——记中石化洛阳工程有限公司DMTO技术创新团队

倪海龙

　　俗话说：家有一老，如有一宝。93岁的陈俊武院士便是中石化洛阳工程有限公司（以下简称“洛阳工程公司”）的“镇院之宝”。老人家一辈子笃定科技报国的信念，在去年刚刚被中宣部评选为“时代楷模”。尽管现在只是担任洛阳工程公司技术委员会的名誉主任，但是93岁高龄的他依然坚持每周至少3天来到单位打卡上班。作为中国催化裂化工程技术的奠基人，回想起这几十年来的攻关经历，陈俊武不无感慨地表示：“30多岁参与了催化裂化的设计开发，70多岁又遇到了DMTO。这辈子没白过！”
　　被陈俊武极为看重的“D M TO”，即甲醇制烯烃技术。烯烃是很多化工产品的原料，小到家具、服装，大到汽车、航天都离不开它。以前烯烃只能从石油中获取，20世纪70年代，世界爆发了两次石油危机。石油价格的大幅攀升，促使包括美国、日本在内的发达国家都考虑以煤炭取代石油和石化产品，并相继启动了以煤代油的科技攻关计划。
　　从长远看，石油替代技术对于中国有非常重要的战略意义。这种战略意义不会因为油价的短时波动而改变。对我们国家来说，DMTO技术提供的是不依赖石油生产化工产品的路线，作为石油替代的一种手段是十分重要的，可以说将为国家创造一个不依赖石油的战略新兴产业。
　　洛阳工程公司的科研人员们都清楚，未来大国间的竞争是科技的博弈！当前，我国化工产业还处于大而不强的阶段，要想成长为化工强国，必须要从自主创新上破局！“一切为了国家需要！”这一句话重如千斤。也是为了这一句话，洛阳工程公司的几代科研人员薪火相传，付出青春与汗水，数十年埋头苦干，同兄弟单位联手为我国的石化科技事业谱写出浓墨重彩的一幅画卷。
　　
突破世界级难题
　　烯烃中的乙烯和丙烯是基本有机化工原料，生产技术强烈依赖石油资源。这让中国石油进口数量大幅增加，进口比例一度接近60%，这是国际公认的能源安全红线，一旦超过60%就会被外国掣肘。以煤或天然气为原料，经由甲醇生产乙烯、丙烯的大型化工过程，是新型煤化工技术的重大突破。利用我国相对优势的煤资源部分替代石油资源，既符合我国贫油、少气、富煤的资源禀赋特点，也成为我国实现能源多元化，保障能源战略安全的重要举措。
　　煤制烯烃技术是连接煤化工与石油化工，实施石油替代战略、保障能源安全的重要战略方向。但是，放眼国际，这也是一个世界级难题。其中，甲醇制烯烃是煤制烯烃的关键核心技术，更是世界范围内具有挑战性的尖端课题。
　　中国科学院大连化物所从20世纪80年代开始，围绕甲醇制烯烃催化剂和工艺技术进行了长达30多年的创新研发工作。1997年，时任洛阳工程公司技术委员会主任的陈俊武，在办公室里接待了这批来自大连、寻求DMTO工程技术开发合作的客人。由于DMTO工艺专用催化剂反应后快速失活，想要推进甲醇制烯烃的工业化，就必须借鉴催化裂化几十年的工业经验，使用流态化工程技术。而在国内，这方面首屈一指的权威单位正是中石化洛阳工程有限公司。双方随即一拍即合，形成了共同合作机制，至今合作长达20余年之久，可以说，洛阳工程公司和大连化物所的“握手”已成为企业和科研院所强强联合的典范。
　　但是，当时建设并运行一套甲醇制烯烃的工业化试验装置，需要少则五六千万元，多则上亿元的资金，这一度成为横亘在面前的一座“大山”。面对这种巨额投入，陕西省政府雪中送炭，向合作方抛来了“橄榄枝”。
　　陕西省矿产资源丰富。多年来，该省领导一直想利用先进的煤化工技术，通过发展新型煤化工产业，实现煤的深度转化、高效转化，以期将全省的资源优势转变为经济发展优势、产业优势。在得知大连化物所已经开发出具有世界领先水平的甲醇制烯烃的实验室中试技术，并正在寻找风险投资人和合作伙伴的消息后，陕西省专门成立了新兴煤化工科技发展有限公司，与大连化物所、洛阳工程公司合作，开发甲醇制烯烃工程化技术。
