“煤代油”腳步更近了：我國(guó)煤化工再添“利器”

我們?nèi)粘Ｋ玫乃芰现破?、化纖織物，其實(shí)背后都離不開一種重要的化工原料——烯烴，需求量巨大。通常，它是從石油中來。但是在我國(guó)，“富煤、貧油、少氣”的能源格局決定了我們?nèi)绻邆鹘y(tǒng)的石油制烯烴“老路”，將會(huì)付出高昂的成本和巨大的代價(jià)。

為解決我國(guó)這一能源資源困境，中國(guó)科學(xué)家出手了。記者從中國(guó)科學(xué)院了解到，我國(guó)科學(xué)家通過自主創(chuàng)新，獨(dú)辟蹊徑，繞開了生產(chǎn)烯烴對(duì)于石油的依賴，開創(chuàng)了煤制烯烴的技術(shù)路徑。十余年來，這一創(chuàng)新成果，不僅引領(lǐng)了煤基烯烴產(chǎn)業(yè)的快速高質(zhì)量發(fā)展，也深刻影響了傳統(tǒng)的石油化工和煤化工產(chǎn)業(yè)格局。

一直在“追趕”的重要原料

合成樹脂、合成纖維、合成橡膠，這些生活中隨處可見的化工產(chǎn)品，其實(shí)都是以烯烴為原料的。以乙烯和丙烯為主的低碳烯烴是重要的基本有機(jī)化工原料，也是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石。

然而，傳統(tǒng)的低碳烯烴生產(chǎn)技術(shù)強(qiáng)烈地依賴于石油資源。“我國(guó)的石油資源短缺，原油主要依靠進(jìn)口，2019年我國(guó)原油的對(duì)外依存度已經(jīng)超過70%，嚴(yán)重影響了國(guó)家能源戰(zhàn)略安全。”中國(guó)工程院院士、中科院大連化物所所長(zhǎng)劉中民說。

劉中民告訴記者，我國(guó)石油工業(yè)有兩個(gè)最基本的任務(wù)，一個(gè)是提供汽油、煤油等能源產(chǎn)品;另一個(gè)就是為化工提供基礎(chǔ)原料。目前，前者已經(jīng)基本完成，后者卻“很努力也沒有做到”。

“跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我們還有巨大的發(fā)展空間。”劉中民告訴記者，目前，我國(guó)人均每年消耗24公斤烯烴，而美國(guó)是42公斤。

“一般來說，一個(gè)百萬噸級(jí)的烯烴工廠需要有千萬噸級(jí)的煉油廠配套提供石腦油原料?，F(xiàn)在，我國(guó)煉油廠的數(shù)量已經(jīng)很充足，但是烯烴廠還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。”劉中民表示，我國(guó)不僅要發(fā)展煤化工，還需要讓煤化工及石油化工相互配合、補(bǔ)充，形成更加合理的工業(yè)結(jié)構(gòu)。

“在我國(guó)，烯烴的當(dāng)量自給率多年來僅維持在50%左右。”為什么難以提升?劉中民解釋道，這是因?yàn)槲覈?guó)的經(jīng)濟(jì)在迅速發(fā)展，而烯烴的消費(fèi)量和人均GDP是成正比的。也就是說，我國(guó)烯烴的產(chǎn)能增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的巨大需求。

另辟蹊徑的“中國(guó)技術(shù)”

發(fā)展煤化工，實(shí)現(xiàn)“煤代油”，以擺脫對(duì)石油資源的嚴(yán)重依賴，一直是我國(guó)能源安全戰(zhàn)略的重點(diǎn)考慮。

在我國(guó)2020年政府工作報(bào)告中，就再次提出：保障能源安全，推動(dòng)煤炭清潔高效利用，發(fā)展可再生能源，完善石油、天然氣、電力產(chǎn)供銷體系，提升能源儲(chǔ)備能力。

甲醇制烯烴技術(shù)，就是我國(guó)自主開發(fā)的煤炭清潔高效利用的重要方式之一。據(jù)了解，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(簡(jiǎn)稱“大連化物所”)從20世紀(jì)80年代開始，圍繞甲醇制烯烴催化劑和工藝技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)30多年的研發(fā)工作，在催化劑、反應(yīng)工藝、工程化及工業(yè)化成套技術(shù)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DMTO技術(shù)，開辟了以非石油資源生產(chǎn)低碳烯烴的新路線。

