我國資源豐富的煤炭，如何變成高碳醇、乙醇和烯烴？近日，“走進中國科學院·記者行——‘科技雙碳’服務經濟主戰場榆林段活動”舉行。新京報記者對中科院科技支撐國家“雙碳”戰略的重要舉措和取得的階段性成果進行采訪。

2018年，中科院批準依托大連化學物理研究所組織實施“潔淨能源關鍵技術與示範”戰略性先導科技專項。專項集合了20餘家能源領域研究所及大學優勢研究力量，通過技術攻關，已突破55項關鍵技術，29套工業示範裝置開工建設，帶動投資1500多億元。

實現煤制烯烴工業技術持續創新

在2021年兩院院士大會上，主席發表重要講話時指出，幾年來，我國科技創新取得新的曆史性成就，“甲醇制烯烴技術持續創新帶動了我國煤制烯烴産業快速發展”。

乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基本有機化工原料，是現代化學工業的基石。日常生活中的塑料杯、保鮮膜等都是以烯烴為原料生産得到的。随着我國經濟社會發展，人們生活水平的提高，對烯烴的需求量還将增大。

烯烴傳統生産技術強烈地依賴于石油資源。通常來說，一個百萬噸級的烯烴工廠需要有千萬噸級的煉油廠配套提供石腦油原料。我國石油資源不足，對外依存度超過70%，然而我國煤炭資源相對豐富，有序發展煤化工産業，利用我國相對優勢的煤資源部分替代石油資源，符合我國貧油、少氣、富煤的資源禀賦特點。

煤經甲醇制烯烴，就是先通過煤氣化制取合成氣（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，再用甲醇制取烯烴。實現這一發展方向的關鍵核心技術是甲醇制烯烴技術，也是世界範圍内極具挑戰性的課題。

中科院大連化物所劉中民院士團隊長期開展甲醇制烯烴技術研究，經過數十年的努力，于2006年合作完成了萬噸級工業性試驗，成功開發了甲醇制取低碳烯烴DMTO成套工業化技術。2010年8月，世界首套180萬噸煤基甲醇制60萬噸烯烴裝置在内蒙古包頭投料試車一次成功，實現煤制烯烴工業化應用“零”的突破。DMTO技術獲得2014年度國家技術發明獎一等獎。

第三代甲醇制烯烴技術通過科技成果鑒定

在此基礎上，劉中民團隊相繼開發了第二代（DMTO-II）和第三代（DMTO-III）技術，技術指标不斷實現大幅度提高。

“在第一代技術時期，大概3噸甲醇可以制取1噸烯烴。應用第二代技術，噸烯烴甲醇單耗由之前的3噸左右降到2.60-2.70噸。”劉中民說，實現噸烯烴能耗和碳排放明顯下降，使我國持續保持在該領域的國際領先地位。

據他介紹，第一代和第二代技術的工業裝置甲醇處理量為180萬噸/年。第三代技術采用新一代催化劑，通過對反應器和工藝過程的創新，可實現單套工業裝置甲醇處理量大幅度增加，可以達到300萬噸/年以上，同時工業裝置噸烯烴(乙烯 丙烯)甲醇消耗可降到2.60-2.70噸。

2020年11月9日，DMTO-III技術在北京通過了中國石油和化學工業聯合會組織的科技成果鑒定。鑒定專家一緻認為：該成果處于國際領先水平，建議加快新一代催化劑推廣應用，并早日建成DMTO-III工業示範裝置。

截至目前，DMTO系列技術已經簽訂了31套裝置的技術實施許可合同（含出口1套），烯烴産能達2025萬噸/年，約占全國現有産能的1/3，預計拉動投資超4000億元。已投産的16套工業裝置，烯烴（乙烯 丙烯）産能超過900萬噸/年，新增産值超過900億元/年。項目的實施開辟了以非石油資源生産低碳烯烴的新路線，對促進煤炭清潔高效利用、緩解石油供應緊張局面、實現“雙碳”戰略目标具有重大意義。

煤制油裝置可制高碳醇，經濟性大幅提高

DMTO技術，隻是中科院科技支撐國家“雙碳”戰略階段性成果的一個縮影。

據中科院大連化物所研究員丁雲傑回憶，1999年，他剛從美國完成博士後研究歸國，就投入到了煤制油催化劑及其工藝的研究中。

世界上主要由鐵基、钴基兩種催化劑工藝生産煤基合成油。鐵基催化劑反應産生的二氧化碳選擇性較高。而傳統費托合成钴基催化劑價格昂貴，液體産品選擇性較差，制約了其工業應用。

在丁雲傑的帶領下，研究團隊研制出了炭載钴基催化劑。它具有較高的活性、較低的甲烷選擇性、極低的二氧化碳選擇性和良好的穩定性，可以降低運行能耗、省去脫碳單元，運行産生的廢催化劑可以通過簡易焚燒，燒掉炭載體，回收钴金屬，實現低固廢甚至無固廢的綠色環保目标。