　　2004年8月2日，洛阳工程公司和大连化物所、新兴煤化工公司经过几轮磋商，正式签订了具有历史意义的《甲醇制取低碳烯烃工业性试验协议》。根据协议，三方各尽其职，精诚合作，利用大连化物所的DMTO中试技术成果、洛阳工程公司在工程设计领域的流态化催化反应工程技术经验，在陕西省华县建设一套年加工1.67万吨甲醇的工业化试验装置。
　　“一项大的工程犹如人体结构一样精密。我们擅长的事情是将实验成果做成真正的工业装置。”全国工程勘察设计大师、洛阳工程公司首席专家刘昱如是说。但是，D M T O技术从实验室走向工业化并不像人们想象的那样简单。从试验室到工业试验装置，洛阳工程公司充分发挥自身在工程放大方面的优势，完成了实验室数据的精准放大。研究数据提供的往往只是一个范围，不能直接应用于工程设计。刘昱介绍道：“试验性工业装置实际做的不是一个工业设计，而是一个范围设计，通过该装置进行条件试验，摸索反应压力、反应温度、循环量等关键参数的具体值。”工业性试验装置在运行过程中遇到的问题除了关键数据的不确定外，最大的问题在于装置规模小，从而衍生出一系列问题，如循环量小导致滑阀制作困难、旋风分离器小等。
　　经过反复的攻坚克难，洛阳工程公司成功地实现了DMTO技术反应器和再生器系统的工程化，确定并优化了甲醇制烯烃技术的工艺流程，解决了催化剂跑损、再生烧焦控制等问题，开发出适合甲醇制烯烃的工业性试验装置，通过工业性试验，确定了与甲醇制烯烃反应及专用催化剂特性相适应的流态化形式，解决了浅床层流化床反应器温度分布均匀性问题，发明了独特的DMTO开、停工方法，获得了开发大型DMTO工业装置设计工艺包的基础数据，为DMTO技术的工业化奠定了扎实的基础。
　　2006年5月，D M TO工业化试验宣告成功，每天可以转化甲醇75吨，而国外类似装置一天转化还不到1吨。同年8月，D M T O工业性试验项目通过国家技术鉴定，对于这个全球首套万吨级DMTO工业化试验装置，中国石油和化学工业协会的专家们评价该技术是自主知识产权的创新技术，“装置运行稳定、安全可靠，技术指标先进，是目前世界上唯一的万吨级甲醇制低碳烯烃的工业化试验装置，装置规模和技术指标均达到了世界领先水平。”
　　万里长征走出了第一步！陕西华县DMTO项目的成功是工业化试验装置的成功，它也引起了国家发改委的关注。
　　几乎与此同时，国外某M TO专利商正在神华集团公司包头煤制烯烃项目前期技术方案选择中展开了自身M TO实验室技术成果的推销，并进入了工艺包引进的阶段，已在相当程度上赢得了不少技术专家的认可，但同时，高昂的技术转让费也像一块巨石压在国人的胸口上。
　　大国重器，只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权，才能从根本上保障国家经济安全、国防安全和其他安全。在时任国家能源局局长张国宝的撮合下，三方联合体技术专家和市场营销人员组成的团队一次又一次奔赴神华集团，主动介绍DMTO技术工业试验成果、工艺包开发与设计情况。经过多轮谈判，2007年9月17日，洛阳工程公司、大连化物所、陕西新兴能源科技有限公司三方代表与神华集团在北京签订了60万吨/年甲醇制低碳烯烃技术许可、工艺包设计和技术服务合同。这是世界首套煤制烯烃技术许可合同，标志着D M T O技术从前期的万吨级工业性试验，向日后的百万吨级工业化生产迈出关键一步。
　　“当时，神华项目只有DMTO这一段采用的是国产技术，而且是首次工业化的技术，其他所有装置都是国外引进的。”刘昱介绍说，这一背景让整个团队备受关注，当然，其中更多的是质疑的目光。神华项目从前端的煤气化、净化，到后端的聚乙烯、聚丙烯，都是国外成熟的技术。如果把整个项目比喻成一个哑铃，那么DMTO就是中间的把儿。假如把儿断了，150多亿的投资该怎么办？当时很多人并不看好DMTO首次工业化尝试，这让团队背负着极大的压力。
