非油制烯烴技術走向商業化

□ 文/本刊記者 田野

非油制烯烴技術走向商業化

□ 文/本刊記者 田野

截至2014年底，DMTO技術實現技術實施許可20套大型工業裝置，烯烴總產能達1126萬噸/年，形成新的市場開發和商業合作模式，可拉動上下游產業發展。目前，已有7套DMTO工業裝置建成并投入商業運營，為我國每年新增烯烴產能400萬噸，全面帶動了甲醇制烯烴戰略新產業的快速形成。經過30多年的努力，DMTO技術在中國落地生根，開花結果。

【編者按】

甲醇制取低碳烯烴技術（DMTO）是一個經典案例，在DMTO長達30年、歷經四代人的“馬拉松式”創新中，每當油價出現波動，項目研發就會出現變數，而且數次險些“死在路上”—油價下跌，“油荒”緩解，其重要性就被嚴重弱化，關注度被市場邊緣化，進而難以獲得資金支持，研發陷入低潮；油價大漲，石油危機，則其緊缺性凸顯，項目立刻受到市場追捧，研究工作反而順利。一個旨在破解我國能源結構困局的戰略性項目，竟然被尷尬地置于油價的對立面，不得不看市場的“臉色”行事。

這個案例提醒我們，以市場為導向，是技術創新的鐵律。密切關注市場變化，敏感發現市場需求，及時做出相應調整，是尊重創新規律的體現。然而，市場瞬息萬變，技術研發卻需要持之以恒。尤其是重大科技的創新，需要的是前瞻的眼光、長期的布局、不間斷的投入、持續的研究，對那些搶占制高點的技術而言，每一次延緩、遲疑、中斷都有可能前功盡棄。

以市場為導向，不等同于跟隨市場的風吹草動隨時“變臉”。相反，過分的“功利主義”是創新的大敵。事實證明，許多有價值的創新就是被這種追求立竿見影效益的短視行為斷送的。對創新，我們需要的是做“長線”的心態，而不是炒“波段”的手法。

今年的科技獎勵大會將技術發明一等獎授予甲醇制取低碳烯烴技術（DMTO）。這一發明成果，不僅為我國烯烴生產開辟了一條嶄新的非石油技術路線，創造性地實現了新興能源化工產業鏈和中高端產品價值鏈全程貫通，而且對我國實施石油替代、保障國家能源安全、帶動能源化工產業升級具有重要的戰略意義。

1997年初，中國石化洛陽工程有限公司與中科院大連化物所圍繞DMTO技術的工程與工業化開展原始創新。2004年，陜西新興能源科技有限公司加入攻關團隊，三方合作正式拉開DMTO技術協同創新的序幕。

截至2014年底，DMTO技術實現技術實施許可20套大型工業裝置，烯烴總產能達1126萬噸/年，形成新的市場開發和商業合作模式，可拉動上下游產業發展。目前，已有7套DMTO工業裝置建成并投入商業運營，為我國每年新增烯烴產能400萬噸，全面帶動了甲醇制烯烴戰略新產業的快速形成。經過30多年的努力，DMTO技術在中國落地生根，開花結果。

DMTO崛起之路

上世紀70年，全世界發生了兩次石油危機，油價大幅攀升。受此影響，包括美國、日本在內的多個發達國家相繼啟動了煤替油攻關計劃。最早提出“醇變烯”工藝的是埃克森美孚公司，隨后巴斯夫、環球石油公司及海德魯公司等相繼投入開發，它們在很大程度上推進了這一工藝的工業化。然而，這些公司均未對技術進行過工業性試驗。

至上世紀80年代初，“甲醇制烯烴催化劑研制”被列為中科院重大課題，由大連化物所牽頭攻關。經過無數次失敗，大連化物所研制出固定床催化劑，并于1985年完成了實驗室小試。1995年，在大連化物所采用國際首創的“合成氣經由二甲醚制取低碳烯烴新工藝方法”，完成了年制60噸烯烴的中試，創造了又一個“世界第一”。

能源化工行業之所以對煤制烯烴市場寄予厚望，是因為這一產業鏈中的核心一環—甲醇制烯烴技術取得重大突破，建設煤基甲醇制烯烴產業鏈成為可能。神華包頭、寧波禾元、延長靖邊、中煤榆橫4大180萬噸/年甲醇制烯烴裝置的順利投產運行，進一步證實了技術的可靠性。2010年，我國利用DMTO技術建設完成了世界首套甲醇制烯烴工業化裝置神華包頭項目，也是我國煤制烯烴國家示范項目。同年8月8日，該裝置一次開車成功并穩定運轉。2011年1月起正式進入商業化運營階段，我國率先實現了甲醇制烯烴核心技術及工業應用“零”的突破。

