。国内外在此方面的研究均处于中试阶段。在目前我国石油紧张的现实情况下，煤基合成气制高辛烷值汽油有可能迅速形成一个产业系列和高新技术工程，成为新的经济增长点。

中国科学院山西煤炭化学研究所与河南煤业化工集团永煤公司、潞安煤基合成油有限公司合作开发的“煤基合成气经二甲醚合成高辛烷值汽油”过程，具有反应器结构简单、全过程等压操作、能耗低、产品成本低、两段催化剂均在各自的最佳反应条件下进行合成反应等特点。目前已完成了立升级工业单管实验，在1000小时的稳定性运转中，CO的转化率保持在90％以上，油品中异构烷烃的选择性大于40％，所得汽油辛烷值大于93。

本技术已获中国发明专利（ZL 200710061506.3，200710185293.5）。

该项目得到了中国科学院重要方向性项目“千吨级煤基合成气经甲醇/二甲醚合成高辛烷值汽油工业试验”（KGCX2-YW-318-2）的支持。

二、主要原料及来源

以煤炭、天然气、焦炉煤气以及生物质等含碳资源为原料制得的合成气。

三、产品用途和市场

该过程生产的主要产品是高辛烷值汽油，有一定量的LPG副产品。高辛烷值汽油主要用作汽车动力燃料，LPG用作民用燃料，两者都可以作为产品单独出售。

鉴于我国目前石油资源短缺，而现有汽油、液化气都是石油基产品的特点，实现煤制汽油，可部分替代石油基产品，具有广阔的市场前景。

四、主要设备及总投资

主要设备：气化装置、净化装置、二甲醚合成反应器、汽油合成反应器、冷却装置。若在现有的甲醇合成装置上改造，可以大大降低设备投资。

若投资20万吨/年油品合成厂，总投资26亿。

五、技术合作方式 专利技术实施、合作开发或技术入股。

6.特种聚氨酯弹性体材料

一、项目名称 特种聚氨酯弹性体材料

二、技术概况

聚氨酯是世界六大合成材料之一，其中聚氨酯弹性体由于其独特的性能在冶金、钻探、制鞋、化纤机械领域内得到了广泛的应用。但由于聚氨酯存在耐热性不佳、内生热大等缺陷使其在某些特殊领域内的应用受到限制。国外在其开发上已作了大量工作，并有很多商品化产品。相比之下，国内的开发比较落后，几近空白，每年仍需进口大量具有特殊性能的聚氨酯产品。中国科学院山西煤炭化学研究所多年来在聚氨酯领域的研发中，不仅拥有普通聚氨酯的生产技术，而且结合实际需要，进行了新领域的探索，高水平、高层次地进行应用领域的开拓。通过在聚氨酯分子链结构中引入耐热有机杂环化合物以及改善微相分离程度和添加无机填料（晶须、纤维、纳米材料）等方法，研制成功了强化功能性的特种聚氨酯制品。与普通聚氨酯弹性体相比，在保持原优良综合性能的前提下，特别突出某些性能（高硬度、高强度、耐热、耐溶剂等）以适应特殊应用的要求。

三、主要原材料及来源

主要原材料异氰酸酯（MDI）、聚酯多元醇、无机填料及助剂、辅料均来源于国内。

四、产品用途和市场 聚氨酯弹性体由于其性能上的优势及广阔的用途，在近70年的时间里得到了长足的发展。无论与其它国家相比，还是从我国经济高速发展的需求来看，我国聚氨酯特别是聚氨酯弹性体的发展潜力巨大。但尽管聚氨酯弹性体的市场前景看好，所面临的挑战也是严峻的，特别是需要具有强化功能的产品，以适合特殊要求的应用。该技术、产品对企业保持常胜不衰和产品的升级增值、替代进口具有十分重要的意义。如：通过在聚氨酯分子链结构中引入耐热有机杂环化合物以及改善微相分离程度，提高聚氨酯弹性体的耐温性能，使用温度由80℃提高到130℃，该技术已成功应用于油田钻井的钻杆防磨套筒、高压密封圈以及纺织机械的涨紧环、增速轮、摩擦盘等，填补了国内空白。

