DMTO：30年耕耘結(jié)碩果

□ 本刊記者 許帆婷 李建永 田 源

編者按：1月9日，在2014年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，中國(guó)石化煉化工程集團(tuán)（SEG）洛陽(yáng)工程有限公司與中科院大連化學(xué)物理研究所、新興能源科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術(shù)摘得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)（通用類(lèi)）一等獎(jiǎng)。從中科院大連化物所開(kāi)始基礎(chǔ)研究攻關(guān)開(kāi)始，DMTO技術(shù)研發(fā)經(jīng)歷了30余年的歷程。洛陽(yáng)工程公司攻關(guān)團(tuán)隊(duì)承擔(dān)了DMTO的工藝設(shè)計(jì)和工程放大的任務(wù)，為DMTO技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化付出了不懈努力。本期《關(guān)注》欄目的一組文章將為讀者展現(xiàn)DMTO技術(shù)誕生、發(fā)展的基本歷程，并對(duì)該技術(shù)的未來(lái)發(fā)展前景進(jìn)行客觀分析。

“有大連化物所扎實(shí)的研究，有三方精誠(chéng)合作的團(tuán)隊(duì)，再有兩次放大一百倍的工程開(kāi)發(fā)?！标惪∥湓菏窟@樣總結(jié)DMTO的成功之道。

2015年4月初，殘冬的余寒尚未完全褪去。滕州這個(gè)魯南小城的郊外，聯(lián)想控股聯(lián)泓集團(tuán)神達(dá)/昊達(dá)DMTO裝置簇新锃亮的表面在陽(yáng)光下熠熠生輝。這套去年12月剛剛投產(chǎn)的甲醇制烯烴裝置，是連接聯(lián)想集團(tuán)煤化工產(chǎn)業(yè)鏈上下游的關(guān)鍵一環(huán)。

“整套裝置包括DMTO和烯烴分離都是洛陽(yáng)工程公司自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，沒(méi)想到開(kāi)車(chē)這么順利?！?聯(lián)泓集團(tuán)副總裁兼神達(dá)昊達(dá)公司總經(jīng)理陳德燁的言談中充滿了對(duì)洛陽(yáng)工程公司項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的佩服，“他們樹(shù)立了MTO工程的標(biāo)桿。”

就在今年1月9日，在2014年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，中石化煉化工程集團(tuán)（SEG）洛陽(yáng)工程公司與中科院大連化物所、新興能源科技有限公司聯(lián)合研發(fā)的甲醇制取低碳烯烴（DMTO）技術(shù)，摘得國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)（通用類(lèi)）唯一的一等獎(jiǎng)。

艱難的開(kāi)始

1997年的一天，中國(guó)科學(xué)院院士、時(shí)任洛陽(yáng)工程公司技術(shù)委員會(huì)主任的陳俊武，在辦公室里接待了來(lái)自中國(guó)科學(xué)院大連化物所的幾位客人。其中，有一位是從事了十幾年DMTO研究開(kāi)發(fā)的王公慰研究員，還有一位年輕人則是目前的DMTO技術(shù)負(fù)責(zé)人劉中民研究員。

“甲醇制烯烴，我們已經(jīng)選定了催化劑，想接著往下進(jìn)行工程技術(shù)開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)?！眲⒅忻裣蜿愒菏勘磉_(dá)了合作意愿。

20世紀(jì)70、80年代的石油危機(jī)使醇醚制烯烴的技術(shù)路線在世界上形成研究熱潮。與石化行業(yè)有千絲萬(wàn)縷聯(lián)系的中科院大連化物所瞄準(zhǔn)了這項(xiàng)技術(shù)。

由于DMTO工藝專(zhuān)用催化劑反應(yīng)后快速失活，想要推進(jìn)甲醇制烯烴的工業(yè)化，必須借鑒催化裂化幾十年的工業(yè)經(jīng)驗(yàn)，使用流態(tài)化工程技術(shù)。國(guó)內(nèi)首屈一指的權(quán)威單位就是中石化洛陽(yáng)工程有限公司。

