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發(fā)布時(shí)間：2024-10-24
我國(guó)是世界上最大的能源消費(fèi)國(guó)，以煤為主的化石資源稟賦，決定了煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的主體地位不會(huì)在短期內(nèi)改變。建設(shè)新型能源體系，必須以保障能源安全為前提，堅(jiān)持先立后破，有序推進(jìn)化石能源的減量替代?；Y源的清潔高效利用是能源化工升級(jí)的戰(zhàn)略方向。中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)與物理研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“大連化物所”）聚焦化石能源利用的清潔化、低碳化、高效化，持續(xù)推進(jìn)應(yīng)用基礎(chǔ)研究與工程化研究，推動(dòng)化石能源從燃料屬性向原料和燃料耦合屬性轉(zhuǎn)變，突破化石能源低碳化發(fā)展關(guān)鍵核心技術(shù)，為我國(guó)能源化工產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供科技支撐。
以煤代油，實(shí)現(xiàn)能源安全與綠色轉(zhuǎn)型的雙向奔赴
我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的化石資源稟賦，決定了煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化以及多種資源系統(tǒng)耦合轉(zhuǎn)化生產(chǎn)大宗化學(xué)品，既是保障我國(guó)能源安全的重要方向，又有利于推進(jìn)煤化工產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)。大連化物所聚焦高效催化劑設(shè)計(jì)、工藝流程創(chuàng)新優(yōu)化及工程化研究，取得了一系列具有行業(yè)顛覆性和重大影響力的原始創(chuàng)新成果，并通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與工業(yè)化實(shí)踐，推動(dòng)著我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。
低碳烯烴、芳烴是重要的化工原料，在塑料、合成纖維、合成橡膠等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。當(dāng)前，我國(guó)烯烴、芳烴和含氧化合物等重要大宗化學(xué)品仍以石油化工生產(chǎn)為主，“貧油”的自然稟賦對(duì)我國(guó)化工行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全構(gòu)成潛在威脅。發(fā)展非石油資源合成大宗化學(xué)品，是具有重大戰(zhàn)略意義的研究課題。劉中民院士團(tuán)隊(duì)從流化床催化劑及其工藝的基礎(chǔ)性研究入手，幾代人接續(xù)前行，在世界上首次完成了甲醇制取低碳烯烴（DMTO）工業(yè)性試驗(yàn)，支撐我國(guó)建成世界首套煤制烯烴工廠并于2010年投產(chǎn)，該技術(shù)也榮獲了國(guó)家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)。團(tuán)隊(duì)并沒(méi)有停止前進(jìn)的腳步，開(kāi)發(fā)一代、轉(zhuǎn)化一代、前瞻一代，持續(xù)優(yōu)化性能，相繼開(kāi)發(fā)出甲醇制烯烴第二代、第三代技術(shù)，烯烴產(chǎn)率大幅提高，能耗大幅降低。目前已實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)施許可35套，烯烴產(chǎn)能達(dá)每年2320萬(wàn)噸，約占全國(guó)當(dāng)前烯烴產(chǎn)能的三分之一，引領(lǐng)了我國(guó)煤制烯烴產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。團(tuán)隊(duì)還拓展開(kāi)發(fā)了甲醇制丙烯（DMTP）、甲醇甲苯制對(duì)二甲苯聯(lián)產(chǎn)低碳烯烴技術(shù)，這些技術(shù)均已通過(guò)科技成果鑒定，正在實(shí)施工業(yè)化，為我國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了有力的科技支撐。
世界首套甲醇制烯烴工業(yè)化裝置。大連化物所供圖
