炼化 煤制烯烃的工业实践
2015-04-20李建永
○ 文／李建永／本刊记者 于 洋
炼化 煤制烯烃的工业实践
○ 文／李建永／本刊记者 于 洋
由洛阳工程公司、中科院大连化物所联合研发的甲醇制烯烃技术，拉开了中国甲醇制烯烃产业的大幕。
1997年，中科院大连化物所与中石化洛阳工程有限公司确定合作开发甲醇制烯烃。
2004年8月6日，甲醇制烯烃工业性试验装置建设在陕西华县启动。
2010年8月8日，神华包头180万吨/年DMTO装置投产，DMTO技术从实验室走向工业化。
2014年12月25日，180万吨/年DMTO-Ⅱ装置在陕西蒲城开车成功，标志着全球首套DMTO-Ⅱ工业示范装置投入商业运行。
2015年1月9日，该项技术在2014年度国家科学技术奖励大会上获得国家技术发明奖一等奖。
十多年的时间一晃而过，参与DMTO技术攻关的陈俊武院士感慨：“30多岁时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。”
珠联璧合促研发
人们开始关注非石油路线生产低碳烯烃技术源于上世纪70年代的两次石油危机。
中国最先参与这项研究的是中科院大连化物所。1981年，在林励吾院士的带领下，大连化物所调集两个研究组从分子筛合成与催化剂研制两个方面进行了甲醇制取低碳烯烃科技的攻关。1997年，大连化物所找到了时任洛阳工程公司技术委员会主任、中科院院士陈俊武。
“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。”大连化物所刘中民研究员向陈院士表达了合作意愿。
陈俊武院士经过仔细思考，认为煤化工有广阔的应用前景。双方一拍即合，并开启了长达20年的合作之路。
大连化物所会找到洛阳工程公司不无道理。
DMTO工艺专用催化剂反应后会快速失活。想要完成甲醇制烯烃的工业化试验推广，必须找到一个有几十年催化裂化工业经验、流态化工程技术成熟的公司进行合作。在国内当时比较权威的单位就是洛阳工程公司。大连化物所寻求洛阳工程公司合作可谓珠联璧合。
自主创新填空白
然而，自主研发的道路并不是一帆风顺的。
虽然研发工作正在稳步进行，但因核心数据缺失进展不大。在当时，这项技术可供借鉴的数据屈指可数。据洛阳工程公司资深专家陈香生介绍，埃克森美孚和UOP率先申请了设计方案方面的专利，但没有核心数据。
“当时尽管我们没有用户，但是仍然一直跟踪国外的进展。”陈香生说。终于2000年前后，在欧洲一个研究机构的专利中，陈香生发现了催化剂积碳与选择性的数据。
这个发现很快被送到陈院士手中。他与大连化物所提供的实验室数据进行对比，认定这就是MTO工艺工程技术开发的出发点。
技术关键点找到了，但是在寻找业主的道路上却因1997年后国际油价的一路下行而频频受挫。直到2004年4月28日，陕西省政府经济顾问李毓强教授在陕西省经济发展思路会上郑重推荐MTO试验项目。2004年8月2日，大连、洛阳、陕西三方达成了具有历史意义的DMTO技术开发合作协议。
技术、资金、人才的条件都具备了，但这仅仅是开始。在从实验室走向工业化的道路上，首先面临的就是两个“一百倍”工程放大的跨越。
当时，美国UOP公司已经做了1.5吨/天规模的试验，对外宣称可以进料百万吨级。对于中国工业试验的规模，陈院士说：“最好还是先放大一百倍，做万吨级的工业试验，再放大一百倍建百万吨级工业项目。”
按照这个思路，华县工业化装置一天进料50吨甲醇，主要目的是发现实验室条件与工业规律和差别，为百万吨级商业化装置提供设计基础数据，确保百万吨级工业装置一次设计成功，一次投产成功，进而很好地转入商业运行。
华县的项目，洛阳工程公司与大连化物所的“握手”，被视为企业与科研院所强强联合的典范。但是，这种合作并不是一帆风顺的。
在华县做工业化试验时就有一件“红过脸”的事。据陈香生介绍，产品的选择性始终达不到实验室80%以上的水平。“这是因为工业化放大的原因。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。”洛阳工程公司副总工程师刘昱解释。
这种“红脸”被他们开玩笑地称作“理想主义与现实主义的碰撞”。
华县万吨级工业试验的成功很快带来了神华包头180万吨/年DMTO装置的上马。这是DMTO装置规模的又一次放大“一百倍”。
该装置是神华煤制烯烃工程中唯一采用国产化技术建设的，而且是首次工业化的技术，受到了普遍的质疑。洛阳工程公司神华DMTO项目经理杨杰说：“神华的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，150多亿元的投资该怎么办？”
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。2014年12月25日，采用烯烃产率更高、能耗更低的DMTO-Ⅱ技术建设的全球首套工业示范装置在陕西蒲城开车成功，实现了甲醇制烯烃技术的再次创新，进一步巩固了DMTO技术的世界领先地位。
探索仍在进行
DMTO一代、二代的技术是大连化物所与洛阳工程不断改进技术的一个体现。“为了支撑工业发展，理论研究一直在改进。我们花了很多工夫做基础研究，目的就是把原理弄得更明白。”刘中民介绍说，“这不是DMTO所独有，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。”刘中民进一步解释。
DMTO技术要走向国际市场，还面临着标准化的问题。陈香生建议：“没有针对MTO的标准，要推广到国外就很难。现在DMTO的实际操作中，很多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。”
虽然在技术、推广上还面临着一定的问题，但作为MTO工程标杆的DMTO技术，在我国甲醇制烯烃自主技术开发、延伸产业链、催生新的市场方面具有重要意义。
关于DMTO的篇章，他们还在继续谱写着。
责任编辑：石杏茹
znshixingru@163.com
●2014年12月25日，DMTO-Ⅱ装置在陕西蒲城开车成功，标志着全球首套DMTO-Ⅱ工业示范装置投入商业运行。 供图/李建永
