来源：科学网
发布时间：2024-10-24
我国是世界上最大的能源消费国，以煤为主的化石资源禀赋，决定了煤炭在我国能源消费结构中的主体地位不会在短期内改变。建设新型能源体系，必须以保障能源安全为前提，坚持先立后破，有序推进化石能源的减量替代。化石资源的清洁高效利用是能源化工升级的战略方向。中国科学院大连化学与物理研究所（以下简称“大连化物所”）聚焦化石能源利用的清洁化、低碳化、高效化，持续推进应用基础研究与工程化研究，推动化石能源从燃料属性向原料和燃料耦合属性转变，突破化石能源低碳化发展关键核心技术，为我国能源化工产业高质量发展提供科技支撑。
以煤代油，实现能源安全与绿色转型的双向奔赴
我国“富煤、贫油、少气”的化石资源禀赋，决定了煤炭清洁高效转化以及多种资源系统耦合转化生产大宗化学品，既是保障我国能源安全的重要方向，又有利于推进煤化工产业转型升级。大连化物所聚焦高效催化剂设计、工艺流程创新优化及工程化研究，取得了一系列具有行业颠覆性和重大影响力的原始创新成果，并通过持续的技术创新与工业化实践，推动着我国化工产业的高质量发展。
低碳烯烃、芳烃是重要的化工原料，在塑料、合成纤维、合成橡胶等领域有着广泛应用。当前，我国烯烃、芳烃和含氧化合物等重要大宗化学品仍以石油化工生产为主，“贫油”的自然禀赋对我国化工行业的产业链、供应链安全构成潜在威胁。发展非石油资源合成大宗化学品，是具有重大战略意义的研究课题。刘中民院士团队从流化床催化剂及其工艺的基础性研究入手，几代人接续前行，在世界上首次完成了甲醇制取低碳烯烃（DMTO）工业性试验，支撑我国建成世界首套煤制烯烃工厂并于2010年投产，该技术也荣获了国家技术发明一等奖。团队并没有停止前进的脚步，开发一代、转化一代、前瞻一代，持续优化性能，相继开发出甲醇制烯烃第二代、第三代技术，烯烃产率大幅提高，能耗大幅降低。目前已实现技术实施许可35套，烯烃产能达每年2320万吨，约占全国当前烯烃产能的三分之一，引领了我国煤制烯烃产业的快速发展。团队还拓展开发了甲醇制丙烯（DMTP）、甲醇甲苯制对二甲苯联产低碳烯烃技术，这些技术均已通过科技成果鉴定，正在实施工业化，为我国相关产业发展提供了有力的科技支撑。
世界首套甲醇制烯烃工业化装置。大连化物所供图
乙醇是世界公认的优良汽油添加剂，也是重要的基础化学品。由于传统乙醇生产工艺涉及与人争粮、与粮争地的问题，开辟非粮乙醇生产路线具有重要的战略意义。刘中民院士、朱文良研究员团队研发出一条环境友好的全新工艺路线（DMTE技术）——以煤基合成气为原料，经二甲醚羰基化、加氢合成乙醇。这条路线采用非贵金属催化剂，无腐蚀，可以直接生产无水乙醇。2017年1月11日，具有我国自主知识产权技术的全球首套10万吨/年煤基乙醇工业示范项目打通全流程；2023年12月28日，全球规模最大的乙醇生产装置在安徽淮北启动试生产，年产无水乙醇60万吨；2024年，采用该技术的新疆天业汇祥新材料有限公司25万吨/年乙醇装置一次投产成功。该技术配套乙醇脱水制乙烯，可进一步生产出高端聚氯乙烯，有望促进我国电石乙炔法聚氯乙烯产业的绿色工艺替代。截至目前，DMTE技术已签订16项技术实施许可合同，乙醇累计产能达495万吨/年，已投产5套，乙醇产能达到165万吨。
淮北矿业集团碳鑫科技60万吨/年乙醇生产装置。大连化物所供图
DMTO、DMTE技术不仅完成了从基础研究到工业应用的“华丽转身”，也让煤炭完成了“煤代油”的“涅槃重生”，从低价值的燃料变身成为替代石油的宝贵原料。
以煤制油，把“黑色煤炭”变成“工业血液”
石油被称为“工业血液”，随着国民经济的快速发展，我国对原油的需求量迅猛增长，2021年数据显示，我国石油对外依存度达72.2%，这对国家能源战略安全和国民经济健康发展都构成了潜在威胁和挑战。利用我国丰富的煤炭资源，开发“煤制油”技术，对缓解我国石油资源短缺，保障能源安全有着重要意义。
