我所甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术喜获国家技术发明一等奖,另有三个项目获国家自然科学二等奖、科技进步一等奖
 
我所甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术喜获国家技术发明一等奖,另有三个项目获国家自然科学二等奖、科技进步一等奖
发布时间:2015-01-09 11:20    栏目类别:新闻动态


  1月9日,国家科学技术奖励大会在北京人民大会堂隆重举行。我所甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术荣获国家技术发明一等奖,张东辉等人完成的态-态分子反应动力学研究、孙公权等人完成的直接醇类燃料电池电催化剂材料应用基础研究荣获国家自然科学二等奖,金玉奇等人完成的专用项目获科技进步一等奖(第四完成单位)。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平向我所获得国家技术发明一等奖的获奖代表刘中民研究员颁发奖励证书,并同他亲切握手,表示祝贺。


  甲醇制取低碳烯烃(DMTO)技术 

  乙烯、丙烯等低碳烯烃是重要的基本有机化工原料,是现代化学工业的基石,其传统生产技术强烈依赖于石油资源,而我国石油资源不足,随着社会经济的发展,石油及石化产品的需求迅速增长,2013年我国原油产量2.08亿吨,消费量则达到近5 亿吨,供求矛盾日渐突出,严重制约我国经济和相关产业的健康稳定发展。我国煤炭资源相对丰富,发展以煤为原料制取石油类产品的煤化工技术,实施石油替代战略,是关系到我国经济长期稳定发展和能源安全的重大课题。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的技术途径和战略发展方向。 

  甲醇制烯烃是实现煤制烯烃的关键核心技术,也是世界范围内具有挑战性的课题,必须解决与反应原理、催化剂、反应工艺相关的一系列科学和技术难题才能取得技术突破。 

  我所从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,在催化剂、反应工艺、工程化及工业化成套技术等方面取得了一系列技术发明和创新,最终形成了具有自主知识产权的甲醇制烯烃技术(DMTO)。 

  2004年,我所、新兴能源科技有限公司和中石化洛阳工程有限公司合作,进行甲醇制取低碳烯烃成套工业技术开发(工艺名称:DMTO),建成了世界第一套万吨级(日处理甲醇50吨)甲醇制烯烃工业性试验装置,于2006年完成了工业性试验,装置规模和技术指标均处于国际领先水平,为我国建设百万吨级DMTO大型化工业示范装置提供了技术基础。 

  2010年,我国利用DMTO技术建设完成了世界首套甲醇制烯烃工业化装置,也是我国煤制烯烃国家示范项目(神华包头),装置规模为每年180万吨甲醇生产60万吨烯烃。2010年8月8日,该装置一次开车成功并稳定运转。2011年1月起正式进入商业化运营阶段,我国率先实现了甲醇制烯烃核心技术及工业应用“零”的突破。 

  2013年1月,首套以外购甲醇为原料,在沿海地区宁波禾元建设的大型甲醇制烯烃项目投料试车成功,不仅证明了DMTO技术的可靠性和先进性,同时也开创了一条以外购甲醇为原料生产低碳烯烃的新途径。 

  2014年全年,DMTO有5套工业装置成功开车运行,分别是延长靖边、中煤榆林、宁夏宝丰、山东神达,以及蒲城能化(第二代技术)工业装置,新增烯烃产能280万吨/年,新增经济效益超过60亿元。已投产的7套DMTO装置的烯烃总产能已经达到400万吨烯烃/年,带动了我国甲醇制烯烃战略性新兴产业的快速形成。 

  截止2014年年底,DMTO技术累计实现技术实施许可20套大型工业装置(含第二代技术),合计烯烃总产能为1126万吨/年,这些装置的建设预计可拉动上下游投资2500亿元,新增产值1200亿元,实现新增就业17000 人。 

  目前,甲醇制烯烃技术应用已经列入《国家能源科技“十二五”规划》、《烯烃工业“十二五”发展规划》、《石油和化学工业“十二五”发展规划》等相关国家发展规划,并以国家产业政策和发展规划为指导,有所布局,有序推广,稳步发展。DMTO技术可以影响传统的石油化工和煤化工产业格局,在海外也可以用于天然气(页岩气)制烯烃,因此,除了在国内的布局和应用,DMTO技术也在积极进行海外市场的开拓。 

  DMTO技术开发及工业化应用的成功,贯通了煤化工与石油化工的主要通道,为我国烯烃产业发展开辟了一条新的重要途径,标志着我国在该技术领域处于国际领先地位。对于我国石油替代战略的实施,保障国家能源安全、优化能源消费结构,以及烯烃工业结构调整和原料多元化发展,具有重要的战略意义。 

  国家发改委原副主任、国家能源局原局长张国宝评价,具有自主知识产权的煤制烯烃技术开拓了一条新的乙烯原料路线,对石油替代工作做出了贡献,有利于国家的能源安全。 

  中油集团咨询中心专家委员会、国内著名石化专家王贤清认为,DMTO(甲醇制烯烃)的成功工业应用,开启了“甲醇化工”的新纪元,它不仅为新型煤化工开创了新的一页,而且也是对传统以石油为主要原料的石化产业的一场创新性的革命。 

  中科院原副院长杨柏龄认为,大连化物所研究开发了甲醇制低碳烯烃的工业化新技术,是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。与洛阳设计院、神华集团等单位合作完成了世界第一个甲醇制烯烃的工业化项目,是我国具有自主知识产权的大型化工过程,无疑是我国科技界、高技术产业界的骄傲。 

