本报记者 李倩 张垚
“中钢热能院立志将科学技术优势转化为工程化能力。”10月30日，中钢集团鞍山热能研究院有限公司（以下简称中钢热能院）高级工程师郭明聪在2019中国西部煤化工高端论坛暨氢能产业发展大会上指出。
目前，中钢热能院具备从产品研发到中试验证再到工程化应用的能力，可以实现完整的产品研发路线，从小试到中试到现场试验，具有比较高的科技转化优势和工程化能力。该院致力于成为我国煤焦油基新型碳材料、碳碳复合材料及化学功能材料的研发和产业孵化中心，并在国际上引领我国煤焦油基材料科学技术发展。
不断增加煤焦油高附加值
“我国煤焦油的储量非常丰富，主要分布在我国的东北地区、内蒙古地区和西北地区。”郭明聪介绍，煤焦油分为高温煤焦油和低温干馏煤焦油两大类。其中，高温煤焦油可提取煤沥青和蒽油、萘油。
“中钢热能院主要对煤沥青进行加工利用，形成一些高附加值产品，如特种浸渍剂沥青、特种黏结剂沥青、环保型沥青树脂、中间相沥青、针状焦、各向同性焦、通用型碳纤维、高性能碳纤维、炭微球等；从蒽油、萘油中制取中间相沥青、高性能碳纤维等。”郭明聪表示。
郭明聪进一步指出，低温干馏煤焦油分为煤沥青、轻重油、酚类3类。中钢热能院对轻重油进行提取，让其转化为清洁燃料；对煤沥青进行提取，转化为筑路沥青、特种黏结剂沥青、浸渍剂沥青3类。
中钢热能院对煤沥青的研究主攻树脂方向和碳材料方向，在树脂方向，主要将煤沥青转化为沥青树脂，即特种沥青，用于电解铝阳极黏结剂、阴极冷捣糊等；在碳材料方向，将煤沥青作为原料生产各种不同的焦炭，如针状焦、各向同性焦、负极焦等，还可作为离子电池的负极材料、超级电容器电极材料等。
发掘高品质煤焦油的更多可能性
郭明聪对中钢热能院煤系特种沥青、煤系针状焦技术、煤沥青中间相炭微球技术、煤系储能碳材料进行了重点介绍。
煤系特种沥青
郭明聪表示，目前，中钢热能院煤系特种沥青产品有：环保型沥青树脂（特种黏结剂沥青）、浸渍剂沥青、包覆沥青、可纺沥青、中间相沥青。
沥青因其含有强致癌芳香烃物质苯并芘（BaP、含量一般大于10000ppm）而被认为具有毒性。参考欧盟对煤沥青相关产品中BaP低于50ppm的要求，“目前，中钢热能院煤沥青相关产品中BaP稳定在300ppm，优质产品中BaP含量在100ppm左右。此外，中钢热能院的特种沥青有比较好的结焦值、黏结性和渗透性。”郭明聪表示。
据介绍，环保型沥青树脂主要应用在电解铝、冷捣糊黏结剂、预焙阳极黏结剂。“当前，在国际市场上，德国环保型沥青在全球市场份额中占80%以上。国内使用环保沥青的厂家有限，中温煤沥青、中温改质沥青应用比较多，高品质清洁沥青应用相对较少。中钢热能院的环保沥青可从源头控制污染物的排放，随着环保政策的不断趋严，将有更大的市场。”郭明聪指出。
煤系针状焦技术
针状焦是一种优质炭素材料，具有良好的导电、导热性能，主要应用于电炉炼钢用HP（高功率）、UHP（超高功率）石墨电极，锂离子电池，核能等领域。
针状焦按原料的不同，分为油系针状焦和煤系针状焦。目前，世界上生产针状焦的国家主要有美国、英国、日本、韩国及中国。英国、美国只生产油系针状焦，日本、韩国和中国生产煤系及油系针状焦。
郭明聪表示，上世纪70年代，我国对针状焦的研究处于空白，针状焦主要被国外垄断。中钢热能院从上世纪80年代开始开展针状焦研究项目，经过近30年的努力，于2007年~2009年完成国内第一条4万吨/年生产线（溶剂法）建设，也成为2009年以来唯一连续运行的煤系针状焦生产企业，产品质量与日本持平。国内其他企业直接或间接采用中钢热能院的溶剂法工艺。
目前，中钢热能院针状焦已用于超高功率电极（Φ800）及接头，在吉林炭素、开封炭素、四川炭素等企业应用；用于锂电碳负极材料领域，在比亚迪、上汽、一汽、北汽、长城等企业应用；还用作超级电容器碳材料。
“未来10年，超级电容器将是运输行业和自然能源采集的重要组成部分，其中，用于装配在启停系统车辆上的超级电容器，将成为其在未来的主要市场。” 郭明聪表示。
煤沥青中间相炭微球技术
中间相炭微球（MCMB）是一种具有微米级尺寸、球形外观的炭素材料，主要原料是煤沥青，是继针状焦、碳纤维之后的一种新型碳材料，广泛用于锂离子二次电池负极材料、无黏结剂高密高强特碳材料、高性能液相色谱柱填料、高比表面活性炭材料等领域。
目前，世界上具有中间相炭微球生产能力的国家主要有日本和中国，日本基本停产。
2001年，中钢热能院与上海杉杉集团联合建成了我国第一条200吨/年中间相炭微球生产线，实现了锂离子电池负极材料的国产化，填补了国内空白。中间相炭微球制备工艺复杂、成本比较高，其在国内需求不高，但在某些用途上，中间相炭微球有一定优势，是焦炭无法取代的。
煤系储能碳材料
在碳材料方面，中钢热能院可以根据不同的使用用途（如能量型、功率型），从源头调整焦炭结构，制备各种不同焦炭，如流线型焦炭作为负极材料，用于锂离子电池碳负极材料，能量密度高。中钢热能院具备制备各种锂离子负极材料所需要的各种材料前驱体的能力，且可对其进行电化学和化学测试，进行完整的分析评价。
锂离子负极材料在国内外有非常广阔的市场。2016年，全球负极材料出货量已达到10万吨以上，锂离子电池负极材料产业集中度极高，其中，中国和日本是全球主要产销国，总量占全球负极材料产销量95%以上。
“中钢热能院实现从沥青到焦炭、从不同结构的原材料出发研究负极材料，可为负极厂商提供技术服务。”郭明聪表示。
此外，在超级电容器电极材料方面，活性炭是商品化超级电容器首选的电极材料。国内此类材料主要靠进口，目前价格在30万元/吨~40万元/吨，尤其是近年来国家大力发展新能源汽车，对此类电极材料的需求将呈爆发性增长。但由于高成本、设备腐蚀、废水、工艺安全、产品稳定性等问题，该材料的发展受到限制，需要通过对原料、工艺的全面深入研究来解决。中钢热能院已经完成该材料的小试，目前正在进行中试验证。
