這座中國煤炭大市，坐擁2500多億噸煤炭儲量，占全國的1/6，每天產煤200多萬噸，源源不斷地輸送至25個省區(qū)市，以一市之力溫暖千座城、點亮萬家燈。
近年來，煤炭，從“燃料”過渡向“原料”，推動著從幾十年前粗放式的挖煤賣煤，延伸出以煤制油、制烯烴為主的煤化工創(chuàng)新。
烯烴制品在人類的日常生活中無處不在。飛機、汽車、冰箱、電視、鞋子、衣服等一切有塑料的地方，大都有烯烴的存在。涉及領域廣泛，且需求具有一定剛性。而在傳統(tǒng)技術中，烯烴的生產高度依賴石油資源。我國資源現(xiàn)狀為富煤、貧油、少氣，近些年油氣對外依存度仍然較高。煤制烯烴可以作為對石油烯烴的重要補充，緩解石油資源供應緊張局面，對保障我國能源安全具有重大意義。
經過十幾年的發(fā)展，依托煤制油、煤制氣、煤制甲醇和烯烴、煤基新材料等多條產業(yè)鏈，實現(xiàn)了“從一塊煤到一束絲、一匹布”的轉身。作為“國民生活的基石”，每一次化工技術進步，都在無形中推動社會向前發(fā)展?，F(xiàn)代技術將一塊煤“吃干榨凈”，黑色的原煤變成透明的新原料，經過加工變成輪胎、汽車配件、手機殼、衣服等，走進千家萬戶。
躺在黃河“幾”字形臂彎里的鄂爾多斯市，是個“聚寶盆”。這里蘊藏著豐富的礦產能源資源。
但，也走過彎路。上世紀90年代，隨著資源開發(fā)熱潮，煤炭成為鄂爾多斯市經濟和生活的主角。然而，伴隨而來的是，依靠簡單開采和轉化的大批“粗、散、小”型企業(yè)蜂擁而至，“濃煙滾滾、遮天蔽日”。
鄂爾多斯從傳統(tǒng)污染高、能耗高、資源消耗高的產業(yè)入手，淘汰了境內不符合產業(yè)政策的高耗能企業(yè)，全面推行粉狀物料堆場全封閉和電廠、煤化工企業(yè)超低排放改造。而面對“一煤獨大”的產業(yè)格局，鄂爾多斯明確提出“結構轉型，創(chuàng)新強市”的思路，推動資源經濟向資源清潔化和深度開發(fā)轉變、向非資源型產業(yè)轉變。
地處黃土高原與內蒙古高原過渡帶，“七山二沙一分田”的地貌曾讓這里的土地滿是砒砂巖的斑駁。如今，準格爾旗已是鄂爾多斯市GDP名列前茅的經濟大旗，也是黃河幾字彎上的一顆明珠。
1976年，準能集團在準格爾旗開始籌建，經歷三次創(chuàng)業(yè)。昔日荒涼的小村落，成為今天的百里煤海，涌出滾滾烏金，貧瘠的“雞爪子”山成為煥發(fā)著勃勃生機的綠色礦區(qū)。40余年來，在三代人的傳承努力下，科學的復墾工藝流程，讓整座礦山的綠化面積已超過9.5萬畝。攫取礦產資源的同時，沒有給后代留下滿目瘡痍。
由于低硫低磷和較高發(fā)熱量的特點，準格爾煤炭天生就帶有“綠色”基因。作為鄂爾多斯智能化示范煤礦的先行者，國能準能集團黑岱溝露天煤礦的礦用卡車已完成無人駕駛技術改造，推土機和液壓正鏟已實現(xiàn)遠程操控，與卡車協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)了“采、運、排”全過程無人化運行，提升資源回收率。
準能煤炭更多用作動力煤，而鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內的上灣煤礦——這座神東煤炭集團所屬骨干礦井，也是目前全球單井單面產量最高的井工煤礦之一，產出的煤，用于發(fā)電冶金之外，還可以作為原料煤。
