煤炭，是這樣變成烯烴的

烯烴，這個(gè)詞對尋常百姓而言可能有些陌生。其實(shí)，人們生活中一些耳熟能詳的日用品，如塑料袋、口罩熔噴布、特殊服裝面料等，都是用烯烴合成的。

在化學(xué)工業(yè)領(lǐng)域，主流方法一直是通過(guò)石油加工生產(chǎn)乙烯、丙烯等烯烴原料。這也是我國每年進(jìn)口大量石油的重要原因之一。

“富煤貧油少氣的基本國情，決定了我們不能走石油制烯烴的‘老路’。”在近日舉辦的“科技雙碳”服務(wù)經(jīng)濟主戰場(chǎng)活動(dòng)中，中科院大連化物所所長(cháng)劉中民院士，向記者講起我國開(kāi)啟甲醇制烯烴技術(shù)研發(fā)的初衷。

甲醇制烯烴，是煤制烯烴的關(guān)鍵“一躍”。為了這“一躍”，我國科技工作者用了40年。

技術(shù)方案曾不被看好

煤制烯烴要分“兩步走”，第一步是以煤為原料合成甲醇，第二步是通過(guò)甲醇制取烯烴。

“煤合成甲醇已經(jīng)有了成熟的工業(yè)技術(shù)，而甲醇制烯烴則是待攻克的關(guān)鍵核心技術(shù)，也是世界范圍內極具挑戰性的課題。”劉中民說(shuō)。

擔子要揀沉的挑，任務(wù)要沖難的選。

20世紀80年代起，中科院大連化物所的科研人員就下定決心：通過(guò)科技創(chuàng )新，讓煤制烯烴的夢(mèng)想變?yōu)楝F實(shí)。

他們首先要解決的難題是催化劑，有了催化劑才能將甲醇轉化為烯烴。

當時(shí)，有ZSM-5分子篩催化劑和SAPO-34分子篩催化劑兩條技術(shù)路線(xiàn)。

前者已有工業(yè)應用的例子，風(fēng)險相對較小;而SAPO-34分子篩催化劑的工業(yè)應用潛力，還需要進(jìn)一步研究。

“我們沒(méi)有因為工業(yè)應用潛力未知，就放棄對SAPO-34分子篩催化劑的研究，而是選擇兩條腿走路。”劉中民說(shuō)。

事實(shí)證明，這種選擇是對的。隨著(zhù)研究的深入，科研人員發(fā)現，SAPO-34分子篩催化劑的工業(yè)應用前景更好。

1995年，他們采用自己首創(chuàng )的合成氣經(jīng)由二甲醚制低碳烯烴新工藝方法，完成百?lài)嵓壷性囋囼灐?/p>

但讓人始料未及的是，那時(shí)國際油價(jià)下跌，與石油制烯烴相比，煤制烯烴沒(méi)有經(jīng)濟賬可算。“我們的技術(shù)方案，在有些企業(yè)眼中不被看好，市場(chǎng)推廣受到很大影響。”劉中民說(shuō)。

化工行業(yè)不同于其他領(lǐng)域，一個(gè)新工藝過(guò)程通常要經(jīng)過(guò)逐級放大，從實(shí)驗室到中試再到工業(yè)示范，最后才能產(chǎn)業(yè)化。

“那些年，在埋頭技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，我還要帶著(zhù)策劃案四處尋訪(fǎng)投資。”劉中民回憶，“當時(shí)壓力很大，如何讓企業(yè)理解我們的技術(shù)前景和潛在優(yōu)勢，說(shuō)服他們支持建設萬(wàn)噸級工業(yè)性試驗裝置，攻克中試放大難題，對一直奮戰在科研一線(xiàn)的科研人員來(lái)說(shuō)，著(zhù)實(shí)是個(gè)挑戰。”

