第三代甲醇制烯烃技术通过科技成果鉴定

2020年11月11日 14:38:36 来源: 中国科学报
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   能源是一个国家正常运转的重要驱动力,在中国,能源安全所带来的巨大压力更是日益凸显。中国富煤、贫油、少气,想要摆脱受制于人的境地,很多人将希望寄托于煤化工的发展。

  11月9日,第三代甲醇制烯烃(DMTO-Ⅲ)技术在北京通过了中国石油和化学工业联合会组织的科技成果鉴定。该技术由中国科学院大连化学物理研究所研发,具有完全自主知识产权。鉴定专家一致认为:该成果创新性强,具有完全自主知识产权,成果处于国际领先水平,技术优势明显,引领行业技术进步,应用前景广阔;建议加快新一代催化剂推广应用,并早日建成DMTO-Ⅲ工业示范装置。

  坏消息与好消息

  塑料瓶、塑料袋、口罩熔喷布、各种服装配饰,是人们日常生活中司空见惯的东西。

  但很多人想不到的是,在这些日常用品进入到大众生活之前,都在百万吨级别的大型化工厂经历过“千锤百炼”。生产这些产品所用的原料是乙烯和丙烯为主的低碳烯烃,它们是重要的基本有机化工原料,也是现代化学工业的基石。

  但是,石脑油蒸汽裂解等传统的低碳烯烃生产技术强烈地依赖于石油资源,一个百万吨级的烯烃工厂需要有千万吨级的炼油厂配套提供石脑油原料。

  这对中国来说并不是个好消息。我国石油资源短缺,原油主要依靠进口,2019年我国原油的对外依存度超过70%,使用石油生产烯烃并不是最好的选择。

  “我国贫油少气,但煤炭资源丰富,因此我们就要想办法用煤炭去代替石油。”中科院大连化物所所长、中国工程院院士刘中民说,要以煤代油,就要从那些量大、面广的领域入手。

  刘中民深知,工业界时刻期盼着来自科技界的好消息。因此,中科院大连化物所从20世纪80年代开始,就围绕甲醇制烯烃催化剂和工艺技术进行了长达30多年的持续研发,在催化剂、反应工艺、工程化及工业化成套技术等方面取得了一系列发明和创新,最终形成了可采用非石油资源(如煤、天然气、生物质等)来生产低碳烯烃的甲醇制烯烃技术(DMTO)。

  跨越9个数量级的攻关

  在过去的10年中,先后两代甲醇制烯烃技术先后实现工业化,为缓解中国能源压力立下了汗马功劳。

  一、二代DMTO技术的单套工业装置甲醇处理能力都为180万吨/年,但随着国家的不断发展,行业对低成本、高效率生产设备的呼声越来越高。

  “在过去这些年里,我们实现了60分到90分的跨越,但想要继续从90分提升到95分,难度是巨大的。”刘中民坦言,他们的研究从分子键出发,一路要“升级打怪”,做到百万吨的大型生产设备。“想要实现9个数量级的跨越,基础研究就一定要做扎实。”

  新一代DMTO技术希望能将甲醇年处理能力从180万吨提升到300万吨,但反应器设备却不能变大。刘中民形容,这就好比原来一辆车能拉3个人,现在要拉5个人,就必须要想法提升催化剂的性能,同时对反应器和控制工艺进行创新。

  科研人员在在对甲醇制烯烃反应机理和烯烃选择性控制原理进一步深入认识的基础上,研制了新一代甲醇制烯烃催化剂,开发了新型高效流化床反应器,顺利完成了中试放大试验。9月26日,中国石化联合会组织专家对中试装置进行了72小时现场连续运行考核,结果为甲醇转化率99.06%。

  不得了的0.1

  与当前已经工业化的技术相比,DMTO-Ⅲ技术的经济性显著提高,在反应器尺寸基本不变的情况下,甲醇处理量从每年180万吨提升到300万吨,换算成烯烃的产量,就是从每年60万吨增加到115万吨;使用第三代技术,吨烯烃甲醇单耗从之前的3吨下降到2.62~2.66吨。新一代催化剂还支持直接在前代技术已工业化的装置上升级,甲醇单耗也能降低到2.85~2.90吨。

  “别看这0.1不起眼,对我们企业来说是不得了的。”国家能源集团化工公司董事长闫国春算过一笔账,使用新一代生产技术后,生产成本能较大幅度地下降,企业每年能增收上亿元。

  实际上,市场的反应已经说明了一切。就在新一代技术落地后的几天,宁夏宝丰集团就一次性向中科院大连化物所签订了5套工业装置,总投资810亿元人民币,投产后可实现年产值约500亿元人民币。

  目前,DMTO系列技术已累计技术许可 31套工业装置(投产14 套),对应烯烃产能2025万吨/年,预计拉动投资超4000亿元人民币,全部投产后可实现年产值超2000亿元人民币。

  DMTO系列技术开辟了以非石油资源生产低碳烯烃的新路线,开创并引领了煤制烯烃战略性新兴产业,对实现煤炭资源清洁高效利用、缓解石油资源供应紧张局面、促进煤化工与石油化工协调发展、保障我国能源安全具有重大意义。

  “我们的技术具有完全的自主知识产权,未来还可以向‘一带一路’沿线国家和地区出口,让大家共享科技创新的成果。”刘中民说。显然,这支科技“国家队”还将继续在煤代油的路上深耕,从95分向100分迈进。

甲醇制烯烃装置,图片来自互联网