DMTO甲醇制烯烴背后的艱辛故事

DMTO技術(shù)是中科院大連化物所科研人員堅持30年創(chuàng)新、四代人奉獻的煤代油技術(shù)碩果。這一科技成果，對發(fā)揮我國煤炭資源優(yōu)勢、緩解我國石油資源緊張局面、發(fā)展煤制烯烴新型煤化工產(chǎn)業(yè)意義重大。

　　2015新年伊始，陜西蒲城迎來“開門紅”——世界首套甲醇制烯烴第二代（DMTO-Ⅱ）工業(yè)示范裝置開車成功。這標志著我國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新一代甲醇制烯烴技術(shù)工業(yè)推廣應(yīng)用取得重大階段性成果，對發(fā)揮我國煤炭資源優(yōu)勢、緩解我國石油資源緊張局面、發(fā)展煤制烯烴新型煤化工產(chǎn)業(yè)意義重大。

　　”與第一代技術(shù)相比，DMTO-Ⅱ技術(shù)的烯烴收率進一步提高，每噸烯烴甲醇消耗可降低逾10%，能耗低，生產(chǎn)成本大幅降低，該技術(shù)處于國際*水平。”中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員劉中民說。

　　DMTO技術(shù)是大連化物所科研人員堅持30年創(chuàng)新、四代人奉獻的煤代油技術(shù)碩果。2015年1月9日，技術(shù)帶頭人劉中民在人民大會堂從國家主席習近平手中接過國家技術(shù)發(fā)明獎一等獎證書，全場掌聲雷動。

　　回想1995年，進入DMTO課題組時劉中民正值而立之年。他曾經(jīng)躊躇滿志地希望將DMTO技術(shù)搬出實驗室走向產(chǎn)業(yè)化，讓研究成果在神州大地上落地開花。然而，受冷遇的現(xiàn)實卻讓他與團隊“窮得只剩下精神”。

　　時光荏苒，二十載彈指一揮間。曾經(jīng)的“篳路藍縷，以啟山林”早已成為記憶中的片段，一個又一個DMTO里程碑事件被人們銘記?！白鳛椤畤谊牎囊粏T，大連化物所就是要面向國家重大戰(zhàn)略需求，急國家之所急?！贝筮B化物所所長、中國科學(xué)院院士張濤如此評價道。

　　想好了、想定了，就要真抓實干，不讓發(fā)展的機遇失之交臂。劉中民帶領(lǐng)的DMTO團隊正是如此實踐的。

篳路藍縷，冷板凳毅然坐下去

　　上世紀70年代，世界爆發(fā)了兩次石油危機。石油價格的大幅攀升，促使包括美國、日本在內(nèi)的發(fā)達國家考慮以煤炭取代石油和石化產(chǎn)品，并相繼啟動了以煤代油的科技攻關(guān)計劃。

　　當時，國家尚未改革開放，總體上受世界石油危機的影響不大。進入80年代，走上改革開放之路的中國科學(xué)家們振奮精神，開始尋找科技難題，嘗試攻關(guān)。

　　大連化物所的研究人員了解到國際上有人在石油危機后研究煤制烯烴，他們認為未來的中國早晚也會碰到相同的問題，就開始研究煤代油的技術(shù)環(huán)節(jié)，這完全屬于一種超前研究。而對這一超前研究，中科院和大連化物所領(lǐng)導(dǎo)也給予支持，在當時調(diào)集了以陳國權(quán)和梁娟為組長的兩個研究組聯(lián)合進行甲醇制烯烴技術(shù)攻關(guān)。

　　劉中民就是在這一時期考上大連化物的研究生的，并跟隨著他的導(dǎo)師邁入了煤炭經(jīng)甲醇制烯烴研究領(lǐng)域的。

　　乙烯、丙烯等低碳烯烴是生產(chǎn)塑料、含氧化合物、精細化學(xué)品等產(chǎn)品的基本有機化工原料，也是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石。在傳統(tǒng)技術(shù)中，烯烴生產(chǎn)嚴重地依賴石油資源。而科學(xué)家們想到的用煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴的技術(shù)，主要是用煤炭或者天然氣首先制成合成氣，再將合成氣制成甲醇，然后用甲醇制成烯烴。