“因為項目一次開車成功并運行平穩，更多的業主紛紛與我們簽訂合同，使用DMTO技術，并由我們公司負責工程承包。”

中國石化洛陽工程公司黨委書記王國良介紹，我國目前已經投產的4個甲醇制烯烴項目，均采用DMTO技術，并基本上都由中國石化洛陽工程公司總承包建設（禾元項目為工程設計）。

與此同時，新一代甲醇制烯烴（DMTO-II）、具有自主知識產權的烯烴分離技術也相繼開發成功，實現工業應用。

據介紹，與一代技術相比，二代技術熱量利用更合理，烯烴收率更高，每噸烯烴甲醇消耗降低10%以上，可大幅度降低烯烴生產的原料成本。

一場考驗耐力馬拉松

“DMTO要在國際競爭中最終取勝，就像是一場全面考驗耐力的馬拉松。”中科院大連化物所副所長、研究員劉中民感慨道：“從上個世紀80年代初開始，大連化物所看到國際的發展趨勢，以及我國未來能源發展的需求，就成立了甲醇制取低碳烯烴研究組，幾代科研人員創新的腳步從來未敢停歇。”

誠如斯言，我國的甲醇制取低碳烯烴邁向產業化，成為世界在該領域的翹楚，至今已經歷了整整30個年頭。

20世紀中期，全球的兩次石油危機，促使企業家攜手科學家，尋求開拓非石油資源的新途徑，這種形勢極大地推動了煤化工和天然氣化工的發展。甲醇制取低碳烯烴過程（MTO），就是從煤或天然氣出發制取化工產品的一次新嘗試。中國科學院審時度勢，明確提出在國內首先合成了ZSM-5型沸石分子篩，并對其合成規律、反應性能調變、改性及表征等進行了系統的研究工作，為我國實現“以煤代油”的戰略目標邁出了可喜的第一步。到1989年底，先后完成了3噸/年規模沸石放大合成及4噸-5噸/年規模的裂解催化劑放大設備，以及日處理量1噸甲醇規模的MTO固定床反應系統和全部外圍設備等，并在此基礎上于1991年4月完成了中試運轉。

有效地集成社會的各種創新要素，才能提高我國科技成果轉化與規模產業化的能力。中科院在實施國家知識創新工程中，逐步形成了科技創新鏈的認識。中科院大連化物所在完成“八五”攻關任務后，向有關產業部門通報了MTO的中試結果，并進行了技術交流。一些長期從事催化裂化工藝和裝置設計的專家認為，雖然中科院大連化物所進行MTO工藝所用的分子篩的研究開發工作，當時已注冊了國內外24項專利技術，其試驗結果主要技術指標略優于外國同行，但將中試技術直接放大用于建設工業規模的裝置存在很大風險，提出了進行中間級的工業性試驗的必要性。由此，大連化物所加緊與有關企業聯系，著手準備進行工業性試驗。

一項科技成果實現工業化，往往要經過一個漫長的過程，而核心技術的創新與發展也必須是持續不斷的行為。中科院大連化物所基于這一科學發展觀的認識，在加強MTO技術推廣的同時，又積極探索和發展新一代催化劑，并申請了多項發明專利，從根本上保持MTO技術的持續領先，這一具有自主知識產權的甲醇（或二甲醚）轉化制取低碳烯烴技術，被他們命名為DMTO技術。

“從MTO到DMTO，一是從化學原理上，甲醇變成二甲醚用的是同一個催化劑，我們的工藝設計已經有了創新，DMTO同時含有甲醇和二甲醚兩個技術。二是出于商業行為和知識產權保護的考慮，我們希望有自己的特色，所以起了個工藝代號，加上的這個‘D’，本身是二甲醚的英文字頭的縮寫，我們稱之為二甲醚或者甲醇制烯烴；‘D’也隱含著‘大連’的意思。”劉中民道出其中的緣由。

與社會創新價值鏈銜接中求發展

“中科院大連化物所的MTO試驗項目處于世界科技前沿，項目仍處于實驗室階段，需要進行工業性試驗。如果陜西幫助他們完成工業試驗，即可建大型的工業生產裝置。陜北這么多優質煤要轉化，提高附加值，目前最好的出路就要靠MTO。”在MTO試驗項目工業性試驗伊始，陜西省政府經濟顧問李毓強教授就向省政府建議。在陜西省委省政府的高度重視下，MTO這項具有挑戰意義的重大試驗裝置項目，從最初的談判到全面啟動，僅僅用了3個多月的時間。領導決策的高屋建瓴，實施單位的快速應對，把屬于世界煤化工前沿的科研項目“搶”到了陜西。

