煤制烯烃

p 　　现代化学工业原料主要依赖于石油裂解产生的乙烯丙烯等低碳烯烃。我国作为一个石油进口国，石油进口依存的现实限制了石化产品的发展。以中科院大连化学物理研究所刘忠民院士，魏迎旭研究员的团队，在甲醇制烯烃的生成机理方面取得了新的进展。这一技术进步我国石化产业发展，实现“石油替代”战略，保证我国能源安全具有重大战略意义。这一团队又创造了新的功勋。 /p p 　　乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本化工原料，随着我国国民经济的发展，特别是现代化学工业的发展对低碳烯烃的需求日渐攀升，供需矛盾也日益突出。目前，乙烯、丙烯主要依赖于石化路线生产，但我国石油资源短缺，石油进口依存度逐年增加，在一定程度上限制了以石化路线生产乙烯和丙烯产品的发展。 /p p 　　甲醇制烯烃(Methanol to Olefins，MTO)是重要的C1化工新工艺，是指以煤合成的甲醇为原料，借助类似催化裂化装置的流化床反应形式，生产低碳烯烃的化工技术。由于我国特殊的能源结构特点——煤炭资源相对富裕，这种以煤炭资源为原料的，非石油路线制取低碳烯烃的技术表现出了很大的优势。 /p p 　　什么是DMTO? /p p 　　DMTO是中国科学院大连化学物理研究所的专利专有技术，MTO代表甲醇制烯烃技术，D代表二甲醚/大连/double的意思，最初的研究是基于二甲醚制烯烃，后来技术改进从甲醇开始，而从甲醇开始的过程也包含甲醇转化为二甲醚，二甲醚转化烯烃的过程，故引用double的意思 由于大连化物所地处大连，大部分人认为这个D也是大连的意思。 /p p style=" text-align: center " img title=" 01.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/93dc63c8-3fe4-45b0-9038-bd1079fd8afc.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong DMTO技术荣获2014年国家技术发明一等奖 /strong /p p 　　DMTO工业化技术解决了煤制烯烃的技术瓶颈，是连接煤化工和石油化工的桥梁，为煤化工行业和煤制烯烃产业提供了有力的技术支撑。DMTO工业化技术可缓解我国石油资源的不足，使低碳烯烃生产原料多元化。在当今国内石油资源短缺的背景下，该技术对于实现我国“石油替代”战略，保证我国的能源安全具有十分重大的战略意义。 /p p 　　DMTO技术目前的发展 /p p 　　DMTO工业化技术研发成功，对于减少我国石油进口、开辟我国烯烃产业新途径具有重要意义。同时，这也标志着我国甲醇加工能力将由万吨级装置一举跨越到百万吨级大型装置。DMTO成套技术的开发与应用，无论从经济上还是战略上对我国发展新型煤化工产业、实现“石油替代”的能源战略都具有极其重要的意义。2010年甲醇制烯烃国家工程实验室与合作单位研发的具有自主知识产权的DMTO技术成功应用于世界首套煤制烯烃工业项目、国家示范工程神华包头年产180万吨甲醇制取年产60万吨烯烃装置，技术指标达到国际领先水平。目前DMTO技术已实现技术实施许可1313万吨烯烃/年，已投产646万吨烯烃/年。 /p p style=" text-align: center " img title=" 02.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/f46d15fd-c2b3-41bd-a8ba-9e51c85c645f.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 2015年底第九套神华榆林年产180万吨甲醇制取年产60万吨烯烃DMTO装置投产 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 03.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/16d0361f-b74f-4b59-9bb3-28ce81cbe63e.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 至2015年底已经投产的九套DMTO装置 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 04.