魏贤勇
摒弃传统的煤化工和所谓的“现代煤化工”，大力发展精细煤化工，利用少量的煤炭创造巨大的经济效益应该是我国落实科学发展观和真正实现经济结构转型的重大举措。
编者按
2010年12月24日，科技部组织专家在上海对煤液化及煤化工国家重点实验室进行建设验收。据了解，煤液化及煤化工国家重点实验室将为我国煤炭清洁利用和能源多元化发展战略实施提供有效的技术支撑。
从目前来看，虽然我国煤液化技术已得到相应发展，但与此同时，煤液化残渣的高效利用问题却日益突显，并成为煤液化需要解决的关键问题。煤液化残渣是一种高炭、高灰和高硫的物质, 主要由未转化的煤、无机矿物质以及煤液化催化剂组成。在煤液化过程中都会产生占液化原煤量30%左右的液化残渣，煤液化残渣有无经济价值？其在中国应用情况如何？我们可以通过哪些方式高效利用煤液化残渣？带着这些问题，记者采访了中国矿业大学教授魏贤勇。
煤液化残渣盈利性高过“煤变油”
中国能源报：在此前举办的“2010年中国清洁煤大会”上，您曾公开表示“煤间接液化的盈利性在于生产有附加值的化工品，而非‘煤变油’本身”，您能详细介绍下相关情况吗？
魏贤勇：第二次世界大战后数十年，南非一直实行种族主义制度，由此他们受到国际社会的制裁，包括石油禁运。为摆脱这种困境，南非只好利用本国比较丰富的煤炭资源解决能源问题。在国家的大力支持下，经过数十年的努力，南非的煤间接液化技术处于世界领先水平。
煤液化如果仅获得液体燃料，即所谓的“煤变油”，则得不偿失。煤中有机质主要由富含缩合芳环（编者注：缩合芳环类似于石墨的结构，碳原子都处在同一个平面上，形成平面的网状结构）的大分子构成。从理论上讲，破坏缩合芳环需要提供较高的能量。煤间接液化首先是在高温和气化剂的作用下把结构比较稳定的大分子转化成最小的分子，然后把小分子合成为较大的分子，这样就走了一条弯路，付出了很大的代价，只有得到高附加值的化学品才能弥补其所付出的代价。南非以所得合成气为原料，利用一碳化学的方法合成了一系列高附加值的有机化学品，以此弥补“煤变油”的亏损。
煤液化残渣利用尚未实际应用
中国能源报：煤液化残渣利用目前在中国的情况如何？
魏贤勇：迄今为止，我国有关煤液化残渣利用的研究涉及气化、制备筑路沥青的添加剂和直接蒸馏或通过催化加氢获取轻质油品等，但均未进入实际应用阶段。
煤炭占我国能源消耗量的70%，而煤炭占全球能源消耗量不足30%。我国每年采煤死亡矿工数千人；煤矸石堆积和因采煤造成的土地塌陷占用了大量的可耕地；采煤过程对地表和地下水都造成严重的破坏，加剧了我国水资源的短缺；因抽排放瓦斯还加剧了温室效应；燃煤造成的环境污染更是触目惊心。因此，国家应该大力开发非化石能源，应该尽快改变以煤作为主要能源的不利局面。
我认为煤炭资源的高效利用必须是洁净、有限度和高附加值利用，核心是高附加值利用。长期以来，我国片面强调所谓的“洁净煤技术”，忽视了煤炭资源的高附加值利用。值得注意的是，我国近年来上马的大多数煤化工产业处于严重亏损状态。我国不能继续以大量消耗资源和破坏环境换取有限的经济发展。摒弃传统的煤化工和所谓的“现代煤化工”，大力发展精细煤化工，利用少量的煤炭创造巨大的经济效益应该是我国落实科学发展观和真正实现经济结构转型的重大举措。