　　古人云“志不求易者成，事不避难者进”，越是难啃的骨头，越是展现担当和作为的时刻。在几无大型工业化设计经验可资借鉴的情况下，结合反应和工艺特征的要求，通过创新研发，设计大型反应器和再生器系统、配套高效分离系统，以及反应-再生-分离一体化的顶层系统集成，才能真正实现甲醇制烯烃技术大型工业化，达到工业化装置的可靠性、先进性和经济性要求，实现工业应用目标。
　　洛阳工程公司D M TO团队在陈俊武院士的亲自指导下，反复论证，成功地开发出适合D M T O反应特点的反应和再生工程技术，设计了百万吨级大型流化床反应器和再生器，首次实现了放热反应流化床反应温度的精准控制，开发出反应气后处理技术、反应生成水预处理技术等工程技术。设计了大型工业浅床层流化床反应器、预分离三旋、大型立式换热器等大型化设备。2008年6月4日，洛阳工程公司承担的神华包头DMTO项目开始桩基施工，2010年5月15日中交，8月8日投料成功。在不到2年的时间里，成功完成了D M T O技术的首次工业化应用，创造了大型设备长周期订货、设备现场制造等新的项目运作方式，形成了独特的开工方法，打造了世界领先的DMTO工业技术，被客户称赞为“树立了MTO工程开发的标杆”。
　　随着神华包头项目正式进入商业化运营，我国率先实现了甲醇制烯烃的核心技术及工业应用“零”的突破。凭借这一壮举，在2014年度国家科学技术奖励大会上，中石化洛阳工程有限公司与中科院大连化物所、新兴能源科技有限公司联合研发的甲醇制取低碳烯烃（D M TO）技术，摘得国家技术发明奖（通用类）唯一的一等奖。
　　
创新永不止步
　　神华包头百万吨级工业生产的投产成功，犹如一场春雨，催动着D M T O技术工业推广应用的脚步，引领我国煤制化学品和清洁燃料行业步入发展的快车道。
　　截至2019年年底，DMTO技术已累计实现技术实施许可26套，建成投产的大型生产装置达14套，烯烃（乙烯+丙烯）产能为791万吨/年，市场占有率达61.9%。据不完全统计，近三年来，D M T O技术的产业化推广应用就为成果研发单位新增收入34.02亿元、成果应用单位新增收入
　　523.84亿元，不仅成功地开辟了一条以煤为原料生产乙烯丙烯基础有机化工产品的新途径，改变了传统以石油天然气为原料生产烯烃的行业格局，促进了世界乙烯丙烯原料的多元化，而且带动了煤制烯烃产业、外购甲醇发展精细化学品行业、聚氯乙烯产业、焦化深加工等行业的发展。
　　与此同时，以陈俊武、刘昱为核心的洛阳工程公司攻关团队清醒地认识到，DMTO技术想要保持领先地位，就必须不断进步，开发更有竞争力的新一代DMTO技术。2014年，他们和大连化物所联合研发推出的DMTO二代技术在陕西蒲城煤制烯烃项目中实现了一次开车成功。
　　与第一代技术相比，D MTO-Ⅱ技术加了一个C4+回炼装置，丙烯收率可提高 7～8个百分点，烯烃收率选择性提高了10%，每吨烯烃甲醇消耗可降低逾10%，能耗低，生产成本大幅降低，在总投入基本一定的情况下，进一步提高了经济效益。同时，由于效率的提高，资源消耗和排放也相对减少了,保持了该技术的国际领先水平。
　　他们在不断超越自我的同时，也在为新技术的工程化增加着难度系数。在DMTO项目建设中，每个业主几乎都有个性化的需求。例如，青海盐湖项目，地处高原，空气稀薄，地基遇淡水即沉，电气设备遇盐雾易腐，给施工带来不小考验；山东神达项目，地下都是坚硬的石山，铺设管线必须一炮一炮地把地崩开；延长靖边项目，煤油共炼，是煤化工与传统炼油化工的结合，需要在设计上单独考虑。“业主给我们反馈，我们在认真研究后就会在下一套装置上改进、优化，不断完善。”刘昱说。
