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“煤代油”腳步更近了:我國煤化工再添“利器”

我們日常所用的塑料製品、化纖織物,其實背後都離不開一種重要的化工原料――烯烴,需求量巨大。通常,它是從石油中來。但是在我國,“富煤、貧油、少氣”的能源格局決定了我們如果走傳統的石油制烯烴“老路”,將會付出高昂的成本和巨大的代價。


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爲解決我國這一能源資源困境,中國科學家出手了。記者從中國科學院瞭解到,我國科學家通過自主創新,獨闢蹊徑,繞開了生產烯烴對於石油的依賴,開創了煤制烯烴的技術路徑。十餘年來,這一創新成果,不僅引領了煤基烯烴產業的快速高質量發展,也深刻影響了傳統的石油化工和煤化工產業格局。

一直在“追趕”的重要原料

合成樹脂、合成纖維、合成橡膠,這些生活中隨處可見的化工產品,其實都是以烯烴爲原料的。以乙烯和丙烯爲主的低碳烯烴是重要的基本有機化工原料,也是現代化學工業的基石。


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然而,傳統的低碳烯烴生產技術強烈地依賴於石油資源。“我國的石油資源短缺,原油主要依靠進口,2019年我國原油的對外依存度已經超過70%,嚴重影響了國家能源戰略安全。”中國工程院院士、中科院大連化物所所長劉中民說。

劉中民告訴記者,我國石油工業有兩個最基本的任務,一個是提供汽油、煤油等能源產品;另一個就是爲化工提供基礎原料。目前,前者已經基本完成,後者卻“很努力也沒有做到”。


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“跟發達國家相比,我們還有巨大的發展空間。”劉中民告訴記者,目前,我國人均每年消耗24公斤烯烴,而美國是42公斤。


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“一般來說,一個百萬噸級的烯烴工廠需要有千萬噸級的煉油廠配套提供石腦油原料。現在,我國煉油廠的數量已經很充足,但是烯烴廠還遠遠不夠。”劉中民表示,我國不僅要發展煤化工,還需要讓煤化工及石油化工相互配合、補充,形成更加合理的工業結構。

“在我國,烯烴的當量自給率多年來僅維持在50%左右。”爲什麼難以提升?劉中民解釋道,這是因爲我國的經濟在迅速發展,而烯烴的消費量和人均GDP是成正比的。也就是說,我國烯烴的產能增長遠遠跟不上經濟發展帶來的巨大需求。

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另闢蹊徑的“中國技術”

發展煤化工,實現“煤代油”,以擺脫對石油資源的嚴重依賴,一直是我國能源安全戰略的重點考慮。

在我國2020年政府工作報告中,就再次提出:保障能源安全,推動煤炭清潔高效利用,發展可再生能源,完善石油、天然氣、電力產供銷體系,提升能源儲備能力。

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甲醇制烯烴技術,就是我國自主開發的煤炭清潔高效利用的重要方式之一。據瞭解,中國科學院大連化學物理研究所(簡稱“大連化物所”)從20世紀80年代開始,圍繞甲醇制烯烴催化劑和工藝技術進行了長達30多年的研發工作,在催化劑、反應工藝、工程化及工業化成套技術等方面取得了一系列發明和創新,最終形成了可採用非石油資源(如煤、天然氣、生物質等)來生產低碳烯烴的DMTO技術,開闢了以非石油資源生產低碳烯烴的新路線。

如今,該技術已經走到了“第三代”。11月9日,大連化物所第三代甲醇制烯烴(DMTO-Ⅲ)技術在北京通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑑定。

鑑定專家一致認爲:該成果創新性強,具有完全自主知識產權,成果處於國際領先水平,技術優勢明顯,引領行業技術進步,應用前景廣闊;建議加快新一代催化劑推廣應用,並早日建成DMTO-Ⅲ工業示範裝置。

在催化劑方面,該技術開發出了烯烴收率高、焦炭產率低、操作窗口寬、微量雜質少的新一代甲醇制烯烴催化劑。目前已建成5000噸/年規模的催化劑生產線併成功實現工業化生產;在工藝方面,建立了從分子篩反應擴散到反應器內催化劑積碳分佈的理論方法,發展了通過催化劑積碳調控烯烴選擇性的技術路線,並在此基礎上完成了千噸級中試試驗。

跨世紀“接力”築起源能源安全防線

“前後幾代人,歷經數十載。回想起來,這一過程,更像一場跨越世紀的馬拉松接力賽。我自己有機會作爲這一過程的參與者和接力棒的傳承者,深感榮幸和自豪。”劉中民說。

他口中的“接力賽”,就是我國DMTO甲醇制烯烴,這一自主創新的原創技術的研發和更新曆程。

這一技術,開創並引領了煤制烯烴戰略性新興產業,對實現煤炭資源清潔高效利用、緩解石油資源供應緊張局面、促進煤化工與石油化工協調發展、保障我國能源安全具有重大意義。

而新近問世的新一代甲醇制烯烴技術,相比第一代,有了更多的優勢。據瞭解,在技術開發時,就兼顧了已有工業裝置和新技術開發需求,目前,新催化劑已在多套一代工業裝置中實現應用。

劉中民介紹,與已經工業化的一代技術相比,三代技術的經濟性有了顯著提高,主要表現在原料處理能力和原料消耗、能源消耗等方面。

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首先,單套裝置甲醇處理能力大幅度增加,從180萬噸/年,提高到300萬噸/年,烯烴產量從60萬噸/年增加到115萬噸/年。幾乎翻了一番。也就是說,達到同樣的產能,原先需要建兩套設備,現在只需要一套了。


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除設備處理能力大幅增加外,更引人注目的是:新一代催化劑用於現有裝置,每產一噸烯烴僅消耗甲醇2.85-2.90噸,與原先的3.0噸相比,降幅可觀,也刷新了行業記錄。不要小看這一數字,它每年可爲用戶企業增收上億元。

同時,三代技術由於精簡了反應設備,使得單位烯烴產能的能耗明顯下降。


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由於巨大的使用價值,該技術剛剛誕生,就已經走出實驗室,獲得企業青睞。今年10月,大連化物所已與寧夏寶丰集團一次性簽訂了5套100萬噸/年烯烴產能的DMTO-Ⅲ工業裝置技術許可合同,總投資810億元人民幣,投產後可實現年產值約500億元人民幣。

據瞭解,目前,DMTO系列技術已累計技術許可31套工業裝置(投產14套),對應烯烴產能2025萬噸/年,預計拉動投資超4000億元人民幣,全部投產後可實現年產值超2000億元人民幣。


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