中國煤化工的發展在全球獨樹一幟。然而，就環境效益和經濟效益而言，中國的煤化工產業總體上陷入困境，諸多企業出現巨額虧損，有效治理污染面臨巨大的挑戰。

何謂精細煤化工？何謂智慧煤化工？中國煤化工產業陷入困境的癥結何在？煤炭資源高效利用路在何方？中國煤化工產業為何陷入困境？

在溫和條件下定向轉化煤中有機質為高附加值的精細化學品的工藝。

智能控制的精細煤化工。

近十余年來，我國煤化工產業的發展如火如荼，累計投資高達數千億元。僅我國寧夏東部地區，規劃的煤化工和煤炭能源產業園就占地3484 km2，計劃投資6000億元，力圖用重金打造世界煤制油和煤制烯烴之都。然而，由于仍然采用傳統煤化工和所謂的現代煤化工技術，所實施的項目面臨著巨大的風險。實際上，包括煤的直接液化和間接液化在內的我國大部分煤化工產業已經出現巨額虧損。

征收燃油稅和碳稅是我國淘汰高碳能源和落后產能的重要和合理的舉措。隨著我國征收碳稅，可以預計，傳統煤化工和所謂的現代煤化工的經濟效益將蕩然無存。

發展傳統煤化工和所謂的現代煤化工的理論依據是：熱解是煤轉化的前提，氣化是煤轉化的龍頭。然而，熱解的主要產物是低值的半焦和焦炭，所得焦油收率低且因組成復雜而分離困難；氣化的目標產物是CO和H2，其附加值遠低于煤有機質中絕大部分成分的附加值；理論上，用CO和H2可以合成成千上萬中化學品，但合成的甲醇、二甲醚、烯烴和乙二醇附加值不高，合成高附加值化學品路線漫長，得不償失；此外，煤的熱解和氣化都存在能耗高和產生廢水等污染物的問題。因此，應該堅決摒棄傳統煤化工，大力限制所謂的現代煤化工，革煤炭低效利用技術的命。

應該充分考慮煤中有機質的組成結構特征有的放矢地利用煤中有機質。遺憾的是，總體上，人們對于煤中有機質組成結構的認識還極其膚淺。傳統煤化學主要采用無分離和/或苛刻條件下破壞性的方法研究煤，主要關注煤中的水分、揮發分、灰分和固定碳、煤中有機質的元素組成、煤巖組成、煤的結構模型和煤作為能源利用的熱轉化過程，所得結果遠不能在分子水平上客觀地揭示煤中有機質的組成結構，因而傳統煤化學被戲稱為“沒化學”。缺乏可靠的理論指導導致煤轉化技術一直難以取得突破性的進展。

煤炭并非廉價

在我國，迄今諸多有關煤炭利用的傳統觀點和思維定勢占據主導地位。傳統觀點和思維定勢之一認為我國富煤、缺油且少氣，煤炭是廉價的能源，今后數十年內我國以煤炭作為主要能源的局面不會改變。眾所周知的事實是我國人均保有煤炭資源量不及全球人均保有煤炭資源量的一半，所謂的“富煤”極不靠譜；即使富煤，也不應該主要作為能源濫用。

煤炭是由遠古時代植物的遺骸經過7000萬年以上的復雜的地質演變轉化成的寶貴的化石資源。人類大規模利用煤炭始于英國工業革命，至今不過200余年。按照現在的利用速度，全球的煤炭資源將在今后200年內消耗殆盡，而我國的煤炭資源將在本世紀內枯竭。與7000萬年以上的漫長的地質演變時間相比，400余年僅僅是彈指一揮間。在如此短的時間內耗盡全球的寶貴的煤炭資源十分可惜，后果十分可怕。

在我國，采煤付出的代價極其高昂：僅據官方統計，1949年以來因礦難死亡的礦工接近26萬人；年均排放礦井水超過60億t，排放的礦井水因具有酸性而利用困難，導致采煤區（特別是我國煤礦比較集中的西部地區）水源日趨緊缺；年均抽排放瓦斯超過100億m3，加劇了全球的溫室效應；采煤造成的土地塌陷和矸石堆積損失了大量的可耕地，造成了嚴重的生態災難，迫使采煤區居民背井離鄉；大規模采煤造成產能過剩，全國諸多煤礦虧損嚴重；大規模采煤形成很多資源枯竭型城市，帶給中央和地方政府巨大的財政負擔。煤炭資源的有限性和我國采煤付出的巨大代價的事實表明，煤炭絕非應該廉價。

煤炭資源高效利用發展方向

富含芳環是煤有別于其它化石資源的重要特性。

發展煤化學和煤轉化技術需要解決的核心科學問題是：煤有機質中的芳環以什么形態存在？如何有效地裁剪煤有機質中的大分子為易于分離且附加值高的有機小分子？

早在17年前，中國礦業大學重質碳資源高效利用研究團隊率先提出用可分析和非破壞或選擇性破壞的方法研究煤中有機質的組成結構進而形成分子煤化學理論體系的構想。在國家自然科學基金、國家863計劃專題課題、國家973計劃課題、國家國際科技合作專項課題、國家985優勢學科創新平臺專題和江蘇省優勢學科建設工程項目的支持下，中國礦業大學重質碳資源高效利用研究團隊在分子煤化學理論研究和精細煤化工技術開發方面做了大量系統的工作。

