高性能锂电池用共价封装硅碳负极材料及产业应用

一、成果概述：

从低成本的二氧化硅纳米颗粒出发，改进镁热还原技术、规模化制备了一种具有微纳超结构的仿绣球形态硅烯材料，其应用于锂离子电池时展现出优异的综合储锂性能（ACS Nano2017，11，7476）。 在此基础上，研究团队提出并发展一种“植皮式”二维共价封装策略制备了硅氧碳键基绣球状共价双烯，其表现出卓越的综合储锂性能（图 3）：即使在 20000 mA/g 的电流密度下重量比容量仍高达 810 mAh g-1，体积比容量相比非共价封装和未封装材料分别高出 1358%和 1442%；比目前的商业化锂离子电池的比能量和能量密度均高出 40%以上（Nat. Commun. 2020，11，3826）。

二、技术特点及技术指标：

1. 制备公斤级硅/碳杂化材料，实现活性材料面负载量 10 mg cm-2 以上稳定循环 500 圈（面容量达到~10 mAh cm-2 以上）。

2. 通过杂原子（氧原子、氮原子等）有效桥连硅/碳界面，实现硅/碳之间稳定的化学结合，进一步优化硅/碳界面电子和锂离子传输特性，实现高负载量、高倍率性能硅/碳负极材料的宏量制备，在 5 C（20 A g-1）电流密度下放电容量为 0.1 C 的 60%。 3. 建立针对硅碳负极体系表征分析方法，明晰其电荷动力学特征，反馈优化材料与电极结构设计。实现关键材料中试化制备；攻关锂离子电池连续化制备核心工艺，获得高性能动力锂离子电池并实现连续化生产。

三、应用领域：

根据 2017 年 4 月发布的《汽车产业中长期发展规划》，到 2020 年，锂离子动力电池能量密度需达到 300 Wh kg-1 以上；2025 年，能量密度需达到 350 Wh kg-1 以上。锂电池要达到此规划中的能量密度，正极需要使用高比容量的镍钴锰或镍钴铝三元正极材料，同时负极也需要匹配高比容量的材料，因此结合了碳材料高电导率、稳定性及硅材料高比容量优点的硅/碳杂化材料有着巨大的发展潜力。然而，2018 年全球负极材料消费量约 27 万吨，硅基负极占比还不到负极材料总量的 3%（消费量约 6000 吨）。预计硅基负极材料需求量年均增长将超过 50%，到 2022 年我国硅基负极材料产量及消费量将达到 63000 吨，2030 年硅基负极材料将占整个负极市场 30%以上，产值达到 1700 亿元，因此，本项目所开发的硅/碳杂化材料产业化后将会有巨大的市场前景并带来巨大的经济、社会效益。

干热岩地热资源重热联动驱汽取能技术

一、成果概述： 

经济的持续快速增长，使得人们对能源的需求量不断增加，“双碳”战略的提出与实施，使得社会对环境污染容忍度不断降低。在此背景下，煤、石油、天然气等常规一次性能源，不但面临剩余储量不断减少、严重枯竭的问题，还存在环境污染问题急需解决。因而，发展清洁能源补充现有能源缺口、降低环境伤害势在必行，地热资源清洁低碳，且储量巨大，是最有前景的清洁能源之一，而干热岩（简称 HDR）地热是其中最具应用价值和利用潜力能源。中国地质调查局等的研究表明，中国大陆地热资源量巨大，3-10Km 地层深处干热岩地热资源总量为 2.5×1025Ｊ，相当于 860×1012ｔ标准煤，若能采出 2%，就相当于中国全国一次性能耗总量的数千倍。这表明，我国干热岩地热开发利用具有光明前景，对改善我国能源结构、保证能源安全具有重大战略意义。增强型地热系统（简称 EGS）是目前国际公认开发利用干热岩资源的充分必要条件。该系统利用人工压裂储层在地下高温岩体内建造裂缝网(岩体致密无天然裂缝) 或者改善原有裂缝网( 岩体内存在天然裂缝，但渗透率不够)，使得所建造的或者所改善的裂缝网具有足够的渗透率，其岩石体积和裂缝表面积足够大，之后再从地表注入冷水，使得冷水流经裂缝网返回地表后其温度升高，利用闪蒸或双循环发电和/或供热，从而利用干热岩热能。该系统研究在世界上已有 40 年的历史。美国最早于1973 年开始资助 Fentonhill 干热岩开发的 EGS 试验研究，随后日本、英国、法国、澳大利亚、德国等国家相继开展了干热岩开发的预研究和技术装备研制，并建立了一批 EGS 开发利用示范场地。但是，过去的研究成果不尽人意，至今并未使 EGS 实现商业化开发，分析认为导致该技术无法全面推广应用的原因主要包括以下几点：