陳俊武院士經(jīng)過(guò)仔細(xì)思考，認(rèn)為這件事在戰(zhàn)術(shù)上有把握，戰(zhàn)略上也有廣闊的應(yīng)用前景。雙方一拍即合，開(kāi)始了20年的合作之路。

“雖然現(xiàn)在石油價(jià)格低，但長(zhǎng)期趨勢(shì)是上漲的。中國(guó)缺石油，但煤多，便宜，用煤制甲醇生產(chǎn)烯烴的路線是可行的?！标惪∥渥龀隽诉@樣的戰(zhàn)略決定，他的眼光很準(zhǔn)。

然而，似乎是時(shí)勢(shì)弄人，1997年以后國(guó)際油價(jià)一路下行，當(dāng)時(shí)已經(jīng)為中石油西南石油局做好的MTO可研方案擱淺了。隨后數(shù)年，雙方一起找過(guò)幾家業(yè)主，也因種種緣由沒(méi)有了下文。

寶劍封匣，十年蟄隱。研究者的心卻始終系在MTO發(fā)展的脈絡(luò)上?！爱?dāng)時(shí)我們盡管沒(méi)有用戶，仍然一直跟蹤國(guó)外技術(shù)進(jìn)展，用紅字標(biāo)注相關(guān)專(zhuān)利要點(diǎn)，復(fù)印給陳院士?！?洛陽(yáng)工程公司資深專(zhuān)家陳香生說(shuō)，“?？松梨诤蚒OP的專(zhuān)利包括了各種設(shè)計(jì)方案，但真正的核心數(shù)據(jù)卻沒(méi)有?！?000年前后，陳香生無(wú)意中查找到歐洲一個(gè)研究機(jī)構(gòu)發(fā)表的專(zhuān)利，其中談到催化劑積炭與選擇性的數(shù)據(jù)。

“我不是搞工程設(shè)計(jì)的，沒(méi)有引起太大注意，但陳院士看完后說(shuō)很重要。他與大連提供的實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，認(rèn)可了這一結(jié)論。認(rèn)定這是MTO與催化裂化一系列工程技術(shù)差別的核心，也是MTO工藝工程技術(shù)開(kāi)發(fā)的出發(fā)點(diǎn)。”陳香生回憶。

2004年，在時(shí)任陜西省省長(zhǎng)賈治邦組織的專(zhuān)家學(xué)者研討經(jīng)濟(jì)發(fā)展思路會(huì)議上，省政府經(jīng)濟(jì)顧問(wèn)李毓強(qiáng)教授推薦了DMTO技術(shù)，希望可以借此開(kāi)發(fā)陜北的優(yōu)質(zhì)煤資源。陜西省政府當(dāng)即決策，由陜西國(guó)有企業(yè)出資幫助大化所完成工業(yè)化試驗(yàn)，然后在陜西建大型工業(yè)裝置。試驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)投資由陜西方面承擔(dān)。通過(guò)李毓強(qiáng)教授牽線，三方于2004年8月2日達(dá)成了具有歷史意義的DMTO技術(shù)開(kāi)發(fā)合作協(xié)議。

2006年，DMTO技術(shù)又一次遇到了重大轉(zhuǎn)機(jī)。神華包頭煤化工項(xiàng)目決定要上MTO裝置，當(dāng)時(shí)與美國(guó)UOP公司談技術(shù)轉(zhuǎn)讓已經(jīng)談得很深了。時(shí)任國(guó)家發(fā)改委副主任、能源局局長(zhǎng)的張國(guó)寶得知DMTO技術(shù)正在進(jìn)行萬(wàn)噸級(jí)工業(yè)試驗(yàn)，要求神華再等半年，如果試驗(yàn)成功，就采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)?！八陨袢A項(xiàng)目只有MTO這一段采用的是國(guó)產(chǎn)技術(shù)，其他所有裝置都是引進(jìn)的，包括烯烴分離?！甭尻?yáng)工程公司副總工程師劉昱說(shuō)。

