甲醇制烯烴,煤制高碳醇的區(qū)別(煤制甲醇制烯烴工藝流程)

我國資源豐富的煤炭如何轉化為高碳醇、乙醇和烯烴呢？近日，“走進中科院·記者行——‘科技雙碳’服務經濟主戰(zhàn)場榆林版塊活動”舉行。新京報記者就科技支撐國家“雙碳”戰(zhàn)略采取的重要舉措及取得的階段性成果對中科院進行了采訪。

2018年，中國科學院批準依托大連化學物理研究所組織實施“清潔能源關鍵技術與示范”戰(zhàn)略性先導科技項目。該專項匯集了能源領域20余家科研院所和大學的優(yōu)勢研究力量。通過技術攻關，突破55項關鍵技術，29套工業(yè)示范裝置開工建設，帶動投資超過1500億元。

實現(xiàn)煤制烯烴工業(yè)技術持續(xù)創(chuàng)新

在2021年兩院院士大會上，習近平主席發(fā)表重要講話，指出這幾年我國科技創(chuàng)新取得新的歷史性成就?！凹状贾葡N技術的不斷創(chuàng)新，帶動了我國煤制烯烴行業(yè)的快速發(fā)展。”

乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基本有機化工原料，是現(xiàn)代化學工業(yè)的基石。日常生活中的塑料杯、保鮮膜等都是由烯烴生產的。隨著我國經濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，對烯烴的需求量也會增加。

傳統(tǒng)的烯烴生產技術嚴重依賴石油資源。一般來說，一座百萬噸級烯烴裝置需要一座千萬噸級煉油廠來提供石腦油原料。我國石油資源不足，對外依存度超過70%。然而，我國的煤炭資源比較豐富。有序發(fā)展煤化工，利用我國相對優(yōu)勢的煤炭資源部分替代石油資源。這符合我國貧油、低氣、富煤的資源需求。稟賦特征。

以煤為原料通過甲醇生產烯烴，首先通過煤氣化生產合成氣（以一氧化碳和氫氣為主要成分）。合成氣在催化劑作用下合成甲醇，然后用甲醇生產烯烴。實現(xiàn)這一發(fā)展方向的關鍵核心技術是甲醇制烯烴技術，這在世界范圍內也是一個非常具有挑戰(zhàn)性的課題。

中國科學院大連化學物理研究所劉忠民院士團隊長期從事甲醇制烯烴技術研究。經過數十年的努力，2006年共同完成萬噸級工業(yè)試驗，成功開發(fā)出甲醇生產低碳烯烴DMTO成套工業(yè)化技術。2010年8月，全球首座180萬噸煤制甲醇制60萬噸烯烴裝置在內蒙古包頭成功投產，實現(xiàn)了煤制烯烴工業(yè)應用“零”的突破。DMTO技術榮獲2014年度國家技術發(fā)明獎一等獎。

第三代甲醇制烯烴技術通過科技成果鑒定

在此基礎上，劉忠民團隊先后研發(fā)出第二代（DMTO-II）和第三代（DMTO-III）技術，技術指標持續(xù)大幅提升。

“第一代技術時期，約3噸甲醇可生產1噸烯烴。采用第二代技術，噸烯烴甲醇消耗從3噸左右下降到2.60-2.70噸?！眲⒅颐癖硎荆瑢崿F(xiàn)1噸烯烴的目標，能源消耗和碳排放大幅下降，讓我國在該領域繼續(xù)保持國際領先地位。

據他介紹，第一代、第二代技術的工業(yè)裝置甲醇加工能力為180萬噸/年。第三代技術采用新一代催化劑。通過反應器和工藝的創(chuàng)新，單個工業(yè)裝置的甲醇加工能力可大幅提升，達到300萬噸/年以上。同時，該工業(yè)裝置可加工數噸烯烴（乙烯丙烯）。甲醇消耗量可降低至2.60-2.70噸。

2020年11月9日，DMTO-III技術在北京通過了中國石油和化學工業(yè)聯(lián)合會組織的科技成果鑒定。鑒定專家一致認為該成果處于國際領先水平，建議加快新一代催化劑的推廣應用，盡快建設DMTO-III工業(yè)示范裝置。

截至目前，DMTO系列技術已簽訂技術實施許可合同31臺（其中出口1臺）。烯烴產能已達2025萬噸/年，約占全國現(xiàn)有產能的1/3，預計帶動投資超過4000億元。元。已投產的16套工業(yè)裝置，烯烴（乙烯丙烯）產能超過900萬噸/年，每年新增產值超過900億元。該項目的實施開辟了一條非石油資源生產低碳烯烴的新路線，對促進煤炭清潔高效利用、緩解石油供應緊張局面、實現(xiàn)“雙碳”具有重要意義?！睉?zhàn)略目標。

煤制油設備可生產高碳酒精，大大提高經濟效益

DMTO技術只是中科院科技支撐國家“雙碳”戰(zhàn)略取得的階段性成果的一個縮影。

據中國科學院大連化學物理研究所研究員丁云杰介紹，1999年，他從美國博士后歸來后，就致力于煤制油催化劑及其應用的研究。流程。

世界上煤基合成油主要采用鐵基和鈷基兩種催化劑工藝生產。鐵基催化劑反應產生的二氧化碳具有高選擇性。然而，傳統(tǒng)的費托合成鈷基催化劑價格昂貴且液體產物選擇性差，限制了其工業(yè)應用。