（1）人工压裂储层技术难度极大：岩石破裂压力极高，干热岩储层岩石基质非常坚硬, 导致破裂压力极高, 所以压裂时所需的泵入压力也不得不大幅提高，如韩国 Pohang 干热岩地热储层在井深为 4100 m 处开展水力压裂施工, 初期预测破裂压裂不超过 60 MPa. 但是实际施工过程中泵入压力超过 100 MPa 后仍然没有压开，最终导致施工停止。泵入压力的升高，也大幅增加了压裂过程风险。

（2）人工压裂储层经济成本极高：目前常规水力压裂单井成本少则数百万，多则上千万，针对超硬地层进行压裂，其成本可能会比常规压裂高几倍到几十倍，这大幅增加了资源利用成本。

（3）注入冷水采出热水的采热方式会产生严重的污染：循环过程中流体工质与深层岩石直接接触，流体工质往往含有溶解氧和氯离子等易腐蚀成分，以及钙离子和硅酸等易结垢成分，在工质流入管道和换热设备后可能会引起腐蚀和结垢问题。另外，这些水也会污染环境、农田等，对人的身体健康也是不利的。

（4）注入冷水采出热水的采热方式能耗大，效率低：在注水过程中，由于流体与管壁之间的摩擦以及液体内部分子间的摩擦作用，注水井存在一定的沿程阻力损失，即管损。沿程阻力损失与进水管道长度成正比。注水井合理的最大井口注水压力范围为数十兆帕，普通油井举升单耗 200-300Kwh/24h，对于干热岩取热，其单耗不低于上述油气井，因此损耗严重。综上可以看出，现在开发干热岩的 EGS 模式不满足现在低碳、低能耗能源的需要，且实现难度也较大。鉴于上述原因，项目申请者提出干热岩地热资源重热联动驱汽取能技术理念，该理念利用低沸点液态传热工质作为取能介质，利用干热岩热量使液态传热工质在井内汽化，利用传热工质本身重力作用驱动汽化的汽体返回井口，利用提热取能在地面实现换热发电，从而达到取能的目的，研发了配套技术方案。

二、技术特点及技术指标：

干热岩地热资源重热联动驱汽取能技术具有以下优势：1）无需复杂的压裂作业，实现难度小，节省经济成本，避免了传统 EGS 井间裂隙的联通问题以及压裂诱发地震问题；2）传热工质在封闭的井筒内循环换热，不与地层直接接触，一方面避免了设备腐蚀、结垢的问题，另一方面传热工质不会携带大量矿物质或者有害物质到地面，从而不会造成污染；3）液态传热工质吸收地热汽化后，注入的液态传热工质与其汽化后的气态传热工质在井筒中产生压差，而汽化后的传热工质在该压差的作用下返出，从而不需采用输送设备对热流体进行举升，降低了耗能；4）上部隔热采热管、下部隔热采热管以及导热传热管都是位于地热单井内部，有效降低了采热过程中的热损失，大幅度提高了采热效率，同时传热工质完全回收，不会出现传热工质流失导致采热效率下降的问题。

三、应用领域：

针对于新能源领域，具体是一种干热岩地热资源清洁高效开发方法与技术。

四、投入需求：

（成果产业化应用需投入的资金、场地、设施等条件）

PEM 电解水制氢装置的关键技术

一、成果概述：

针对 PEM 电解制氢装置的关键部件：（1）过渡金属基电解水化剂，（2）膜电极的一体化制备。在催化剂方面，获得了能够媲美贵金属催化剂的非贵金属催化剂，未来可用于规模化 PEM 制氢。在膜电极的开发方面，优化 CCM 和 CCS 法制备工艺，其中 CCS 法的稳定性已达到达到商业用途标准。

