煤變油是幾代煤化工科學(xué)家的夢想，中國科學(xué)院山西煤化所經(jīng)過數(shù)十年來科學(xué)研究，厚積薄發(fā)，實現(xiàn)了中國煤液化合成油技術(shù)的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化，滿足了國家重大戰(zhàn)略需求。能否擴展產(chǎn)品群和延伸產(chǎn)業(yè)鏈，發(fā)展高附加值化學(xué)品？科學(xué)家仍在思考?；谫M托合成的本征機理，此路線易獲得直鏈的α-烯烴（Linear α-olefins，LAO）或伯醇，特色化新產(chǎn)品，正是彌補煤化工技術(shù)路線的短板。作為費托合成技術(shù)的實踐者之一，煤化所研究員陳建剛團隊開始了費托合成路線α-烯烴制備、分離和應(yīng)用的探索研究，敲開煤液化合成油技術(shù)的側(cè)門，打開一扇“新精細化工”窗。2021年，合成氣制α-烯烴300噸/年固定床的工業(yè)示范研究成功實施，意味著中國科學(xué)家即將立足國內(nèi)產(chǎn)業(yè)，保供α-烯烴產(chǎn)品，打破了歐美公司對這一產(chǎn)品的技術(shù)壁壘。

工業(yè)佳肴里的“調(diào)味品”

α-烯烴是聚烯烴產(chǎn)業(yè)升級、PAO潤滑油生產(chǎn)及日化原料供應(yīng)的關(guān)鍵原料。商業(yè)化的生產(chǎn)技術(shù)主要有乙烯齊聚、蠟裂解、混合C4分離、費托合成等。在眾多α-烯烴制備技術(shù)中，乙烯齊聚法是目前全球最為廣泛的工藝，其碳數(shù)分布是從C4到C30+，都是偶碳數(shù)烯烴；蠟裂解烯烴成分復(fù)雜，α-烯烴純度低；最后一個技術(shù)，費托合成具有合成產(chǎn)物中α-烯烴含量高的特點。LAO生產(chǎn)技術(shù)及產(chǎn)能主要掌握在Shell、Sasol、INEOS等全球知名企業(yè)手中，總產(chǎn)能近500萬噸，我國占比不足2%。雖然國內(nèi)需求巨大，但國際石油巨頭一直對我國封鎖α-烯烴合成技術(shù)，嚴重限制了我國聚烯烴、PAO、洗滌劑等應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的升級，是國內(nèi)亟待發(fā)展的“卡脖子”技術(shù)。

煤化所研究人員注意到，α-烯烴雖是費托合成過程中伴生的含量不多的化合物，其重要性卻不可忽視?！皬南掠螐S商那里得到的反饋信息，α-烯烴很重要，在多個產(chǎn)業(yè)中，是制造高端產(chǎn)品必不可少的那點味精。我國很多化工原料賣不出高端化學(xué)品的價格，差的就是那一道調(diào)味品——α-烯烴。據(jù)了解，α-烯烴在聚烯烴、高檔潤滑油PAO，洗滌劑都必不可少，極為關(guān)鍵，售價高達2萬元/噸，而且進口需求很大。

如果打通費托法制取α-烯烴的路線，實現(xiàn)量產(chǎn)，并完善工藝技術(shù)，就有可能發(fā)展出一條獨立自主、不再受制于人的產(chǎn)業(yè)路線。隨著技術(shù)進步，價格降下來，作為不可或缺的中間原料，將給下游化工產(chǎn)品轉(zhuǎn)型換代提供堅實的物質(zhì)基礎(chǔ)。

在相鄰的科技樹上尋找靈感

煤化工產(chǎn)品分為兩個時代，早期的代表產(chǎn)品焦炭、煤焦油、PVC、合成氨和甲醇等，而新型煤化工以生產(chǎn)潔凈能源和可替代石油化工產(chǎn)品為主，如煤制油、煤制天然氣、煤制烯烴、煤制乙二醇等。新型煤化工方興未艾之際，已遭遇到產(chǎn)能過剩、原料壓減的大環(huán)境，如何找到創(chuàng)新的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)方向？一次偶然的機會，陳建剛翻到一本關(guān)于石油潤滑油的小冊子，上面介紹了石油化工領(lǐng)域的最新進展，僅有半頁紙篇幅介紹了國外跨國企業(yè)大規(guī)模制備α-烯烴的新聞，α-烯烴進入他的視野。隨著更多信息的整合和分析，他認為，α-烯烴是一項十分關(guān)鍵的卡脖子技術(shù)，市場需求更加迫切，朝著這個方向努力大有可為，研究所應(yīng)該探索這條路。