中科院要面向國家戰略需求干成大事，就必須注重整合社會資源，加強與社會創新單元的密切聯系。劉中民介紹說：“我們在工業化的試驗之初，及時請洛陽石化工程公司進來參與工程設計，就是希望能與工程設計的人有良好的交流，形成今后工業化的無縫對接。在與工程設計公司的合作中將相關的技術打包，才能將原有停留在實驗室和中試階段的技術，變成一個讓企業容易接受、相對比較完整的成套科技成果。中科院要在講基礎性、戰略性、前瞻性的前提下，在通過與社會創新價值鏈銜接中求得發展。”

中科院搞工程化和產業化的項目，一定要有自己的準確的戰略定位，千萬不能靠單槍匹馬去包打天下；若是一味地大包大攬，就形不成協同單位智慧和力量的疊加，腦袋和手腳產生的作用就都會平均化，作不出自己特色的科研創新。“把DMTO這一技術成果從實驗室搬到了建設基地，實際上是風險投資，是一次把科技成果轉化為生產力的果敢嘗試，我們為新興公司的膽識感到欽佩。”大連化物所科技處的同志由衷地贊嘆。

此前，國際上還沒有同類項目建設、試驗運行的先例可供參考和借鑒，DMTO試驗裝置的要求之高不言而喻。為確保任務順利完成，陜西新興能源科技公司董事會聽取專家意見，綜合分析各種條件后認為，果斷決議，將原定在榆林的試驗場地改到華縣。此舉得到了合作各方的認可。

這是三方合作人員牢記的日子：2006年2月20日開始投料試車，安全打通全部試驗流程，實現了投料試車一次成功的目標。

2006年6月17日至20日，專家組對DMTO開發項目進行了現場考核認為：該工業化試驗裝置是具有自主知識產權的創新技術，裝置運行穩定、安全可靠，技術指標先進，是目前世界上唯一的萬噸級甲醇制取低碳烯烴的工業化試驗裝置，裝置規模和技術指標均達到了世界領先水平。而通過在陜西華縣的這一工業性試驗，開發我國自主知識產權的DMTO工業化成套技術，為建設以煤為原料生產低碳烯烴的工業化裝置奠定了堅實的技術基礎。

百萬噸級DMTO插上五星紅旗

在劉中民演示的PPT中，有一張非常直觀的圖表—“神華包頭60萬噸/年煤制烯烴項目”的圖表，圖表中的每一個技術鏈條上，都對應著一幅掌握該技術的國家國旗，其中，中國的五星紅旗圖標，被醒目地標在了甲醇到烯烴這個技術環節上，這正是劉中民所說的煤制烯烴工業技術環節中的“關鍵性一環”，也是讓他和中國人都為之驕傲的—它完全擁有中國自主的知識產權。

劉中民介紹：“作為技術許可的提供方，我們必然要受到用戶方的提問與咨詢。神華集團是DMTO技術許可的第一個用戶，為此作了非常精心的準備。他們選擇的工業化布局，挑的也基本上都是世界上最好的技術，我們的DMTO恰恰處在上下貫通的環節，技術稍微弱一點他們可能都會看不上。幸虧我們的技術指標非常理想，說話也就有了足夠的底氣。”

包頭60萬噸/年煤制烯烴項目萬眾矚目，得到了我國政府的高度重視，2009年，由工信部牽頭，科技部、財政部、國土資源部、環境保護部等15個部委（單位）聯合成立協調指導小組，保障了該項目的順利實施。

2010年8月，DMTO裝置項目在包頭投料試車一次成功，當天即達到設計負荷的90%；8月12日，烯烴分離乙烯和丙烯合格，乙烯純度99.95%,丙烯99.99%；8月15日，生產出合格的聚丙烯產品；8月21日生產出合格的聚乙烯產品。

此次開工非常順利，DMTO裝置運行平穩，甲醇單程轉化率100%，乙烯＋丙烯選擇性大于80%，反應結果超過了預期指標。

截至目前，包頭60萬噸/年煤制烯烴項目裝置運行良好、性能穩定，甲醇轉化率和烯烴選擇性都達到或超過設計指標，這標志著我國具有自主知識產權的煤制烯烴技術，其產業化和商業化已取得了圓滿的成功。