大连化物所丁云杰研究员、朱何俊研究员团队在“煤制油”领域深耕多年，研制出了一种用于新一代煤制油技术的炭载钴基催化剂。该催化剂具有较高的活性、较低的甲烷选择性、极低的二氧化碳选择性、良好的稳定性。与传统的铁基催化剂相比，可以降低运行能耗、省去脱碳单元，实现低固废甚至无固废的绿色环保目标。团队通过持续的技术创新与工艺优化，实现了“煤制油”装置100%的负荷运营，完成了工业试验。建成的全球首套具有自主知识产权的炭载钴基浆态床合成气制油工业示范装置，将为后续大型商业化装置的建设提供坚实的技术支撑。2022年，“炭载钴基浆态床合成气制油技术”通过技术成果鉴定，鉴定委员会认为该技术创新性强，整体技术达到国际先进水平。
延长榆林15万吨/年钴基浆态床合成气制油工业示范装置。大连化物所供图
多点布局，构筑油品深度利用的典范
石油是20世纪以来人类至关重要的战略资源，不仅是工业生产的重要原料，更成为国际地缘政治的重要影响因素。作为世界最大的石油消费国，高效利用石油及其产品成为我国保障能源安全的重要课题。
干气是催化裂化、催化裂解过程副产的尾气，其中含有超过10%的乙烯。徐龙伢研究员、朱向学研究员团队在前期技术的基础上，研发了催化干气制制乙苯第三代技术及催化剂，攻克了直接利用干气生产优级品乙苯产品的关键难题，分别投产于河北盛腾石化6万吨乙苯装置（2019年）、中化弘润石化13万吨乙苯装置（2021年）等多套装置，实现先期投产的10余套工业装置的催化剂升级换代替换。近年来，团队进一步研发了烯烃/芳烃“择形催化”生产关键芳香化学品系列技术及催化剂，突破制约行业发展的关键共性技术难题，5项技术产品实现规模化工业应用（其中两项关联产品分别入选中国石油和化学工业联合会2021年度“化工新材料”年度创新产品和2023年度“化工新材料”年度创新产品），填补国内空白，保障下游产业链供应链的安全；同时，团队研发了烃类（含氧化合物）高效转化生产含氮杂环化学品和含氮脂肪化学品系列技术，已分别完成中试及产业化应用。
中化弘润石化13万吨/年乙苯装置。大连化物所供图
重质油（利用常规技术难以开采的具有较大黏度和密度的非常规石油）的深度转化及高效利用一直是国际炼油行业的难题。田志坚研究员团队自2012年开始重质油悬浮床加氢技术的研究，开发出创新的加氢工艺、核心反应器和低堆积度纳米硫化钼催化剂，完成了悬浮床实验室吨级装置试验和催化剂工业放大生产。2020年，团队利用开发的重质油悬浮床加氢技术，在新疆克拉玛依市独山子区完成千吨级中试装置建设并开车成功，标志着我国在重质油加工领域迈出了坚实的一步，有力推动了化工行业的绿色可持续发展。
以国产费托合成蜡为原料高收率批量生产出高品质润滑油基础油产品。大连化物所供图
我国是世界第二大润滑油生产国和消费国，有着世界上最适用于生产润滑油的原油资源，却曾因缺少先进工艺而无法制取高档润滑油，面临着“捧着金饭碗讨饭”的困境。自1999年起，田志坚研究员团队开展润滑油基础油加氢异构脱蜡催化剂的研制工作。2002年，成功开发出拥有自主知识产权的异构脱蜡催化剂，并分别于2008年和2012年两次在中国石油大庆炼化实现20万吨/年级工业应用。自主创新的催化剂活性高、产品质量好、基础油收率高，性能显著优于国外同类催化剂，产生了较大的经济效益，将我国润滑油基础油品质和生产水平提升至国际先进水平。
习近平总书记强调，要增强煤炭等化石能源兜底保障能力，加快建设新型能源体系，注重传统能源与新能源多能互补、深度融合。大连化物所将坚持面向国家能源需求，加强化石能源清洁高效利用领域的学科布局，不断拓展传统化工的应用边界，在煤制关键化学品、可降解塑料、高性能材料、重油加氢等方向加快科技创新与成果产出，努力推动化石能源产业踏上工艺低碳、产品高端之路；同时积极探索传统化石能源与新能源产业的深度融合，实现产业链优化升级，共同构筑起我国高质量发展的坚固基石。
以下是该媒体报道地址：https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/10/532405.shtm