上灣煤礦創(chuàng)造了連續(xù)12年產煤億噸無傷害的紀錄，并首創(chuàng)了風險預控管理體系，于2011年成為國家標準，在全國煤炭行業(yè)推廣應用。上灣建成了全球首個規(guī)模最大的5G煤礦企業(yè)定制專網。自主打造礦井智能一體化綜合管控平臺，實現(xiàn)采掘、運輸、通風、供電、供排水等系統(tǒng)智能化決策和自動化協(xié)同運行。此外，研發(fā)推廣錨桿支護機器人、噴漿等16類，大幅提升了工作效率，并讓采煤過程更加安全。
現(xiàn)代化礦井改變了人們過去對煤礦的刻板印象。鄂爾多斯沒有停下腳步，不僅打磨源頭開采的升級，也探索煤炭深加工的“蝶變”。
內蒙古是我國重要的煤化工生產基地，而鄂爾多斯市是內蒙古這一產業(yè)發(fā)展的核心?！?025年內蒙古自治區(qū)政府工作報告》提出，優(yōu)化調整產業(yè)布局，加快構建優(yōu)勢特色現(xiàn)代化產業(yè)體系。現(xiàn)代煤化工要加快煤基新型合成材料、先進碳材料、可降解材料等高端化產品技術開發(fā)應用，推動煤化工與綠電、綠氫等耦合發(fā)展，高水平建設鄂爾多斯國家現(xiàn)代煤化工示范區(qū)。
以煤為原料，通過煤氣化（煤與氧氣、蒸汽在高溫下發(fā)生氣化反應）生成含氫氣和一氧化碳的合成氣，經調整組分（調整氫碳比等）、凈化（脫除硫化氫、二氧化碳等）后，送甲醇合成裝置在高溫高壓下通過催化劑（CuO等）生產甲醇。
甲醇是重要的化學工業(yè)基礎原料和清潔液體燃料。甲醇經脫水可以生成乙烯、丙烯等低碳烯烴，建立了煤化工和石油化工之間的橋梁。
煤炭到甲醇相當于樹干，從甲醇開枝散葉，制成不同后續(xù)產品。甲醇轉化為烯烴，包括乙烯和丙烯等，進而生產聚烯烴等下游產品。其中煤制甲醇、烯烴聚合制聚烯烴均為傳統(tǒng)的成熟技術，而甲醇制烯烴則是近年來開發(fā)成功的新技術，也是煤制烯烴的核心技術環(huán)節(jié)。
煤基甲醇制烯烴現(xiàn)有技術基于產物側重點和工藝特點分為兩大類：MTO（甲醇制烯烴）技術與MTP（甲醇制丙烯）技術。兩種技術的工藝流程、使用的反應器和催化劑、產物都存在不同。MTO主要產品為乙烯和丙烯；MTP主要產品為丙烯。
目前，MTO技術主要的工藝包括：由UOP（美國公司）和Hydro（挪威公司）共同開發(fā)的UOP/Hydro MTO工藝，中國科學院大連化學物理研究所的DMTO工藝，中國石化上海石油化工研究院的SMTO工藝，神華集團SHMTO工藝等。MTP技術主要有德國Lurgi的MTP以及清華大學的FMTP工藝等。
大連化物所從上世紀80年代起便致力于DMTO技術的研究。2010年，世界首套180萬噸煤基甲醇制60萬噸烯烴裝置在神華包頭煤化工有限公司一次開車成功，開拓了非石油路線生產基礎化工原料的新路徑。
走出實驗室，走向工業(yè)化生產示范項目，往往需要經過小試、中試，以及大量數(shù)據的積累和反復的驗證。從示范項目再到大規(guī)模產業(yè)化，又需要改進工藝來適應不同規(guī)模的裝置。由于我國的能源結構特點，以及國際石油價格不穩(wěn)定的現(xiàn)狀和人們日益增長的能源需求，以煤基甲醇生產乙烯和丙烯的技術，在我國得到了快速發(fā)展。
“中國煤制烯烴的產業(yè)化主要集中在鄂爾多斯，而且能耗水耗等指標均走在全國前列，發(fā)揮著‘頭雁’的作用，新技術、新工藝、新設備等的引入也比較全面。”中天合創(chuàng)化工分公司綜合計劃部部長孟慶功告訴澎湃新聞記者，在相關技術沒有實現(xiàn)革命性突破之前，每一次工藝的改進主要是從安全性、穩(wěn)定性和效益出發(fā)。