回想起十余年DMTO攻關(guān)經(jīng)歷，陳俊武不無(wú)感慨：“30多歲參與了催化裂化的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，70多歲又遇到了MTO。我這輩子沒(méi)白過(guò)?！?/p>

六年間，兩次跨躍

“2004年8月8日，在陜西榆林啟動(dòng)工業(yè)性試驗(yàn)裝置動(dòng)工儀式；2010年8月8日，神華包頭DMTO裝置投產(chǎn)，正巧是同一個(gè)日子?！睂?duì)劉中民來(lái)說(shuō)，這是個(gè)永遠(yuǎn)不會(huì)忘記的日子。6年間，DMTO技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室走向工業(yè)化，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)“一百倍”工程放大的跨越。

□ 陳俊武院士（左二）、劉中民研究員（右二）、劉昱副總工程師（左）與陜西新興煤化工有限公司總經(jīng)理袁知中（右）在神華包頭MTO裝置指導(dǎo)開(kāi)車(chē)。陳香生 攝

洛陽(yáng)工程公司和中科院大連化物所剛開(kāi)展合作的時(shí)候，美國(guó)UOP公司已經(jīng)做了1.5噸/天規(guī)模的試驗(yàn)，對(duì)外宣稱可以直接建進(jìn)料百萬(wàn)噸級(jí)的裝置。劉中民問(wèn)陳院士能做多大，得到的答復(fù)是最好先做萬(wàn)噸級(jí)的工業(yè)試驗(yàn)。“這不還是趕不過(guò)人家嗎？陳院士讓我眼光放長(zhǎng)遠(yuǎn)一些，認(rèn)為一步放大一萬(wàn)倍到工業(yè)裝置風(fēng)險(xiǎn)太大了。事實(shí)證明陳院士判斷很對(duì)。必須老老實(shí)實(shí)走這一步，先做一個(gè)每天進(jìn)料50噸甲醇的工業(yè)性試驗(yàn)，分兩步走?！眲⒅忻裾f(shuō)。

華縣工業(yè)化實(shí)驗(yàn)裝置主要目的是發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室條件與工業(yè)條件的規(guī)律和差別，為百萬(wàn)噸級(jí)商業(yè)化裝置提供設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

神華包頭180萬(wàn)噸/年DMTO裝置規(guī)模是再次放大“一百倍”的結(jié)果?！暗谝惶坠I(yè)裝置的規(guī)模是經(jīng)過(guò)嚴(yán)格論證的。180萬(wàn)噸DMTO裝置的反再系統(tǒng)和350萬(wàn)噸催化裂化的裝置規(guī)模大致相當(dāng)，在我們工程經(jīng)驗(yàn)范圍內(nèi)，把握最大。”洛陽(yáng)工程公司資深專(zhuān)家梁龍虎介紹。

然而，各種意料之中與意料之外的困難紛至沓來(lái)。

“當(dāng)時(shí)主要擔(dān)心的不是技術(shù)問(wèn)題，而是安全、環(huán)保等能把你‘一票否決’的因素?！比A縣的試驗(yàn)裝置周?chē)际寝r(nóng)村，人員狀況復(fù)雜，劉中民的心一直懸著。

DMTO裝置是神華包頭項(xiàng)目工業(yè)鏈條中唯一采用國(guó)產(chǎn)技術(shù)的，而且是首次工業(yè)化的技術(shù)，受到了普遍的質(zhì)疑?！鞍^項(xiàng)目從前端的煤氣化、凈化，到后端的聚乙烯、聚丙烯，都是國(guó)外成熟的技術(shù)。如果把整個(gè)項(xiàng)目比喻成一個(gè)啞鈴，那么DMTO就是中間的把兒。假如把兒斷了，一百五十多億的投資該怎么辦？”洛陽(yáng)工程公司神華DMTO項(xiàng)目經(jīng)理?xiàng)罱苡X(jué)得大家的擔(dān)心可以理解，“當(dāng)時(shí)很多人并不看好DMTO首次工業(yè)化嘗試，神華集團(tuán)甚至做好了開(kāi)車(chē)不成功的預(yù)案?！?/p>

