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      甲醇制烯烴是實(shí)現(xiàn)石油替代戰(zhàn)略的重要途徑之一。DMTO技術(shù)打通了非石油路線制取烯烴的技術(shù)瓶頸。
 
       低碳烯烴（乙烯、丙烯）是構(gòu)建現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石，是塑料、合成樹脂、纖維、橡膠等大宗重要合成材料的基礎(chǔ)原料。目前，烯烴生產(chǎn)主要依賴石油資源，其中石腦油占大部分，其他原料包括烷烴、加氫柴油、部分重質(zhì)油等等。以輕烴和石腦油為原料的水蒸汽裂解是制取低碳烯烴的主要途徑，產(chǎn)物以乙烯為主，副產(chǎn)丙烯。低碳烯烴的生產(chǎn)規(guī)模是衡量一個(gè)國家石油化工產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度的標(biāo)志。我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，對(duì)低碳烯烴的需求量也日益增加。隨著石油資源的日益枯竭以及油價(jià)的不斷攀升，烯烴生產(chǎn)的成本也不斷增加。因此，從上世紀(jì)七十年代開始，世界主要發(fā)達(dá)國家均積極開發(fā)非石油資源生產(chǎn)乙烯、丙烯的技術(shù)路線。經(jīng)過長期的探索和努力，以煤或者天然氣為源頭大規(guī)模合成甲醇首先取得突破，逐步成為成熟技術(shù)。如何由甲醇生產(chǎn)烯烴成為打通非石油路線制取烯烴的技術(shù)瓶頸。中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所（DICP），新興能源科技有限公司（SYN）和洛陽石化工程公司（LPEC），在大連化學(xué)物理研究所長期工作的基礎(chǔ)上，聯(lián)合開發(fā)了甲醇制烯烴成套技術(shù)并率先實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化，成功地打破了這一技術(shù)瓶頸，引領(lǐng)了非石油路線生產(chǎn)石化產(chǎn)品的新時(shí)代的來臨。
 
       實(shí)驗(yàn)室小試和中試
      甲醇制烯烴技術(shù)研發(fā)起源于七十年代對(duì)石油危機(jī)的認(rèn)識(shí)，我國是世界上較早開展相關(guān)研究的國家。早在“六五”期間，中國科學(xué)院和國家有關(guān)部委立足于對(duì)國情的深刻認(rèn)識(shí)，就把非石油路線制取低碳烯烴列為重大項(xiàng)目，給予了重點(diǎn)支持。中科院大連化學(xué)物理研究所于八十年代初在國內(nèi)外率先開展了煤或天然氣制取低碳烯烴的研究工作，主要圍繞其關(guān)鍵的中間反應(yīng)環(huán)節(jié)甲醇制烯烴過程進(jìn)行了連續(xù)攻關(guān)。
      甲醇是不含C-C鍵的高度活潑的小分子物質(zhì)，其轉(zhuǎn)化反應(yīng)十分復(fù)雜，采用不同的催化劑時(shí)反應(yīng)產(chǎn)物可以是汽油甚至柴油。以乙烯、丙烯為目標(biāo)產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化反應(yīng)涉及分子篩合成、催化反應(yīng)機(jī)理、復(fù)雜反應(yīng)體系中選擇性控制原理等基礎(chǔ)科學(xué)問題，是實(shí)現(xiàn)高選擇性和高轉(zhuǎn)化率的理論基礎(chǔ)，也是具有挑戰(zhàn)性的難題。“六五”期間，重點(diǎn)對(duì)ZSM-5分子篩催化劑進(jìn)行了研究，發(fā)展了系列催化劑，完成了實(shí)驗(yàn)室小試。在此基礎(chǔ)上，“七五”期間，采用改性ZSM-5催化劑、固定床工藝完成了300噸/年（甲醇處理量）的中試，結(jié)果達(dá)到了同期國際先進(jìn)水平。
      隨著新型合成材料SAPO分子篩的發(fā)明，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所基于對(duì)SAPO-34分子篩結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和性能的深刻認(rèn)識(shí)，開展了用SAPO-34分子篩為催化劑進(jìn)行甲醇制烯烴的探索研究，并首次報(bào)道了SAPO-34的優(yōu)異催化效果。通過大量的基礎(chǔ)研究，首次提出了SAPO-34分子篩晶化機(jī)理模型和分子篩晶粒中硅原子非均勻分布模型，對(duì)于理解SAPO分子篩晶體內(nèi)外表面的活性中心形成，及其與甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)選擇性關(guān)系具有重要意義，對(duì)催化劑研制起到了重要的指導(dǎo)作用。成功合成了一系雜原子SAPO分子篩，近期又成功合成出了新型SAPO分子篩DNL-6。基于上述基礎(chǔ)研究的指導(dǎo)，成功地發(fā)展了性能優(yōu)異的催化劑。
 上世紀(jì)九十年代初，大連化學(xué)物理研究所對(duì)以小孔SAPO分子篩為催化劑的流化反應(yīng)技術(shù)進(jìn)行了重點(diǎn)研究與開發(fā)，被列為國家“八五”重點(diǎn)科技攻關(guān)課題（85-513-02）。系統(tǒng)地研究了甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)的積碳機(jī)理，反應(yīng)積碳量與反應(yīng)條件及其與目的產(chǎn)物選擇性的關(guān)系，并進(jìn)行了大量的積碳動(dòng)力學(xué)研究。提出了最低焦炭產(chǎn)率和最佳選擇性相統(tǒng)一的反應(yīng)工藝，完成了流化反應(yīng)中試試驗(yàn)。于1995年底在北京通過了國家計(jì)委的項(xiàng)目驗(yàn)收和由中科院主持的技術(shù)鑒定，確認(rèn)在總體上達(dá)到了國際領(lǐng)先水平，并于1996年獲得中國科學(xué)院科技進(jìn)步特等獎(jiǎng)。
 