　　在這個技術(shù)鏈條中，只有甲醇→烯烴（乙烯丙烯）在國際上沒有實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，其他技術(shù)環(huán)節(jié)都有比較成熟的生產(chǎn)工藝。中國人要想走通煤制烯烴的技術(shù)路線，就必須攻下甲醇制烯烴這一技術(shù)鏈條上所缺失的環(huán)節(jié)。“利用我國相對優(yōu)勢的煤資源部分替代石油資源，既符合我國貧油、少氣、富煤的資源稟賦特點，也成為我國實現(xiàn)能源多元化，保障能源戰(zhàn)略安全的重要舉措?！敝袊茖W(xué)院原副院長楊柏齡說。

　　大連化物所的研究人員就先從實驗室開始做起。他們首先要解決的技術(shù)難題是催化劑，有了催化劑才能實現(xiàn)甲醇向烯烴的轉(zhuǎn)化。

　　失敗，研究；再失敗，再研究。經(jīng)過無數(shù)次的失敗，陳國權(quán)和梁娟研究小組在國內(nèi)首先合成了ZSM-5型沸石分子篩，并對其合成規(guī)律、反應(yīng)性能調(diào)變、改性及表征等進行了系統(tǒng)的研究工作，為實現(xiàn)甲醇制烯烴的戰(zhàn)略目標邁出了可喜的第一步。經(jīng)過幾年的努力，研究人員終于研制出了甲醇制烯烴的固定床催化劑，并于1985年完成了實驗室小試。

　　煤制烯烴技術(shù)*終也引起了國家有關(guān)部門的重視。國家“七五”計劃期間，原國家計委科技司和中國科學(xué)院決定，在大連化物所建立甲醇制低碳烯烴的中試基地。當時成立了以王公慰為組長、蔡光宇和應(yīng)慕良為副組長的中試攻關(guān)小組。

　　到1989年底，大連化物所甲醇制烯烴攻關(guān)小組先后完成了3噸/年規(guī)模沸石放大合成及4—5噸/年規(guī)模的裂解催化劑放大設(shè)備，以及日處理量1噸甲醇規(guī)模的甲醇制烯烴固定床反應(yīng)系統(tǒng)和全部外圍設(shè)備等，并在此基礎(chǔ)上于1991年4月完成了中試運轉(zhuǎn)。

　　1995年，在蔡光宇研究員的帶領(lǐng)下，大連化物所采用國際首創(chuàng)的“合成氣經(jīng)由二甲醚制低碳烯烴新工藝方法”，完成了流化床甲醇制烯烴過程的中試運轉(zhuǎn)，創(chuàng)造了新的世界第一。他們研制的適合兩段反應(yīng)的催化劑及流化反應(yīng)工藝，被*們確認為達到了國際*。1996年，這一成果獲得了中科院的科技進步獎特等獎，以及原國家計委、國家科委與財政部聯(lián)合頒發(fā)的“八五”重大科技成果獎。

步履維艱 多年的堅守

　　上世紀90年代中期，劉中民成為甲醇制烯烴技術(shù)研究的學(xué)術(shù)帶頭人。他的歷史責任就是在小試、中試的基礎(chǔ)上，繼續(xù)改進并推動這項研究成果的工業(yè)示范及規(guī)模生產(chǎn)。

　　大背景依然不利，因為每桶原油還在10美元左右。假如企業(yè)采用了甲醇制烯烴生產(chǎn)工藝，并且產(chǎn)出了成品，他們根本就掙不到錢。與石油制烯烴相比，煤炭制烯烴的工藝成本太高！國家和企業(yè)對煤炭替代石油生產(chǎn)烯烴項目的積極性也不高，這讓劉中民深感作為一個團隊領(lǐng)軍人物的艱辛。

　　更為不幸的是，劉中民團隊將甲醇制烯烴技術(shù)申請國家“九五”攻關(guān)項目時，又被否掉了。他的團隊等著他找到項目資金維持“生計”，煤炭取代石油的技術(shù)等待著他來繼續(xù)發(fā)揚光大，導(dǎo)師和前輩們的事業(yè)不能斷送在他的手里……

　　美國一家公司在了解情況后希望與大連化物所團隊合作，共同開發(fā)甲醇制烯烴技術(shù)。這在今天看來似乎是一件應(yīng)當鼓勵的、再平常不過的事了，但在當時，對于這樣的項目與外國公司合作，沒有人敢批準。