二、技术特点及技术指标：

开发的低贵金属载量和非贵金属的电催化剂可用于工业废水和海水直接电催化制氢， 催化活性达到商业化 Pt/ CRuO 2 /CC 的水平，可有效降低电解槽的运行成本。

三、应用领域：

电解水制氢

四、投入需求：

需要投入搭建小试装置，合作研发，预计 1 m2/h 电解槽需研发经费 100 万元左右。

石油钻杆接头激光熔覆技术

一、成果概述：

本技术涉及一种耐磨耐蚀合金激光熔覆石油钻杆接头，该钻杆接头表面具有一层激光熔覆耐磨耐蚀合金涂层，该涂层能有效保护钻杆接头，有效防止磨损和腐蚀，提高钻杆接头服役寿命。

二、技术特点及技术指标：

本技术关键是多种熔覆合金粉末配方及相匹配的激光熔覆工艺参数库，可适用于平板，轴、柱塞等回转件，其他异型零部件表面。本技术采用优异的合金粉末成分，在钻杆接头采用优化的激光熔覆工艺制备耐磨耐蚀涂层，粉末成本低、加工效率高、易实现自动化，制备的涂层成型良好，组织致密，成分均匀，无裂纹，其厚度可以在 0.3-1.5mm 范围内精确控制，该熔覆层耐磨耐蚀性提高2 倍。熔覆层不用完全覆盖整个钻杆接头的表面，只需在接头圆柱体的两端易磨带各熔覆 30-50mm宽即可。

三、应用领域：

目前本成果已经在多家石油装备、激光熔覆及修复企业推广应用，该技术强化的石油钻杆在油田使用效果优异，钻杆接头服役寿命大幅提高，大大降低了钻杆更换材料及停机成本。本成果主要面向石油钻采行业，但完全可以应用于其他石油装备、机械装备的易磨损、易腐蚀

关键零部件表面的强化。本成果的核心技术为多种熔覆合金粉末配方及相匹配的激光熔覆工艺参数库，适用于多种工况的装备及零部件表面改性或修复，不受零件形状及表面状态限制，推广应用前景十分广阔。

四、投入需求：

本成果产业化应用主要需要激光熔覆设备，根据实际情况可配备粗加工及精加工机床等，需投入的资金、场地、设施等条件，从 100 万人民币、200 平方米厂房、单台激光熔覆设备起，根据情况和规模有很大的选择空间。

低成本石墨烯制备及其可控功能化

一、成果概述：

（1）石墨烯的连续化制备：针对目前氧化石墨烯涂膜的方式和固态还原的工艺，发展了一种新型金属离子/乙醇还原体系，实现 5 分钟以内高效还原的功能。采用该技术优化工艺后，已成功制备出宽度 250 mm、透光性 82.9-91.9 %、导电性 800-3840 Ω/□的石墨烯基透明导电膜，并将其成功应用于柔性电阻屏、电致变色器件以及透明电路中。此外，该方法可以结合传统丝网印刷工艺，能够制备出多种适用于逻辑电路和电子器件的石墨烯基微结构。该技术的突破，对于推动石墨烯基透明导电膜的工业化进程具有重要意义（Adv. Mater., 2017, 29, 1605028；CN201510459265.2）;（2）石墨烯的可控功能化：率先提出并发展了一种可规模化、无损转移石墨烯的策略，即石墨烯的可逆化学功能化。这不仅提高了石墨烯在一系列溶剂中的分散性、改善了其加工性能，还使石墨烯的结构、界面及特性在宏观材料及体系中得以保持（Adv. Mater. Interfaces, 2016, 3, 1500842），相关技术已经完成实验室级别的中试工艺研究；（3）石墨烯的连续化制备工艺：从石墨原材料的结构形态、混相插层液的物化特征、剥离过程的条件控制、粉体产品的环境效应及插层液的循环利用等角度出发，详细分析了石墨混相插层剥离技术的吨级制备的关键控制点及核心工艺环节，基于工艺过程模块化、集成化和自动化的设计理念，论证并确立了石墨混相插层剥离技术的吨级放大方案及详细工艺流程，包括石墨与插层液的复合方式及其对插层质量和插层效率的影响、插层工艺的自动化及节能设计、剥离过程中的物料导入方式和物料连续化处理方式以及其对剥离效率的影响、产品的收集及自动化控制、及插层液的分离和再利用等。通过考察可用于本课题工艺的吨级设备种类、设备型号及进料和分离模块，结合高质量石墨烯的制备方案及工艺路线，考虑节能、环保和自动化需求，定制了适合本课题工艺需求的插层釜和剥离釜，与合作企业一道搭建了基于定制插层釜、定制剥离釜及自动化工艺控制系统的一条吨级、绿色、高效制备高质量石墨烯的中试线。

