非油制烯烃技术走向商业化

□ 文/本刊记者 田野

非油制烯烃技术走向商业化

□ 文/本刊记者 田野

截至2014年底，DMTO技术实现技术实施许可20套大型工业装置，烯烃总产能达1126万吨/年，形成新的市场开发和商业合作模式，可拉动上下游产业发展。目前，已有7套DMTO工业装置建成并投入商业运营，为我国每年新增烯烃产能400万吨，全面带动了甲醇制烯烃战略新产业的快速形成。经过30多年的努力，DMTO技术在中国落地生根，开花结果。

【编者按】

甲醇制取低碳烯烃技术（DMTO）是一个经典案例，在DMTO长达30年、历经四代人的“马拉松式”创新中，每当油价出现波动，项目研发就会出现变数，而且数次险些“死在路上”—油价下跌，“油荒”缓解，其重要性就被严重弱化，关注度被市场边缘化，进而难以获得资金支持，研发陷入低潮；油价大涨，石油危机，则其紧缺性凸显，项目立刻受到市场追捧，研究工作反而顺利。一个旨在破解我国能源结构困局的战略性项目，竟然被尴尬地置于油价的对立面，不得不看市场的“脸色”行事。

这个案例提醒我们，以市场为导向，是技术创新的铁律。密切关注市场变化，敏感发现市场需求，及时做出相应调整，是尊重创新规律的体现。然而，市场瞬息万变，技术研发却需要持之以恒。尤其是重大科技的创新，需要的是前瞻的眼光、长期的布局、不间断的投入、持续的研究，对那些抢占制高点的技术而言，每一次延缓、迟疑、中断都有可能前功尽弃。

以市场为导向，不等同于跟随市场的风吹草动随时“变脸”。相反，过分的“功利主义”是创新的大敌。事实证明，许多有价值的创新就是被这种追求立竿见影效益的短视行为断送的。对创新，我们需要的是做“长线”的心态，而不是炒“波段”的手法。

今年的科技奖励大会将技术发明一等奖授予甲醇制取低碳烯烃技术（DMTO）。这一发明成果，不仅为我国烯烃生产开辟了一条崭新的非石油技术路线，创造性地实现了新兴能源化工产业链和中高端产品价值链全程贯通，而且对我国实施石油替代、保障国家能源安全、带动能源化工产业升级具有重要的战略意义。

1997年初，中国石化洛阳工程有限公司与中科院大连化物所围绕DMTO技术的工程与工业化开展原始创新。2004年，陕西新兴能源科技有限公司加入攻关团队，三方合作正式拉开DMTO技术协同创新的序幕。

截至2014年底，DMTO技术实现技术实施许可20套大型工业装置，烯烃总产能达1126万吨/年，形成新的市场开发和商业合作模式，可拉动上下游产业发展。目前，已有7套DMTO工业装置建成并投入商业运营，为我国每年新增烯烃产能400万吨，全面带动了甲醇制烯烃战略新产业的快速形成。经过30多年的努力，DMTO技术在中国落地生根，开花结果。

DMTO崛起之路

上世纪70年，全世界发生了两次石油危机，油价大幅攀升。受此影响，包括美国、日本在内的多个发达国家相继启动了煤替油攻关计划。最早提出“醇变烯”工艺的是埃克森美孚公司，随后巴斯夫、环球石油公司及海德鲁公司等相继投入开发，它们在很大程度上推进了这一工艺的工业化。然而，这些公司均未对技术进行过工业性试验。

至上世纪80年代初，“甲醇制烯烃催化剂研制”被列为中科院重大课题，由大连化物所牵头攻关。经过无数次失败，大连化物所研制出固定床催化剂，并于1985年完成了实验室小试。1995年，在大连化物所采用国际首创的“合成气经由二甲醚制取低碳烯烃新工艺方法”，完成了年制60吨烯烃的中试，创造了又一个“世界第一”。

能源化工行业之所以对煤制烯烃市场寄予厚望，是因为这一产业链中的核心一环—甲醇制烯烃技术取得重大突破，建设煤基甲醇制烯烃产业链成为可能。神华包头、宁波禾元、延长靖边、中煤榆横4大180万吨/年甲醇制烯烃装置的顺利投产运行，进一步证实了技术的可靠性。2010年，我国利用DMTO技术建设完成了世界首套甲醇制烯烃工业化装置神华包头项目，也是我国煤制烯烃国家示范项目。同年8月8日，该装置一次开车成功并稳定运转。2011年1月起正式进入商业化运营阶段，我国率先实现了甲醇制烯烃核心技术及工业应用“零”的突破。