2016年，中天合創(chuàng)煤炭深加工示范項目建成，并產出合格的聚烯烴產品。運用了自主研發(fā)的SMTO技術，很多大型機組、高壓煤漿泵等都實現(xiàn)了國產化。中天合創(chuàng)SMTO裝置單系列規(guī)模能力達180萬噸/年，是當時世界上最大規(guī)模的甲醇制烯烴裝置。自2017年商業(yè)運營以來至現(xiàn)在，累計生產煤炭1億噸，生產MTO級甲醇3000萬噸，向社會提供各類聚烯烴產品1000萬噸。
與過去相比，現(xiàn)階段產業(yè)化的工藝邏輯差別不大，但在裝置和流程細節(jié)上，追求效率更高，管控更精準。今年3月，中天合創(chuàng)舉辦烏審旗風光制氫一體化項目制氫工程動工儀式，這標志著其綠電制氫項目進入建設快車道。
近年來，隨著煤炭資源不斷被發(fā)現(xiàn)，烏審旗煤炭低灰、低硫、高熱值、高活性的煤質特點，為煤炭資源就地轉化和高效利用提供了資源基礎。依托這一資源優(yōu)勢，先后成功引進中煤、中石化、中石油、寶豐、匯能等一批行業(yè)龍頭企業(yè)，初步構建了以煤制甲醇、煤制烯烴、煤制尿素為主導的三大產業(yè)鏈。
“寶豐內蒙古300萬噸烯烴占到全國總產量的23.4%，采用的設備全部實現(xiàn)了國產化，替代了進口?！睂氊S能源副總裁韓華山表示，項目用18個月建成投產，刷新了產能規(guī)模、建設工期、裝備替代、能耗成本等多項行業(yè)新紀錄。
與國內能源領域的院士、科研專家、研究和設計機構、設備制造商聯(lián)合推動科技攻關，推動技術成果轉化落地。中科院大連化物所全新DMTO-III技術首次在內蒙古項目上產業(yè)化應用，實現(xiàn)單套烯烴裝置產能超過100萬噸，烯烴產品甲醇單耗大幅降低。
此外，項目采用的國產化裝置設備中，有23項達到了國內國際領先水平，創(chuàng)造了煤制烯烴單廠規(guī)模、粉煤加壓氣化爐處理能力、甲醇合成裝置、等溫變換爐、DMTO裝置“五個全球規(guī)模之最”和空分裝置、低溫甲醇洗、全密度氣相流化床聚乙烯裝置“三個全國規(guī)模之最”的行業(yè)紀錄。
中天合創(chuàng)、寶豐等企業(yè)的到來，為烏審旗的經濟發(fā)展注入活力，使其近些年在鄂爾多斯的經濟排名迅速上升。而作為準格爾旗現(xiàn)代煤化工產業(yè)的領軍者，內蒙古久泰集團自2007年入駐大路工業(yè)園區(qū)以來，也從單一的甲醇生產企業(yè)蛻變成為集“煤—化—材”全產業(yè)鏈于一體的國家級高新技術企業(yè)。且并未止步于此，而是繼續(xù)探索煤基產業(yè)鏈下游，籌備丁辛醇、特種橡膠等項目，以煤為原料將乙烯丙烯繼續(xù)往高附加值產品延伸，打造煤基全產業(yè)鏈。
煤制油，即煤炭的液化，指以煤炭為原料制取汽油、柴油、液化石油氣的技術。煤和石油的形態(tài)、形成歷史、地質條件不同，化學組成卻大同小異。主要差異是含氫量和分子量的不同，人為地改變壓力和溫度，設法使煤中的氫含量提高，讓煤的結構發(fā)生變異。當其碳氫比降低到和石油相近時，煤就可能液化成石油產品。
我國有著豐富的煤炭資源，近年來也加大了對這項技術研究發(fā)展的投入。煤的液化分直接液化和間接液化兩種。直接液化就是煤在高溫高壓下加氫裂解，轉變成油料產品；間接液化就是先對原料煤進行氣化，凈化后，得到一氧化碳和氫氣的原料氣，然后在高溫、高壓以及催化劑的作用下合成有關油品或化工產品。
