开滦煤化工产业高质量发展系列报道之三 解锁煤炭的无限可能 ——开滦煤化工研发中心的硬核创新之路

2026-02-26

黝黑的煤炭,在大多数人眼中是工业时代的“旧能源符号”。然而,在开滦煤化工研发中心的实验室里,煤炭可以变为纯度超99%的“黄金单体”,能拉伸成直径只有10至30微米(头发丝的1/5左右)、强度却超钢丝5倍的“王者之丝”,甚至还能化身五颜六色的高端材料……这并非科幻场景,而是开滦煤化工研发中心科研团队重塑煤炭价值的壮阔征程。

成立于2009年的开滦煤化工研发中心,将“闯”字刻入基因——闯技术空白、闯装备封锁、闯应用极限。十六载春华秋实,百余项创新课题在这里孕育、落地、开花、结果。当前,开滦煤化工研发中心正以蓬勃的活力,成为驱动开滦股份创新转型、迈向高质量发展的强劲引擎。

高纯2,6-萘二甲酸:攻坚核心技术打破国际垄断

开滦煤化工研发中心的“高纯2,6-萘二甲酸制备技术研究”,凭借对关键工艺参数的精准把控与对核心技术瓶颈的深度攻坚,实现多项关键突破与创新,为煤炭的高附加值利用开辟了新路径。

2,6-萘二甲酸,这个略显生僻的化学名词,是合成聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)的关键原料。“作为一种高性能高分子材料,PEN的热性能、强度、气体阻隔性等性能远超常见的PET,其稳定性更强、刚性更大,既能用于食品与药品包装,也能作为特种工程材料驰骋高端领域。”现项目负责人刘树俊解释说,长期以来,其核心单体和制备技术长期被美国、日本等垄断,国内工业化几乎一片空白。

面对国家新材料产业链的“断点之痛”,2010年,开滦煤化工研发中心毅然启动攻关,向PEN合成关键原料的制备技术发起冲击。这不仅关乎企业效益,更关系到中国能否在高性能工程塑料领域拥有话语权。

“研发的难度远超想象。”开滦煤化工研发中心负责人王亚涛坦言,寻找一条可行的、更加高效的工艺路径始终是一团迷雾,让研发几度陷入停滞。

实验室里,酰化、氧化、酯化、酯交换缩聚……单个化学反应都能达到预期效果,但串联成完整流程,实验数据一次次亮起“红灯”。“别灰心,也许曙光就在下一次实验。”技术讨论会上,王亚涛总是这样鼓励大家。

对于十年前的那个午后,项目团队成员记忆犹新:历经上千次试验的“千锤百炼”后,他们终于迎来了历史性突破,成功确定了关键的提纯工艺路径。“当时那一张张眼睛通红却阳光明媚的笑脸,深深烙在了我的脑海里。”一名团队成员说,那一刻,觉得所有的疲惫与委屈都是值得的。

确定路径只是“万里长征第一步”。从实验室克级到公斤级再到中试放大,才是检验研发“真金”的熔炉。

“原料从10克到1.5千克,绝非简单的放大。杂质、副产物随之剧增,产品纯度始终难以达标。”刘树俊介绍说。为此,煤化工研发中心迅速抽调11名骨干组成攻坚突击队,展开了一场与时间赛跑的“纯度保卫战”。

“连续一周,24小时三班倒,这样的高强度实验我们进行了三轮!”回忆当时的情景,刘树俊仍然语气坚定,“没人喊苦叫累,大家心里就只有一个念头:必须把纯度提上去!”

正是凭借这股甘于奉献、敢打硬仗的劲头,研发团队只用短短3年就攻克了高效提纯技术,使产品实现大幅跃升并持续稳定,达到行业先进水平。

聚甲醛纤维:开辟“从无到有”创新赛道

“聚甲醛纤维,是完完全全靠我们自己的智慧和双手‘从无到有’闯出来的!”现项目负责人关礼争自豪地介绍,“这项技术不仅填补了国内空白,在国际上也处于领先梯队。”

时间回到2013年,国内聚甲醛产能过剩的警报持续拉响。开滦煤化工研发中心跳出思维定式,将目光投向产业链延伸的“无人区”——聚甲醛纤维。当时,这一产品在国内尚无产业化案例,国外也只有日本有相关产品报道,技术壁垒如密不透风的“铜墙铁壁”。