“提心吊膽”的700多個(gè)日夜

機會(huì )總是留給有準備的人。2004年，國際油價(jià)回暖，甲醇制烯烴迎來(lái)了發(fā)展機遇。

陜西省向大連化物所拋來(lái)了“橄欖枝”。在得知大連化物所已經(jīng)開(kāi)發(fā)出具有世界領(lǐng)先水平的甲醇制烯烴的實(shí)驗室中試技術(shù)、并正在尋找投資和合作伙伴的消息后，陜西省決定與其合作開(kāi)展工業(yè)性試驗。

當年8月，總投資8610萬(wàn)元、年處理甲醇能力1.67萬(wàn)噸的工業(yè)性試驗裝置，在陜西省華縣開(kāi)工建設。劉中民團隊在華縣的一家化工廠(chǎng)安營(yíng)扎寨，開(kāi)始了至關(guān)重要的工業(yè)性試驗。

作為技術(shù)總負責人，劉中民最擔心的是人員安全、生產(chǎn)安全和環(huán)保安全。“幾個(gè)單位的100多號人，36米高的大型裝置，哪一個(gè)環(huán)節出了安全問(wèn)題，就有可能中斷難得的工業(yè)性試驗機會(huì )。”

“裝置上有個(gè)火炬，我們平常就是看那個(gè)火炬亮不亮，要不亮就說(shuō)明出故障了，得趕快往現場(chǎng)跑。”用劉中民的話(huà)說(shuō)，那段時(shí)間，他都快神經(jīng)質(zhì)了，每天晚上睡不踏實(shí)，半夜都要爬起來(lái)，看看裝置上的火炬是不是還亮著(zhù)。

700多個(gè)日夜的“提心吊膽”，終于迎來(lái)了激動(dòng)人心的時(shí)刻。2006年5月，甲醇制烯烴工業(yè)性試驗宣告成功，取得了設計建設大型裝置的可靠數據。

2010年，神華包頭180萬(wàn)噸/年甲醇制烯烴工業(yè)裝置投料試車(chē)一次成功，在世界上首次實(shí)現煤制烯烴工業(yè)化。

全國烯烴產(chǎn)能1/3將來(lái)自煤化工

功夫不負有心人。在2014年度國家科學(xué)技術(shù)獎勵大會(huì )上，甲醇制烯烴技術(shù)榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎。習近平總書(shū)記親自為獲獎代表劉中民頒獎。

在收獲巨大榮譽(yù)的同時(shí)，團隊成員感到肩上的擔子更重了。隨著(zhù)我國經(jīng)濟邁入高質(zhì)量發(fā)展階段，行業(yè)對低成本、高效率生產(chǎn)設備的呼聲越來(lái)越高。

研究團隊不斷開(kāi)拓創(chuàng )新，推動(dòng)技術(shù)繼續升級換代。

2020年11月，第三代甲醇制烯烴技術(shù)通過(guò)科技成果鑒定。與前兩代技術(shù)相比，在反應器尺寸基本不變的情況下，第三代技術(shù)使甲醇處理量從每年180萬(wàn)噸提升到360萬(wàn)噸，換算成烯烴的產(chǎn)量，就是從每年60萬(wàn)噸增加到135萬(wàn)噸;噸烯烴甲醇單耗從之前的3噸下降到2.60至2.70噸。

“第三代技術(shù)的單套裝置甲醇處理能力大幅增加，單位烯烴成本下降10%左右，能耗明顯下降，經(jīng)濟性顯著(zhù)提高。”劉中民說(shuō)。

2021年，在兩院院士大會(huì )、中國科協(xié)第十次全國代表大會(huì )上，習近平總書(shū)記在講話(huà)中指出：“甲醇制烯烴技術(shù)持續創(chuàng )新帶動(dòng)了我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。”

截至目前，甲醇制烯烴系列技術(shù)已經(jīng)簽訂了31套裝置的技術(shù)實(shí)施許可合同，烯烴產(chǎn)能達2025萬(wàn)噸/年(約占全國1/3)，預計拉動(dòng)投資超4000億元。

40多年持續創(chuàng )新，借助科技成果改進(jìn)傳統能源利用方式，把儲量相對豐富的煤炭資源變成石油化工的補充原料，中科院大連化物所走出了一條煤化工產(chǎn)業(yè)“綠色升級”的中國路徑。