“因为项目一次开车成功并运行平稳，更多的业主纷纷与我们签订合同，使用DMTO技术，并由我们公司负责工程承包。”

中国石化洛阳工程公司党委书记王国良介绍，我国目前已经投产的4个甲醇制烯烃项目，均采用DMTO技术，并基本上都由中国石化洛阳工程公司总承包建设（禾元项目为工程设计）。

与此同时，新一代甲醇制烯烃（DMTO-II）、具有自主知识产权的烯烃分离技术也相继开发成功，实现工业应用。

据介绍，与一代技术相比，二代技术热量利用更合理，烯烃收率更高，每吨烯烃甲醇消耗降低10%以上，可大幅度降低烯烃生产的原料成本。

一场考验耐力马拉松

“DMTO要在国际竞争中最终取胜，就像是一场全面考验耐力的马拉松。”中科院大连化物所副所长、研究员刘中民感慨道：“从上个世纪80年代初开始，大连化物所看到国际的发展趋势，以及我国未来能源发展的需求，就成立了甲醇制取低碳烯烃研究组，几代科研人员创新的脚步从来未敢停歇。”

诚如斯言，我国的甲醇制取低碳烯烃迈向产业化，成为世界在该领域的翘楚，至今已经历了整整30个年头。

20世纪中期，全球的两次石油危机，促使企业家携手科学家，寻求开拓非石油资源的新途径，这种形势极大地推动了煤化工和天然气化工的发展。甲醇制取低碳烯烃过程（MTO），就是从煤或天然气出发制取化工产品的一次新尝试。中国科学院审时度势，明确提出在国内首先合成了ZSM-5型沸石分子筛，并对其合成规律、反应性能调变、改性及表征等进行了系统的研究工作，为我国实现“以煤代油”的战略目标迈出了可喜的第一步。到1989年底，先后完成了3吨/年规模沸石放大合成及4吨-5吨/年规模的裂解催化剂放大设备，以及日处理量1吨甲醇规模的MTO固定床反应系统和全部外围设备等，并在此基础上于1991年4月完成了中试运转。

有效地集成社会的各种创新要素，才能提高我国科技成果转化与规模产业化的能力。中科院在实施国家知识创新工程中，逐步形成了科技创新链的认识。中科院大连化物所在完成“八五”攻关任务后，向有关产业部门通报了MTO的中试结果，并进行了技术交流。一些长期从事催化裂化工艺和装置设计的专家认为，虽然中科院大连化物所进行MTO工艺所用的分子筛的研究开发工作，当时已注册了国内外24项专利技术，其试验结果主要技术指标略优于外国同行，但将中试技术直接放大用于建设工业规模的装置存在很大风险，提出了进行中间级的工业性试验的必要性。由此，大连化物所加紧与有关企业联系，着手准备进行工业性试验。

一项科技成果实现工业化，往往要经过一个漫长的过程，而核心技术的创新与发展也必须是持续不断的行为。中科院大连化物所基于这一科学发展观的认识，在加强MTO技术推广的同时，又积极探索和发展新一代催化剂，并申请了多项发明专利，从根本上保持MTO技术的持续领先，这一具有自主知识产权的甲醇（或二甲醚）转化制取低碳烯烃技术，被他们命名为DMTO技术。

“从MTO到DMTO，一是从化学原理上，甲醇变成二甲醚用的是同一个催化剂，我们的工艺设计已经有了创新，DMTO同时含有甲醇和二甲醚两个技术。二是出于商业行为和知识产权保护的考虑，我们希望有自己的特色，所以起了个工艺代号，加上的这个‘D’，本身是二甲醚的英文字头的缩写，我们称之为二甲醚或者甲醇制烯烃；‘D’也隐含着‘大连’的意思。”刘中民道出其中的缘由。

与社会创新价值链衔接中求发展

“中科院大连化物所的MTO试验项目处于世界科技前沿，项目仍处于实验室阶段，需要进行工业性试验。如果陕西帮助他们完成工业试验，即可建大型的工业生产装置。陕北这么多优质煤要转化，提高附加值，目前最好的出路就要靠MTO。”在MTO试验项目工业性试验伊始，陕西省政府经济顾问李毓强教授就向省政府建议。在陕西省委省政府的高度重视下，MTO这项具有挑战意义的重大试验装置项目，从最初的谈判到全面启动，仅仅用了3个多月的时间。领导决策的高屋建瓴，实施单位的快速应对，把属于世界煤化工前沿的科研项目“抢”到了陕西。