楊杰感受的壓力還來(lái)自于神華項(xiàng)目的工期?！鞍春贤覀円?010年5月25日前中交，建設(shè)周期19個(gè)月，跨越兩個(gè)冬季?！卑^的冬天，極端溫度零下30多度，采暖季從每年10月15日至次年4月15日，長(zhǎng)達(dá)半年。按照事先規(guī)劃，反再系統(tǒng)要在2009年4月份達(dá)到吊裝條件。因此，必須在2008年冬季把反應(yīng)器基礎(chǔ)建設(shè)封頂。

“反應(yīng)器高24米，相當(dāng)于8層樓的高度，在零下25度的條件下，用腳手架搭棚子整個(gè)包圍起來(lái)，在里面燒爐子，保證內(nèi)部溫度滿足混凝土的澆筑要求?！睏罱苷f(shuō)，“現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)理半夜冒著嚴(yán)寒，拿著測(cè)溫計(jì)一個(gè)帳篷一個(gè)帳篷鉆，檢查溫度和環(huán)境有沒(méi)有問(wèn)題。2008年的冬天，我們就是這么度過(guò)的?！?/p>

2010年8月，神華180萬(wàn)噸/年DMTO工業(yè)示范裝置開(kāi)車(chē)成功，成為世界首套、全球規(guī)模最大的甲醇制烯烴裝置。成功的背后，是洛陽(yáng)工程公司開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)十幾個(gè)專(zhuān)業(yè)組、幾十名研究者上百次大小討論、無(wú)數(shù)個(gè)不眠的夜晚。

“有大連化物所扎實(shí)的研究，有三方精誠(chéng)合作的團(tuán)隊(duì)，再有兩次放大一百倍的工程開(kāi)發(fā)。”陳俊武院士這樣總結(jié)DMTO的成功之道。

理想主義與現(xiàn)實(shí)主義的碰撞

“像DMTO這樣的大項(xiàng)目，需要多兵種大兵團(tuán)作戰(zhàn)，我們與洛陽(yáng)工程公司的合作是優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)?！闭勂鸷献?，中國(guó)科學(xué)院院士、中科院大連化物所所長(zhǎng)張濤對(duì)洛陽(yáng)工程公司在催化裂化方面的功底十分佩服。事實(shí)上，這也不是雙方的第一次合作。

為了促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化，洛陽(yáng)工程公司和大連化物所的“握手”堪稱企業(yè)與科研院所強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合的典范?？梢韵胍?jiàn)，這種合作并不是一開(kāi)始就一帆風(fēng)順。

“我是做研究的，他們是搞工程的。做研究的人多少都有點(diǎn)理想主義，看到什么都不滿意。他們就比較實(shí)際?！眲⒅忻裥ΨQ，技術(shù)問(wèn)題難免有分歧，觀點(diǎn)不一致，越討論就越清楚?！暗?dāng)時(shí)那個(gè)環(huán)境，就不是個(gè)心平氣和的場(chǎng)合，壓力很大，大家還‘吵’過(guò)幾次?！?/p>

陳香生還清楚地記得，在華縣做試驗(yàn)的時(shí)候一件“紅過(guò)臉”的事。現(xiàn)場(chǎng)的選擇性始終達(dá)不到實(shí)驗(yàn)室80%以上這一水平。為此，80歲高齡的陳院士還兩次赴大連化物所調(diào)研實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析差異的原因。最終發(fā)現(xiàn)，這是由于工業(yè)化放大的裝置，在加熱方式、輸送方式、物料分配等方面與實(shí)驗(yàn)室裝置不太相同。

“實(shí)驗(yàn)室往往不考慮工程放大的特點(diǎn)，有時(shí)候他們的要求在工程上確實(shí)難以滿足。實(shí)驗(yàn)室很容易達(dá)到的選擇性，工業(yè)上往往就不行?！眲㈥沤忉?zhuān)热鐚?shí)驗(yàn)室要求催化劑很快分離，但實(shí)際上從密相到稀相有個(gè)分離空間。這是一個(gè)不斷磨合、不斷溝通的艱苦過(guò)程。“前提是相互信任?！?/p>

