一、行业领域
在冶金（高炉炼铁）、铸造和化工等行业中，焦炭主要用于冶炼钢铁或其他金属，亦可用作制造水煤气、气化和化学工业等的原料，不可或缺。而在焦炭的制备过程中，焦煤占据焦炭成本的2/3以上，使用热溶富碳萃取物部分替代焦煤能在保证焦炭关键特性的基础上有效降低其生产成本，同时大量减少制焦工艺系统的碳排放，对焦化行业的绿色、可持续发展有着重要的作用。
二、行业现有瓶颈问题
世界炼焦煤资源占煤炭资源总量不足10%，我国焦煤储量占比全球23%。高炉大型化及冶炼技术的发展对焦炭热性质提出更高的要求。我国优质炼焦煤资源短缺，迫使企业寻求增加配合煤中弱（不）粘煤比例技术和方法。探索开发炼焦粘结剂是配煤炼焦技术发展的关键之一。
三、技术原理
以劣质煤（表层煤、煤泥、高灰煤等）为主原料，弱/非极性复配溶剂为萃取剂，在温和条件下进行热溶处理，获得高碳低氧低硫含量、无水无灰、具有热塑性的萃取物（碳晶），如图1所示。
图1劣质煤制炼焦粘结剂（碳晶）技术原理
劣质煤热溶富碳处理温度通常选择250～350oC，反应温度下的稳态压力在6 MPa以内，此时的萃取溶剂处于液体状态，并提供一个高度分散的环境，劣质煤在热溶剂中溶胀、弱键断裂，煤中2-4个芳香环的小分子溶于溶剂，固液分离后即为碳晶，其与焦煤中粘结性组分化学结构及理化特性接近，可在配煤炼焦中替代焦煤，如图2所示。
图2 低品质煤及碳晶结构
四、研发历程
近二十多年来，本研究团队自主设计了从5ml连续反应器到采500ml的可实现原位分离的间歇式反应系统，对热溶富碳过程进行了大量的基础研究（如图4，图5所示），并于2021年完成适用于工业处置规模的热溶萃取中试装置系统研发，搭建完成国内唯一一套中试规模装置（1500L），中试产品碳晶已完成坩埚焦、2公斤炼焦试验、40公斤焦炉配煤炼焦实验验证，实现了从实验室规模到中试规模的装备系统技术验证（如图6所示）。相关工作在Energy Conversion and Management、Fuel、化工学报等国内外权威学术期刊发表学术论文21篇；研究成果申请或授权国家发明专利15项，并列入国家知识产权运营服务体系建设高价值专利组合培育项目。
图3热溶富碳技术发展历程
图4热溶富碳技术相关基础研究
图5热溶富碳中试台架
五、市场规模及经济效益
市场规模
2022年我国焦煤总需求量预计5.56亿吨，供需缺口达到1007万吨，较2021年明显扩大，整体供应紧张。按照替代10%焦煤计算，每年需要粘结剂5560万吨。
经济效益
碳晶生产成本1500-1800元/吨，现国内主焦煤价格在3000元/吨以上。以年产200万吨焦炭的焦化厂为例，入炉煤量约300万吨／年，主焦煤比例以40%计，每年耗主焦煤约120万吨，如用碳晶取代10%的主焦煤，每年可节省费用为：120万吨×10%×（3000-1800）元=14400万元，年生产12万吨碳晶生产线以及配套设置的工程总投资1.8亿元左右，2年内可收回全部投资，经济效益显著。
六、知识产权
1．李显; 朱贤青; 姚洪; 胡振中; 钱玮翔; 吴超; 万天意; 刘诚. 一种低阶煤热溶剂萃取提质方法. CN107510955B, 2019-05-14.（授权）
2．李显; 钱玮翔; 吴超; 胡振中; 张旭; 聂帅; 姚洪. 一种煤基活性碳纤维、其制备方法和应用. CN110184685B, 2020-07-10.（授权）
3．李显; 胡振中; 涂正俊; 朱贤青; 吴超; 聂帅; 徐凯; 姚洪. 一种具有高比表面积的活性炭及其制备方法. CN110002442A, 2019-07-12.(受理)
4．李显; 吴超; 朱贤青; 钱玮翔; 胡振中; 姚洪; 汪峰; 张旭; 聂帅; 熊钊. 生物质萃取物与聚丙烯腈共纺制备碳纤维的方法及碳纤维. CN108277558A, 2018-07-13.（授权）
5．李显; 胡振中; 姚洪; 朱贤青; 徐凯; 吴超; 钱玮翔. 基于生物质热溶萃取物制备超级电容器电极材料的方法. CN108281298A, 2018-07-13.（授权）
6．李显. 一种生物质-低阶煤共热溶制备无灰煤的方法. CN108064259B.（授权）
7．李显; 朱贤青; 姚洪; 刘华强; 方圆; 童珊; 高亚新; 吴超. 一种气煤及其制备方法. CN105482844A, 2016-04-13.（授权）
8．李显; 张小勇; 朱贤青; 李宇航; 张宗; 罗光前; 姚洪; 吴超. 一种将生物质萃取产物作为添加剂应用于配煤炼焦的方法. CN104673346A, 2015-06-03. （授权）
9．李显；赵纯亮；夏慈良；姚洪；罗光前；易琳琳；胡振中；一种低阶煤热溶萃取提质工艺（发明，申报）
10．李显；赵纯亮；夏慈良；姚洪；罗光前；易琳琳；胡振中；一种低阶煤热溶萃取提质系统（实用新型，申报）
11．李显；赵纯亮；夏慈良；姚洪；罗光前；易琳琳；胡振中；一种低阶煤热溶萃取反应器（实用新型，申报）
12．李显；赵纯亮；夏慈良；姚洪；罗光前；易琳琳；胡振中；一种低阶煤热溶萃取混合系统（实用新型，申报）
13．李显；赵纯亮；夏慈良；姚洪；罗光前；易琳琳；胡振中；一种物料混合器（实用新型，申报）
14．李显；赵纯亮；夏慈良；姚洪；罗光前；易琳琳；胡振中；一种低阶煤热溶萃取混合器（发明，申报）
（联系人：李显，13396090385，xian_li@hust.edu.cn）