十幾年來，這道關(guān)鍵“調(diào)味品”的制造工藝被牢牢得控制在跨國企業(yè)巨頭手中。國內(nèi)也有石油企業(yè)在嘗試打破技術(shù)封鎖，做出乙烯齊聚法制取α-烯烴路徑，仍無法滿足國內(nèi)產(chǎn)業(yè)對α-烯烴的強勁需求。石油化工和煤化工看似是兩個完全不同的資源條件下的不同產(chǎn)業(yè)，但兩者的工藝途徑和關(guān)鍵技術(shù)卻有相通之處。越往下游延伸，石油化工和煤炭化工的交集就越多。

石油化工的努力舉步維艱，那煤化工這株科技樹上能否結(jié)出α-烯烴的果實？不同于煤液化合成油、甲醇制烯烴(MTO)，α-烯烴的研制之路則是一條全新的技術(shù)路線，需要開發(fā)全新的催化劑和分離工藝，技術(shù)路線的選擇尤為關(guān)鍵。

基于研究團隊的研發(fā)積累，陳建剛決定從費托法入手，與上市公司三聚環(huán)保緊密結(jié)合，依靠企業(yè)的支持，研發(fā)工作顯著加快。2017年，三聚環(huán)保與中科院山西煤化所合作開發(fā)合成氣制長鏈α-烯烴技術(shù)，開發(fā)出用于合成氣直接制備α-烯烴的新型高效催化劑。憑借著扎實的基礎(chǔ)研究理論，憑借對合成工藝的深刻理解，α-烯烴走上了從實驗室到工業(yè)放大之路。

板凳甘坐十年冷

2020年，在內(nèi)蒙古自治區(qū)實施的“'科技興蒙’行動戰(zhàn)略”政策的大力支持下，三聚環(huán)保投資興建的α-烯烴費托合成工業(yè)示范裝置，與中科院山西煤化所、內(nèi)蒙古聚實能源、上海寰球等公司合作，在國內(nèi)開展合成氣制α-烯烴300噸/年固定床的工業(yè)示范研究。噸級規(guī)模的催化劑放大研究完成，實現(xiàn)了催化劑6000小時單管穩(wěn)定運行。一舉成功源于對創(chuàng)新思路的嚴格論證，源于對化學(xué)機理的通透理解，源于海量、扎實的實驗數(shù)據(jù)分析。

熔鐵催化劑是合成氣制α-烯烴技術(shù)的核心，研發(fā)團隊成員張娟介紹：“我們在進行催化劑評價時，要保證物料平衡在97%～103%，催化劑配方經(jīng)歷幾百次的重復(fù)，數(shù)十次的6000小時壽命運轉(zhuǎn)日夜不停。每次實驗都會遇到形形色色的意外，仍要保證實驗評價結(jié)果可以重復(fù)，如果不能重復(fù)，就要分析該制備過程中出現(xiàn)了什么問題，是哪些因素導(dǎo)致無法重復(fù)，哪些因素是實驗的敏感因素，就靠著這樣的摸索一步步練就了技術(shù)的基本功。”此外，在實驗運行過程中，不僅僅涉及催化專業(yè)的知識，還離不了其他支撐領(lǐng)域，包括實驗室設(shè)備、反應(yīng)器、分析色譜儀器的維修，基本上都靠實驗室人員自己動手解決，這節(jié)約了成本，發(fā)揚了自力更生精神，保證了研發(fā)實驗的多快好省。

“從實驗室最小的規(guī)模催化劑裝填量1ml，到立升級反應(yīng)催化劑裝填量500ml，再到300噸規(guī)模的中試，我們都能保持實驗數(shù)據(jù)一致。尤其是中試裝置一次性成功開車，都表明我們團隊在該領(lǐng)域扎實的工作基礎(chǔ)”。談及下一步的工作，陳建剛認為還要對標(biāo)國際大公司，努力向認識更深、數(shù)據(jù)更真的科學(xué)目標(biāo)進軍。他念念不忘“Shell敢于將100mL的實驗室工藝進一步放大到50萬噸年產(chǎn)能，這反映出科學(xué)家踏踏實實做應(yīng)用基礎(chǔ)研發(fā)、板凳甘坐十年冷的科學(xué)家精神，是值得大家認真學(xué)習(xí)，這也是國家對科技工作者時代要求。”

沈佳 李清波

媒體來源：山西新聞網(wǎng)