“還有一次試驗(yàn)，在開(kāi)工的時(shí)候催化劑活性突然往下掉。我就懷疑他們的催化劑有問(wèn)題?！标愊闵貞?，為了防止反應(yīng)溫度過(guò)高，反應(yīng)器頂部設(shè)計(jì)有一個(gè)噴水霧化的激冷設(shè)施，一般不會(huì)啟用，為試驗(yàn)激冷效果曾試驗(yàn)過(guò)一次。大連認(rèn)為催化劑沒(méi)問(wèn)題，是噴水激冷噴壞了催化劑。雙方產(chǎn)生了爭(zhēng)議。陳香生建議，在噴水前先取個(gè)樣。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，分子篩晶體沒(méi)問(wèn)題，是催化劑強(qiáng)度問(wèn)題致使破損。后來(lái)大連化物所將催化劑帶回實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證，制備工藝調(diào)整后再?zèng)]出現(xiàn)活性下降的問(wèn)題。

“大連化物所有一個(gè)合作的優(yōu)點(diǎn)，他做他的理論，不干涉你的工程。他只提要求，至于怎么實(shí)現(xiàn)，對(duì)你完全信任。”在劉昱的眼中，大連化物所的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成了最好的朋友?；叵肫鹉嵌谓?jīng)歷，變得愉快起來(lái)。

“大連化物所是原始創(chuàng)新的發(fā)起者，我們圍繞DMTO工藝技術(shù)工程化、大型化和工業(yè)化做了大量的開(kāi)發(fā)工作，既有協(xié)同創(chuàng)新和集成創(chuàng)新，又參與了其中的原始創(chuàng)新，起到了橋梁和紐帶作用。”全程參與了DMTO項(xiàng)目攻關(guān)的洛陽(yáng)工程公司黨委書(shū)記王國(guó)良這樣評(píng)價(jià)雙方的合作。

對(duì)洛陽(yáng)工程公司本身來(lái)說(shuō)，DMTO項(xiàng)目創(chuàng)出了一個(gè)新的業(yè)務(wù)天地?！爱?dāng)時(shí)三方簽協(xié)議，約定一起對(duì)外許可技術(shù)，洛陽(yáng)工程公司除了占有一定比例的技術(shù)許可的份額外，還約定了開(kāi)展相關(guān)工程設(shè)計(jì)的條款?！甭尻?yáng)工程公司市場(chǎng)部相關(guān)人員介紹，“使用DMTO技術(shù)，業(yè)主要跟洛陽(yáng)工程公司談設(shè)計(jì)合同，至于是否選擇EPC（項(xiàng)目總承包）模式就看業(yè)主的情況了?！蹦壳奥尻?yáng)工程公司EPC項(xiàng)目中，DMTO項(xiàng)目占了相當(dāng)大的比例。

前路漫漫修且遠(yuǎn)

神華DMTO項(xiàng)目的成功形成良好的示范作用。一時(shí)間，擁躉者眾。

到目前為止，DMTO技術(shù)一共許可了20套，已經(jīng)開(kāi)車(chē)成功7套，其中大多數(shù)是洛陽(yáng)工程公司做EPC的項(xiàng)目?！吧螪MTO項(xiàng)目的多是新業(yè)主，對(duì)他們而言做EPC的好處是不需要投入太多管理力量，減少中間環(huán)節(jié)、縮短工期?！甭尻?yáng)工程公司市場(chǎng)部負(fù)責(zé)人介紹。

