煉化 煤制烯烴的工業實踐

○ 文／李建永／本刊記者 于 洋

煉化 煤制烯烴的工業實踐

○ 文／李建永／本刊記者 于 洋

由洛陽工程公司、中科院大連化物所聯合研發的甲醇制烯烴技術，拉開了中國甲醇制烯烴產業的大幕。

1997年，中科院大連化物所與中石化洛陽工程有限公司確定合作開發甲醇制烯烴。

2004年8月6日，甲醇制烯烴工業性試驗裝置建設在陜西華縣啟動。

2010年8月8日，神華包頭180萬噸/年DMTO裝置投產，DMTO技術從實驗室走向工業化。

2014年12月25日，180萬噸/年DMTO-Ⅱ裝置在陜西蒲城開車成功，標志著全球首套DMTO-Ⅱ工業示范裝置投入商業運行。

2015年1月9日，該項技術在2014年度國家科學技術獎勵大會上獲得國家技術發明獎一等獎。

十多年的時間一晃而過，參與DMTO技術攻關的陳俊武院士感慨：“30多歲時參與了催化裂化的設計開發，70多歲又遇到了MTO。我這輩子沒白過。”

珠聯璧合促研發

人們開始關注非石油路線生產低碳烯烴技術源于上世紀70年代的兩次石油危機。

中國最先參與這項研究的是中科院大連化物所。1981年，在林勵吾院士的帶領下，大連化物所調集兩個研究組從分子篩合成與催化劑研制兩個方面進行了甲醇制取低碳烯烴科技的攻關。1997年，大連化物所找到了時任洛陽工程公司技術委員會主任、中科院院士陳俊武。

“甲醇制烯烴，我們已經選定了催化劑，想接著往下進行工程技術開發和設計。”大連化物所劉中民研究員向陳院士表達了合作意愿。

陳俊武院士經過仔細思考，認為煤化工有廣闊的應用前景。雙方一拍即合，并開啟了長達20年的合作之路。

大連化物所會找到洛陽工程公司不無道理。

DMTO工藝專用催化劑反應后會快速失活。想要完成甲醇制烯烴的工業化試驗推廣，必須找到一個有幾十年催化裂化工業經驗、流態化工程技術成熟的公司進行合作。在國內當時比較權威的單位就是洛陽工程公司。大連化物所尋求洛陽工程公司合作可謂珠聯璧合。

自主創新填空白

然而，自主研發的道路并不是一帆風順的。

雖然研發工作正在穩步進行，但因核心數據缺失進展不大。在當時，這項技術可供借鑒的數據屈指可數。據洛陽工程公司資深專家陳香生介紹，埃克森美孚和UOP率先申請了設計方案方面的專利，但沒有核心數據。

“當時盡管我們沒有用戶，但是仍然一直跟蹤國外的進展。”陳香生說。終于2000年前后，在歐洲一個研究機構的專利中，陳香生發現了催化劑積碳與選擇性的數據。

這個發現很快被送到陳院士手中。他與大連化物所提供的實驗室數據進行對比，認定這就是MTO工藝工程技術開發的出發點。

技術關鍵點找到了，但是在尋找業主的道路上卻因1997年后國際油價的一路下行而頻頻受挫。直到2004年4月28日，陜西省政府經濟顧問李毓強教授在陜西省經濟發展思路會上鄭重推薦MTO試驗項目。2004年8月2日，大連、洛陽、陜西三方達成了具有歷史意義的DMTO技術開發合作協議。

技術、資金、人才的條件都具備了，但這僅僅是開始。在從實驗室走向工業化的道路上，首先面臨的就是兩個“一百倍”工程放大的跨越。

當時，美國UOP公司已經做了1.5噸/天規模的試驗，對外宣稱可以進料百萬噸級。對于中國工業試驗的規模，陳院士說：“最好還是先放大一百倍，做萬噸級的工業試驗，再放大一百倍建百萬噸級工業項目。”

按照這個思路，華縣工業化裝置一天進料50噸甲醇，主要目的是發現實驗室條件與工業規律和差別，為百萬噸級商業化裝置提供設計基礎數據，確保百萬噸級工業裝置一次設計成功，一次投產成功，進而很好地轉入商業運行。

華縣的項目，洛陽工程公司與大連化物所的“握手”，被視為企業與科研院所強強聯合的典范。但是，這種合作并不是一帆風順的。

在華縣做工業化試驗時就有一件“紅過臉”的事。據陳香生介紹，產品的選擇性始終達不到實驗室80%以上的水平。“這是因為工業化放大的原因。實驗室往往不考慮工程放大的特點，有時候他們的要求在工程上確實難以滿足。實驗室很容易達到的選擇性，工業上往往就不行。”洛陽工程公司副總工程師劉昱解釋。

這種“紅臉”被他們開玩笑地稱作“理想主義與現實主義的碰撞”。

華縣萬噸級工業試驗的成功很快帶來了神華包頭180萬噸/年DMTO裝置的上馬。這是DMTO裝置規模的又一次放大“一百倍”。

該裝置是神華煤制烯烴工程中唯一采用國產化技術建設的，而且是首次工業化的技術，受到了普遍的質疑。洛陽工程公司神華DMTO項目經理楊杰說：“神華的項目從前端的煤氣化、凈化，到后端的聚乙烯、聚丙烯，都是國外成熟的技術。如果把整個項目比喻成一個啞鈴，那么DMTO就是中間的把兒。假如把兒斷了，150多億元的投資該怎么辦？”

2010年8月，神華180萬噸/年DMTO工業示范裝置開車成功，成為世界首套、全球規模最大的甲醇制烯烴裝置。2014年12月25日，采用烯烴產率更高、能耗更低的DMTO-Ⅱ技術建設的全球首套工業示范裝置在陜西蒲城開車成功，實現了甲醇制烯烴技術的再次創新，進一步鞏固了DMTO技術的世界領先地位。

探索仍在進行

DMTO一代、二代的技術是大連化物所與洛陽工程不斷改進技術的一個體現。“為了支撐工業發展，理論研究一直在改進。我們花了很多工夫做基礎研究，目的就是把原理弄得更明白。”劉中民介紹說，“這不是DMTO所獨有，整個化工界仍處在對原理的不斷探索中。”

“催化裂化的反應機理至今仍在不斷探索和提升中。DMTO的甲醇根本沒有碳-碳鍵，但反應產物有碳-碳鍵，這是怎么產生的？我們對原理比以往更明白了一些，但依然任重道遠。”劉中民進一步解釋。

DMTO技術要走向國際市場，還面臨著標準化的問題。陳香生建議：“沒有針對MTO的標準，要推廣到國外就很難。現在DMTO的實際操作中，很多用的是催化裂化的技術標準，但它究竟合適不合適還有待考量。”

雖然在技術、推廣上還面臨著一定的問題，但作為MTO工程標桿的DMTO技術，在我國甲醇制烯烴自主技術開發、延伸產業鏈、催生新的市場方面具有重要意義。

關于DMTO的篇章，他們還在繼續譜寫著。

責任編輯：石杏茹

znshixingru@163.com

●2014年12月25日，DMTO-Ⅱ裝置在陜西蒲城開車成功，標志著全球首套DMTO-Ⅱ工業示范裝置投入商業運行。 供圖/李建永