中科院要面向国家战略需求干成大事，就必须注重整合社会资源，加强与社会创新单元的密切联系。刘中民介绍说：“我们在工业化的试验之初，及时请洛阳石化工程公司进来参与工程设计，就是希望能与工程设计的人有良好的交流，形成今后工业化的无缝对接。在与工程设计公司的合作中将相关的技术打包，才能将原有停留在实验室和中试阶段的技术，变成一个让企业容易接受、相对比较完整的成套科技成果。中科院要在讲基础性、战略性、前瞻性的前提下，在通过与社会创新价值链衔接中求得发展。”

中科院搞工程化和产业化的项目，一定要有自己的准确的战略定位，千万不能靠单枪匹马去包打天下；若是一味地大包大揽，就形不成协同单位智慧和力量的叠加，脑袋和手脚产生的作用就都会平均化，作不出自己特色的科研创新。“把DMTO这一技术成果从实验室搬到了建设基地，实际上是风险投资，是一次把科技成果转化为生产力的果敢尝试，我们为新兴公司的胆识感到钦佩。”大连化物所科技处的同志由衷地赞叹。

此前，国际上还没有同类项目建设、试验运行的先例可供参考和借鉴，DMTO试验装置的要求之高不言而喻。为确保任务顺利完成，陕西新兴能源科技公司董事会听取专家意见，综合分析各种条件后认为，果断决议，将原定在榆林的试验场地改到华县。此举得到了合作各方的认可。

这是三方合作人员牢记的日子：2006年2月20日开始投料试车，安全打通全部试验流程，实现了投料试车一次成功的目标。

2006年6月17日至20日，专家组对DMTO开发项目进行了现场考核认为：该工业化试验装置是具有自主知识产权的创新技术，装置运行稳定、安全可靠，技术指标先进，是目前世界上唯一的万吨级甲醇制取低碳烯烃的工业化试验装置，装置规模和技术指标均达到了世界领先水平。而通过在陕西华县的这一工业性试验，开发我国自主知识产权的DMTO工业化成套技术，为建设以煤为原料生产低碳烯烃的工业化装置奠定了坚实的技术基础。

百万吨级DMTO插上五星红旗

在刘中民演示的PPT中，有一张非常直观的图表—“神华包头60万吨/年煤制烯烃项目”的图表，图表中的每一个技术链条上，都对应着一幅掌握该技术的国家国旗，其中，中国的五星红旗图标，被醒目地标在了甲醇到烯烃这个技术环节上，这正是刘中民所说的煤制烯烃工业技术环节中的“关键性一环”，也是让他和中国人都为之骄傲的—它完全拥有中国自主的知识产权。

刘中民介绍：“作为技术许可的提供方，我们必然要受到用户方的提问与咨询。神华集团是DMTO技术许可的第一个用户，为此作了非常精心的准备。他们选择的工业化布局，挑的也基本上都是世界上最好的技术，我们的DMTO恰恰处在上下贯通的环节，技术稍微弱一点他们可能都会看不上。幸亏我们的技术指标非常理想，说话也就有了足够的底气。”

包头60万吨/年煤制烯烃项目万众瞩目，得到了我国政府的高度重视，2009年，由工信部牵头，科技部、财政部、国土资源部、环境保护部等15个部委（单位）联合成立协调指导小组，保障了该项目的顺利实施。

2010年8月，DMTO装置项目在包头投料试车一次成功，当天即达到设计负荷的90%；8月12日，烯烃分离乙烯和丙烯合格，乙烯纯度99.95%,丙烯99.99%；8月15日，生产出合格的聚丙烯产品；8月21日生产出合格的聚乙烯产品。

此次开工非常顺利，DMTO装置运行平稳，甲醇单程转化率100%，乙烯＋丙烯选择性大于80%，反应结果超过了预期指标。

截至目前，包头60万吨/年煤制烯烃项目装置运行良好、性能稳定，甲醇转化率和烯烃选择性都达到或超过设计指标，这标志着我国具有自主知识产权的煤制烯烃技术，其产业化和商业化已取得了圆满的成功。