二、技术特点及技术指标：

1. 制备了宽度 250 mm、透光性 82.9-91.9 %、导电性 800-3840 Ω/□的石墨烯基透明导电膜，应用于柔性电阻屏、电致变色器件以及透明电路。

2. 通过结合传统丝网印刷工艺，制备出多种适用于逻辑电路和电子器件的石墨烯基微结构。

3. 基于氯酸盐体系的羟基、环氧基功能化石墨烯的可控制备及其通过氢碘酸的高效还原，提高了石墨烯在一系列溶剂中的分散性、改善了其加工性能，还使石墨烯的结构、界面及特性在宏观材料及体系中得以保持。

4. 开发了羟基/环氧基功能化石墨烯的透明导电薄膜，表现出优异的导电性能，此外，基于羟基/环氧基功能化石墨烯的锂离子电池碳硅纳米杂化电极材料也表现出显著提升的储锂性能。

5. 确立了石墨混相插层剥离技术的吨级放大方案及详细工艺流程，包括石墨与插层液的复合方式及其对插层质量和插层效率的影响、插层工艺的自动化及节能设计、剥离过程中的物料导入方式和物料连续化处理方式以及其对剥离效率的影响、产品的收集及自动化控制、及插层液的分离和再利用等。

三、应用领域：

新材料是国家七大战略性新兴产业之一，也是我国石化和化学工业加快转变发展方式的重要着力点，并且与能源、信息、装备制造、节能环保、生物医学等产业密切相关。石墨烯作为一种新型纳米材料，针对于石墨烯复合材料的应用领域，包括石墨烯透明导电薄膜、石墨烯柔性屏、高分散石墨烯浆料、石墨烯散热涂层等具有巨大的市场前景和社会、经济效益。

晶态多孔材料的结构调控及其碳烃分离性能研究

一、成果概述：

该项目以金属-有机框架材料的结构调控为研究对象，揭示了结构调控增强碳烃吸附与分离性能的微观机制，为设计合成高性能碳烃吸附与分离晶态多孔材料奠定了重要的理论基础。发展了多组分协同调控策略，衍生出多种新型拓扑结构，实现了框架材料结构的精确调控；提出了多组分协同调控对气体吸附与分离性能的影响机理，设计并制备了具有优异气体吸附与分离性能的金属-有机框架材料；发现了多元金属-有机框架结构与其碳烃吸附分离性能之间的构效关系，利用孔环境工程策略系统调控了金属-有机框架的孔道结构，制备了具有优异碳烃吸附与分离性能的多元金属-有机框架材料。