五、主要设备及总投资

主要设备包括反应釜、浇注机及硫化机。

六、技术合作形式

技术转让、根据用户特殊要求和实物定做。

特种聚氨酯弹性体材料

7.亚麻籽深加工综合利用

一、项目名称： 亚麻籽深加工综合利用

二、技术概况：

亚麻籽富含多种活性成分，以亚麻籽为原料，通过皮仁分离得到中皮和种仁。以种皮为原料可以提取亚麻胶、木酚素、植酸/肌醇、膳食纤维、香豆酸/阿魏酸葡萄糖苷等，以种仁为原料提取亚麻油和亚麻蛋白，亚麻油进而用于分离亚麻酸，与磷脂复合制备亚麻酸型卵磷脂等。在相关领域申请国家发明专利近20项，其中14项已获得授权。使用两步水解法，并利用溶剂萃取除去脂溶性杂质和脂不溶性杂质，可得到纯度较高的开环异落叶松树脂酚。采用尿素柱层析、银离子络合、铜离子络合、分子蒸馏等技术实现不同碳链、不同双键脂肪酸的分离，可以得到85、95％的亚麻酸，通过生物酶催化将人体必需的脂肪酸如亚麻酸或功能脂肪酸如神经酸引入磷脂，制备特殊磷脂，实现亚麻酸与磷脂的双重功效，解决神经酸的溶解及吸收问题。

三、主要原材料及来源： 亚麻籽

四、产品用途及市场： 医药、保健、化妆品等等。

五、主要设备及总投资

主要设备有多功能提取罐、萃取、过滤、干燥设备等等。总投资视具体产品和规模而定。

六、技术合作形式

技术服务或技术转让。

8.烟气干法一体化脱硫脱硝脱汞和硫资源化技术

一、技术概况：

我国以煤炭为主的能源结构在未来相当长时期不会改变，燃煤造成了严重的环境污染，如大气中85%的SO2和67%的NOx及大量重金属等，同时我国每年进口硫磺超过一千万吨，因此燃煤SO2排放又造成硫资源的极大浪费。

现有国外工业规模的烟气污染物脱除技术主要是单独脱硝和单独脱硫技术的串联使用，但我国目前仅60%的燃煤电厂安装了脱硫设备，占主体地位的湿法石灰石-石膏技术运行成本高，耗水量大，产生的固态废弃物烟灰石膏已成为社会严重关注的二次污染物；极个别新建电厂配备了国外的中高温（≥350℃）烟气脱硝技术，却与我国现有燃煤锅炉条件不易匹配。干法联合脱除多种烟气污染物技术具有简化设备、节省场地、过程不耗水、污染物SO2可资源化制备硫酸、硫磺等化工产品、投资和运行费用低等优点，特别适合我国现有燃煤烟气污染物脱除的现状。

中国科学院山西煤炭化学研究所10余年来在国家基金、科技部、中科院和山西省等支持下，自主研发出适于固定床技术的炭基催化剂及硫铵生产工艺以及适合移动床技术的炭基催化剂及相应工艺。固定床技术采用煤基活性焦担载活性组分V2O5，在固定床反应器中实现同时脱硫脱硝，吸附SO2的催化剂在NH3气氛下300℃再生，再生产物硫铵盐可以作为农用化肥使用，2005年在山东济南完成了工业侧线试验，通过了科技部863计划专家组的验收（2005年）和山西省环保局组织的评审（2006年）；移动床技术的炭基催化剂采用高强度柱状活性焦作为载体，克服了固定床反应器吸附－再生切换过程对烟气压力扰动进而影响燃煤锅炉稳定操作的不足，同时避免了催化剂被颗粒物的堵塞进而影响系统阻力，尤其适于大型燃煤锅炉的同时脱硫脱硝脱汞，与江苏河海集团合作完成了工业示范，脱硫率>95%，脱硝率>80%，脱汞率>80%，具有气体空速高（>500h-1）、硫容高（>6wt%），脱硝活性高的优点，相关技术指标远高于太原钢铁集团引进日本类似技术的活性焦硫容（~2%）和脱硝率（30-40%）。

二、主要原料及来源；

煤基活性焦材料

三、产品用途和市场；

本技术可处理各种含硫煤的电厂烟气，或者冶金、化工等行业产生的废气等，同时适用于多种需用硫酸的冶金企业、化肥和硫酸厂等化工行业。

四、主要设备及总投资；

主要设备：脱除污染物反应器、催化剂再生器、硫资源回收设备、提升设备、自动控制和监测系统。

五、技术合作形式：技术合作、共同开发。

固定床脱硫脱硝技术侧线平台 移动床联合脱硫脱硝脱汞中试平台