特稿丨煤炭，是这样变成烯烃的

◎ 科技日报记者 陆成宽

烯烃，这个词对寻常百姓而言可能有些陌生。其实，人们生活中一些耳熟能详的日用品，如塑料袋、口罩熔喷布、特殊服装面料等，都是用烯烃合成的。

在化学工业领域，主流方法一直是通过石油加工生产乙烯、丙烯等烯烃原料。这也是我国每年进口大量石油的重要原因之一。

“富煤贫油少气的基本国情，决定了我们不能走石油制烯烃的‘老路’。”在近日举办的“科技双碳”服务经济主战场活动中，中科院大连化物所所长刘中民院士，向记者讲起我国开启甲醇制烯烃技术研发的初衷。

甲醇制烯烃，是煤制烯烃的关键“一跃”。为了这“一跃”，我国科技工作者用了40年。

技术方案曾不被看好

煤制烯烃要分“两步走”，第一步是以煤为原料合成甲醇，第二步是通过甲醇制取烯烃。

“煤合成甲醇已经有了成熟的工业技术，而甲醇制烯烃则是待攻克的关键核心技术，也是世界范围内极具挑战性的课题。”刘中民说。

担子要拣沉的挑，任务要冲难的选。

20世纪80年代起，中科院大连化物所的科研人员就下定决心：通过科技创新，让煤制烯烃的梦想变为现实。

他们首先要解决的难题是催化剂，有了催化剂才能将甲醇转化为烯烃。

当时，有ZSM-5分子筛催化剂和SAPO-34分子筛催化剂两条技术路线。

前者已有工业应用的例子，风险相对较小；而SAPO-34分子筛催化剂的工业应用潜力，还需要进一步研究。

“我们没有因为工业应用潜力未知，就放弃对SAPO-34分子筛催化剂的研究，而是选择两条腿走路。”刘中民说。

事实证明，这种选择是对的。随着研究的深入，科研人员发现，SAPO-34分子筛催化剂的工业应用前景更好。

1995年，他们采用自己首创的合成气经由二甲醚制低碳烯烃新工艺方法，完成百吨级中试试验。

但让人始料未及的是，那时国际油价下跌，与石油制烯烃相比，煤制烯烃没有经济账可算。“我们的技术方案，在有些企业眼中不被看好，市场推广受到很大影响。”刘中民说。

化工行业不同于其他领域，一个新工艺过程通常要经过逐级放大，从实验室到中试再到工业示范，最后才能产业化。

“那些年，在埋头技术研发的同时，我还要带着策划案四处寻访投资。”刘中民回忆，“当时压力很大，如何让企业理解我们的技术前景和潜在优势，说服他们支持建设万吨级工业性试验装置，攻克中试放大难题，对一直奋战在科研一线的科研人员来说，着实是个挑战。”

“提心吊胆”的700多个日夜

机会总是留给有准备的人。2004年，国际油价回暖，甲醇制烯烃迎来了发展机遇。

陕西省向大连化物所抛来了“橄榄枝”。在得知大连化物所已经开发出具有世界领先水平的甲醇制烯烃的实验室中试技术、并正在寻找投资和合作伙伴的消息后，陕西省决定与其合作开展工业性试验。

当年8月，总投资8610万元、年处理甲醇能力1.67万吨的工业性试验装置，在陕西省华县开工建设。刘中民团队在华县的一家化工厂安营扎寨，开始了至关重要的工业性试验。

作为技术总负责人，刘中民最担心的是人员安全、生产安全和环保安全。“几个单位的100多号人，36米高的大型装置，哪一个环节出了安全问题，就有可能中断难得的工业性试验机会。”

“装置上有个火炬，我们平常就是看那个火炬亮不亮，要不亮就说明出故障了，得赶快往现场跑。”用刘中民的话说，那段时间，他都快神经质了，每天晚上睡不踏实，半夜都要爬起来，看看装置上的火炬是不是还亮着。

700多个日夜的“提心吊胆”，终于迎来了激动人心的时刻。2006年5月，甲醇制烯烃工业性试验宣告成功，取得了设计建设大型装置的可靠数据。

2010年，神华包头180万吨/年甲醇制烯烃工业装置投料试车一次成功，在世界上首次实现煤制烯烃工业化。

神华包头180万吨甲醇制60万吨烯烃项目。图源：中科院大连化物所

全国烯烃产能1/3将来自煤化工

功夫不负有心人。在2014年度国家科学技术奖励大会上，甲醇制烯烃技术荣获国家技术发明奖一等奖。习近平总书记亲自为获奖代表刘中民颁奖。

在收获巨大荣誉的同时，团队成员感到肩上的担子更重了。随着我国经济迈入高质量发展阶段，行业对低成本、高效率生产设备的呼声越来越高。

研究团队不断开拓创新，推动技术继续升级换代。

2020年11月，第三代甲醇制烯烃技术通过科技成果鉴定。与前两代技术相比，在反应器尺寸基本不变的情况下，第三代技术使甲醇处理量从每年180万吨提升到360万吨，换算成烯烃的产量，就是从每年60万吨增加到135万吨；吨烯烃甲醇单耗从之前的3吨下降到2.60至2.70吨。

“第三代技术的单套装置甲醇处理能力大幅增加，单位烯烃成本下降10%左右，能耗明显下降，经济性显著提高。”刘中民说。

2021年，在两院院士大会、中国科协第十次全国代表大会上，习近平总书记在讲话中指出：“甲醇制烯烃技术持续创新带动了我国煤制烯烃产业快速发展。”

截至目前，甲醇制烯烃系列技术已经签订了31套装置的技术实施许可合同，烯烃产能达2025万吨/年（约占全国1/3），预计拉动投资超4000亿元。

40多年持续创新，借助科技成果改进传统能源利用方式，把储量相对丰富的煤炭资源变成石油化工的补充原料，中科院大连化物所走出了一条煤化工产业“绿色升级”的中国路径。