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/f0058c83-9e05-42ce-b6ad-11485cd9fd79.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 甲醇制烯烃国家工程实验室下属部分研究组 /strong /p p 　　DMTO机理研究再升级 /p p 　　甲醇制烯烃国家工程实验室一直坚持应用研究与基础研究并重，不但在MTO过程工业化方面取得巨大成功，而且长期致力于该化学过程中的基础科学问题研究。虽然MTO过程稳态反应阶段的间接机理已形成广泛的共识，但MTO反应中从C1物种甲醇或者二甲醚生成第一个C-C键的反应一直是C1化学中极具挑战性和争议性的课题。由于转化发生在反应的最初始阶段，难以捕获中间物种，一直以来所提出的反应机理缺乏直接证据。 /p p 　　最近，大连化学物理研究所刘中民院士、魏迎旭研究员团队在甲醇制烯烃初始C-C键生成机理方面取得新进展，相关研究成果以热点文章形式发表在《德国应用化学》(Angewandte ChemieInternational Edition)杂志上(doi: 10.1002/anie.201703902)，并被推荐为内封面文章。 /p p style=" text-align: center " img title=" 05.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/2fc60744-3054-46ac-8e25-b01bfc64fb6c.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 刘中民院士 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 06.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/bd29ddc7-114e-4d33-9913-0e12d736492a.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 魏迎旭研究员 /strong /p p style=" text-align: center " img title=" 07.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/151b78ee-4a38-4db9-a765-e6708247d5ab.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 研究成果论文文章 /strong /p p 　　本项工作中，研究人员通过在线监测最初始反应阶段，推测初始烯烃来源于催化剂表面C1吸附物种的直接转化 随后通过催化剂液氮淬冷和固体核磁表征，确定了催化剂上最初始反应阶段存在的表面C1吸附物种(甲醇和二甲醚)和C1活性物种(表面甲氧基和三甲基氧鎓离子) 进一步通过原位固体核磁研究，在真实甲醇转化反应条件下，成功捕捉到二甲醚C-H键活化后生成的类亚甲氧基(methyleneoxy analogue)物种，由此获取了C1物种活化生成第一个C-C键的直接证据 在此基础上提出了初始烯烃生成的反应路径—表面甲氧基/三甲基氧鎓离子协助甲醇/二甲醚活化转化的协同反应机理。 /p p style=" text-align: center " img title=" 08.jpg" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/9041f9be-cf2f-4f62-8d8b-748c8a90871e.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 反应机理示意图 /strong /p p 　　这是首次在MTO反应过程中原位观测到C1物种的初始活化和转化，这一发现将关联甲醇初始转化的直接机理和高效转化阶段的间接机理，建立甲醇转化反应完整的反应历程。