至此，大連化物所幾代科技工作者的長跑接力，終于也走出一條中國原創的技術路線，攻克了甲醇制取低碳烯烴的難題，為煤化產業鏈銜接上了最后的關鍵性一環。

對包頭煤制烯烴示范工程的石油化工替代路線，原國家能源局局長張國寶表示贊賞，并在工作中給予了許多支持，他認為，煤制烯烴是石油化工原料路線變革的重大問題，曾一再強調“技術的替代對一個產業的影響是革命性的”。

棋高一著繼續保持國際領先

“我們的第一代DMTO技術，其烯烴收率是3:1，這也就是說，3噸的甲醇可以生產出1噸烯烴，從理論上講，這個轉化的比例完全可以通過科技創新，得到進一步的提高，形成更大的經濟效益。”劉中民介紹。

就在進行DMTO技術產業化的同時，劉中民帶領的研究團隊毫不懈怠，成功開展了新一代改進技術DMTO-II的攻關，他說：“我們下一步的目標，就是要把烯烴單耗從3噸甲醇降到2.6噸、2.7噸，甚至降到更少。”

2010年5月，新一代甲醇制烯烴技術（DMTO-II）研發成功，并在陜西華縣進行了日處理甲醇50噸的工業化試驗，進一步提升了甲醇制烯烴過程的經濟性，也使我國的DMTO技術棋高一著，得以在國際上持續保持領先地位。

美國有家公司既有大規模工業化運轉和集成技術的優勢，也是國外唯一宣稱能對外進行MTO技術實施許可的跨國公司，在2004年以前，它的技術研發基本與中科院大連化物所同步，并一直在試圖說服我國的石化用戶，直接應用其0.75噸/天的技術成果，進行數萬倍的工業放大，但大連化物所的DMTO工業性試驗完成后，其在國際上咄咄逼人的局面已被徹底改變。

2008年之后，這家國外公司雖然決定建立工業性試驗廠，并為此投入了4500萬歐元，但至今仍在進行未果的試驗。有業內權威專家稱：如果這家國外公司的工業性試驗早于大連化物所的DMTO，世界第一套開展MTO工業化應用的工廠，可以沒有懸念地將歸于進口技術，那么，世界上的甲醇制烯烴乃至能源的綜合開發利用將被其左右。

2010年8月25日，中國國際煤化工發展論壇在北京召開，在這一權威的國際工程學術會議上，中科院大連化物所和這家國外公司再度PK，大連化物所工業化裝置的成功運行和新推出的DMTO-II更是占盡了上風。

2010年6月26日，在“新一代甲醇制低碳烯烴（DMTO-Ⅱ）技術”成果鑒定會。由中國工程院院士謝克昌、汪燮卿等12位專家和教授組成的鑒定委員會，對DMTO-II技術給予了高度評價。同時鑒定專家認為，DMTO-II工業性試驗裝置取得了大型商業化設計基礎數據，為建設DMTO-II大型工業生產裝置奠定了基礎，具有良好的應用前景。建議以試驗裝置為基礎，加快該技術的工業推廣應用。

劉中民介紹，陜西蒲城正在實施的煤制甲醇年產180萬噸、甲醇制烯烴年產67萬噸及配套項目的DMTO-II技術，是在DMTO技術的基礎上開發而成，相比較而言，DMTO-II技術熱量利用更合理，烯烴收率更高，每噸烯烴甲醇消耗降低10%以上，大幅度降低了烯烴生產的原料成本。

截至目前，擁有我國完全自主知識產權的DMTO，已經簽訂了10套裝置的技術許可合同，也就是說，目前我國自主知識產權的DMTO技術許可，總的規模已大于500萬噸/年烯烴，占了我國全部烯烴的整整20%。

即便這樣，前來商談DMTO合作事宜的公司仍絡繹不絕。劉中民介紹，特別是DMTO技術在神華率先投入應用后，有的公司來我們這里商談合作，干脆都不做摸底調查了，直奔主題就談合同，在神華的成功應用無疑是個活廣告。

曾任大連化物所所長、中科院副院長的楊柏齡，多年來關注我國的技術轉移與轉化。他談了對DMTO創新案例的思考：DMTO的發展道路并非總是一帆風順，中間也曾多年難以得到相應的支持，科研人員若稍有決心和信念的動搖，就可能會前功盡棄。故此，對那些重大的科技創新項目，除了科研人員必須“咬定青山不放松”，有持之以恒的決心和信念，各級政府和科研領導部門也必須富有戰略遠見。