世界首套甲醇制烯烃工业化装置
在内蒙古鄂尔多斯这片广袤无垠的土地孕育出了无数宝藏。在这里除了唱醉了星辰、奏响了乐章的百灵鸟和马头琴，还有埋藏地下的“宝贝”——煤炭。宝丰能源公司在鄂尔多斯建造的烯烃项目正是看中这个“宝贝”，才选择在这里“安营扎寨”，开展到目前为止全球单厂规模最大的煤制烯烃项目建设。该项目核心装置采用中国科学院大连化学物理研究所（以下简称大连化物所）联合开发的甲醇制烯烃专利工艺技术——DMTO。该技术目前已发展到第三代。近些年，在中国科学院“双碳”战略行动计划和“洁净能源关键技术与示范”战略性先导科技专项的支持下，DMTO-III应运而生。该技术的出现使得单套工业装置甲醇处理量大幅增加，甲醇单耗明显下降。而大连化物所研发第一代技术时还是上世纪80年代，彼时他们为何要孜孜不倦地发展“煤代油”的前沿研究——甲醇制烯烃呢？
上世纪80年代，刘中民曾思考过一个问题：我们为什么要研究甲醇制烯烃？此时的他还不是低碳催化与工程研究团队的负责人，而是一名新入学的研究生。他了解到，上世纪70年代世界爆发了两次石油危机，石油价格大幅攀升，促使许多发达国家开始考虑以煤炭取代石油，并相继启动了以煤代油的科技攻关计划。80年代后，走上改革开放之路的中国科学家开始攻坚科技难题，大连化物所的研究人员就是在此时选择了煤制烯烃方向。烯烃听起来陌生，但它在我们生活中无处不在。飞机、汽车、冰箱、电视、鞋子、衣服等一切有塑料的地方，大都有烯烃的存在。而在传统技术中，烯烃的生产高度依赖石油资源。石油危机让享受油气时代的公众产生了难以言喻的恐慌——如果石油资源没有了或者价格一路飙升，未来烯烃的原料如何解决？科学家想到一个办法：首先用煤炭或天然气制成合成气，再将合成气制成甲醇，最后用甲醇制成烯烃。而这个技术链条中缺少重要一环——甲醇制烯烃在国际上并没有实现工业化生产。刘中民就是在这一时期加入了研究组。作为刚入门的学生，虽然他对于研究背景和国家需求有所认知，但对具体研究了解得并不透彻。一进入大连化物所，他就跟随老师逐步迈入了甲醇制烯烃研究领域。在陈国权和梁娟带领的研究小组的努力下，他们从实验室起步，经过夜以继日的努力，在国内率先合成了ZSM-5型沸石分子筛，向实现甲醇制烯烃的战略目标迈出了第一步。随后的几年，研究驶入快车道，形成了联合研究团队，研制出甲醇制烯烃的固定床催化剂，完成实验室小试后建成了放大设备，并在此基础上于1993年完成了固定床中试试验。在进行固定床中试的同时，大连化物所又提出了更新的技术路线，合成气先转化为二甲醚再制烯烃，拟采用更新的催化材料和流化床技术，大幅度提高烯烃产率。新技术路线于1991年被列为国家“八五”重点科技攻关项目。刘中民博士毕业后正好赶上项目启动，负责二甲醚制烯烃催化剂研制。1995年中试试验完成，刘中民也成为团队的负责人。中试结果很好，项目被中国科学院授予科技进步奖特等奖。可惜好景不长，周遭环境的变化令所有人措手不及。“当时国际上每桶原油价格在10美元左右。假如企业采用甲醇制烯烃生产工艺，那与石油制烯烃相比成本就太高了，根本挣不到钱。因此，国家和企业对煤炭替代石油生产烯烃项目的积极性并不高。”刘中民回忆说。资金的短缺让团队的发展陷入了僵局，而申请的项目又在此时被否掉了。国外公司在了解情况后，希望与团队合作，申请国家项目。但在当时的情况下，这样的国际合作项目没有人能批准。国际合作的路不通，国内呢？“那时我四处寻找实验经费，盼望与企业联合开发，只求合作，不求回报。”刘中民说，但没有一家企业看好这颗冉冉升起的“新星”。在这样的背景下，甲醇制烯烃还有必要继续做下去吗？刘中民在思考。这是他接触甲醇制烯烃的第13年，团队等着他找到项目资金维持“生计”，但我国资源禀赋的特点并没有改变，前辈们传递的“接力棒”正握在他手中……
好在天无绝人之路，1998年，新的转机出现了。