2015年，該項目煤制油示範裝置工藝流程打通，産出合格的石腦油、柴油等油品，2020年實現100%負荷運營，達到催化劑性能指标，實現達産達效。

除了可以制油保障能源安全，這項技術還可以制取高附加值的化學品。在煤制油裝置的合作單位——陝西延長石油榆林煤化有限公司的生産現場，10萬噸煤制油裝置正在生産運行。“主反應器中的原料是煤氣化制取的合成氣（主要成分是一氧化碳和氫氣），炭載钴基催化劑為固體。”大連化物所研究員朱何俊說，反應可以生成液态烴類或高碳醇等化學品。

榆林煤化有限公司10萬噸/年煤制油工業示範裝置的漿态床反應器。新京報記者 張璐 攝

同樣的反應器在相同的條件下，添加另外一種炭載钴基催化劑，就可以得到附加值更高的高碳醇。“油品一噸賣8000塊錢，高碳醇可以賣到15000，經濟性大幅提高。”朱何俊說，高碳醇可以制作精細化學品，比如不傷手的洗滌劑等，進一步加工可以得到α-烯烴，制作潤滑油。他說，未來實現商業化運行，單台裝置生産能力達到50萬噸/年規模。

催化與人工智能技術結合，“機器人”評價催化劑

在榆林中科潔淨能源創新研究院AI催化智能實驗室，機械臂正揮舞機器臂，擰開瓶蓋，往試管中傾倒化學品，模拟做實驗制備催化劑。催化劑改變化學反應速率的作用稱催化作用，催化作用幾乎遍及化學反應的整個領域。

7月19日，榆林中科潔淨能源創新研究院AI催化智能實驗室内，機械臂正在模拟制備和評價催化劑。新京報記者 張璐 攝

“從數據學習、催化劑的合成制備，到反應器裝樣、性能檢測等，我們正在進行全流程的人工智能化和自動化。”研究院執行院長任曉光說，今年計劃制出1.0版本的裝置，實現月均處理樣品量500-1000個。

他說，人工智能研制催化劑有幾大優勢，機器人可以24小時工作、減少實驗誤差，包括大量實驗數據積累後，結合人工智能技術支撐的文獻自主查找和學習，對下一步實驗進行修正和建議。這項工作還将培養跨領域的人才隊伍。

為何要在榆林設置中科潔淨能源創新研究院？任曉光說，榆林資源禀賦獨特，煤、油、氣、風、光等能源資源富集，是國内罕見的多種能源資源富集區，為多能融合技術與産業示範提供了資源條件。“雙碳”目标下，以陝北榆林為代表的化石能源資源富集區綠色低碳轉型要求迫切。2019年12月，陝西省政府和中科院簽署戰略合作協議，共創榆林國家級能源革命創新示範區。

他說，榆林中科潔淨能源創新研究院正在打造5個創新研發平台，其中數智催化新技術研發平台将探索自動化、大數據、雲計算、數字孿生等新型技術與催化技術研發的深度交叉融合。“目前，部分設備已經完成安裝、調試、演示。”

已突破55項關鍵技術，29套工業示範裝置開工建設

據中國科學院重大科技任務局業務主管曹大泉介紹，面向“雙碳”戰略目标，“中國科學院科技支撐碳達峰碳中和戰略行動計劃”啟動實施。中科院明确了近期、中期、遠期不同階段發展目标：到2025年，突破若幹支撐碳達峰的關鍵技術，促進經濟社會低碳綠色轉型，探索支撐碳中和目标的颠覆性、變革性技術。

到2030年，支撐碳達峰的關鍵技術達到國際先進水平，有力支撐碳達峰目标實現；支撐碳中和的科學原理和關鍵技術取得重大突破，為碳中和目标提供科技儲備和解決方案。

到2060年，突破一批原創性、颠覆性技術并實現應用，有力支撐碳中和目标實現。為構建綠色低碳、循環發展的經濟體系和清潔低碳、安全高效的能源體系，實現碳中和戰略目标提供科學基礎、關鍵技術和系統解決方案，碳減排和固碳增彙等技術達到國際領先水平。

2018年，中科院批準依托大連化物所組織實施“潔淨能源關鍵技術與示範”戰略性先導科技專項。

“專項集合了20餘家能源領域研究所及大學優勢研究力量，通過技術攻關，已突破55項關鍵技術，29套工業示範裝置開工建設，帶動投資1500多億元。”他舉例，代表性成果煤基乙醇（DMTE）技術已累計技術許可合同10項，産能達295萬噸/年。

“雙碳”戰略下中科院能源科技創新路徑圖。中科院供圖

新京報記者 張璐

編輯 樊一婧 校對 李立軍

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!