雖然技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但對(duì)洛陽(yáng)工程公司來(lái)說(shuō)，開(kāi)拓市場(chǎng)的過(guò)程遠(yuǎn)非風(fēng)平浪靜。每個(gè)業(yè)主都有個(gè)性化的需求。青海鹽湖項(xiàng)目，地處高原，空氣稀薄，地基遇淡水即沉，電氣設(shè)備遇鹽霧易腐，給施工帶來(lái)不小考驗(yàn)；山東神達(dá)項(xiàng)目，地下都是堅(jiān)硬的巖石，鋪設(shè)管線必須一炮一炮地把地崩開(kāi)；延長(zhǎng)靖邊項(xiàng)目，煤油共煉，是煤化工與傳統(tǒng)煉油化工的結(jié)合，需要在設(shè)計(jì)上單獨(dú)考慮。

“到去年年底，煤制烯烴的總產(chǎn)能大概在700萬(wàn)噸/年左右，等我們所有的裝置都開(kāi)起來(lái)，到2016年總產(chǎn)能估計(jì)在1800萬(wàn)噸/年左右?！绷糊埢⒄f(shuō)。根據(jù)陳俊武院士估算，甲醇制烯烴對(duì)傳統(tǒng)石腦油制烯烴的產(chǎn)能替代率在百分之二十左右為宜。市場(chǎng)空間有限，DMTO技術(shù)想要走得更遠(yuǎn)，必須不斷進(jìn)步。

□ 世界首套全球規(guī)模最大的180萬(wàn)噸年煤基甲醇制烯烴MTO工業(yè)示范裝置在內(nèi)蒙古建成投產(chǎn)。 陳香生 攝

隨著新裝置的不斷投產(chǎn)，技術(shù)也越來(lái)越成熟。“由于催化劑是采用不完全再生工藝，如果對(duì)生焦和燒焦兩個(gè)步驟處理不好會(huì)引起超溫的問(wèn)題?！眲㈥沤榻B，在寧波禾元裝置遇到的最大問(wèn)題，就是控制新鮮催化劑生焦的問(wèn)題，在后面的裝置上都得到很好解決。“業(yè)主給我們反饋，我們認(rèn)真研究后就會(huì)在下一套裝置上改進(jìn)?！?/p>

與此同時(shí)，大連化物所與洛陽(yáng)工程公司聯(lián)合研發(fā)的DMTO二代技術(shù)，在陜西蒲城開(kāi)車(chē)成功。二代技術(shù)加了一個(gè)C4+回?zé)捬b置，丙烯收率可以提高7～8個(gè)百分點(diǎn)?！岸b置要做大量設(shè)計(jì)工作，同一個(gè)催化劑要滿足兩個(gè)不同條件，形式更復(fù)雜。”劉昱說(shuō)。

“為了支撐工業(yè)發(fā)展，理論研究一直在改進(jìn)。我們花了很多功夫做基礎(chǔ)研究，目的就是把原理弄得更明白?！眲⒅忻裾f(shuō)。這不是DMTO獨(dú)有的，整個(gè)化工界仍處在對(duì)原理的不斷探索中。催化裂化的反應(yīng)機(jī)理至今仍在不斷探索和提升中，DMTO的甲醇根本沒(méi)有碳-碳鍵，但反應(yīng)產(chǎn)物有碳-碳鍵，這是怎么產(chǎn)生的？“我們對(duì)原理比以往更明白了一些，但依然任重道遠(yuǎn)?！?/p>

DMTO技術(shù)要走向國(guó)際市場(chǎng)，還面臨著標(biāo)準(zhǔn)化問(wèn)題。“沒(méi)有規(guī)范的MTO技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，要推廣到國(guó)外就很難。現(xiàn)在DMTO的實(shí)際操作中，很多都用的是催化裂化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，但它究竟合適不合適還有待考量?！标愊闵ㄗh，“希望行業(yè)協(xié)會(huì)能牽頭去做這項(xiàng)工作?！?/p>

對(duì)于DMTO技術(shù)的前景，聯(lián)泓集團(tuán)副總裁陳德燁十分看好：“它增加了國(guó)內(nèi)化工的多樣性。一個(gè)行業(yè)需要有激烈競(jìng)爭(zhēng)才會(huì)進(jìn)步，否則永遠(yuǎn)都不成熟?！?/p>