当年，中国科学院主要领导8月到大连化物所视察，借助这个时机，刘中民将准备好的报告递交了上去。不久后，刘中民团队就收到了中国科学院特批的100万元科研经费。“100万元啊，雪中送炭，总算能做下去了。”刘中民笑着说。他们用这笔钱充实了甲醇制烯烃的基础研究、完善了技术环节，使得技术基础更加牢固，同时继续寻找进一步放大试验的机会——这是技术进入工业化的必要环节。2004年，国际油价有所回升，甲醇制烯烃的发展迎来新的机遇——大连化物所和陕西省达成了合作意向。“建设并运行一套甲醇制烯烃的工业化试验装置，少则五六千万元，多则上亿元，是一笔很大的投入。”刘中民告诉《中国科学报》，“而陕西省矿产资源比较丰富，在得知我们已经开发出具有世界领先水平的甲醇制烯烃技术后，与我们一拍即合，一起开展工业化试验。”2004年8月2日，总投资8610万元、年处理甲醇能力1.67万吨的大连化物所甲醇制烯烃技术工业化试验装置，在陕西省华县开工建设。简称为什么是DMTO呢？“MTO是国际上对甲醇制烯烃的统一叫法，而D除了代表我们早期的研究——二甲醚制烯烃，还象征着大连。”刘中民自豪地说。700多个日日夜夜，团队十几人长期坚守在试验现场。科研人员每天要在几十米高的装置上爬几个来回，从严寒到酷暑始终如一。装置上面的风很大，最冷的时候寒风阵阵不禁让人颤颤巍巍。刘中民几乎每天晚上都睡不踏实。远处的火炬成为了他的精神寄托——只要火还在燃烧，就说明进展顺利。终于，2006年8月，在合作各方的共同努力下，DMTO工业化试验宣告成功。随后，团队又和神华集团合作，签订了60万吨/年甲醇制低碳烯烃技术许可合同。这是世界首套煤制烯烃技术许可合同，标志着DMTO技术从前期的万吨级工业性试验向百万吨级工业化生产迈出了关键一步。“这次投资150多亿元，是之前从未设想过的天文数字。”刘中民带领团队转战包头，投入到世界首套DMTO工业示范装置项目中。当包头装置投料试车一次成功时，团队的研究人员激动得流下眼泪，刘中民长期悬着的心也终于落了下来。随着神华包头项目正式进入商业化运营，我国率先实现了甲醇制烯烃的核心技术及工业应用“零”的突破。在此基础上，团队又将甲醇制烯烃产物中重于碳四的组分回炼，开发了多产烯烃的DMTO第二代技术。2018年，中国科学院批准依托大连化物所组织实施“洁净能源关键技术与示范”战略性先导科技专项。专项集合了20余家能源领域研究所及大学优势研究力量，DMTO技术就是专项项目之一。2021年7月，中国科学院启动“双碳”战略行动计划，DMTO技术被寄予厚望。在先导专项和“双碳”战略行动计划的支持下，DMTO第三代技术发展进入快车道。与前两代技术相比，第三代技术采用了新一代催化剂，通过对反应器和工艺过程的创新可实现单套工业装置甲醇处理量加倍，达到360万吨/年，对促进煤炭清洁高效利用、缓解石油供应紧张局面、保障我国能源安全具有重大意义。历经30余年的努力，今天的刘中民已两鬓斑白。从四处找人投资的“毛头小子”变成新兴战略产业的技术带头人，此中每个细节他都记忆犹新。看着研究从实验室内的一小瓶催化剂，逐级放大走到中试基地，再进入工厂，刘中民颇有感触。最开始的研究团队，人数不及现在的20%，刘中民坦言前期“穷得只剩下精神”，整个团队之所以能坚守下来，是因为对国家战略需求的执着和对大连化物所文化的传承。漫长而艰辛的研发历程，融入了大连化物所三代人对科研的追求。“转化一代，开发一代，前瞻一代。”这是大连化物所对DMTO研究的具体部署，也是刻在整个煤制烯烃团队心里的烙印。“煤制烯烃就像一根‘接力棒’，前辈在接力赛的时候把棒传给了我，并寄予了很大希望，我是中间的传承者，只能带领大家继续前行。”刘中民比喻说。目前，DMTO技术已经发展到第三代，成果转化也成功走进了内蒙古鄂尔多斯和宁夏宁东基地。煤制烯烃项目建成投产后，将推动鄂尔多斯和相关地区煤炭资源由“燃料型”向“原料型”转变、产品由“一般加工”向“高端制造”转变，实现区域产业结构优化。DMTO系列技术已经签订了31套装置的技术实施许可合同，烯烃产能达2025万吨/年，约占全国当前产能的1/3，预计拉动投资超4000亿元。他们开辟了以非石油资源生产低碳烯烃的新路线，开创并引领了我国煤制烯烃新兴战略产业。而DMTO的发展不止于此。未来，随着经济社会的发展，国家对烯烃的需求预计还会进一步增长。在成果转化方面，团队考虑支持在西部煤炭资源丰富地区，或其他如国家“北煤南运”铁路沿线合适的地方建设煤制烯烃工厂，保障国家烯烃供应的地区平衡，也将该项技术出口至“一带一路”沿线重点国家，打造国家能源化工名片。此外，团队还将不断提高催化剂的效率，开发更新的甲醇制烯烃技术，继续保持我国甲醇制烯烃关键技术和工业化的国际领先地位。“服务国家战略需求的‘接力棒’不可能一直在我手上，还需要下一代人继续传承下去。”刘中民说。
（以上资源来源于网络，版权归原作者及原网站所有，如有侵权请联系我们删除处理）
晋公网安备 14010602060836号