       工業(yè)性試驗(yàn)
      工業(yè)性試驗(yàn)及工程化放大是實(shí)驗(yàn)室技術(shù)成果走向工業(yè)化的重要中間環(huán)節(jié)。通過工業(yè)性試驗(yàn)，驗(yàn)證和優(yōu)化工催化劑規(guī)模化制備技術(shù)和反應(yīng)工藝，建立實(shí)驗(yàn)室結(jié)果和放大結(jié)果之間的內(nèi)在聯(lián)系，掌握放大規(guī)律，獲取必要的基礎(chǔ)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為大型工業(yè)化裝置提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
      2004年，中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所與新興能源科技有限公司、中國石化集團(tuán)洛陽石油化工工程公司三方合作，決定建設(shè)萬噸級(jí)工業(yè)性試驗(yàn)裝置（甲醇處理量50-75噸/天），開展甲醇制烯烴技術(shù)工業(yè)性試驗(yàn)，該工藝技術(shù)命名為DMTO。
      2005年12月，完成了工業(yè)性試驗(yàn)裝置建設(shè)；2006年6月，完成了包括投料試車、條件試驗(yàn)、考核運(yùn)行等歷時(shí)近1200小時(shí)的三個(gè)階段的工業(yè)化試驗(yàn)；2006年8月，該項(xiàng)目在北京通過中國石化協(xié)會(huì)組織的技術(shù)成果鑒定?，F(xiàn)場考核專家組認(rèn)為，該工業(yè)化試驗(yàn)成果是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新技術(shù)，裝置運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠，技術(shù)指標(biāo)先進(jìn)，處于國際領(lǐng)先水平，是當(dāng)時(shí)世界上唯一的萬噸級(jí)甲醇制取低碳烯烴工業(yè)化試驗(yàn)裝置。2006年8月24日，在北京人民大會(huì)堂召開的新聞發(fā)布會(huì)上正式宣布世界首套萬噸級(jí)甲醇制烯烴工業(yè)化成套技術(shù)喜獲成功。
      DMTO工業(yè)性試驗(yàn)，利用大型的試驗(yàn)裝置，不僅驗(yàn)證了批量生產(chǎn)的催化劑的優(yōu)異性能，驗(yàn)證和優(yōu)化了甲醇制低碳烯烴工藝技術(shù)，為大型化工業(yè)裝置的設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行奠定了技術(shù)基礎(chǔ)；同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，工業(yè)性試驗(yàn)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)室中試結(jié)果存在著一定的差異，驗(yàn)證了這樣一個(gè)原則，即甲醇制烯烴低碳技術(shù)大型化的過程中，一定規(guī)模的工業(yè)性試驗(yàn)是必須的或不可缺少的。
      DMTO技術(shù)的研發(fā)和工業(yè)化過程得到了國家的高度重視。國家發(fā)改委將DMTO工業(yè)性試驗(yàn)列為國家重大產(chǎn)業(yè)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目專項(xiàng)([2005]1255號(hào))，并專門召開DMTO產(chǎn)業(yè)化布局會(huì)議，及時(shí)核準(zhǔn)世界首套煤制烯烴項(xiàng)目，并列為國家示范工程。2010年，工信部牽頭，15個(gè)部委（單位）聯(lián)合成立協(xié)調(diào)指導(dǎo)小組，保障國家示范項(xiàng)目順利實(shí)施。
 
