煤炭资源，将是我国现阶段和未来长期经济发展必须依赖和依靠的重要能源形式，其中，在我省榆林和西北地区，以“低阶煤热解技术”为代表新型煤化工产业发展迅猛，已成地方支柱产业，热解得到的中低温煤焦油年产量已高达750×10⁴t左右。在国家产业政策规划和企业现实需求的大背景下，我省陕北地区煤热解和煤焦油产业将面临着全面的转型升级要求，生产规模巨大的中低温煤焦油的科学、高效、环保清洁化利用已成为行业突破的关键。目前，陕北及周边地区运行、拟建和规划的煤焦油加工企业已达30余家，利用方式主要以加氢制燃料油为主，同时副产沥青和焦炭等低端化工品，但在结构组成、工艺技术、产品方案、分离提质、催化工程、沥青重组分认识利用及危废焦油渣处理等方面仍存在着大量科学、工程和环保问题。

自2008年以来，本团队长期致力于中低温煤焦油分子结构、杂原子赋存结构、杂原子迁移规律和脱除规律、除杂工艺与技术、沥青质超分子结构、缔合结构、解聚过程和固废焦油渣无害化资源化利用等基础科学和工艺技术研究，基于此，完成了中低温煤焦油沥青质超分子体系构建、焦油渣无害化资源回收利用和中低温煤焦油的金属杂原子净化提质技术。从中低温煤焦油性质、缔合沥青质结构、溶解解聚机理、杂原子赋存形态、杂质脱 除规律、油渣解附分离、关键设备仿真和焦油除杂提质工艺等方面进行关键技术攻关。2019年以来，西北大学与陕西双翼煤化科技实业集团有限公司合作开发的中低温煤焦油分离提质工艺技术，建设了一套2万吨/年的焦油渣处理装置及一套8万吨/年的煤焦油除杂提质装置。2020-2022年的三年期间，两套装置新增总销售额15719.1万元，扣除总成本税前利润为5577.8万元。本项目具体如下：

（1）本项目针对中低温煤焦油的沥青质重组分，通过FT-IR、XPS、C-NMR和FT-ICR MS等物化表征以及分子模拟等新手段，并基于模拟退火算法和基团贡献法构建了混合相包覆性沥青质超分子体系。利用计算表征模型（A-CCM）、分子动力学（MD）和密度泛函理论（DFT）对沥青质分子组成结构及聚集行为进行研究，揭示沥青质超分子结构、缔合行为、聚集行为及溶解解聚规律（国科金21978237），提出中低温煤焦油“缔合固化-溶解解聚-强化分离”技术。为中低温煤焦油除杂提质和焦油渣的高效回收与二次开发利用提供一定理论指导；

（2）针对焦油加工过程中产生的难以处理的危险固体废弃物—焦油渣，在环保、低碳和资源再利用的理念下，无害化为环保前提的资源最大化焦油渣处理技术开发的唯一方向和最佳理想处理途径。基于超分子理论研究、计算机模拟及实验验证手段，通过深入研究其组成结构和粘附形态，建立了焦油渣的固液萃取扩散动力学模型，利用MIPT算法获得焦油渣甲苯溶剂萃取分离规律，采用EDEM-Fluent软件耦合模拟，开发了工艺关键设备—螺旋塔板萃取塔。开发了“煤基富芳馏分-二甲基亚砜”同质复合萃取体系及工艺技术，提出一套溶剂可循环焦油渣无害化资源利用处理方法，焦油渣中的焦油回收率≥95%，固定碳回收率≥95%；

（3）针对中低温煤焦油中大量铁、钙等金属杂原子主要以甲苯不溶物、胶质和沥青质金属非卟啉类结构等难以脱除的不溶或油相存在形态，现有预处理技术无法实现高净化度、高收率、低成本处理的难题。基于对中低温煤焦油杂原子赋存结构和迁移规律的深刻认识，针对热过滤后难脱除的油溶性 Fe、Ca，开发了高效三元复合脱金属剂，利用Fluent模拟其混合-螯合-分离过程，开发关键设备—静态混合器和三相分离器。开发一套适用于中低温煤焦油的高回收率、高净化度除杂提质工艺技术。工业应用表明：净化焦油回收率达到98.2%，喹啉不溶物、Ca、Mg 脱除率大于95.2%，铁脱除率大于85.0%，盐含量小于3ppm。技术指标和综合性能达到国内领先水平。

本项目针对我省，乃至西北地区大宗热解产物——中低温煤焦油的除杂提质利用难题，通过对中低温煤焦油结构组成，对下游利用危害较大杂质的赋存形态，特别是对其无法认知的沥青质超分子体系的结构形态及其衍生杂原子物质的科学认知。从分子组成结构层面，揭示沥青质超分子结构、缔合行为、聚集行为及溶解解聚规律，提出了其焦油渣无害化回收利用和煤焦油除杂提质新理念。本团队依托国家自然科学基金、陕西省科学技术基金、陕西省教育厅等基金和其他国有企业横向基金的大力支持，对中低温煤焦油预处理、清洁转化过程及危险固废回收等方面开展了一系列研究，为中低温煤焦油生产企业提供了大量技术支撑和帮助，推动了中低温煤焦油深加工产业的高端化、多元化、低碳化进程。