　　多年来，针对装置大型化和长周期运行遇到的各种问题，他们一直在寻求着最完美的解决方案。不仅完成了再生催化剂降温、反应气体快速导出和碳四副产品再裂解等新技术研发，而且完成了提高烯烃收率和装置长周期运行的配套技术开发与应用，为我国甲醇制烯烃工业的技术升级和产业发展提供了有力支撑。
　　为实现与D M TO工程化技术的高效耦合，他们创新开发出了具有自主知识产权的“前脱乙烷-脱甲烷塔+吸收塔”DMTO烯烃分离工艺技术；将DMTO反再分离进行一体化工程开发和设计，形成了从甲醇进料到生产出合格聚合级乙烯和丙烯产品的全流程技术。 
　　2014年12月5日，国内首套采用完全自主知识产权的100万吨/年DMTO装置，在山东联泓新材料有限公司生产出合格产品。不仅标志着DMTO与烯烃分离一体化成套工程技术的工业应用获得成功，而且打破了国外在M TO烯烃分离技术上的垄断，在世界范围内率先实现了百万级甲醇制烯烃一体化工业装置建设中自主知识产权技术的全覆盖。
　　截至2019年年底，高效耦合的DMTO烯烃分离技术一体化技术已在江苏、青海等地甲醇制烯烃项目建设中实现工业推广应用。一体化设计具有方案比选、自动控制、关键设备提升、经济评估、项目管理等多方面的优势。到目前为止，项目团队累计获国家授权专利21项。
　　如今，他们与大连化物所的同伴们一边着手开发更加先进的DMTO成套技术开发，一边加强与伊朗、俄罗斯、沙特等国家的技术交流与合作，打造“一带一路”建设中的国家技术新名片。
　　
一流团队创造一流成果
　　一个成功团队的发展史，必然是一群志同道合者的奋斗史。像DMTO这样的大项目，自然需要“多兵种大兵团”的作战，在这个团队中，成员之间既相互联系又相对独立，不断沟通，不断磨合，最终汇集成一个紧密合作的集体。
　　“大连化物所是原始创新的发起者，我们围绕DMTO工艺技术工程化、大型化和工业化做了大量的开发工作，既有协同创新和集成创新，又参与了其中的原始创新，起到了桥梁和纽带作用。”全程参与了DMTO项目攻关的洛阳工程公司党委书记王国良这样评价双方的合作。
　　作为工程公司，就是要善于利用技术创新创造市场、引领市场、占领市场、赢得市场，在以新技术占领市场制高点的历程中发挥好桥梁与纽带作用。23年来，在技术开发和工程设计中，工作人员遭遇了很多意想不到的困难和压力。成功的背后是大家日复一日、年复一年辛勤的付出，忠诚坚守、奉献担当、超越自我的精神，在他们身上得到了全面体现。
　　团队在华县化工厂安营扎寨，开始至关重要的大型试验的那700多个日日夜夜里，每一名参与的成员都感受至深。在这些人中，有白发苍苍的老科学家，也有风华正茂的年轻人，他们恐怕都已记不清自己度过了多少个不眠之夜和寒暑日子。
　　“其实，DMTO技术上已经没有什么问题，工艺上也基本走通了。当时主要担心的不是技术问题，而是安全、环保等能把你‘一票否决’的因素。”刘昱坦言，工业性试验过程中，最让人担心的是人员安全、生产安全和环保安全。几个单位的100多人聚集在现场，36米高的大型装置，面对全新的装置、全新的设备、全新的流程，哪一个环节出了问题，以后恐怕就再没机会做了。
　　看似寻常最奇崛，成如容易却艰辛。20余年风雨如磐，回想当年项目启动时，已是古稀之年的陈俊武院士如今已年过耄耋，但仍坚守在研究一线，时刻关注着DMTO技术的发展，而当初那些风华正茂的年轻骨干们，如今也已霜染发梢。一路走来，成功与失败的起伏交错让他们愿意把眼光放得更远，心胸放得更宽，让时间见证着自己努力的进展。
　　当前，正处于全球范围内的大变革、大发展时期，科技创新工作同样面临一系列新的机遇与挑战。民之所望，士之所担。以己之长，择世所需。陈俊武院士曾经说过：“只要国家需要，就是我的选择！”科研之路没有尽头，有了新的高度，就会有新的目标。尽管千难万险，尽管风雨兼程，但是洛阳工程公司的每一位同仁都是这样一个个心无旁骛的赶路人，抬头盯着目标，低头脚踏实地，向前的脚步一刻不曾停留。