至此，大连化物所几代科技工作者的长跑接力，终于也走出一条中国原创的技术路线，攻克了甲醇制取低碳烯烃的难题，为煤化产业链衔接上了最后的关键性一环。

对包头煤制烯烃示范工程的石油化工替代路线，原国家能源局局长张国宝表示赞赏，并在工作中给予了许多支持，他认为，煤制烯烃是石油化工原料路线变革的重大问题，曾一再强调“技术的替代对一个产业的影响是革命性的”。

棋高一着继续保持国际领先

“我们的第一代DMTO技术，其烯烃收率是3:1，这也就是说，3吨的甲醇可以生产出1吨烯烃，从理论上讲，这个转化的比例完全可以通过科技创新，得到进一步的提高，形成更大的经济效益。”刘中民介绍。

就在进行DMTO技术产业化的同时，刘中民带领的研究团队毫不懈怠，成功开展了新一代改进技术DMTO-II的攻关，他说：“我们下一步的目标，就是要把烯烃单耗从3吨甲醇降到2.6吨、2.7吨，甚至降到更少。”

2010年5月，新一代甲醇制烯烃技术（DMTO-II）研发成功，并在陕西华县进行了日处理甲醇50吨的工业化试验，进一步提升了甲醇制烯烃过程的经济性，也使我国的DMTO技术棋高一着，得以在国际上持续保持领先地位。

美国有家公司既有大规模工业化运转和集成技术的优势，也是国外唯一宣称能对外进行MTO技术实施许可的跨国公司，在2004年以前，它的技术研发基本与中科院大连化物所同步，并一直在试图说服我国的石化用户，直接应用其0.75吨/天的技术成果，进行数万倍的工业放大，但大连化物所的DMTO工业性试验完成后，其在国际上咄咄逼人的局面已被彻底改变。

2008年之后，这家国外公司虽然决定建立工业性试验厂，并为此投入了4500万欧元，但至今仍在进行未果的试验。有业内权威专家称：如果这家国外公司的工业性试验早于大连化物所的DMTO，世界第一套开展MTO工业化应用的工厂，可以没有悬念地将归于进口技术，那么，世界上的甲醇制烯烃乃至能源的综合开发利用将被其左右。

2010年8月25日，中国国际煤化工发展论坛在北京召开，在这一权威的国际工程学术会议上，中科院大连化物所和这家国外公司再度PK，大连化物所工业化装置的成功运行和新推出的DMTO-II更是占尽了上风。

2010年6月26日，在“新一代甲醇制低碳烯烃（DMTO-Ⅱ）技术”成果鉴定会。由中国工程院院士谢克昌、汪燮卿等12位专家和教授组成的鉴定委员会，对DMTO-II技术给予了高度评价。同时鉴定专家认为，DMTO-II工业性试验装置取得了大型商业化设计基础数据，为建设DMTO-II大型工业生产装置奠定了基础，具有良好的应用前景。建议以试验装置为基础，加快该技术的工业推广应用。

刘中民介绍，陕西蒲城正在实施的煤制甲醇年产180万吨、甲醇制烯烃年产67万吨及配套项目的DMTO-II技术，是在DMTO技术的基础上开发而成，相比较而言，DMTO-II技术热量利用更合理，烯烃收率更高，每吨烯烃甲醇消耗降低10%以上，大幅度降低了烯烃生产的原料成本。

截至目前，拥有我国完全自主知识产权的DMTO，已经签订了10套装置的技术许可合同，也就是说，目前我国自主知识产权的DMTO技术许可，总的规模已大于500万吨/年烯烃，占了我国全部烯烃的整整20%。

即便这样，前来商谈DMTO合作事宜的公司仍络绎不绝。刘中民介绍，特别是DMTO技术在神华率先投入应用后，有的公司来我们这里商谈合作，干脆都不做摸底调查了，直奔主题就谈合同，在神华的成功应用无疑是个活广告。

曾任大连化物所所长、中科院副院长的杨柏龄，多年来关注我国的技术转移与转化。他谈了对DMTO创新案例的思考：DMTO的发展道路并非总是一帆风顺，中间也曾多年难以得到相应的支持，科研人员若稍有决心和信念的动摇，就可能会前功尽弃。故此，对那些重大的科技创新项目，除了科研人员必须“咬定青山不放松”，有持之以恒的决心和信念，各级政府和科研领导部门也必须富有战略远见。