  中国石油和化学工业联合会副秘书长、煤化工专委会秘书长胡迁林认为,我国能源结构以煤为主,煤炭长期作为我国基础能源和重要化工原料的地位难以改变。目前煤炭主要用于直接燃烧,能量利用率不高,烟尘、二氧化硫、氮氧化物等排放量大,是引起雾霾和PM2.5的主要因素之一。现代煤化工以洁净煤技术为基础,是煤炭高效清洁转化利用的重要方向。以DMTO项目为代表的现代煤化工无疑可为国民经济和社会发展提供重要支撑,也是保障国家能源安全的需要。甲醇制取低碳烯烃技术的突破及其产业化,标志着我国在该领域已进入世界领先水平。 


  态-态分子反应动力学研究 

  分子反应动力学是在原子分子水平研究化学反应动态过程及本质机理的一个重要学科,是物理化学研究的基础前沿方向。30多年来,分子反应动力学研究的发展极大地推动了化学学科、大气化学、材料科学以及高新技术等领域的发展。由于原子分子是微观粒子, 它们的运动状态由它们所处的量子态描述。态-态分子反应动力学是在反应物和生成物量子态都分辨水平上的动力学研究,是目前动力学研究的极限。本项目主要由我所张东辉、杨学明、戴东旭、肖春雷、孙志刚等人完成。他们利用自行研制的具有世界领先水平的高分辨交叉分子束仪器,理论上发展量子反应动力学新理论方法和构造高精度势能面,并通过实验与理论的密切结合,在态-态反应动力学研究方面取得了以下系列性的重要研究成果: 

  (1)分波共振态研究:反应共振态是化学反应体系在过渡态区域形成的具有一定寿命的准束缚态,其研究长期以来一直是反应动力学研究的一个备受关注的重要课题。项目通过理论预测,开展了迄今具有最高碰撞能分辨率的交叉分子束实验,成功观察到了理论所预测的分波共振态,从而首次发现了共振态的转动机构; 

  (2)基元反应和分子光解的非绝热动力学研究:由诺贝尔物理奖获得者玻恩和他的学生奥本海默提出的波恩-奥本海默近似,也就是一般常说的绝热近似,是量子化学研究的重要基石。但是这一近似无法处理不同电子态之间的非绝热化学和物理过程,因此,近年来非绝热动力学研究的发展成为一个动力学研究的一个热点。研究研究发现了该近似在氟加氘反应中完全失效;揭示出氯原子与氢分子反应中该近似的适用性;系统研究了水分子光解过程中非绝热效应; 

  (3)复杂三原子反应态-态微分截面研究:通过发展高效的量子动力学理论与计算方法,首次实现了O+O2, H+O2这两个包含两个以上非氢原子,且具有深势阱反应的态-态量子动力学研究,发现这两个重要三原子反应中的非统计现象。 

  该项研究相关成果发表在Science(3篇)、PNAS和JACS等杂志上,在国内外受到了较为广泛的关注。项目研究不仅提升了对化学反应本质机理的认识,有力推动了我国化学动力学研究的发展,也使我国在该领域处于世界领先的地位。 

  直接醇类燃料电池电催化剂材料应用基础研究 

  该项目主要由我所孙公权、辛勤、姜鲁华、王素力、李焕巧等人完成,属于材料、电化学交叉学科领域。项目围绕醇类燃料电池Pt基电催化剂易毒化、氧分子活化、甲醇渗透等国际难题,建立了高负载高分散纳米电催化材料制备方法,实现了纳米粒子粒径、合金度、晶面等控制制备,解决了长期以来负载型电催化材料贵金属纳米粒子高负载与高分散度的矛盾,该方法先后被近30个国家/地区的研究人员采用或借鉴,推动了纳米电催化材料制备方法学的发展;提出了纳米电催化材料Pt-MeOx(Me=Sn, Ru)中Pt与MeOx协同催化乙醇电氧化机理,在国际上引领带动了直接醇类燃料电池的研究热潮;发现了纳米电催化材料Pt-Me(Me=Pd, Fe)/C中Pt和Me之间的电子效应不仅可促进阴极氧分子氧-氧键的断裂,而且可抑制甲醇分子在电极表面上的吸附,被同行评价为“解决甲醇渗透的一条有效途径”;构筑了以碳纳米管、纳米纤维等为载体的新型电催化材料体系,阐释了载体-活性组分强相互作用机制,大幅提升了电催化材料的催化活性与稳定性, “为燃料电池电催化材料的研究开辟了新途径”。 上述研究成果有力促进了醇类燃料电池的应用研究,有力促进了我国相关行业的发展。 

  本项目20篇主要论文共被他引3080次,8篇代表论文共被他引1766次,单篇最高他引631次;2篇被Elsevier出版社Appl. Catal. BElectrochim Acta刊物评为最高引用论文。项目组成员任国际催化委员会、电催化委员会、中国电化学委员会等委员,Fuel CellsElectrochimica Acta和《中国科学》客座编辑。出版著作两部—《燃料电池—问题与对策》(译著)、《现代催化研究方法》(主编)。孙公权和辛勤入选2014年汤森路透“中国引文桂冠奖—全球最有影响力科学家”。本项目研究成果曾获2013年度辽宁省自然科学一等奖。 (文/关佳宁 图/戴东旭、新华社)

 
     
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