在丁云杰的帶領下，研究團隊開發(fā)出碳載鈷基催化劑。具有高活性、低甲烷選擇性、極低二氧化碳選擇性和良好的穩(wěn)定性。它可以降低運行能耗并消除對脫碳裝置的需求。運行過程中產生的廢催化劑可以通過簡單的焚燒來燃燒。碳載體，回收金屬鈷，實現(xiàn)低固體廢物甚至無固體廢物的綠色環(huán)保目標。

2015年，該項目煤制油示范裝置完成工藝流程，生產出合格的石腦油、柴油等油品。2020年實現(xiàn)100%負荷運行，滿足催化劑性能指標，達產增效。

除了生產石油以確保能源安全外，該技術還可以生產高附加值的化學品。在煤制油合作單位——陜西延長石油榆林煤化工有限公司生產現(xiàn)場，10萬噸煤制油裝置正在生產運行?！爸鞣磻鲀鹊脑鲜敲簹饣a生的合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣），碳載鈷基催化劑為固體。”大連化學物理研究所研究員朱和軍表示，該反應可以產生液態(tài)烴或高碳醇等化學品。

榆林煤化工有限公司10萬噸/年煤制油工業(yè)示范裝置漿態(tài)床反應器新京報記者張璐攝

在同一反應器相同條件下，添加另一種碳載鈷基催化劑，可以生產附加值更高的高碳醇。“油品每噸可以賣到8000元，高碳醇可以賣到元，大大提高了經濟?！敝旌泳硎荆咛即伎梢灾瞥删毣瘜W品，比如不傷手的清潔劑，進一步加工可以生產-烯烴，用來制造潤滑油。他表示，未來將實現(xiàn)商業(yè)化運營，單裝置產能將達到50萬噸/年。

催化與人工智能技術相結合，“機器人”評估催化劑

在榆林中科清潔能源創(chuàng)新研究院AI催化智能實驗室，機械臂正在擺動，擰開瓶蓋，將化學品倒入試管中，模擬實驗制備催化劑。催化劑改變化學反應速率的作用稱為催化作用，催化作用幾乎涵蓋了化學反應的整個領域。

7月19日，在榆林中科清潔能源創(chuàng)新研究院AI催化智能實驗室，機械臂正在模擬催化劑的制備和評價。新京報記者張璐攝

“從數據學習、催化劑合成和制備，到反應器裝載、性能測試等，我們正在實現(xiàn)整個過程的人工智能和自動化?！痹撗芯克鶊?zhí)行所長任曉光表示，今年我們計劃生產該設備的1.0版本。實現(xiàn)平均每月處理樣品量500-1000個。

他表示，利用人工智能開發(fā)催化劑有幾大優(yōu)勢。機器人可以24小時工作，減少實驗誤差。這包括積累大量的實驗數據，結合人工智能技術支持下的文獻自主檢索和學習，為下一步的實驗做出修正和建議。這項工作還將開發(fā)一個跨學科的人才庫。

為何在榆林設立中科清潔能源創(chuàng)新研究院？任曉光表示，榆林資源稟賦得天獨厚，煤炭、石油、天然氣、風、光等能源資源豐富。是我國罕見的多能源豐富地區(qū)，為多能源融合技術和產業(yè)示范提供了資源條件?！半p碳”目標下，以陜北榆林為代表的化石能源資源豐富地區(qū)，綠色低碳轉型需求迫切。2019年12月，陜西省政府與中國科學院簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同創(chuàng)建榆林國家能源革命創(chuàng)新示范區(qū)。

他表示，榆林中科清潔能源創(chuàng)新研究院正在建設五個創(chuàng)新研發(fā)平臺，其中數字催化新技術研發(fā)平臺將探索自動化、大數據、云計算、數字孿生等新技術與催化的深度交叉融合。技術研發(fā)?！澳壳埃糠衷O備已安裝、調試、演示。”

55項關鍵技術取得突破，29套工業(yè)示范裝置開工建設。

據中國科學院重大科技任務局業(yè)務處處長曹大全介紹，面對“雙碳”戰(zhàn)略目標，《中國科技支撐碳中和戰(zhàn)略行動計劃》科學院”已啟動。中科院明確了近、中、長期階段發(fā)展目標：到2025年，突破一批支撐碳達峰的關鍵技術，推動經濟社會低碳綠色轉型，探索支持碳中和目標的顛覆性和變革性技術。

到2030年，支持碳達峰的關鍵技術達到國際先進水平，有力支撐碳達峰目標的實現(xiàn)；在支持碳中和的科學原理和關鍵技術上取得重大突破，為碳中和目標提供科技儲備和解決方案。

到2060年，一批原創(chuàng)性、顛覆性技術將得到開發(fā)和應用，有力支撐碳中和目標的實現(xiàn)。為構建綠色低碳循環(huán)經濟體系和清潔低碳、安全高效的能源體系，實現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略目標，提供科學基礎、關鍵技術和系統(tǒng)解決方案、碳減排和碳匯增加達到國際領先水平。

2018年，中國科學院批準依托大連化學物理研究所組織實施“清潔能源關鍵技術與示范”戰(zhàn)略性先導科技項目。

“專項項目匯聚了20余家能源科研院所和高校的優(yōu)勢研究力量，通過技術攻關，突破了55項關鍵技術，29套工業(yè)示范裝置開工建設，帶動投資150余項。億元?！彼o出了具有代表性的結果的例子。煤基乙醇（DMTE）技術已累計獲得技術許可合同10項，產能295萬噸/年。

“雙碳”戰(zhàn)略下的中科院能源科技創(chuàng)新路線圖中國科學院供圖

新京報記者張璐

編輯范怡靜校對李麗君