       DMTO-II工業(yè)性試驗(yàn)
      為了保持DMTO技術(shù)的國際領(lǐng)先地位，甲醇制烯烴研究團(tuán)隊(duì)不斷對(duì)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造。為了進(jìn)一步提高烯烴選擇性，針對(duì)DMTO技術(shù)仍有一些C4以上（C4+）的烯烴類副產(chǎn)物，開發(fā)了甲醇轉(zhuǎn)化與烴類裂解結(jié)合的DMTO-II技術(shù)。該技術(shù)采用同一種催化劑（DMTO催化劑），同時(shí)進(jìn)行甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)與C4+轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在保障甲醇轉(zhuǎn)化效果的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)C4+的高選擇性催化裂解，可以顯著提高低碳烯烴選擇性。甲醇轉(zhuǎn)化和C4+轉(zhuǎn)化均采用流化反應(yīng)方式，分別在不同的反應(yīng)區(qū)進(jìn)行，可以共用再生器，構(gòu)成完整的系統(tǒng)。利用C4+轉(zhuǎn)化反應(yīng)強(qiáng)吸熱的特點(diǎn)，在高溫區(qū)進(jìn)行C4+轉(zhuǎn)化反應(yīng)，既符合該反應(yīng)的轉(zhuǎn)化要求，也能實(shí)現(xiàn)熱量的耦合；甲醇轉(zhuǎn)化和C4+轉(zhuǎn)化目的產(chǎn)物一致，產(chǎn)物分布類似，可以共用一套分離系統(tǒng)。
      2009年7月，通過對(duì)該DMTO工業(yè)性試驗(yàn)裝置的改造，對(duì)DMTO-II技術(shù)進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)。2010年6月26日通過了中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的專家鑒定，鑒定結(jié)果為DMTO-Ⅱ技術(shù)的甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.97 %，乙烯+丙烯選擇性85.68%，噸乙烯+丙烯消耗甲醇2.67噸；專用催化劑流化性能良好，磨損率低，處于國際領(lǐng)先水平。與第一代DMTO技術(shù)相比，DMTO-II每噸烯烴甲醇消耗降低超過10%。一種催化劑同時(shí)催化兩個(gè)性質(zhì)截然不同的反應(yīng)及DMTO-II工藝為國際首創(chuàng)。

       百萬噸級(jí)工業(yè)化裝置
       DMTO首套百萬噸級(jí)工業(yè)化裝置是神華集團(tuán)內(nèi)蒙古包頭煤制烯烴項(xiàng)目的一部分。該項(xiàng)目于2006年12月11日，通過了國家發(fā)改委核準(zhǔn)，位于包頭市九原區(qū)哈林格爾鎮(zhèn)新規(guī)劃的工業(yè)基地內(nèi)，是國家示范工程。
       該項(xiàng)目包括年產(chǎn)180萬噸煤基甲醇聯(lián)合化工裝置、年產(chǎn)60萬噸甲醇基聚烯烴聯(lián)合石化裝置，以及配套建設(shè)的熱電站、公用工程裝置、輔助生產(chǎn)設(shè)施和廠外工程等。2009年12月26日，化工裝置（甲醇合成及上游）全部建成并中交，2010年1月16日，熱電裝置全部建成并投入使用，2010年2月6日，公用工程裝置全部建成并中交，2010年5月28日，石化裝置（甲醇制烯烴及下游）全部建成并中交。
       聯(lián)合石化裝置在6月至7月完成了各裝置的聯(lián)動(dòng)試車工作。聯(lián)合石化裝置同步試車始于甲醇制烯烴裝置于2010年8月8日甲醇一次投料成功，裝置運(yùn)行平穩(wěn)，甲醇轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.9%以上，乙烯加丙烯選擇性達(dá)到80%以上，所生產(chǎn)的乙烯、丙烯等產(chǎn)品完全符合聚合級(jí)烯烴產(chǎn)品的規(guī)格要求。10日合格烯烴氣體引入烯烴分離裝置，13日烯烴分離裝置生產(chǎn)出合格聚合級(jí)丙烯和聚合級(jí)乙烯，15日和21日聚丙烯和聚乙烯裝置分別生產(chǎn)出合格聚丙烯和聚乙烯顆粒產(chǎn)品，歷時(shí)14天，提前40天實(shí)現(xiàn)了2010年打通煤制烯烴全流程生產(chǎn)出合格聚丙烯產(chǎn)品投料試車一次成功的目標(biāo)。到2010年9月29日，投料試車期結(jié)束，累計(jì)生產(chǎn)3.6萬噸聚烯烴產(chǎn)品。2011年3月23日到3月26日，進(jìn)行了72小時(shí)性能考核，反應(yīng)溫度、急冷水循環(huán)量等主要工藝操作參數(shù)低于設(shè)計(jì)指標(biāo)；反應(yīng)壓力、再生壓力、水洗水循環(huán)量、污水汽提塔進(jìn)料量、反應(yīng)密相藏量、再生密相藏量、甲醇進(jìn)料量、產(chǎn)品氣流量基本在設(shè)計(jì)指標(biāo)范圍內(nèi)。截至2011年上半年，神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目累計(jì)生產(chǎn)甲醇89.15萬噸、聚烯烴產(chǎn)品27.304萬噸，累計(jì)實(shí)現(xiàn)銷售收入31億元，實(shí)現(xiàn)利潤8.75億元。
       神華包頭煤制烯烴項(xiàng)目投料試車的成功，標(biāo)志著我國具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DMTO甲醇制低碳烯烴技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用，開創(chuàng)了煤基能源化工產(chǎn)業(yè)新途徑，奠定了我國在世界煤制烯烴工業(yè)化產(chǎn)業(yè)中的國際領(lǐng)先地位，對(duì)于我國石油化工原料替代、保障國家能源安全具有劃時(shí)代的重要意義。
 