“别人不敢走的路,我们偏要闯一闯!”项目起步之初,面对无成熟技术、无专用设备、无成功案例可循的“三无”困境,研发团队没有退缩。

实验之路充满坎坷。从最初只能得到“雨滴状熔体”到拉出“葫芦状粗线”,再到成功纺出连续不断的细丝……简陋的纺丝小试设备见证了研发团队每一步的艰辛。

“丝的强度只有3克/旦,一拉就断。”研发团队对这细丝却视若珍宝。“这证明方向对了!接下来要攻克‘强韧化’。”直至2015年,当第一卷聚甲醛纤维实现收卷时,实验室里爆发出欢呼声。

技术突破只是起点,但简陋的设备无法支撑高性能纤维技术开发与连续化验证。“必须有专用设备。”2016年5月,研发团队自主设计的聚甲醛专用纺丝成套设备投入使用,为高性能纤维连续化技术开发提供了硬件支撑。

在寻求连续制备稳定产品的过程中,团队遭遇上千次失败后,猛然意识到:不能陷入经验主义的路径依赖,传统经验在新材料领域可能失效,必须果断调整思路和方案。

“成功有时需要一点儿偶然,但更多是无数次失败积累的必然。”现开滦煤化工研发中心纺丝技术开发负责人马小丰清晰记得,2016年的一个周五下午,一次关键的参数调整后,设备终于稳定纺出均匀的纤维丝束,聚甲醛纤维连续制备技术由此宣告成功。

这一突破标志着开滦股份成功打破了国外技术封锁,建成年产20吨聚甲醛纤维连续化开发实验装置。

从实验室到产业化,放大试验是必经之路。由于企业不具备放大条件,研发团队选择“借船出海”,带着技术方案与十几家纺丝企业沟通了几十回合,最终一家年产千吨级合成纤维的厂家同意租借装置。

经过连续8小时的试验,研发团队仅用百余公斤原料就实现了初生纤维的7倍稳定牵伸,打通了聚甲醛纺丝的放大验证流程。这一成果在国内尚属首次,为聚甲醛纤维的产业化按下了“加速键”。

2019年,国内首套年产500吨微米级聚甲醛纤维中试装置在中浩公司建成投产。至此,开滦股份走出了一条自主创新之路,让传统煤炭资源在高端纤维领域绽放出了新的价值。

聚甲醛高强丝:登顶“纤维珠峰”

如果说,聚甲醛纤维的成功是“从0到1”的突破,那么,聚甲醛高强丝的诞生,则实现了“从1到强”的飞跃,让煤炭这一传统能源的价值实现了近70倍的惊人跃升。

“如果能将纤维强度做到9克/旦,它就能应用于系泊缆绳、深海网箱、高端复合材料等‘苛刻’领域……”2016年夏,在一次行业交流中,这句看似随意的设想,却点燃了开滦煤化工研发中心团队心中的星火。

2018年,聚甲醛高强丝项目正式启动,“剑指”聚甲醛高强丝连续制备的关键技术。

提升聚甲醛纤维强度,堪称一场“精密的极限挑战”。“在一根微米级纤维上,既要实现极限的牵伸倍数,又要保证不断裂,难度极大。”王亚涛说。破解强度瓶颈,成为横亘在前的“技术珠峰”。

为精确掌握温度、牵伸倍数与纤维取向度、强度间的复杂关系,找到最优工艺临界点,研发团队展开了旷日持久的攻关。“有时仅仅为了优化一个参数,就要进行数月的重复实验。”四载寒暑,数百次枯燥甚至令人沮丧的实验,终于试制出了8克/旦至10克/旦的聚甲醛高强丝。

产品有了,如何开发应用市场成为研发团队必须面对的又一个难题。转机出现在2022年,一家欧洲公司几经辗转,主动联系上研发中心,表达了合作开展高强丝应用开发、性能考察的强烈意向,这无疑是一针“强心剂”。“这不仅是一个商机,更是对中国原创技术的认可,是证明‘中国行’的机会!”研发团队的斗志被彻底点燃。

11月底,研发团队按照对方提出的强度9克/旦以上,且有良好性能稳定的指标要求,完成数十千克规格1000D/144f高强丝的制备。12月中旬,这份跨越万里的“圣诞礼物”被送达,成为世界上首个进入试用阶段的聚甲醛高强丝产品,也为双方后续持续合作埋下了伏笔。

2024年底,全球首套50吨/年微米级聚甲醛高强丝产业化装置建成并试运行。

从“燃料”到“材料”,开滦煤化工研发中心以“十年磨一剑”的定力,燃烧着不熄的创新之火,蹚出了这条从“0到1”、从“有到强”的研发之路,为开滦煤化工产业的蓬勃发展带来无限可能。

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