現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)原料主要依賴于石油裂解產(chǎn)生的乙烯丙烯等低碳烯烴。我國作為一個(gè)石油進(jìn)口國，石油進(jìn)口依存的現(xiàn)實(shí)限制了石化產(chǎn)品的發(fā)展。以中科院大連化學(xué)物理研究所劉忠民院士，魏迎旭研究員的團(tuán)隊(duì)，在甲醇制烯烴的生成機(jī)理方面取得了新的進(jìn)展。這一技術(shù)進(jìn)步我國石化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)“石油替代”戰(zhàn)略，保證我國能源安全具有重大戰(zhàn)略意義。這一團(tuán)隊(duì)又創(chuàng)造了新的功勛。

　　乙烯、丙烯等低碳烯烴是重要的基本化工原料，隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，特別是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對(duì)低碳烯烴的需求日漸攀升，供需矛盾也日益突出。目前，乙烯、丙烯主要依賴于石化路線生產(chǎn)，但我國石油資源短缺，石油進(jìn)口依存度逐年增加，在一定程度上限制了以石化路線生產(chǎn)乙烯和丙烯產(chǎn)品的發(fā)展。

　　甲醇制烯烴(Methanol to Olefins，MTO)是重要的C1化工新工藝，是指以煤合成的甲醇為原料，借助類似催化裂化裝置的流化床反應(yīng)形式，生產(chǎn)低碳烯烴的化工技術(shù)。由于我國特殊的能源結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——煤炭資源相對(duì)富裕，這種以煤炭資源為原料的，非石油路線制取低碳烯烴的技術(shù)表現(xiàn)出了很大的優(yōu)勢。

　　什么是DMTO?

　　DMTO是中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所的專利專有技術(shù)，MTO代表甲醇制烯烴技術(shù)，D代表二甲醚/大連/double的意思，最初的研究是基于二甲醚制烯烴，后來技術(shù)改進(jìn)從甲醇開始，而從甲醇開始的過程也包含甲醇轉(zhuǎn)化為二甲醚，二甲醚轉(zhuǎn)化烯烴的過程，故引用double的意思;由于大連化物所地處大連，大部分人認(rèn)為這個(gè)D也是大連的意思。

DMTO技術(shù)榮獲2014年國家技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)

　　DMTO工業(yè)化技術(shù)解決了煤制烯烴的技術(shù)瓶頸，是連接煤化工和石油化工的橋梁，為煤化工行業(yè)和煤制烯烴產(chǎn)業(yè)提供了有力的技術(shù)支撐。DMTO工業(yè)化技術(shù)可緩解我國石油資源的不足，使低碳烯烴生產(chǎn)原料多元化。在當(dāng)今國內(nèi)石油資源短缺的背景下，該技術(shù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)我國“石油替代”戰(zhàn)略，保證我國的能源安全具有十分重大的戰(zhàn)略意義。

　　DMTO技術(shù)目前的發(fā)展

　　DMTO工業(yè)化技術(shù)研發(fā)成功，對(duì)于減少我國石油進(jìn)口、開辟我國烯烴產(chǎn)業(yè)新途徑具有重要意義。同時(shí)，這也標(biāo)志著我國甲醇加工能力將由萬噸級(jí)裝置一舉跨越到百萬噸級(jí)大型裝置。DMTO成套技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，無論從經(jīng)濟(jì)上還是戰(zhàn)略上對(duì)我國發(fā)展新型煤化工產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)“石油替代”的能源戰(zhàn)略都具有極其重要的意義。2010年甲醇制烯烴國家工程實(shí)驗(yàn)室與合作單位研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的DMTO技術(shù)成功應(yīng)用于世界首套煤制烯烴工業(yè)項(xiàng)目、國家示范工程神華包頭年產(chǎn)180萬噸甲醇制取年產(chǎn)60萬噸烯烴裝置，技術(shù)指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平。目前DMTO技術(shù)已實(shí)現(xiàn)技術(shù)實(shí)施許可1313萬噸烯烴/年，已投產(chǎn)646萬噸烯烴/年。