如今，該技術(shù)已經(jīng)走到了“第三代”。11月9日，大連化物所第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術(shù)在北京通過了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。

鑒定專家一致認(rèn)為：該成果創(chuàng)新性強(qiáng)，具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，成果處于國(guó)際領(lǐng)先水平，技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，引領(lǐng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，應(yīng)用前景廣闊;建議加快新一代催化劑推廣應(yīng)用，并早日建成DMTO-Ⅲ工業(yè)示范裝置。

在催化劑方面，該技術(shù)開發(fā)出了烯烴收率高、焦炭產(chǎn)率低、操作窗口寬、微量雜質(zhì)少的新一代甲醇制烯烴催化劑。目前已建成5000噸/年規(guī)模的催化劑生產(chǎn)線并成功實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn);在工藝方面，建立了從分子篩反應(yīng)擴(kuò)散到反應(yīng)器內(nèi)催化劑積碳分布的理論方法，發(fā)展了通過催化劑積碳調(diào)控烯烴選擇性的技術(shù)路線，并在此基礎(chǔ)上完成了千噸級(jí)中試試驗(yàn)。

跨世紀(jì)“接力”筑起能源安全防線

“前后幾代人，歷經(jīng)數(shù)十載?；叵肫饋?，這一過程，更像一場(chǎng)跨越世紀(jì)的馬拉松接力賽。我自己有機(jī)會(huì)作為這一過程的參與者和接力棒的傳承者，深感榮幸和自豪。”劉中民說。

他口中的“接力賽”，就是我國(guó)DMTO甲醇制烯烴，這一自主創(chuàng)新的原創(chuàng)技術(shù)的研發(fā)和更新歷程。

這一技術(shù)，開創(chuàng)并引領(lǐng)了煤制烯烴戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，對(duì)實(shí)現(xiàn)煤炭資源清潔高效利用、緩解石油資源供應(yīng)緊張局面、促進(jìn)煤化工與石油化工協(xié)調(diào)發(fā)展、保障我國(guó)能源安全具有重大意義。

而新近問世的新一代甲醇制烯烴技術(shù)，相比第一代，有了更多的優(yōu)勢(shì)。據(jù)了解，在技術(shù)開發(fā)時(shí)，就兼顧了已有工業(yè)裝置和新技術(shù)開發(fā)需求，目前，新催化劑已在多套一代工業(yè)裝置中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

劉中民介紹，與已經(jīng)工業(yè)化的一代技術(shù)相比，三代技術(shù)的經(jīng)濟(jì)性有了顯著提高，主要表現(xiàn)在原料處理能力和原料消耗、能源消耗等方面。

首先，單套裝置甲醇處理能力大幅度增加，從180萬噸/年，提高到300萬噸/年，烯烴產(chǎn)量從60萬噸/年增加到115萬噸/年。幾乎翻了一番。也就是說，達(dá)到同樣的產(chǎn)能，原先需要建兩套設(shè)備，現(xiàn)在只需要一套了。

除設(shè)備處理能力大幅增加外，更引人注目的是：新一代催化劑用于現(xiàn)有裝置，每產(chǎn)一噸烯烴僅消耗甲醇2.85-2.90噸，與原先的3.0噸相比，降幅可觀，也刷新了行業(yè)記錄。不要小看這一數(shù)字，它每年可為用戶企業(yè)增收上億元。

同時(shí)，三代技術(shù)由于精簡(jiǎn)了反應(yīng)設(shè)備，使得單位烯烴產(chǎn)能的能耗明顯下降。

由于巨大的使用價(jià)值，該技術(shù)剛剛誕生，就已經(jīng)走出實(shí)驗(yàn)室，獲得企業(yè)青睞。近期，大連化物所已與寶豐能源達(dá)成5套100萬噸/年烯烴產(chǎn)能的DMTO-Ⅲ工業(yè)裝置的合作意向，共同推動(dòng)新技術(shù)的應(yīng)用和升級(jí)。

據(jù)了解，目前，DMTO系列技術(shù)已累計(jì)技術(shù)許可31套工業(yè)裝置(投產(chǎn)14套)，對(duì)應(yīng)烯烴產(chǎn)能2025萬噸/年，預(yù)計(jì)拉動(dòng)投資超4000億元人民幣，全部投產(chǎn)后可實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值超2000億元人民幣。