　　國際上的路不通，就重點在國內(nèi)尋求突破。劉中民在全國范圍內(nèi)找資金。

　　“那時我天南海北四處尋找實驗經(jīng)費，盼望與企業(yè)的聯(lián)合開發(fā)，只求合作，不求回報。”但是，沒有一家企業(yè)看得上這項在未來可能領(lǐng)導(dǎo)全球的技術(shù)，也沒有一位領(lǐng)導(dǎo)“可憐可憐”這位懷揣絕技的中科院的研究員。

　　無奈，劉中民團隊只能蟄伏，等待時機。

　　峰回路轉(zhuǎn) DMTO迎來發(fā)展機遇

　　1998年8月，中科院院長路甬祥到大連化物所視察。借路院長與科研人員座談之機，劉中民將準備好的報告，遞到了路院長手里，希望中科院能夠繼續(xù)支持這項技術(shù)的研究。

　　報告遞交上去了，已經(jīng)視“被拒絕”為家常便飯的劉中民本沒抱太大希望。但不久，中科院來了通知，由院里資助劉中民團隊100萬元經(jīng)費，用于甲醇制烯烴的進一步研究。

　　猶如雪中送炭。劉中民用這100萬元資金，對甲醇制烯烴的技術(shù)環(huán)節(jié)進一步完善，將生產(chǎn)工藝又做了更細致的研究。

　　劉中民帶領(lǐng)團隊持續(xù)攻關(guān)，并取得了重大突破：

　　他們把1995年中試時采用的“合成氣經(jīng)由二甲醚制烯烴工藝”改為“合成氣經(jīng)由甲醇制烯烴工藝”。

　　雖然兩者的原理相近，但甲醇生產(chǎn)工藝更加成熟，能夠制烯烴的規(guī)模也更大。這為課題組未來“出山”奠定了良好的基礎(chǔ)。

　　英雄識英雄，三方聯(lián)手實力倍增

　　時至今日，劉中民依然保留著一本泛黃的舊冊子。

　　“這是上個世紀90年代，中石化洛陽工程有限公司幫我們起草的3000噸裝置概念設(shè)計。拿著它，我四處尋找合作工廠?！?

　　1996年，劉中民經(jīng)中國科學(xué)院院士林勵吾的推薦，找到了洛陽工程公司的中國科學(xué)院院士陳俊武。

　　“我們這個項目應(yīng)該怎么擴大？可以建一個50萬噸的生產(chǎn)線吧？”劉中民信心滿滿，而他得到的答復(fù)卻是：“*大能做個10萬噸的示范線吧?！?

　　“會不會是陳院士不太了解情況，10萬噸只是說說而已？”劉中民心里嘀咕，“后來我才明白，陳院士說的是實情。

　　”如果DMTO技術(shù)直接從實驗室走出來，做成一個百萬噸的，那是直接放大了數(shù)萬倍的工程，風險太大，大連化物所擅長科學(xué)研發(fā)，而洛陽工程公司擅長工業(yè)化設(shè)計，我們雙方‘找對人了’?！?

劉中民說

　　“一項大的工程猶如人體結(jié)構(gòu)一樣精密。我們擅長的事情是將實驗成果做成真正的工業(yè)裝置?！甭尻柟こ坦靖笨偣こ處焺㈥耪f。之后，他們雙方緊密圍繞甲醇制烯烴催化劑和工藝技術(shù)進行創(chuàng)新研發(fā)工作。

　　2004年，國際油價開始回升，甲醇制烯烴的發(fā)展迎來春天。此時，陜西省打算上煤制烯烴項目，省政府為此成立了新興能源科技有限公司，并為項目發(fā)展提供了8300萬元的資金保障，與大連化物所聯(lián)合進行工業(yè)成套技術(shù)開發(fā)。再加上循環(huán)流化床反應(yīng)器設(shè)計經(jīng)驗*為豐富的陳俊武指導(dǎo)的劉昱團隊為工藝設(shè)計方，至此，優(yōu)勢互補的三方團隊終于聯(lián)手。

　　計熟事定，舉必有功。同年，大連化物所、新興能源科技有限公司和洛陽工程公司合作，進行甲醇制取低碳烯烴成套工業(yè)技術(shù)開發(fā)，建成了世界第一套萬噸級（日處理甲醇50噸）甲醇制烯烴工業(yè)性試驗裝置，于2006年完成了工業(yè)性試驗，該裝置規(guī)模和技術(shù)指標均處于國際*水平。

　　中油集團咨詢中心*委員會、國內(nèi)著名石化*王賢清作為現(xiàn)場考核的*組長見證了這段歷史。

　　“考核結(jié)果證明，DMTO工藝科學(xué)合理，工程放大可靠，運行安全、平穩(wěn)，技術(shù)指標先進，經(jīng)濟效益顯著；后經(jīng)鑒定確認，該技術(shù)處于國際*水平?！?