二、技术特点及技术指标：

能源领域的分离与纯化是实现能源所含资源的完全利用所不可或缺的重要组成部分，因而在科学上形成了与之相应的科学领域。对于国际上目前主要能源石油工业而言，它无论在科学研究上还是在工业实际应用上均有着重要意义，因此必须解决能源领域中的分离与纯化所涉及的基础理论科学问题，以支撑国家国民经济和社会发展十四五规划与远景规划提出“推进能源革命建设清洁低碳安全高效的能源体系”的目的。在石油能源领域分离与纯化的科学问题为：目前的基础科学理论研究已基本解决了分离与纯化的科学问题，但是现有基础科学理论指导工业应用的前提是有相应的科学条件，特别是深冷、高压等高成本苛刻条件，因此国际上该领域的科学理论问题为“探索新的科学理论，以实现常温常压分离与纯化”，以实现整个石油炼制工业的低能耗。我国是世界上最大的石油消费国家，同时中国政府已承诺限期完成“双碳目标”，因此该理论研究具有重要科学意义和巨大社会价值。现阶段石油能源领域分离与纯化基础科学理论的发展，主要集中于吸附分离和膜分离。在吸附分离方面，目前因金属-有机框架材料具有优异的吸附和分离性能，被公认为“最有可能率先实现理论突破和实际工业应用”，而金属-有机框架材料分离与纯化基础理论科学的本质是结构的精确调控。本项目以金属-有机框架材料为研究对象，以精准结构调控提升材料气体存储与分离性能为目标，通过微观结构设计优化、孔尺寸剪裁、次级结构单元修饰及合成后修饰等精准设计策略，制备了多种碳烃吸附与分离性能优异的多组份金属-有机框架材料，揭示了多种结构调控增强气体分离性能的微观机理，为设计合成新型碳烃吸附与分离功能导向的金属-有机框架材料奠定了理论基础。

三、应用领域：

该分离与纯化的系统理论研究成果，不仅解决了碳烃的高效低能耗分离，并且丰富了分离与纯化的理论体系。以此理论体系为基础，我们开辟了通过结构调控提升碳烃分离性能的理论支撑，发表了系列高水平文章，逐渐形成了完整的理论体系，为设计高效低能耗碳烃化合物的分离与提纯提供了理论依据和技术支持。进一步以该理论为指导，设计并组装了系列具有高效分离性能的金属-有机框架材料，并通过与其它材料复合，实现了金属-有机框架膜材料从刚性到柔性，尺寸从平方厘米到平方分米的突破（图-6）。系统的完成了从实验室规模到小试规模的转化，理论结果与工业化实验结论吻合，以此为基础与山东天维膜技术有限公司合作获批了山东省重大科技创新工程项目（2019JZZY010331，250 万元），进行工业化应用开发。分离过程消耗了工业生产中 50%左右的能源，如使用膜分离替代传统分离技术，预期可大幅降低能源消耗和污染物的排放，低成本纯化清洁能源并捕获温室气体，以此为示范可以在全国范围内推动金属-有机框架膜在能源环境领域的应用，促进达成“双碳”目标。本项目面向石油石化企业，应用于石油裂解气中低碳烃的分离和天然气纯化。

四、投入需求：

成果产业化应用需投入的资金：2000.00 万元设施：大型吸附分离装置和大型膜分离装置

特种合金防垢与装备技术

成果概述：

结垢是油田的一大难题，每年因结垢腐蚀引起的直接和间接损失达数十亿元（如某油田 2016-2018 年每年损失达 3 个多亿）。同时，结垢问题也是困扰水处理、家电、热工、化工、制药、供暖等行业的一大技术难题。长期以来，国内外防蜡的方法主要是化学法（添加化学阻垢剂、清蜡剂等）、物理法（如强磁法、电场法、超声法）、软水器法、机械情理法、微生物法等，这些方法都具有各自的优点，但也有不可避免的缺点，如污染环境、耗能、成本高、需维护、作用时间短、作用距离有限等。针对防垢的现实需求与国际的最新发展，本团队历经十六年，开发了新一代“特种防垢合金及其装备”技术。该技术是以特种功能合金为核心，流体与该合金接触之后，自动调节或改变油水的物理化学性质，从而改变结垢的物理化学环境，起到优异的阻垢防蜡降黏效果。该技术可广泛应用于流体防垢、防蜡、降黏等场合，以该功能合金为核心制造的防垢装置，具有成本低、作用距离长、有效期长、无污染、效率高、无磁无电、免维护、适用范围广等优点，广泛适用于石油、化工、煤炭、发电、热力系统流动介质引起的油井、管线结垢结蜡区域。同时，技术属于新材料与高端装备、节能降耗领域，也可广泛应用于白色家电、水处理等行业。

