煤炭，是這樣變成烯烴的
◎本報記者 陸成寬
【創新故事】
烯烴，這個詞對尋常百姓而言可能有些陌生。其實，人們生活中一些耳熟能詳的日用品，如塑料袋、口罩熔噴布、特殊服裝面料等，都是用烯烴合成的。
在化學工業領域，主流方法一直是通過石油加工生產乙烯、丙烯等烯烴原料。這也是我國每年進口大量石油的重要原因之一。
“富煤貧油少氣的基本國情，決定了我們不能走石油制烯烴的‘老路’。”在近日舉辦的“科技雙碳”服務經濟主戰場活動中，中科院大連化物所所長劉中民院士，向記者講起我國開啓甲醇制烯烴技術研發的初衷。
甲醇制烯烴，是煤制烯烴的關鍵“一躍”。為了這“一躍”，我國科技工作者用了40年。
技術方案曾不被看好
煤制烯烴要分“兩步走”，第一步是以煤為原料合成甲醇，第二步是通過甲醇製取烯烴。
“煤合成甲醇已經有了成熟的工業技術，而甲醇制烯烴則是待攻克的關鍵核心技術，也是世界範圍內極具挑戰性的課題。”劉中民説。
擔子要揀沉的挑，任務要衝難的選。
20世紀80年代起，中科院大連化物所的科研人員就下定決心：通過科技創新，讓煤制烯烴的夢想變為現實。
他們首先要解決的難題是催化劑，有了催化劑才能將甲醇轉化為烯烴。
當時，有ZSM-5分子篩催化劑和SAPO-34分子篩催化劑兩條技術路線。
前者已有工業應用的例子，風險相對較小；而SAPO-34分子篩催化劑的工業應用潛力，還需要進一步研究。
“我們沒有因為工業應用潛力未知，就放棄對SAPO-34分子篩催化劑的研究，而是選擇兩條腿走路。”劉中民説。
事實證明，這種選擇是對的。隨着研究的深入，科研人員發現，SAPO-34分子篩催化劑的工業應用前景更好。
1995年，他們採用自己首創的合成氣經由二甲醚制低碳烯烴新工藝方法，完成百噸級中試試驗。
但讓人始料未及的是，那時國際油價下跌，與石油制烯烴相比，煤制烯烴沒有經濟賬可算。“我們的技術方案，在有些企業眼中不被看好，市場推廣受到很大影響。”劉中民説。
化工行業不同於其他領域，一個新工藝過程通常要經過逐級放大，從實驗室到中試再到工業示範，最後才能產業化。
“那些年，在埋頭技術研發的同時，我還要帶着策劃案四處尋訪投資。”劉中民回憶，“當時壓力很大，如何讓企業理解我們的技術前景和潛在優勢，説服他們支持建設萬噸級工業性試驗裝置，攻克中試放大難題，對一直奮戰在科研一線的科研人員來説，着實是個挑戰。”
“提心吊膽”的700多個日夜
機會總是留給有準備的人。2004年，國際油價回暖，甲醇制烯烴迎來了發展機遇。
陝西省向大連化物所拋來了“橄欖枝”。在得知大連化物所已經開發出具有世界領先水平的甲醇制烯烴的實驗室中試技術、並正在尋找投資和合作夥伴的消息後，陝西省決定與其合作開展工業性試驗。
當年8月，總投資8610萬元、年處理甲醇能力1.67萬噸的工業性試驗裝置，在陝西省華縣開工建設。劉中民團隊在華縣的一家化工廠安營紮寨，開始了至關重要的工業性試驗。
作為技術總負責人，劉中民最擔心的是人員安全、生產安全和環保安全。“幾個單位的100多號人，36米高的大型裝置，哪一個環節出了安全問題，就有可能中斷難得的工業性試驗機會。”
“裝置上有個火炬，我們平常就是看那個火炬亮不亮，要不亮就説明出故障了，得趕快往現場跑。”用劉中民的話説，那段時間，他都快神經質了，每天晚上睡不踏實，半夜都要爬起來，看看裝置上的火炬是不是還亮着。
700多個日夜的“提心吊膽”，終於迎來了激動人心的時刻。2006年5月，甲醇制烯烴工業性試驗宣告成功，取得了設計建設大型裝置的可靠數據。
2010年，神華包頭180萬噸/年甲醇制烯烴工業裝置投料試車一次成功，在世界上首次實現煤制烯烴工業化。
全國烯烴產能1/3將來自煤化工
功夫不負有心人。在2014年度國家科學技術獎勵大會上，甲醇制烯烴技術榮獲國家技術發明獎一等獎。習近平總書記親自為獲獎代表劉中民頒獎。
在收穫巨大榮譽的同時，團隊成員感到肩上的擔子更重了。隨着我國經濟邁入高質量發展階段，行業對低成本、高效率生產設備的呼聲越來越高。
研究團隊不斷開拓創新，推動技術繼續升級換代。
2020年11月，第三代甲醇制烯烴技術通過科技成果鑑定。與前兩代技術相比，在反應器尺寸基本不變的情況下，第三代技術使甲醇處理量從每年180萬噸提升到360萬噸，換算成烯烴的產量，就是從每年60萬噸增加到135萬噸；噸烯烴甲醇單耗從之前的3噸下降到2.60至2.70噸。
“第三代技術的單套裝置甲醇處理能力大幅增加，單位烯烴成本下降10%左右，能耗明顯下降，經濟性顯著提高。”劉中民説。
2021年，在兩院院士大會、中國科協第十次全國代表大會上，習近平總書記在講話中指出：“甲醇制烯烴技術持續創新帶動了我國煤制烯烴產業快速發展。”
截至目前，甲醇制烯烴系列技術已經簽訂了31套裝置的技術實施許可合同，烯烴產能達2025萬噸/年（約佔全國1/3），預計拉動投資超4000億元。
40多年持續創新，藉助科技成果改進傳統能源利用方式，把儲量相對豐富的煤炭資源變成石油化工的補充原料，中科院大連化物所走出了一條煤化工產業“綠色升級”的中國路徑。