        甲醇制烯烴技術(shù)應(yīng)用探討
       以甲醇為原料生產(chǎn)烯烴，原則上，只要原料質(zhì)量得到保障，其來源途徑可以是廣泛的，并不一定局限于煤炭資源。但在我國，煤經(jīng)甲醇制烯烴將是一條主要的應(yīng)用途徑之一；煉焦過程中副產(chǎn)的焦?fàn)t氣也可以生產(chǎn)甲醇再轉(zhuǎn)化為烯烴；進(jìn)口甲醇制烯烴是值得重視的發(fā)展方向。
       很多中小企業(yè)生產(chǎn)精細(xì)化學(xué)品缺乏原料來源，發(fā)展受限。隨著沿海經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展，尤其是民營企業(yè)的日益壯大，對(duì)乙烯、丙烯的需求尤為旺盛。對(duì)于這些地區(qū)，如何解決甲醇來源，成為亟待解決的問題。通過進(jìn)口甲醇解決來源問題，可以擺脫對(duì)煤、水等資源的依賴；同時(shí)，市場決定廠址，可以將甲醇制烯烴裝置建在東南沿海等地區(qū)，便于整合人才、資金，實(shí)現(xiàn)收益最大化；并且有利于保護(hù)環(huán)境，避免了甲醇合成中高污染、高能耗的化工過程，無CO2排放。通過采取積極手段穩(wěn)定甲醇供應(yīng)，與國外大型甲醇生產(chǎn)商或供應(yīng)商建立長期合作關(guān)系，確保穩(wěn)定的供應(yīng)量，同時(shí)建立相應(yīng)的甲醇儲(chǔ)備機(jī)制，穩(wěn)定價(jià)格，一方面可以解決烯烴生產(chǎn)原料的來源，一方面節(jié)約了石油和煤炭資源，支持可持續(xù)發(fā)展。
       此外，與天然氣資源豐富的地區(qū)開展國家合作，通過共同建廠、以資源換產(chǎn)品等方式解決甲醇原料問題，都將為烯烴的生產(chǎn)提供可靠保障。
       結(jié)合國內(nèi)、國外市場需求和行業(yè)情況，DMTO技術(shù)具有廣闊的市場前景，除了煤制烯烴生產(chǎn)聚烯烴產(chǎn)品，還可以通過DMTO技術(shù)生產(chǎn)的乙烯、丙烯發(fā)展下游精細(xì)化學(xué)品、對(duì)聚氯乙烯行業(yè)進(jìn)行和現(xiàn)有的乙烯廠進(jìn)行擴(kuò)能改造。

（2011-10-11 來源：中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所，甲醇制烯烴國家工程實(shí)驗(yàn)室，新興能源科技有限公司
文/ 穆盺 馬行美 呂志輝 劉中民）