煤制油項目，過去因高投入、高耗能等問題受到爭議，這一技術主要還是作為戰(zhàn)略儲備及替代能源的重要途徑之一。近些年一批重大工程的能耗、水耗及排放水平持續(xù)優(yōu)化。
以中科合成油技術股份有限公司研發(fā)的費托合成技術為核心，2009年3月，內蒙古伊泰集團煤制油工廠產出我國煤間接液化工業(yè)化第一桶合格成品油，成為我國煤炭間接液化技術發(fā)展的里程碑——標志著我國的煤間接液化制油技術已由實驗室研究、中試階段，進入工業(yè)化生產示范階段。
伊泰煤制油工業(yè)化示范工廠位于鄂爾多斯準格爾旗大路工業(yè)園區(qū)，該公司辦公室負責人告訴澎湃新聞記者，項目對于技術的驗證、工藝的優(yōu)化、人才的培養(yǎng)，起到前沿探索和積淀的作用。“現(xiàn)在中科仍派駐有一部分科研人員在現(xiàn)場做技術優(yōu)化驗證并收集運行數(shù)據。實驗室是靠前的裝置，要從千噸級放大到萬噸級，甚至百萬噸級，不僅要考慮投資的經濟，成本的可控性，也要解決因為規(guī)模擴大帶來的實際問題，規(guī)模放大并不是單純的復制累加?！?/p>
作為技術驗證的先鋒，伊泰煤制油工業(yè)化示范工廠也是截至目前同等規(guī)模中運行指標最為優(yōu)良的項目之一。
我國也自主建設了全球首套百萬噸級煤直接液化工業(yè)化裝置，該裝置由國家能源集團鄂爾多斯煤制油公司運營，位于鄂爾多斯市伊金霍洛旗境內，于2008年試產成功，2011年起正式投入商業(yè)運行。
項目采用國家能源集團完全自主知識產權技術，以煤炭為原料，采用科技部“863”項目研發(fā)的納米級催化劑，使煤粉在供氫溶劑的作用下，通過高溫、高壓液化反應及提質加工過程，生產優(yōu)質的清潔油品。該項目的成功運營，也使我國成為世界唯一掌握百萬噸級煤直接液化關鍵技術的國家。
科研成果需要在工業(yè)生產中進行驗證和應用，以確定其可行性和穩(wěn)定性。而工業(yè)生產過程中遇到的各種問題和挑戰(zhàn)，也為科研提供了新的研究方向和需求。
作為以煤化工和新能源化工為主要方向的新型研發(fā)機構，清華大學和鄂爾多斯市政府共同成立的鄂爾多斯實驗室，為當?shù)噩F(xiàn)代煤化工產業(yè)的發(fā)展，帶來源源不斷的創(chuàng)新力量。合成氣一步法制備烯烴工藝，可以省去中間甲醇的步驟環(huán)節(jié)，從源頭提高煤炭的轉換效率。
“一步法制烯烴”，目前已完成實驗室小試，正在聯(lián)合中天合創(chuàng)建設千噸級的中試驗證，這也是工業(yè)化驗證的必要過程?！叭绻麑崿F(xiàn)，在煤化工領域會是一個顛覆性技術，投資少、三廢排放小，而且能夠大幅降低能耗?！倍鯛柖嗨箤嶒炇蚁嚓P負責人告訴澎湃新聞記者。
基地瞄準新型煤化工技術、煤基高端化學品、配套材料、資源再生利用4個領域，已簽約“一步法制烯烴”技術、核晶造粒工藝技術及裝置研發(fā)與示范等中試項目。
中試基地可以理解為縮小版的化工廠、放大版的實驗室。在化工和材料領域，從實驗室成果變成產品，中試是降低投資風險及安全生產風險的一個重要環(huán)節(jié)，打通實驗室到工業(yè)化的“最后一公里”。
鄂爾多斯市的羊絨產業(yè)歷史悠久，從“羊絨大王”到“烏金神話”，也成為這座資源型城市轉型的注腳之一。未止步于天資，也當然不會止步于當前。如今，鄂爾多斯在“烏金之?！边@一天賦上依然在不斷發(fā)揮其創(chuàng)造力，通過延伸煤炭產業(yè)鏈、布局產業(yè)，從煤化工闖出現(xiàn)代化的新路子。