冷喷涂铝基耐蚀和/耐磨涂层及其制备方法

一、成果概述：

该成果提出了三种冷喷涂铝基耐蚀/耐磨涂层的制备方法，所述涂层包含 Al 和 Al2O3 以及 M。通过调配不同的成分的质量占比，制备的铝涂层可具备不同的性能，克服铝涂层自身存在的强度、硬度或耐蚀性等方面的缺陷。当 M 为铝稀土合金和/或铝镁合金时，各组成通过一定的质量配比，制得的涂层具有优异的耐腐蚀性能；当 M 为二硫化钼和/或二硫化钨时，各组成通过一定的质量配比，制得的自润滑耐磨涂层表面不仅相对均匀一致，而且还致密光滑，孔隙率低，具有良好的机械性能；当 M 为铝稀土合金和/或铝镁合金与二硫化钼和/或二硫化钨的组合时，各组成通过一定的质量配比，制得的涂层具有较好的耐磨损、耐局部腐蚀性能，可使海洋用钢结构得到充分的保护，延长其使用寿命。

二、技术特点及技术指标：

在所有的金属材料中，金属铝及其合金颗粒因其较低的屈服强度、良好的塑性变形能力以及优秀的耐腐蚀性能，被公认为比较理想的冷喷涂材料。金属铝涂层已被广泛用做钢铁构件的防腐蚀涂层，它作为一种阳极型涂层，不仅具有屏蔽腐蚀介质的作用，使之无法与基体发生反应，而且还可以作为牺牲阳极材料，为钢铁基体提供阴极保护，保护钢铁基体免受腐蚀。铝涂层表面可以形成惰性的氧化物薄膜，其耐蚀性取决于保护膜的完好程度和破裂后的自修复能力。而铝涂层在海洋环境中的惰性或钝态是不稳定的，易产生局部腐蚀而导致涂层体系失效，且铝涂层自身也存在强度和硬度较低的缺点，难以保证装备的长效安全和服役可靠性。本成果提供了三种冷喷涂铝基自润滑耐磨蚀涂层，通过添加硬质相（Al2O3陶瓷颗粒）、润滑剂（MoS2和/或 WS2）和微量合金元素（Al/Mg、Al/RE）对现有铝涂层进行改性，获得耐腐蚀、自润滑耐磨损、自润滑耐磨蚀三种不同的效果，提高新涂层的性能。制备的冷喷涂铝基涂层制备工艺简单，操作方便，原材料便宜易得，设备便携，适用于野外保养及修复；且涂层表面致密光滑，孔隙率低，具有良好的机械性能。该成果克服了铝涂层自身存在硬度、强度低的缺陷，不仅可为新型金属基耐磨、耐蚀复合涂层的设计和制备提供科学依据及研究基础，还可为深海油气工程装备的长周期安全服役提供可靠的防护技术。

三、应用领域：

随着我国深海大型油气田的勘探与开发，深海钻机、钻采平台、浮式生产储卸装置的应用将日益广泛。这些海洋工程装备的上层建筑在服役过程中不仅面临着严苛的海洋大气腐蚀环境，而且还遭受着高速、强摩擦等特殊环境，由此造成的磨损和腐蚀失效问题异常突出，给装备的长周期安全运行带来巨大风险。因此，提高设备的耐磨、耐蚀性能是当下的迫切需要。在改善材料表面耐磨损及耐腐蚀性能的众多手段中，喷涂金属防护涂层是延长海洋油气装备使用寿命的重要措施之一。冷喷涂方法主要是指利用压缩超声速气流将具有一定塑性的细小固体粒子喷射到金属或绝缘基体表面，经过强烈的塑性变形而发生沉积，形成涂层的方法。在冷喷涂过程中，由于喷涂温度较低，喷涂材料很难发生氧化、晶粒变大、相变等现象，能够较好地保留原始材料的性质。同时，冷喷涂过程由于工艺温度降低，固体粒子主要依靠提高动能导致的塑性变形沉积，颗粒变形较为充分，冷喷涂方法制备出来的涂层要比常规的热喷涂涂层组织结构致密、热影响残余应力低，能更好地对海洋油气装备的上层建筑行长效防护。在所有的金属材料中，金属铝及其合金颗粒因其较低的屈服强度、良好的塑性变形能力以及优秀的耐腐蚀性能，被公认为比较理想的冷喷涂材料。因此，开发冷喷涂铝基涂层，具有广阔的应用市场和产业需求。

