DMTO：30年耕耘结硕果

□ 本刊记者 许帆婷 李建永 田 源

编者按：1月9日，在2014年度国家科学技术奖励大会上，中国石化炼化工程集团（SEG）洛阳工程有限公司与中科院大连化学物理研究所、新兴能源科技有限公司联合研发的甲醇制取低碳烯烃（DMTO）技术摘得国家技术发明奖（通用类）一等奖。从中科院大连化物所开始基础研究攻关开始，DMTO技术研发经历了30余年的历程。洛阳工程公司攻关团队承担了DMTO的工艺设计和工程放大的任务，为DMTO技术从实验室走向工业化付出了不懈努力。本期《关注》栏目的一组文章将为读者展现DMTO技术诞生、发展的基本历程，并对该技术的未来发展前景进行客观分析。

“有大连化物所扎实的研究，有三方精诚合作的团队，再有两次放大一百倍的工程开发。”陈俊武院士这样总结DMTO的成功之道。

2015年4月初，残冬的余寒尚未完全褪去。滕州这个鲁南小城的郊外，联想控股联泓集团神达/昊达DMTO装置簇新锃亮的表面在阳光下熠熠生辉。这套去年12月刚刚投产的甲醇制烯烃装置，是连接联想集团煤化工产业链上下游的关键一环。

“整套装置包括DMTO和烯烃分离都是洛阳工程公司自主知识产权的技术，没想到开车这么顺利。” 联泓集团副总裁兼神达昊达公司总经理陈德烨的言谈中充满了对洛阳工程公司项目团队的佩服，“他们树立了MTO工程的标杆。”

就在今年1月9日，在2014年度国家科学技术奖励大会上，中石化炼化工程集团（SEG）洛阳工程公司与中科院大连化物所、新兴能源科技有限公司联合研发的甲醇制取低碳烯烃（DMTO）技术，摘得国家技术发明奖（通用类）唯一的一等奖。

艰难的开始

1997年的一天，中国科学院院士、时任洛阳工程公司技术委员会主任的陈俊武，在办公室里接待了来自中国科学院大连化物所的几位客人。其中，有一位是从事了十几年DMTO研究开发的王公慰研究员，还有一位年轻人则是目前的DMTO技术负责人刘中民研究员。

“甲醇制烯烃，我们已经选定了催化剂，想接着往下进行工程技术开发和设计。”刘中民向陈院士表达了合作意愿。

20世纪70、80年代的石油危机使醇醚制烯烃的技术路线在世界上形成研究热潮。与石化行业有千丝万缕联系的中科院大连化物所瞄准了这项技术。

由于DMTO工艺专用催化剂反应后快速失活，想要推进甲醇制烯烃的工业化，必须借鉴催化裂化几十年的工业经验，使用流态化工程技术。国内首屈一指的权威单位就是中石化洛阳工程有限公司。

陈俊武院士经过仔细思考，认为这件事在战术上有把握，战略上也有广阔的应用前景。双方一拍即合，开始了20年的合作之路。

“虽然现在石油价格低，但长期趋势是上涨的。中国缺石油，但煤多，便宜，用煤制甲醇生产烯烃的路线是可行的。”陈俊武做出了这样的战略决定，他的眼光很准。

然而，似乎是时势弄人，1997年以后国际油价一路下行，当时已经为中石油西南石油局做好的MTO可研方案搁浅了。随后数年，双方一起找过几家业主，也因种种缘由没有了下文。

宝剑封匣，十年蛰隐。研究者的心却始终系在MTO发展的脉络上。“当时我们尽管没有用户，仍然一直跟踪国外技术进展，用红字标注相关专利要点，复印给陈院士。” 洛阳工程公司资深专家陈香生说，“埃克森美孚和UOP的专利包括了各种设计方案，但真正的核心数据却没有。”2000年前后，陈香生无意中查找到欧洲一个研究机构发表的专利，其中谈到催化剂积炭与选择性的数据。

“我不是搞工程设计的，没有引起太大注意，但陈院士看完后说很重要。他与大连提供的实验室数据进行对比，认可了这一结论。认定这是MTO与催化裂化一系列工程技术差别的核心，也是MTO工艺工程技术开发的出发点。”陈香生回忆。

2004年，在时任陕西省省长贾治邦组织的专家学者研讨经济发展思路会议上，省政府经济顾问李毓强教授推荐了DMTO技术，希望可以借此开发陕北的优质煤资源。陕西省政府当即决策，由陕西国有企业出资帮助大化所完成工业化试验，然后在陕西建大型工业装置。试验的风险投资由陕西方面承担。通过李毓强教授牵线，三方于2004年8月2日达成了具有历史意义的DMTO技术开发合作协议。

2006年，DMTO技术又一次遇到了重大转机。神华包头煤化工项目决定要上MTO装置，当时与美国UOP公司谈技术转让已经谈得很深了。时任国家发改委副主任、能源局局长的张国宝得知DMTO技术正在进行万吨级工业试验，要求神华再等半年，如果试验成功，就采用国产技术。“所以神华项目只有MTO这一段采用的是国产技术，其他所有装置都是引进的，包括烯烃分离。”洛阳工程公司副总工程师刘昱说。