此前在MTO反应稳定阶段烃池(Hydrocarbon Pool)机理的研究中，研究人员曾直接捕捉到最为重要的反应中间物种—苯基和环戊烯基碳正离子中间体，并确定了分子筛催化甲醇制烯烃的催化循环途径(J. Am. Chem. Soc. 2012，134(2)，836—839 Angew. Chem. Int. Ed. 2013，52(44)，11564-11568)。 /p p style=" text-align: center " img title=" 09.png" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201707/insimg/7439a642-45a7-4f32-88e1-0ba6fe8afebd.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 分子筛催化甲醇制烯烃的催化循环途径 /strong /p p 　　这些基础机理研究的工作，不但丰富了C1催化化学的基本理论，也对DMTO的工业应用具有重要的促进和支撑作用。 /p

——中天合创在线分析仪表运维项目工作纪实 　　2016年8月，正是沙漠最干热的季节，经过前期交流和投标，聚光科技成功中标中天合创能源有限责任公司化工分公司在线分析仪表维修框架项目，承担了该项目工艺装置上330多台在线分析仪表维护维修工作，开启了扎根沙漠、夙兴夜寐的工作时光。 中天合创煤炭深加工示范项目概览　　中天合创能源有限责任公司化工分公司煤炭深加工示范项目位于内蒙古鄂尔多斯市乌审旗图克工业园区，建设产能煤炭2500万吨/年、甲醇360万吨/年和烯烃137万吨/年，项目主要包括煤气化、变换、净化、甲醇合成、甲醇制烯烃、聚烯烃等生产装置及配套的空分、动力锅炉、循环水场、罐区等公用工程，项目总投资近900亿元，为目前国内规模最大的煤制烯烃项目。由于其产品相关性强，带动性大，项目建成后将为内蒙古周边地区提供大量优质的，具有竞争力的聚乙烯、聚丙烯产品，对促进下游深加工产业的发展有着重要而深远的意义，因此该项目一经批复，就得到了业内同仁的广泛关注。2014年5月，项目正式开工建设，由于项目属于新建，现场操作人员新人较多，对“作为工艺的眼睛——分析仪表”的依赖性非常强，因此确保仪表正常使用显得尤为重要。　　双方签订合同时，正逢360万吨甲醇合成装置开始投料试车准备阶段，为配合客户尽快达成产出合格甲醇、聚烯烃的目标，聚光科技立即从其他运维项目部抽调了既熟悉生产工艺，又精于在线分析仪表维护维修，同时具有开试车投料阶段项目经验的运维工程师到达现场，投入到在线分析仪表维护维修工作中，为项目甲醇合成装置投料试车保驾护航。 运维工程师现场作业情况　　在天气最热的八月份，客户对2#、3#锅炉点火开车，刚投料不久，DCS中控台显示两台锅炉氧含量均异常，如不及时处理，两台锅炉将无法正常投运。在该厂区中，锅炉都是被厂房包围的，加上八月酷暑天气，锅炉边的室温能达到60摄氏度甚至更高，如同蒸笼一般，聚光科技两位运维工程师顶着高温，在锅炉边对氧化锆探头进行检查清理，排除故障，经过数小时的努力，两台锅炉氧化锆测量均恢复正常。虽然两位运维工程师热的全身湿透，但为确保锅炉正常生产，始终全程跟踪和配合操作员工作，此后操作员根据准确的氧含量测量值调整锅炉送风量，两台锅炉顺利达到了满负荷生产，为后续工段的开车提供了有力保障。 运维工程师现场作业情况在高质量完成自身合同范围内在线分析仪表维护维修工作同时，项目部运维工程师急客户所急，主动协助客户处理合同范围外在线分析仪表维护维修工作。在项目开车进行到净化合成工段时，该工段的总硫分析仪无法正常投用，可能引起合成工段催化剂中毒，导致整个工艺无法继续进行。当时总硫分析仪厂家售后技术人员未到达项目现场，该工段的在线分析仪表维护维修框架单位的现场人员也没有能力进行维护维修工作，于是机电仪中心的分析班长找到聚光科技运维人员，希望能够帮助解决问题。聚光科技项目部运维工程师立即赶赴了现场，对分析仪表流路进行检查，对加湿器和测量纸带进行安装，同时对分析仪表进行了校准，最终分析仪恢复正常使用，让开车得以延续进行。 运维工程师现场作业情况　　在数月的开车投料及试生产过程中，类似的维护维修项目不胜枚举。中天合创煤炭深加工示范项目经过40多个日夜各装置单机试车、低高压气密、催化剂还原、水联运等工作，于9月24日产出合格产品甲醇，又经过1个月的调试运行，于10月26日产出合格聚乙烯、聚丙烯。实现了目前国内规模最大的煤制烯烃项目打通全部工艺流程，顺利投产。　　虽然该项目地理位置较为偏僻，生活环境较为恶劣，衣食住行也存在着各种不便，但聚光科技运维工程师克服了重重困难，扎根沙漠，艰苦奋斗，通过与客户精诚协作，提供安全、可靠、专业、规范的运维服务，努力为客户创造最大价值，帮助客户尽早投料试车及产出合格产品，受到了客户的高度认可和一致好评。聚光科技将以此作为新的起点，再接再厉，为更多的石化、煤化工等企业提供机械动静设备、电气设备、仪表阀门、通信系统及过程控制系统的专业运维服务。

