甲醇制烯烴,煤制高碳醇的區(qū)別(煤制甲醇制烯烴工藝流程)

我國(guó)資源豐富的煤炭如何轉(zhuǎn)化為高碳醇、乙醇和烯烴呢？近日，“走進(jìn)中科院·記者行——‘科技雙碳’服務(wù)經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場(chǎng)榆林版塊活動(dòng)”舉行。新京報(bào)記者就科技支撐國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略采取的重要舉措及取得的階段性成果對(duì)中科院進(jìn)行了采訪。

2018年，中國(guó)科學(xué)院批準(zhǔn)依托大連化學(xué)物理研究所組織實(shí)施“清潔能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項(xiàng)目。該專項(xiàng)匯集了能源領(lǐng)域20余家科研院所和大學(xué)的優(yōu)勢(shì)研究力量。通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，突破55項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，29套工業(yè)示范裝置開工建設(shè)，帶動(dòng)投資超過(guò)1500億元。

實(shí)現(xiàn)煤制烯烴工業(yè)技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新

在2021年兩院院士大會(huì)上，習(xí)近平主席發(fā)表重要講話，指出這幾年我國(guó)科技創(chuàng)新取得新的歷史性成就?！凹状贾葡N技術(shù)的不斷創(chuàng)新，帶動(dòng)了我國(guó)煤制烯烴行業(yè)的快速發(fā)展?！?/p>

乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基本有機(jī)化工原料，是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基石。日常生活中的塑料杯、保鮮膜等都是由烯烴生產(chǎn)的。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)烯烴的需求量也會(huì)增加。

傳統(tǒng)的烯烴生產(chǎn)技術(shù)嚴(yán)重依賴石油資源。一般來(lái)說(shuō)，一座百萬(wàn)噸級(jí)烯烴裝置需要一座千萬(wàn)噸級(jí)煉油廠來(lái)提供石腦油原料。我國(guó)石油資源不足，對(duì)外依存度超過(guò)70%。然而，我國(guó)的煤炭資源比較豐富。有序發(fā)展煤化工，利用我國(guó)相對(duì)優(yōu)勢(shì)的煤炭資源部分替代石油資源。這符合我國(guó)貧油、低氣、富煤的資源需求。稟賦特征。

以煤為原料通過(guò)甲醇生產(chǎn)烯烴，首先通過(guò)煤氣化生產(chǎn)合成氣（以一氧化碳和氫氣為主要成分）。合成氣在催化劑作用下合成甲醇，然后用甲醇生產(chǎn)烯烴。實(shí)現(xiàn)這一發(fā)展方向的關(guān)鍵核心技術(shù)是甲醇制烯烴技術(shù)，這在世界范圍內(nèi)也是一個(gè)非常具有挑戰(zhàn)性的課題。

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所劉忠民院士團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期從事甲醇制烯烴技術(shù)研究。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的努力，2006年共同完成萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)，成功開發(fā)出甲醇生產(chǎn)低碳烯烴DMTO成套工業(yè)化技術(shù)。2010年8月，全球首座180萬(wàn)噸煤制甲醇制60萬(wàn)噸烯烴裝置在內(nèi)蒙古包頭成功投產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了煤制烯烴工業(yè)應(yīng)用“零”的突破。DMTO技術(shù)榮獲2014年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

第三代甲醇制烯烴技術(shù)通過(guò)科技成果鑒定

在此基礎(chǔ)上，劉忠民團(tuán)隊(duì)先后研發(fā)出第二代（DMTO-II）和第三代（DMTO-III）技術(shù)，技術(shù)指標(biāo)持續(xù)大幅提升。

“第一代技術(shù)時(shí)期，約3噸甲醇可生產(chǎn)1噸烯烴。采用第二代技術(shù)，噸烯烴甲醇消耗從3噸左右下降到2.60-2.70噸?！眲⒅颐癖硎?，實(shí)現(xiàn)1噸烯烴的目標(biāo)，能源消耗和碳排放大幅下降，讓我國(guó)在該領(lǐng)域繼續(xù)保持國(guó)際領(lǐng)先地位。

據(jù)他介紹，第一代、第二代技術(shù)的工業(yè)裝置甲醇加工能力為180萬(wàn)噸/年。第三代技術(shù)采用新一代催化劑。通過(guò)反應(yīng)器和工藝的創(chuàng)新，單個(gè)工業(yè)裝置的甲醇加工能力可大幅提升，達(dá)到300萬(wàn)噸/年以上。同時(shí)，該工業(yè)裝置可加工數(shù)噸烯烴（乙烯丙烯）。甲醇消耗量可降低至2.60-2.70噸。