回想起十余年DMTO攻关经历，陈俊武不无感慨：“30多岁参与了催化裂化的设计开发，70多岁又遇到了MTO。我这辈子没白过。”

六年间，两次跨跃

“2004年8月8日，在陕西榆林启动工业性试验装置动工仪式；2010年8月8日，神华包头DMTO装置投产，正巧是同一个日子。”对刘中民来说，这是个永远不会忘记的日子。6年间，DMTO技术从实验室走向工业化，实现了两个“一百倍”工程放大的跨越。

□ 陈俊武院士（左二）、刘中民研究员（右二）、刘昱副总工程师（左）与陕西新兴煤化工有限公司总经理袁知中（右）在神华包头MTO装置指导开车。陈香生 摄

洛阳工程公司和中科院大连化物所刚开展合作的时候，美国UOP公司已经做了1.5吨/天规模的试验，对外宣称可以直接建进料百万吨级的装置。刘中民问陈院士能做多大，得到的答复是最好先做万吨级的工业试验。“这不还是赶不过人家吗？陈院士让我眼光放长远一些，认为一步放大一万倍到工业装置风险太大了。事实证明陈院士判断很对。必须老老实实走这一步，先做一个每天进料50吨甲醇的工业性试验，分两步走。”刘中民说。

华县工业化实验装置主要目的是发现实验室条件与工业条件的规律和差别，为百万吨级商业化装置提供设计基础数据。

神华包头180万吨/年DMTO装置规模是再次放大“一百倍”的结果。“第一套工业装置的规模是经过严格论证的。180万吨DMTO装置的反再系统和350万吨催化裂化的装置规模大致相当，在我们工程经验范围内，把握最大。”洛阳工程公司资深专家梁龙虎介绍。

然而，各种意料之中与意料之外的困难纷至沓来。

“当时主要担心的不是技术问题，而是安全、环保等能把你‘一票否决’的因素。”华县的试验装置周围都是农村，人员状况复杂，刘中民的心一直悬着。

DMTO装置是神华包头项目工业链条中唯一采用国产技术的，而且是首次工业化的技术，受到了普遍的质疑。“包头项目从前端的煤气化、净化，到后端的聚乙烯、聚丙烯，都是国外成熟的技术。如果把整个项目比喻成一个哑铃，那么DMTO就是中间的把儿。假如把儿断了，一百五十多亿的投资该怎么办？”洛阳工程公司神华DMTO项目经理杨杰觉得大家的担心可以理解，“当时很多人并不看好DMTO首次工业化尝试，神华集团甚至做好了开车不成功的预案。”

杨杰感受的压力还来自于神华项目的工期。“按合同我们要在2010年5月25日前中交，建设周期19个月，跨越两个冬季。”包头的冬天，极端温度零下30多度，采暖季从每年10月15日至次年4月15日，长达半年。按照事先规划，反再系统要在2009年4月份达到吊装条件。因此，必须在2008年冬季把反应器基础建设封顶。

“反应器高24米，相当于8层楼的高度，在零下25度的条件下，用脚手架搭棚子整个包围起来，在里面烧炉子，保证内部温度满足混凝土的浇筑要求。”杨杰说，“现场施工经理半夜冒着严寒，拿着测温计一个帐篷一个帐篷钻，检查温度和环境有没有问题。2008年的冬天，我们就是这么度过的。”

2010年8月，神华180万吨/年DMTO工业示范装置开车成功，成为世界首套、全球规模最大的甲醇制烯烃装置。成功的背后，是洛阳工程公司开发团队十几个专业组、几十名研究者上百次大小讨论、无数个不眠的夜晚。

“有大连化物所扎实的研究，有三方精诚合作的团队，再有两次放大一百倍的工程开发。”陈俊武院士这样总结DMTO的成功之道。

理想主义与现实主义的碰撞

“像DMTO这样的大项目，需要多兵种大兵团作战，我们与洛阳工程公司的合作是优势互补。”谈起合作，中国科学院院士、中科院大连化物所所长张涛对洛阳工程公司在催化裂化方面的功底十分佩服。事实上，这也不是双方的第一次合作。

为了促进科研成果转化，洛阳工程公司和大连化物所的“握手”堪称企业与科研院所强强联合的典范。可以想见，这种合作并不是一开始就一帆风顺。

“我是做研究的，他们是搞工程的。做研究的人多少都有点理想主义，看到什么都不满意。他们就比较实际。”刘中民笑称，技术问题难免有分歧，观点不一致，越讨论就越清楚。“但当时那个环境，就不是个心平气和的场合，压力很大，大家还‘吵’过几次。”

陈香生还清楚地记得，在华县做试验的时候一件“红过脸”的事。现场的选择性始终达不到实验室80%以上这一水平。为此，80岁高龄的陈院士还两次赴大连化物所调研实验数据，分析差异的原因。最终发现，这是由于工业化放大的装置，在加热方式、输送方式、物料分配等方面与实验室装置不太相同。