四、投入需求：

成果产业化需具备冷喷涂铝基涂层的生产车间，需具备检验产品性能的测试设备和装备（扫描电镜、XRD 等测试设备和冷喷涂设备）。预计投入资金 1000 万元，场地 50 亩。

催化油浆深度静电脱固新技术（SDER）

一、成果概述：

我国炼油和催化裂化产能大，分别高达 9 亿吨/年和 2.4 亿吨/年，其中低价值副产品催化油浆的收率高达 5%-10%，亟需提升炼油化工产业一体化水平，加速发展高端石化产品协同发展。油浆因富含重质芳烃而成为重要的潜在化工原料，但是脱除油浆中纳微尺度的催化剂粉末是油浆综合利用的前提。因此，催化油浆的脱固技术已成为当前研发的重要课题。从油浆生产高附加值的炭黑或橡胶填充剂、针状焦、低硫船用燃料油、碳纤维都需要脱固，甚至深度脱固。催化油浆经蒸馏除杂脱灰仍旧含有 50～500ppmw 的纳微尺度超细固含物，难以满足碳纤维制备原料以及固定床加氢脱硫进料的苛刻要求。SDER 依据高压静电将吸附填料和油浆中的催化剂细粉同时极化，形成带正负电荷的粒子，并且在填料的接触点附近集中了束缚电荷，因而可高效吸附纳微尺度的荷电催化剂颗粒，形成“点吸附”现象，实现油浆的深度脱固。

二、技术特点及技术指标：

催化油浆经净化处理，固含量降至 5～20ppmw，既满足其作为碳纤维生产原料的固含量苛刻要求，也满足其作为固定床加氢脱硫的进料生产低硫燃料油的要求，高价值应用途径大幅拓宽。与高温过滤技术相比，静电操作温度低，从原理上可避免脱固过程化学结焦和堵塞，同时对固含物粒径没有限制。

三、应用领域：

SDER 新技术致力于将低值油浆打造成生产清洁低硫燃料油、针状焦和碳纤维等高端碳素化工产品的公共原料平台，面向传统炼油化工行业及新兴的高值碳材料行业，推广前景十分广阔。

四、投入需求：

在实验室小试技术基础上，建造 SDER 中试和工业示范装置，实现催化油浆静电深度脱固的工业应用，其中中试装置技术开发需要投资 500 万元。

乙烯焦油和催化油浆联产针状焦和高级沥青材料新技术（ESNA）

一、成果概述：

针状焦等新型高端碳材料生产均受原料重油高硫、高灰分含量的严重制约，而含硫催化油浆采用化学加氢脱硫的传统策略导致工艺成本高涨。鉴于乙烯焦油具有“富芳低杂”的组成优势，将其减压馏分和含硫油浆调合，得到低硫低灰的重油原料，进而通过延迟焦化，同时巧妙利用两种原料的协同作用，生产得到产量高、性能好的优质针状焦，而其残渣油则通过化学缩聚手段生产出 QI 和TI 含量低、软化点高的高等级沥青（黏结沥青、包覆沥青、纺丝沥青等）。ESNA 新技术以低成本方式显著扩大了针状焦生产原料来源。

二、技术特点及技术指标：

耦合不同炼油低值副产品化学组成特点进行优势互补，采用低成本的物理调合策略大幅提高调合比例，乙烯焦油和含硫催化油浆的最高调合比可达 50%꞉50%；该技术相对于现有针状焦生产技术可节约 40%左右的成本，单位原料的针状焦产量提升 7.32%，炭化所得针状焦硫含量为 0.5%以下、 真密度为 2.10~2.13g•cm-3 以上、热膨胀系数为(1.0~1.3)×10-6/℃以下，居于同行业上游水平。高等级沥青的软化点为 70~100℃或 220~300℃。

三、应用领域：

面向乙烯焦油、催化油浆、煤焦油、苯乙烯焦油等裂解焦油基高性能碳材料的制备领域，利用低成本优势大幅扩大有效原料的来源，获得高附加值产品，尤其是在“双碳战略”及“新旧动能转换”背景下，该技术竞争力强，应用前景广。

四、投入需求：

对于现有装置的改造升级，成果的产业化需投入资金 1000~2000 万元。