能源是一個國家正常運轉(zhuǎn)的重要驅(qū)動力，在中國，能源安全所帶來的巨大壓力日益凸顯。中國富煤、貧油、少氣，想要擺脫受制于人的境地，很多人將希望寄托于煤化工的發(fā)展。
11月9日，第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術在北京通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。該技術由中國科學院大連化學物理研究所(以下簡稱中科院大連化物所)研發(fā)，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)。鑒定專家一致認為，該成果創(chuàng)新性強，具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，成果處于國際領先水平，技術優(yōu)勢明顯，引領行業(yè)技術進步，應用前景廣闊；建議加快新一代催化劑推廣應用，并早日建成DMTO-Ⅲ工業(yè)示范裝置。
壞消息與好消息
塑料瓶、塑料袋、口罩熔噴布、各種服裝配飾，是人們?nèi)粘Ｉ钪兴究找姂T的東西。
但這些日常用品在進入大眾生活之前，都需在百萬噸級別的大型化工廠經(jīng)歷“千錘百煉”。生產(chǎn)這些產(chǎn)品所用的原料是乙烯和丙烯為主的低碳烯烴，它們是重要的基本有機化工原料，也是現(xiàn)代化學工業(yè)的基石。
但是，石腦油蒸汽裂解等傳統(tǒng)低碳烯烴生產(chǎn)技術強烈地依賴于石油資源，一個百萬噸級的烯烴工廠需要有千萬噸級的煉油廠配套提供石腦油原料。
這對中國來說并不是個好消息。我國石油資源短缺，原油主要依靠進口，2019年我國原油的對外依存度超過70%，使用石油生產(chǎn)烯烴并不是最好的選擇。
“我國貧油少氣，但煤炭資源豐富，因此我們就要想辦法用煤炭代替石油。”中科院大連化物所所長、中國工程院院士劉中民說，要以煤代油，就要從那些量大、面廣的領域入手。
劉中民深知，工業(yè)界時刻期盼著來自科技界的好消息。因此，中科院大連化物所從20世紀80年代開始，就圍繞甲醇制烯烴催化劑和工藝技術進行了長達30多年的持續(xù)研發(fā)，在催化劑、反應工藝、工程化及工業(yè)化成套技術等方面取得了一系列發(fā)明和創(chuàng)新，最終形成了可采用非石油資源(如煤、天然氣、生物質(zhì)等)來生產(chǎn)低碳烯烴的甲醇制烯烴技術(DMTO)。
跨越9個數(shù)量級的攻關
在過去的10年中，先后兩代甲醇制烯烴技術先后實現(xiàn)工業(yè)化，為緩解中國能源壓力立下了汗馬功勞。
一、二代DMTO技術的單套工業(yè)裝置甲醇處理能力都為180萬噸/年，但隨著國家的不斷發(fā)展，行業(yè)對低成本、高效率生產(chǎn)設備的呼聲越來越高。
“在過去這些年里，我們實現(xiàn)了60分到90分的跨越，但想要繼續(xù)從90分提升到95分，難度是巨大的。”劉中民坦言，他們的研究從分子鍵出發(fā)，一路要“升級打怪”，做到百萬噸的大型生產(chǎn)設備。“想要實現(xiàn)9個數(shù)量級的跨越，基礎研究就一定要做扎實。”
新一代DMTO技術希望能將甲醇年處理能力從180萬噸提升到300萬噸，但反應器設備卻不能變大。劉中民形容，這就好比原來一輛車能拉3個人，現(xiàn)在要拉5個人，就必須要想法提升催化劑的性能，同時對反應器和控制工藝進行創(chuàng)新。
科研人員在對甲醇制烯烴反應機理和烯烴選擇性控制原理進一步深入認識的基礎上，研制了新一代甲醇制烯烴催化劑，開發(fā)了新型高效流化床反應器，順利完成了中試放大試驗。9月26日，中國石化聯(lián)合會組織專家對中試裝置進行了72小時現(xiàn)場連續(xù)運行考核，結(jié)果甲醇轉(zhuǎn)化率為99.06%。
不得了的0.1
與當前已經(jīng)工業(yè)化的技術相比，DMTO-Ⅲ技術的經(jīng)濟性顯著提高，在反應器尺寸基本不變的情況下，甲醇處理量從每年180萬噸提升到300萬噸，換算成烯烴的產(chǎn)量，就是從每年60萬噸增加到115萬噸；使用第三代技術，噸烯烴甲醇單耗從之前的3噸下降到2.62~2.66噸。新一代催化劑還支持直接在前代技術已工業(yè)化的裝置上升級，甲醇單耗也能降低到2.85~2.90噸。
“別看這0.1不起眼，對我們企業(yè)來說是不得了的。”國家能源集團化工公司董事長閆國春算過一筆賬，使用新一代生產(chǎn)技術后，生產(chǎn)成本較大幅度下降，企業(yè)每年能增收上億元。
實際上，市場的反應已經(jīng)說明了一切。就在新一代技術落地后的幾天，寧夏寶豐集團一次性向中科院大連化物所簽訂了5套工業(yè)裝置，總投資810億元人民幣，投產(chǎn)后可實現(xiàn)年產(chǎn)值約500億元人民幣。
目前，DMTO系列技術已累計技術許可31套工業(yè)裝置(投產(chǎn)14套)，對應烯烴產(chǎn)能2025萬噸/年，預計拉動投資超4000億元人民幣，全部投產(chǎn)后可實現(xiàn)年產(chǎn)值超2000億元人民幣。
DMTO系列技術開辟了以非石油資源生產(chǎn)低碳烯烴的新路線，開創(chuàng)并引領了煤制烯烴戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對實現(xiàn)煤炭資源清潔高效利用、緩解石油資源供應緊張局面、促進煤化工與石油化工協(xié)調(diào)發(fā)展、保障我國能源安全具有重大意義。
“我們的技術具有完全的自主知識產(chǎn)權(quán)，未來還可以向‘一帶一路’沿線國家和地區(qū)出口，讓大家共享科技創(chuàng)新的成果。”劉中民說。顯然，這支科技“國家隊”還將繼續(xù)在煤代油的路上深耕，從95分向100分邁進。