乙醇是世界公認(rèn)的優(yōu)良汽油添加劑，也是重要的基礎(chǔ)化學(xué)品。由于傳統(tǒng)乙醇生產(chǎn)工藝涉及與人爭(zhēng)糧、與糧爭(zhēng)地的問(wèn)題，開(kāi)辟非糧乙醇生產(chǎn)路線具有重要的戰(zhàn)略意義。劉中民院士、朱文良研究員團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一條環(huán)境友好的全新工藝路線（DMTE技術(shù)）——以煤基合成氣為原料，經(jīng)二甲醚羰基化、加氫合成乙醇。這條路線采用非貴金屬催化劑，無(wú)腐蝕，可以直接生產(chǎn)無(wú)水乙醇。2017年1月11日，具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)的全球首套10萬(wàn)噸/年煤基乙醇工業(yè)示范項(xiàng)目打通全流程；2023年12月28日，全球規(guī)模最大的乙醇生產(chǎn)裝置在安徽淮北啟動(dòng)試生產(chǎn)，年產(chǎn)無(wú)水乙醇60萬(wàn)噸；2024年，采用該技術(shù)的新疆天業(yè)匯祥新材料有限公司25萬(wàn)噸/年乙醇裝置一次投產(chǎn)成功。該技術(shù)配套乙醇脫水制乙烯，可進(jìn)一步生產(chǎn)出高端聚氯乙烯，有望促進(jìn)我國(guó)電石乙炔法聚氯乙烯產(chǎn)業(yè)的綠色工藝替代。截至目前，DMTE技術(shù)已簽訂16項(xiàng)技術(shù)實(shí)施許可合同，乙醇累計(jì)產(chǎn)能達(dá)495萬(wàn)噸/年，已投產(chǎn)5套，乙醇產(chǎn)能達(dá)到165萬(wàn)噸。
淮北礦業(yè)集團(tuán)碳鑫科技60萬(wàn)噸/年乙醇生產(chǎn)裝置。大連化物所供圖
DMTO、DMTE技術(shù)不僅完成了從基礎(chǔ)研究到工業(yè)應(yīng)用的“華麗轉(zhuǎn)身”，也讓煤炭完成了“煤代油”的“涅槃重生”，從低價(jià)值的燃料變身成為替代石油的寶貴原料。
以煤制油，把“黑色煤炭”變成“工業(yè)血液”
石油被稱(chēng)為“工業(yè)血液”，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)原油的需求量迅猛增長(zhǎng)，2021年數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)72.2%，這對(duì)國(guó)家能源戰(zhàn)略安全和國(guó)民經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展都構(gòu)成了潛在威脅和挑戰(zhàn)。利用我國(guó)豐富的煤炭資源，開(kāi)發(fā)“煤制油”技術(shù)，對(duì)緩解我國(guó)石油資源短缺，保障能源安全有著重要意義。
大連化物所丁云杰研究員、朱何俊研究員團(tuán)隊(duì)在“煤制油”領(lǐng)域深耕多年，研制出了一種用于新一代煤制油技術(shù)的炭載鈷基催化劑。該催化劑具有較高的活性、較低的甲烷選擇性、極低的二氧化碳選擇性、良好的穩(wěn)定性。與傳統(tǒng)的鐵基催化劑相比，可以降低運(yùn)行能耗、省去脫碳單元，實(shí)現(xiàn)低固廢甚至無(wú)固廢的綠色環(huán)保目標(biāo)。團(tuán)隊(duì)通過(guò)持續(xù)的技術(shù)創(chuàng)新與工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了“煤制油”裝置100%的負(fù)荷運(yùn)營(yíng)，完成了工業(yè)試驗(yàn)。建成的全球首套具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的炭載鈷基漿態(tài)床合成氣制油工業(yè)示范裝置，將為后續(xù)大型商業(yè)化裝置的建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)支撐。2022年，“炭載鈷基漿態(tài)床合成氣制油技術(shù)”通過(guò)技術(shù)成果鑒定，鑒定委員會(huì)認(rèn)為該技術(shù)創(chuàng)新性強(qiáng)，整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
延長(zhǎng)榆林15萬(wàn)噸/年鈷基漿態(tài)床合成氣制油工業(yè)示范裝置。大連化物所供圖
多點(diǎn)布局，構(gòu)筑油品深度利用的典范
石油是20世紀(jì)以來(lái)人類(lèi)至關(guān)重要的戰(zhàn)略資源，不僅是工業(yè)生產(chǎn)的重要原料，更成為國(guó)際地緣政治的重要影響因素。作為世界最大的石油消費(fèi)國(guó)，高效利用石油及其產(chǎn)品成為我國(guó)保障能源安全的重要課題。
干氣是催化裂化、催化裂解過(guò)程副產(chǎn)的尾氣，其中含有超過(guò)10%的乙烯。徐龍伢研究員、朱向?qū)W研究員團(tuán)隊(duì)在前期技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)了催化干氣制制乙苯第三代技術(shù)及催化劑，攻克了直接利用干氣生產(chǎn)優(yōu)級(jí)品乙苯產(chǎn)品的關(guān)鍵難題，分別投產(chǎn)于河北盛騰石化6萬(wàn)噸乙苯裝置（2019年）、中化弘潤(rùn)石化13萬(wàn)噸乙苯裝置（2021年）等多套裝置，實(shí)現(xiàn)先期投產(chǎn)的10余套工業(yè)裝置的催化劑升級(jí)換代替換。