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煤炭,是這樣變成烯烴的

來源:科技日報   記者?陸成寬   2022-08-04
導(dǎo)讀: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。


烯烴,這個詞對尋常百姓而言可能有些陌生。其實,人們生活中一些耳熟能詳?shù)娜沼闷?,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’?!痹诮张e辦的“科技雙碳”服務(wù)經(jīng)濟主戰(zhàn)場活動中,中科院大連化物所所長劉中民院士,向記者講起我國開啟甲醇制烯烴技術(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(nèi)極具挑戰(zhàn)性的課題?!眲⒅忻裾f。

擔(dān)子要揀沉的挑,任務(wù)要沖難的選。

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

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(zhuǎn)化為烯烴。

當(dāng)時,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。

前者已有工業(yè)應(yīng)用的例子,風(fēng)險相對較?。欢鳶APO-34分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)用潛力,還需要進(jìn)一步研究。

“我們沒有因為工業(yè)應(yīng)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?!眲⒅忻裾f。

事實證明,這種選擇是對的。隨著研究的深入,科研人員發(fā)現(xiàn),SAPO-34分子篩催化劑的工業(yè)應(yīng)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,完成百噸級中試試驗。

但讓人始料未及的是,那時國際油價下跌,與石油制烯烴相比,煤制烯烴沒有經(jīng)濟賬可算?!拔覀兊募夹g(shù)方案,在有些企業(yè)眼中不被看好,市場推廣受到很大影響?!眲⒅忻裾f。

化工行業(yè)不同于其他領(lǐng)域,一個新工藝過程通常要經(jīng)過逐級放大,從實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,我還要帶著策劃案四處尋訪投資?!眲⒅忻窕貞?,“當(dāng)時壓力很大,如何讓企業(yè)理解我們的技術(shù)前景和潛在優(yōu)勢,說服他們支持建設(shè)萬噸級工業(yè)性試驗裝置,攻克中試放大難題,對一直奮戰(zhàn)在科研一線的科研人員來說,著實是個挑戰(zhàn)?!?/span>

“提心吊膽”的700多個日夜

機會總是留給有準(zhǔn)備的人。2004年,國際油價回暖,甲醇制烯烴迎來了發(fā)展機遇。

陜西省向大連化物所拋來了“橄欖枝”。在得知大連化物所已經(jīng)開發(fā)出具有世界領(lǐng)先水平的甲醇制烯烴的實驗室中試技術(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展工業(yè)性試驗。

當(dāng)年8月,總投資8610萬元、年處理甲醇能力1.67萬噸的工業(yè)性試驗裝置,在陜西省華縣開工建設(shè)。劉中民團(tuán)隊在華縣的一家化工廠安營扎寨,開始了至關(guān)重要的工業(yè)性試驗。

作為技術(shù)總負(fù)責(zé)人,劉中民最擔(dān)心的是人員安全、生產(chǎn)安全和環(huán)保安全?!皫讉€單位的100多號人,36米高的大型裝置,哪一個環(huán)節(jié)出了安全問題,就有可能中斷難得的工業(yè)性試驗機會。”

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

700多個日夜的“提心吊膽”,終于迎來了激動人心的時刻。2006年5月,甲醇制烯烴工業(yè)性試驗宣告成功,取得了設(shè)計建設(shè)大型裝置的可靠數(shù)據(jù)。

2010年,神華包頭180萬噸/年甲醇制烯烴工業(yè)裝置投料試車一次成功,在世界上首次實現(xiàn)煤制烯烴工業(yè)化。

全國烯烴產(chǎn)能1/3將來自煤化工

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

在收獲巨大榮譽的同時,團(tuán)隊成員感到肩上的擔(dān)子更重了。隨著我國經(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(shè)備的呼聲越來越高。

研究團(tuán)隊不斷開拓創(chuàng)新,推動技術(shù)繼續(xù)升級換代。

2020年11月,第三代甲醇制烯烴技術(shù)通過科技成果鑒定。與前兩代技術(shù)相比,在反應(yīng)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180萬噸提升到360萬噸,換算成烯烴的產(chǎn)量,就是從每年60萬噸增加到135萬噸;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)濟性顯著提高。”劉中民說。

2021年,在兩院院士大會、中國科協(xié)第十次全國代表大會上,習(xí)近平總書記在講話中指出:“甲醇制烯烴技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新帶動了我國煤制烯烴產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展?!?/span>

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)實施許可合同,烯烴產(chǎn)能達(dá)2025萬噸/年(約占全國1/3),預(yù)計拉動投資超4000億元。

40多年持續(xù)創(chuàng)新,借助科技成果改進(jìn)傳統(tǒng)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。

參考資料:http://www.stdaily.com/index/kejixinwen/202208/cbba55389ea349d698a09297d43ec06e.shtml

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