2020年11月9日，DMTO-III技術(shù)在北京通過(guò)了中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)組織的科技成果鑒定。鑒定專家一致認(rèn)為該成果處于國(guó)際領(lǐng)先水平，建議加快新一代催化劑的推廣應(yīng)用，盡快建設(shè)DMTO-III工業(yè)示范裝置。

截至目前，DMTO系列技術(shù)已簽訂技術(shù)實(shí)施許可合同31臺(tái)（其中出口1臺(tái)）。烯烴產(chǎn)能已達(dá)2025萬(wàn)噸/年，約占全國(guó)現(xiàn)有產(chǎn)能的1/3，預(yù)計(jì)帶動(dòng)投資超過(guò)4000億元。元。已投產(chǎn)的16套工業(yè)裝置，烯烴（乙烯丙烯）產(chǎn)能超過(guò)900萬(wàn)噸/年，每年新增產(chǎn)值超過(guò)900億元。該項(xiàng)目的實(shí)施開辟了一條非石油資源生產(chǎn)低碳烯烴的新路線，對(duì)促進(jìn)煤炭清潔高效利用、緩解石油供應(yīng)緊張局面、實(shí)現(xiàn)“雙碳”具有重要意義。”戰(zhàn)略目標(biāo)。

煤制油設(shè)備可生產(chǎn)高碳酒精，大大提高經(jīng)濟(jì)效益

DMTO技術(shù)只是中科院科技支撐國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略取得的階段性成果的一個(gè)縮影。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員丁云杰介紹，1999年，他從美國(guó)博士后歸來(lái)后，就致力于煤制油催化劑及其應(yīng)用的研究。流程。

世界上煤基合成油主要采用鐵基和鈷基兩種催化劑工藝生產(chǎn)。鐵基催化劑反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳具有高選擇性。然而，傳統(tǒng)的費(fèi)托合成鈷基催化劑價(jià)格昂貴且液體產(chǎn)物選擇性差，限制了其工業(yè)應(yīng)用。

在丁云杰的帶領(lǐng)下，研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出碳載鈷基催化劑。具有高活性、低甲烷選擇性、極低二氧化碳選擇性和良好的穩(wěn)定性。它可以降低運(yùn)行能耗并消除對(duì)脫碳裝置的需求。運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的廢催化劑可以通過(guò)簡(jiǎn)單的焚燒來(lái)燃燒。碳載體，回收金屬鈷，實(shí)現(xiàn)低固體廢物甚至無(wú)固體廢物的綠色環(huán)保目標(biāo)。

2015年，該項(xiàng)目煤制油示范裝置完成工藝流程，生產(chǎn)出合格的石腦油、柴油等油品。2020年實(shí)現(xiàn)100%負(fù)荷運(yùn)行，滿足催化劑性能指標(biāo)，達(dá)產(chǎn)增效。

除了生產(chǎn)石油以確保能源安全外，該技術(shù)還可以生產(chǎn)高附加值的化學(xué)品。在煤制油合作單位——陜西延長(zhǎng)石油榆林煤化工有限公司生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，10萬(wàn)噸煤制油裝置正在生產(chǎn)運(yùn)行?！爸鞣磻?yīng)器內(nèi)的原料是煤氣化產(chǎn)生的合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣），碳載鈷基催化劑為固體。”大連化學(xué)物理研究所研究員朱和軍表示，該反應(yīng)可以產(chǎn)生液態(tài)烴或高碳醇等化學(xué)品。

榆林煤化工有限公司10萬(wàn)噸/年煤制油工業(yè)示范裝置漿態(tài)床反應(yīng)器新京報(bào)記者張璐攝

在同一反應(yīng)器相同條件下，添加另一種碳載鈷基催化劑，可以生產(chǎn)附加值更高的高碳醇?！坝推访繃嵖梢再u到8000元，高碳醇可以賣到元，大大提高了經(jīng)濟(jì)。”朱河君表示，高碳醇可以制成精細(xì)化學(xué)品，比如不傷手的清潔劑，進(jìn)一步加工可以生產(chǎn)-烯烴，用來(lái)制造潤(rùn)滑油。他表示，未來(lái)將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)營(yíng)，單裝置產(chǎn)能將達(dá)到50萬(wàn)噸/年。

催化與人工智能技術(shù)相結(jié)合，“機(jī)器人”評(píng)估催化劑

在榆林中科清潔能源創(chuàng)新研究院AI催化智能實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械臂正在擺動(dòng)，擰開瓶蓋，將化學(xué)品倒入試管中，模擬實(shí)驗(yàn)制備催化劑。催化劑改變化學(xué)反應(yīng)速率的作用稱為催化作用，催化作用幾乎涵蓋了化學(xué)反應(yīng)的整個(gè)領(lǐng)域。