近年來(lái)，團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研發(fā)了烯烴/芳烴“擇形催化”生產(chǎn)關(guān)鍵芳香化學(xué)品系列技術(shù)及催化劑，突破制約行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵共性技術(shù)難題，5項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)規(guī)?；I(yè)應(yīng)用（其中兩項(xiàng)關(guān)聯(lián)產(chǎn)品分別入選中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì)2021年度“化工新材料”年度創(chuàng)新產(chǎn)品和2023年度“化工新材料”年度創(chuàng)新產(chǎn)品），填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白，保障下游產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈的安全；同時(shí)，團(tuán)隊(duì)研發(fā)了烴類(lèi)（含氧化合物）高效轉(zhuǎn)化生產(chǎn)含氮雜環(huán)化學(xué)品和含氮脂肪化學(xué)品系列技術(shù)，已分別完成中試及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。
中化弘潤(rùn)石化13萬(wàn)噸/年乙苯裝置。大連化物所供圖
重質(zhì)油（利用常規(guī)技術(shù)難以開(kāi)采的具有較大黏度和密度的非常規(guī)石油）的深度轉(zhuǎn)化及高效利用一直是國(guó)際煉油行業(yè)的難題。田志堅(jiān)研究員團(tuán)隊(duì)自2012年開(kāi)始重質(zhì)油懸浮床加氫技術(shù)的研究，開(kāi)發(fā)出創(chuàng)新的加氫工藝、核心反應(yīng)器和低堆積度納米硫化鉬催化劑，完成了懸浮床實(shí)驗(yàn)室噸級(jí)裝置試驗(yàn)和催化劑工業(yè)放大生產(chǎn)。2020年，團(tuán)隊(duì)利用開(kāi)發(fā)的重質(zhì)油懸浮床加氫技術(shù)，在新疆克拉瑪依市獨(dú)山子區(qū)完成千噸級(jí)中試裝置建設(shè)并開(kāi)車(chē)成功，標(biāo)志著我國(guó)在重質(zhì)油加工領(lǐng)域邁出了堅(jiān)實(shí)的一步，有力推動(dòng)了化工行業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。
以國(guó)產(chǎn)費(fèi)托合成蠟為原料高收率批量生產(chǎn)出高品質(zhì)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油產(chǎn)品。大連化物所供圖
我國(guó)是世界第二大潤(rùn)滑油生產(chǎn)國(guó)和消費(fèi)國(guó)，有著世界上最適用于生產(chǎn)潤(rùn)滑油的原油資源，卻曾因缺少先進(jìn)工藝而無(wú)法制取高檔潤(rùn)滑油，面臨著“捧著金飯碗討飯”的困境。自1999年起，田志堅(jiān)研究員團(tuán)隊(duì)開(kāi)展?jié)櫥突A(chǔ)油加氫異構(gòu)脫蠟催化劑的研制工作。2002年，成功開(kāi)發(fā)出擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的異構(gòu)脫蠟催化劑，并分別于2008年和2012年兩次在中國(guó)石油大慶煉化實(shí)現(xiàn)20萬(wàn)噸/年級(jí)工業(yè)應(yīng)用。自主創(chuàng)新的催化劑活性高、產(chǎn)品質(zhì)量好、基礎(chǔ)油收率高，性能顯著優(yōu)于國(guó)外同類(lèi)催化劑，產(chǎn)生了較大的經(jīng)濟(jì)效益，將我國(guó)潤(rùn)滑油基礎(chǔ)油品質(zhì)和生產(chǎn)水平提升至國(guó)際先進(jìn)水平。
習(xí)近平總書(shū)記強(qiáng)調(diào)，要增強(qiáng)煤炭等化石能源兜底保障能力，加快建設(shè)新型能源體系，注重傳統(tǒng)能源與新能源多能互補(bǔ)、深度融合。大連化物所將堅(jiān)持面向國(guó)家能源需求，加強(qiáng)化石能源清潔高效利用領(lǐng)域的學(xué)科布局，不斷拓展傳統(tǒng)化工的應(yīng)用邊界，在煤制關(guān)鍵化學(xué)品、可降解塑料、高性能材料、重油加氫等方向加快科技創(chuàng)新與成果產(chǎn)出，努力推動(dòng)化石能源產(chǎn)業(yè)踏上工藝低碳、產(chǎn)品高端之路；同時(shí)積極探索傳統(tǒng)化石能源與新能源產(chǎn)業(yè)的深度融合，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)化升級(jí)，共同構(gòu)筑起我國(guó)高質(zhì)量發(fā)展的堅(jiān)固基石。
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