2015年底第九套神華榆林年產(chǎn)180萬噸甲醇制取年產(chǎn)60萬噸烯烴DMTO裝置投產(chǎn)

至2015年底已經(jīng)投產(chǎn)的九套DMTO裝置

甲醇制烯烴國家工程實(shí)驗(yàn)室下屬部分研究組

　　DMTO機(jī)理研究再升級(jí)

　　甲醇制烯烴國家工程實(shí)驗(yàn)室一直堅(jiān)持應(yīng)用研究與基礎(chǔ)研究并重，不但在MTO過程工業(yè)化方面取得巨大成功，而且長期致力于該化學(xué)過程中的基礎(chǔ)科學(xué)問題研究。雖然MTO過程穩(wěn)態(tài)反應(yīng)階段的間接機(jī)理已形成廣泛的共識(shí)，但MTO反應(yīng)中從C1物種甲醇或者二甲醚生成第一個(gè)C-C鍵的反應(yīng)一直是C1化學(xué)中極具挑戰(zhàn)性和爭議性的課題。由于轉(zhuǎn)化發(fā)生在反應(yīng)的最初始階段，難以捕獲中間物種，一直以來所提出的反應(yīng)機(jī)理缺乏直接證據(jù)。

　　最近，大連化學(xué)物理研究所劉中民院士、魏迎旭研究員團(tuán)隊(duì)在甲醇制烯烴初始C-C鍵生成機(jī)理方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果以熱點(diǎn)文章形式發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》(Angewandte ChemieInternational Edition)雜志上(doi: 10.1002/anie.201703902)，并被推薦為內(nèi)封面文章。

劉中民院士

魏迎旭研究員

研究成果論文文章

　　本項(xiàng)工作中，研究人員通過在線監(jiān)測最初始反應(yīng)階段，推測初始烯烴來源于催化劑表面C1吸附物種的直接轉(zhuǎn)化;隨后通過催化劑液氮淬冷和固體核磁表征，確定了催化劑上最初始反應(yīng)階段存在的表面C1吸附物種(甲醇和二甲醚)和C1活性物種(表面甲氧基和三甲基氧鎓離子);進(jìn)一步通過原位固體核磁研究，在真實(shí)甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)條件下，成功捕捉到二甲醚C-H鍵活化后生成的類亞甲氧基(methyleneoxy analogue)物種，由此獲取了C1物種活化生成第一個(gè)C-C鍵的直接證據(jù);在此基礎(chǔ)上提出了初始烯烴生成的反應(yīng)路徑—表面甲氧基/三甲基氧鎓離子協(xié)助甲醇/二甲醚活化轉(zhuǎn)化的協(xié)同反應(yīng)機(jī)理。

反應(yīng)機(jī)理示意圖

　　這是首次在MTO反應(yīng)過程中原位觀測到C1物種的初始活化和轉(zhuǎn)化，這一發(fā)現(xiàn)將關(guān)聯(lián)甲醇初始轉(zhuǎn)化的直接機(jī)理和高效轉(zhuǎn)化階段的間接機(jī)理，建立甲醇轉(zhuǎn)化反應(yīng)完整的反應(yīng)歷程。此前在MTO反應(yīng)穩(wěn)定階段烴池(Hydrocarbon Pool)機(jī)理的研究中，研究人員曾直接捕捉到最為重要的反應(yīng)中間物種—苯基和環(huán)戊烯基碳正離子中間體，并確定了分子篩催化甲醇制烯烴的催化循環(huán)途徑(J. Am. Chem. Soc. 2012，134(2)，836—839;Angew. Chem. Int. Ed. 2013，52(44)，11564-11568)。

分子篩催化甲醇制烯烴的催化循環(huán)途徑

　　這些基礎(chǔ)機(jī)理研究的工作，不但豐富了C1催化化學(xué)的基本理論，也對(duì)DMTO的工業(yè)應(yīng)用具有重要的促進(jìn)和支撐作用。