“实验室往往不考虑工程放大的特点，有时候他们的要求在工程上确实难以满足。实验室很容易达到的选择性，工业上往往就不行。”刘昱解释，比如实验室要求催化剂很快分离，但实际上从密相到稀相有个分离空间。这是一个不断磨合、不断沟通的艰苦过程。“前提是相互信任。”

“还有一次试验，在开工的时候催化剂活性突然往下掉。我就怀疑他们的催化剂有问题。”陈香生回忆，为了防止反应温度过高，反应器顶部设计有一个喷水雾化的激冷设施，一般不会启用，为试验激冷效果曾试验过一次。大连认为催化剂没问题，是喷水激冷喷坏了催化剂。双方产生了争议。陈香生建议，在喷水前先取个样。实验的结果表明，分子筛晶体没问题，是催化剂强度问题致使破损。后来大连化物所将催化剂带回实验室验证，制备工艺调整后再没出现活性下降的问题。

“大连化物所有一个合作的优点，他做他的理论，不干涉你的工程。他只提要求，至于怎么实现，对你完全信任。”在刘昱的眼中，大连化物所的团队已经成了最好的朋友。回想起那段经历，变得愉快起来。

“大连化物所是原始创新的发起者，我们围绕DMTO工艺技术工程化、大型化和工业化做了大量的开发工作，既有协同创新和集成创新，又参与了其中的原始创新，起到了桥梁和纽带作用。”全程参与了DMTO项目攻关的洛阳工程公司党委书记王国良这样评价双方的合作。

对洛阳工程公司本身来说，DMTO项目创出了一个新的业务天地。“当时三方签协议，约定一起对外许可技术，洛阳工程公司除了占有一定比例的技术许可的份额外，还约定了开展相关工程设计的条款。”洛阳工程公司市场部相关人员介绍，“使用DMTO技术，业主要跟洛阳工程公司谈设计合同，至于是否选择EPC（项目总承包）模式就看业主的情况了。”目前洛阳工程公司EPC项目中，DMTO项目占了相当大的比例。

前路漫漫修且远

神华DMTO项目的成功形成良好的示范作用。一时间，拥趸者众。

到目前为止，DMTO技术一共许可了20套，已经开车成功7套，其中大多数是洛阳工程公司做EPC的项目。“上DMTO项目的多是新业主，对他们而言做EPC的好处是不需要投入太多管理力量，减少中间环节、缩短工期。”洛阳工程公司市场部负责人介绍。

虽然技术已经相对成熟，但对洛阳工程公司来说，开拓市场的过程远非风平浪静。每个业主都有个性化的需求。青海盐湖项目，地处高原，空气稀薄，地基遇淡水即沉，电气设备遇盐雾易腐，给施工带来不小考验；山东神达项目，地下都是坚硬的岩石，铺设管线必须一炮一炮地把地崩开；延长靖边项目，煤油共炼，是煤化工与传统炼油化工的结合，需要在设计上单独考虑。

“到去年年底，煤制烯烃的总产能大概在700万吨/年左右，等我们所有的装置都开起来，到2016年总产能估计在1800万吨/年左右。”梁龙虎说。根据陈俊武院士估算，甲醇制烯烃对传统石脑油制烯烃的产能替代率在百分之二十左右为宜。市场空间有限，DMTO技术想要走得更远，必须不断进步。

□ 世界首套全球规模最大的180万吨年煤基甲醇制烯烃MTO工业示范装置在内蒙古建成投产。 陈香生 摄

随着新装置的不断投产，技术也越来越成熟。“由于催化剂是采用不完全再生工艺，如果对生焦和烧焦两个步骤处理不好会引起超温的问题。”刘昱介绍，在宁波禾元装置遇到的最大问题，就是控制新鲜催化剂生焦的问题，在后面的装置上都得到很好解决。“业主给我们反馈，我们认真研究后就会在下一套装置上改进。”

与此同时，大连化物所与洛阳工程公司联合研发的DMTO二代技术，在陕西蒲城开车成功。二代技术加了一个C4+回炼装置，丙烯收率可以提高7～8个百分点。“二代装置要做大量设计工作，同一个催化剂要满足两个不同条件，形式更复杂。”刘昱说。

“为了支撑工业发展，理论研究一直在改进。我们花了很多功夫做基础研究，目的就是把原理弄得更明白。”刘中民说。这不是DMTO独有的，整个化工界仍处在对原理的不断探索中。催化裂化的反应机理至今仍在不断探索和提升中，DMTO的甲醇根本没有碳-碳键，但反应产物有碳-碳键，这是怎么产生的？“我们对原理比以往更明白了一些，但依然任重道远。”

DMTO技术要走向国际市场，还面临着标准化问题。“没有规范的MTO技术标准，要推广到国外就很难。现在DMTO的实际操作中，很多都用的是催化裂化的技术标准，但它究竟合适不合适还有待考量。”陈香生建议，“希望行业协会能牵头去做这项工作。”

对于DMTO技术的前景，联泓集团副总裁陈德烨十分看好：“它增加了国内化工的多样性。一个行业需要有激烈竞争才会进步，否则永远都不成熟。”