　　舉重若輕，煤代油技術(shù)任重道遠

　　建設(shè)并運行一套甲醇制烯烴的工業(yè)化試驗裝置，少則五六千萬元，多則上億元。面對這種巨額投入，陜西省向大連化物所拋來了“橄欖枝”。

　　陜西省礦產(chǎn)資源豐富。多年來，省領(lǐng)導(dǎo)一直想利用先進的煤化工技術(shù)，通過發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)，實現(xiàn)煤的就近轉(zhuǎn)化、高效轉(zhuǎn)化，以期將全省的資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢。

　　在得知大連化物所已經(jīng)開發(fā)出具有世界*水平的甲醇制烯烴的實驗室中試技術(shù)、并正在尋找風險投資人和合作伙伴的消息后，陜西省決定與大連化物所合作開展工業(yè)化試驗。隨后，陜西省專門成立了新興煤化工科技發(fā)展有限公司，與大連化物所、中石化洛陽石化工程公司合作，開發(fā)甲醇制烯烴工業(yè)化技術(shù)。

　　2004年8月2日，總投資8610萬元、年處理甲醇能力1.67萬噸的大連化物所甲醇制烯烴技術(shù)（簡稱DMTO）工業(yè)化試驗裝置，在陜西省華縣開工建設(shè)。劉中民團隊在華縣化工廠安營扎寨，開始了至關(guān)重要的大型試驗。

　　甲醇制烯烴，技術(shù)上已沒有什么問題，工藝上也基本走通了。作為技術(shù)總負責人，劉中民*擔心的是人員安全、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)出了問題，以后就再沒機會做了?！?

　　700多個日日夜夜，劉中民幾乎每天晚上都睡不踏實，過一會兒就爬起來看看裝置上面的火炬，如果火炬亮著就說明沒出事。華縣化工廠附近有個采石場，經(jīng)常放炮，有時候半夜聽到“哐”的一聲，劉中民會從床上彈起來，他真怕裝置出事啊。

　　在整個工業(yè)試驗期間，劉中民團隊先后有20多人在華縣試驗現(xiàn)場奮戰(zhàn)了8個多月，其中10幾人長期堅守在那里，每天都到現(xiàn)場和操作人員、技術(shù)人員一起觀察試驗運行情況，發(fā)現(xiàn)問題及時解決。

　　2006年5月，DMTO工業(yè)化試驗宣告成功，每天可以轉(zhuǎn)化甲醇75噸，而國外類似裝置一天轉(zhuǎn)化還不到1噸。

　　DMTO技術(shù)的研發(fā)成功，標志著大連化物所等技術(shù)研發(fā)單位，突破了小孔磷酸硅鋁分子篩合成技術(shù)，研制成功甲醇制烯烴流化反應(yīng)專用催化劑；發(fā)明了甲醇制烯烴密相循環(huán)流化床反應(yīng)工藝，在世界首套萬噸級工業(yè)性試驗裝置上驗證了其先進性和可靠性；發(fā)明了DMTO技術(shù)大型反應(yīng)－再生系統(tǒng)及工藝調(diào)控方法，形成了成套技術(shù)，為建設(shè)百萬噸級DMTO大型化工業(yè)示范裝置提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

　　對于這個全球首套萬噸級DMTO工業(yè)化試驗裝置，中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會組織了科技成果鑒定。鑒定*們認為：該工業(yè)化試驗裝置是具有自主知識產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，裝置運行穩(wěn)定、安全可靠，技術(shù)指標先進，是目前世界上*的萬噸級甲醇制低碳烯烴的工業(yè)化試驗裝置，裝置規(guī)模和技術(shù)指標達到了世界*水平。

　　陜西華縣DMTO項目的成功是工業(yè)化試驗裝置的成功，它引起了國家發(fā)改委的關(guān)注。2006年12月，國家發(fā)改委核準中國神華集團投資150億元在包頭建設(shè)DMTO項目。