因此，充分运用现代科学技术，从分子水平上了解煤的组成结构，构筑分子煤化学的理论体系；开发温和条件下定向转化煤及其衍生物为高附加值的有机化学品和高端高性能炭材料（特别是炭纤维），最终形成精细煤化工的产业链便成为了我们的奋斗目标。精细煤化工应该是我国战略性新兴产业的重要组成部分。
精细煤化工产业链是未来发展方向
中国能源报：煤液化残渣利用有何积极意义？
魏贤勇：煤液化残渣是煤直接液化过程中通过闪蒸得到的残留物。据我们了解，目前神华煤直接液化示范工程产生的煤液化残渣主要用于燃烧发电。煤液化残渣中的硫含量超过2%，燃烧发电污染严重。
目前国内外诸多研究者错误地认为煤液化残渣是未反应的煤与催化剂的混合物。实际上，在经历了450摄氏度以上的催化加氢裂解和加氢，煤中绝大部分有机质不可能保留原来的组成。我们分别用二硫化碳和甲醇萃取了神府原煤及其液化残渣，发现原煤的萃取率微不足道，而液化残渣在两种溶剂中的萃取率分别达到85%和41%，对胜利褐煤及其液化残渣的萃取也得到类似的结果。这说明就有机质而言，煤与其液化残渣的组成结构大相径庭。煤本身很宝贵，通过加氢液化又付出很大代价，所得液化残渣应该更宝贵，用于燃烧发电太可惜。
无论是从改善煤直接液化工艺经济性的观点考虑，还是从资源利用和环境保护的角度出发，实现煤液化残渣的高效利用都十分必要。实现温和条件下的定向转化，通过精细加工转化中间产品为高附加值的终端产品，形成精细煤化工的产业链，这亦是我国发展循环经济的重要体现。
中国能源报：煤液化残渣利用产业的前景如何？
魏贤勇：根据我们的研究，煤液化残渣通过后续的处理可以制备诸多高性能的炭材料。
例如，用于制备针状焦可以作为生产超高功率电极的原料，促进钢铁工业的发展；用于制备炭微球，可以作为催化剂载体、高效液相色谱的固定相和锂离子电池负极材料。更重要的是制备高端高性能炭纤维。高性能炭纤维可用于飞机主翼、尾翼、机体和刹车片；火箭的助推器、防护罩和发动机罩；人造卫星、飞船、运载火箭和导弹壳体；风力发电机的叶轮、多种体育器材、高速列车的车体、轿车的外壳和底盘等，是我国发展国防和诸多民用工业急需的材料。世界90%以上的炭纤维的原料是价格昂贵的聚丙烯腈，2.5吨聚丙烯腈才能生产1 吨炭纤维，排放的氢氰酸等严重污染环境。
我国近年才实现T300炭纤维的规模化生产，落后于日本接近40年。欣悉我国研制成功了堪与国外最新型战机比肩的J-20战机，实现了航空技术的重大跨越。利用煤液化油生产高性能喷气燃料，以煤液化残渣为原料生产高端高性能炭纤维可以为我国研制批量生产更尖端的战机提供重要的支撑。
理论上，与以聚丙烯腈为原料相比，以缩合程度很高的芳烃为原料可以制备性能更高的炭纤维，关键是如何切割煤液化残渣为窄馏分和完全除去无机质。我们课题组长期从事煤及其衍生物的溶剂萃取和萃取物的分析，研制了煤焦油精细分离的实验系统，已经掌握了通过溶剂萃取切割重质有机混合物为窄馏分的技术，用所得煤焦油沥青成功地制备了长丝炭纤维。去年，我们课题组与枣庄矿业集团合作成功地建立了煤焦油萃取分离的中试装置，为大规模萃取煤焦油和煤液化残渣等重质有机混合物进而制备高端高性能炭纤维奠定了坚实的基础。
目前，煤液化残渣被认为是难以处理的副产物，国内也没有成熟的技术。然而，就像之前所谈到的，以煤液化残渣为原料通过精细加工可以得到我国发展国防和诸多民用工业急需的材料，对支撑我国国防和经济的发展举足轻重。虽然目前残渣利用未形成产业化，但经我们研究，其资金投入远低于其产出价值。因此，煤液化残渣的利用价值高于液体燃料，其前景也是非常可观的。