5月30日是第六个全国科技工作者日，主题确定为“创新争先、自立自强”。今天央视新闻的《大国科学家》系列报道，我们来认识一位把煤变成烯烃的“魔术师”——中国工程院院士刘中民。煤变成烯烃，是国际研究的前沿热点，也关系着国家能源安全。经过中国科学院大连化学物理研究所几代科学家数十年的攻关，煤制烯烃这项技术终于走出实验室、再从工厂走向市场。作为中科院科技支撑“双碳”战略行动计划的重要内容，这项技术不仅创造了巨额的经济效益，还开创了一个战略性新兴产业。烯烃讲起来拗口，其实就是塑料的原料，离我们的生活并不远，它随处可见，轮胎、牌匾、鞋子、衣服，一切有塑料的地方，大都有烯烃的存在。烯烃是重要的基础化工原料，合成烯烃最主要的原料是石油。中国工程院院士 中科院大连化物所所长 刘中民：我们国家的煤炭资源相对丰富，所以能不能从煤这样的化石资源做出石油能做的产品，这是一个人们努力很多年的方向。这个研究是有战略意义的，这是涉及能源安全问题，我们要立足于自己的资源来做出我们需要的产品。1983年，年轻的刘中民进入中科院大连化物所，从此开启了烯烃生产新技术的研究之路。煤制烯烃，是指以煤为原料合成甲醇后，再通过甲醇制取乙烯、丙烯等烯烃的技术。项目最开始并不被看好，因为石油制烯烃的技术更加成熟，而且价格更低。随着石油价格上涨，塑料的制造成本随之攀升，煤制烯烃技术开始受到人们的重视。然而，这项技术并不成熟，关键工序仍有无法解决的缺陷，包括刘中民在内的三代科研人员，一直在专注于解决这个问题。中国工程院院士 中科院大连化物所所长 刘中民：从煤做出烯烃，它中间要做成甲醇，这些都是成熟的工业过程，但是甲醇再做乙烯、丙烯，这个从来没有做成过，我的任务就是把它做成，把这个线连起来。所以这不是努力、短时间就能解决的事儿，所以需要长期坚持。经过无数次的尝试和探索，刘中民团队终于在甲醇制烯烃的技术上取得了突破，2004年陕西省政府看中了这项技术，很快与大连化物所签订了合作合同。然而，这仅仅才是迈出的第一步。接下来，从实验室到工厂，从技术到产品，刘中民带领团队在工厂安营扎寨，开始了至关重要的万吨级大型试验。中国工程院院士 中科院大连化物所所长 刘中民：旁边有一个小的是放火的火炬，我们平常观察就是看那个火亮不亮，火要不亮就赶快往那跑，说明出事了。用刘中民的话来说，那段时间，他都快神经质了，每天晚上都睡不踏实，都要爬起来看看装置上面的火炬是不是还亮着。因为如此大规模的试验，环节众多、复杂烦琐，哪个环节出了问题，以后可能就没有机会再做了。中国工程院院士 中科院大连化物所所长 刘中民：科学研究本身就是要面对未知、迎接挑战，这是它的最大的魅力所在。700多个日夜的提心吊胆，终于迎来了激动人心的时刻，试验宣告成功，刘中民团队与合作伙伴完成了世界首次甲醇制烯烃工业性试验，每天可以转化甲醇75吨，取得了设计建设大型装置的可靠数据。2010年，包头甲醇制烯烃工业装置投料试车一次成功，成为世界上首套大型甲醇制烯烃工业装置，标志着我国率先实现了甲醇制烯烃的核心技术及工业应用“零”的突破。此后，刘中民又带领团队陆续完成了甲醇制烯烃第二代、第三代的技术研发，推动并形成上千亿产值的煤化工产业。几代科学家接续耕耘，通过几十年的创新攻关，为促进经济社会发展、助力实现“双碳”目标，提供了有力的科技支撑。中国工程院院士 中科院大连化物所所长 刘中民：这件事对国家有战略意义，对我们科技工作者来讲，就是把科技问题解决了，真正能实现产业化。实现产业化之后才能谈得上对国家有所贡献。想了解更多双碳内容：5月31日关注仪器信息网“第六届 石油化工分析技术与应用”主题网络研讨会（2022）点击报名：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/petrochemical2022/