　　這里還有一個小故事。當初，神華包頭項目在遴選技術(shù)方案時，*開始選定的是引進國外某公司的甲醇制烯烴技術(shù)。但在正式投建時，神華又改變了原先的技術(shù)方案，換成了采用大連化物所DMTO技術(shù)。

　　2007年9月17日，大連化物所、陜西新興能源科技有限公司、中石化洛陽石化工程公司三方代表與神華集團在北京簽訂了60萬噸/年甲醇制低碳烯烴（DMTO）技術(shù)許可合同。這是世界首套煤制烯烴技術(shù)許可合同，標志著DMTO技術(shù)從前期的萬噸級工業(yè)性試驗，向日后的百萬噸級工業(yè)化生產(chǎn)邁出關(guān)鍵一步。

　　投資150多億元，這是劉中民團隊以前連想都不敢想的天文數(shù)字。一個新的戰(zhàn)場開辟出來了。劉中民又帶領(lǐng)隊伍轉(zhuǎn)戰(zhàn)包頭，投入到世界首套DMTO工業(yè)示范裝置的建設(shè)中。

　　煤制烯烴60萬噸/年，投資150多億。這個巨大的項目受到政府的高度重視。2009年，由工信部牽頭，科技部、財政部、國土資源部、環(huán)境保護部等15個部委（單位）聯(lián)合成立協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組，保障了該項目的順利實施。

　　2010年8月8日，DMTO裝置項目在包頭投料試車一次成功。這次開工非常順利，DMTO裝置運行平穩(wěn)，甲醇單程轉(zhuǎn)化率100.00%，乙烯＋丙烯選擇性大于80%，反應(yīng)結(jié)果超過了預(yù)期指標。

　　當包頭裝置投料試車一次成功時，劉中民團隊的研究人員激動得抱頭哭泣。多年的艱辛，巨大的壓力，成功的喜悅，匯成了激動的淚水。

　　片刻，劉中民向大連化物所所長張濤發(fā)去一條短信，告之試車成功。而遠在大連的張濤正在所里主持全體研究員參加的發(fā)展戰(zhàn)略研討會。張濤讓會議暫停了一會兒，把這一好消息與大家分享。全體與會人員起立，用*熱烈的掌聲對這項成果表示了祝賀。

　　隨著神華包頭項目正式進入商業(yè)化運營，我國*實現(xiàn)了甲醇制烯烴的核心技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用“零”的突破。

　　猶如一場春雨，DMTO技術(shù)催生了我國煤化工產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展。目前，DMTO技術(shù)已實現(xiàn)技術(shù)實施許可1313萬噸烯烴/年，已投產(chǎn)646萬噸烯烴/年；完成了世界首套10萬噸/年煤基乙醇工業(yè)示范項目，*了我國新興煤制大宗化學(xué)品和清潔燃料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

轉(zhuǎn)化一代，開發(fā)一代，前瞻一代

　　已經(jīng)初戰(zhàn)告捷的劉中民團隊并沒有停歇。如今他們正積極研究DMTO第三代技術(shù)，擬使DMTO單套裝置處理能力從現(xiàn)有的180萬噸/年的水平提高到300萬噸/年以上，并且單程甲醇轉(zhuǎn)化率和烯烴選擇性不低于第二代技術(shù)。目前催化劑研制工作、反應(yīng)工藝的實驗室中試放大工作均已完成。

　　“轉(zhuǎn)化一代，開發(fā)一代，前瞻一代?！边@是大連化物所對DMTO研究的具體要求。

　　近年來，中科院組織各研究所分別制定了“一三五規(guī)劃”，即“一個定位，三個重大突破，五個重點培育方向”。

　　大連化物所將一個定位確立為：以能源研究為主導(dǎo)。在三個重大突破中，DMTO等煤代油新技術(shù)被列為第一個突破。目標是：以DMTO技術(shù)為龍頭，轉(zhuǎn)化一代，開發(fā)一代，前瞻一代；突破一批煤代油關(guān)鍵新技術(shù)，完成煤制丙烯、乙醇、高碳醇以及天然氣等一批工業(yè)性試驗，推向產(chǎn)業(yè)化；初步形成以甲醇制烯烴為龍頭的煤代油新興戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)。