采用如圖1所示的逐級解離/解聚的方法較深入地揭示了煤有機質中典型的締合/鍵合作用（表1），闡明了4種典型的活性氫的形成機理及其對煤轉化的作用（表2），為解決上述核心科學問題提供了重要的依據，即煤有機質中的少量芳環以可溶的芳香族化合物的形態存在，絕大部分芳環以常溫下難溶的大分子的形態存在，其中芳環之間由橋鍵連接，芳環上還含有側鏈；芳環種類不同、連接芳環的橋鍵不同和芳環上的側鏈導致煤中有機質大分子的結構十分復雜，但如果能夠設法完全切除芳環上的側鏈和切斷連接芳環的橋鍵而留下非取代的可溶芳香族化合物，則可以在很大程度上解決后續分離困難的問題，獲取一系列芳香族化合物純品。

圖1 逐級解離/解聚煤中有機質的技術路線

諸多含芳環（特別是縮合芳環和含雜原子的芳環）的化合物是附加值很高的精細有機化學品，用途極其廣泛。例如，可以用作化學試劑、熒光探針和脫氧核糖核酸的配體，用于制備光電納米器件和太陽能電池及合成染料、導電高分子和高性能的聚脂材料等。煤中的一些含芳環的萜類和蒎類化合物還可以作為醫藥或醫藥中間體使用。

人工合成縮合芳香族化合物往往需要經歷諸多步驟，因而縮合芳香族化合物的價格居高不下。表3所示的芳香族化合物都是煤及其衍生物中存在的化合物。作為化學試劑，這些化合物基本上隨著芳環數的增加售價急劇增加；對于同環數的芳香族化合物而言，含雜原子的芳香族化合物的售價遠高于芳烴的售價。例如，同是二環芳香族化合物，苯并呋喃的售價分別是聯苯和萘售價的214.9和62.8倍；同是五環芳香族化合物，二苯并[a,j]吖啶的售價是苯并[a]芘售價的31.5倍；同是縮合芳烴，苯并[ghi]苝的售價分別是萘和蒽售價的30548.1和2632.1倍。從煤中還可以直接分離或者通過定向轉化得到更多附加值更高的精細有機化學品。因此，煤作為獲取高附加值的有機化學品（特別是縮合芳香族化合物）的原料利用得天獨厚。

溫和條件下的催化加氫裂解是定向轉化煤有機質大分子的關鍵環節，核心技術是高性能催化劑的制備。對催化劑性能的具體要求包括高活和易回收性。催化劑的高活性體現在可與溶劑（如環烷烴和醇而非四氫萘等所謂的供氫溶劑）和煤中的有機質充分作用，有效催化從溶劑向煤中有機質的H+或H-轉移，進而充分裂解煤有機質中連接芳環的橋鍵并切除芳環上的取代基。不使用氫氣不僅可以大幅度地節省原料的成本，而且可以顯著降低設備的造價和運行成本；同時，溶劑環烷烴和醇分別轉化為附加值更高的環烯烴和醛，從而可以進一步提高經濟效益；此外，不使用氫氣可以避免芳環的加氫，大幅度地減少產物的種類，有利于后續的分離提純。

從提高經濟效益的角度考慮：應盡可能多地和便捷地從煤的催化加氫裂解所得反應混合物中分離有機化合物（特別是縮合芳香族化合物）純品。對于難以經濟地分離的有機化合物，則可以在Ni/5A沸石的存在下加氫轉化為飽和烴，其中所得多環烷烴精餾過的餾分用途十分廣泛。例如，可用于清洗電子部件，可用作PVC溶膠降粘劑、乳化液載劑、高檔衣服干洗劑、聚合反應的溶劑和高速乃至超高速飛行器的燃料，還可以作為溶劑或添加劑用于配制或加工香料、化妝品、醫藥、粘合劑、農藥、氣霧殺蟲劑、液體電熱殺蟲劑和油墨等。

精細煤化工應該是在溫和條件下定向轉化煤中有機質為高附加值的精細化學品的工藝。通過對精細煤化工所涉及的反應和分離全過程的在線檢測和監測，可望實現精細煤化工的智能優化控制，即升級精細煤化工為智慧煤化工。精細煤化工和智慧煤化工應該是我國煤炭資源高效利用的科學發展方向。

分子煤化學旨在從分子水平上了解煤及其衍生物中有機質的組成結構，為開發精細煤化工和智慧煤化工技術提供可靠的理論依據，應被列入我國的“大科學工程”。發展精細煤化工和智慧煤化工可以在大幅度地減少煤的用量及投資和運行成本的前提下創造巨大的經濟效益，對于形成我國煤炭資源高附加值利用的產業鏈，轉化我國的煤炭資源優勢為強勁的經濟優勢，引領我國煤化工產業的科學發展，帶動我國經濟結構的轉型和切實增加我國的經濟活力與整體實力具有十分重要的意義。