7月19日，在榆林中科清潔能源創(chuàng)新研究院AI催化智能實(shí)驗(yàn)室，機(jī)械臂正在模擬催化劑的制備和評(píng)價(jià)。新京報(bào)記者張璐攝

“從數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)、催化劑合成和制備，到反應(yīng)器裝載、性能測(cè)試等，我們正在實(shí)現(xiàn)整個(gè)過(guò)程的人工智能和自動(dòng)化?！痹撗芯克鶊?zhí)行所長(zhǎng)任曉光表示，今年我們計(jì)劃生產(chǎn)該設(shè)備的1.0版本。實(shí)現(xiàn)平均每月處理樣品量500-1000個(gè)。

他表示，利用人工智能開發(fā)催化劑有幾大優(yōu)勢(shì)。機(jī)器人可以24小時(shí)工作，減少實(shí)驗(yàn)誤差。這包括積累大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，結(jié)合人工智能技術(shù)支持下的文獻(xiàn)自主檢索和學(xué)習(xí)，為下一步的實(shí)驗(yàn)做出修正和建議。這項(xiàng)工作還將開發(fā)一個(gè)跨學(xué)科的人才庫(kù)。

為何在榆林設(shè)立中科清潔能源創(chuàng)新研究院？任曉光表示，榆林資源稟賦得天獨(dú)厚，煤炭、石油、天然氣、風(fēng)、光等能源資源豐富。是我國(guó)罕見(jiàn)的多能源豐富地區(qū)，為多能源融合技術(shù)和產(chǎn)業(yè)示范提供了資源條件?！半p碳”目標(biāo)下，以陜北榆林為代表的化石能源資源豐富地區(qū)，綠色低碳轉(zhuǎn)型需求迫切。2019年12月，陜西省政府與中國(guó)科學(xué)院簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同創(chuàng)建榆林國(guó)家能源革命創(chuàng)新示范區(qū)。

他表示，榆林中科清潔能源創(chuàng)新研究院正在建設(shè)五個(gè)創(chuàng)新研發(fā)平臺(tái)，其中數(shù)字催化新技術(shù)研發(fā)平臺(tái)將探索自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、數(shù)字孿生等新技術(shù)與催化的深度交叉融合。技術(shù)研發(fā)?！澳壳?，部分設(shè)備已安裝、調(diào)試、演示。”

55項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)取得突破，29套工業(yè)示范裝置開工建設(shè)。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院重大科技任務(wù)局業(yè)務(wù)處處長(zhǎng)曹大全介紹，面對(duì)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)，《中國(guó)科技支撐碳中和戰(zhàn)略行動(dòng)計(jì)劃》科學(xué)院”已啟動(dòng)。中科院明確了近、中、長(zhǎng)期階段發(fā)展目標(biāo)：到2025年，突破一批支撐碳達(dá)峰的關(guān)鍵技術(shù)，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)低碳綠色轉(zhuǎn)型，探索支持碳中和目標(biāo)的顛覆性和變革性技術(shù)。

到2030年，支持碳達(dá)峰的關(guān)鍵技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，有力支撐碳達(dá)峰目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)；在支持碳中和的科學(xué)原理和關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破，為碳中和目標(biāo)提供科技儲(chǔ)備和解決方案。

到2060年，一批原創(chuàng)性、顛覆性技術(shù)將得到開發(fā)和應(yīng)用，有力支撐碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為構(gòu)建綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟(jì)體系和清潔低碳、安全高效的能源體系，實(shí)現(xiàn)碳中和戰(zhàn)略目標(biāo)，提供科學(xué)基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)解決方案、碳減排和碳匯增加達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

2018年，中國(guó)科學(xué)院批準(zhǔn)依托大連化學(xué)物理研究所組織實(shí)施“清潔能源關(guān)鍵技術(shù)與示范”戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技項(xiàng)目。

“專項(xiàng)項(xiàng)目匯聚了20余家能源科研院所和高校的優(yōu)勢(shì)研究力量，通過(guò)技術(shù)攻關(guān)，突破了55項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，29套工業(yè)示范裝置開工建設(shè)，帶動(dòng)投資150余項(xiàng)。億元。”他給出了具有代表性的結(jié)果的例子。煤基乙醇（DMTE）技術(shù)已累計(jì)獲得技術(shù)許可合同10項(xiàng)，產(chǎn)能295萬(wàn)噸/年。

“雙碳”戰(zhàn)略下的中科院能源科技創(chuàng)新路線圖中國(guó)科學(xué)院供圖

新京報(bào)記者張璐

編輯范怡靜校對(duì)李麗君